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没有红绿灯,空中交通怎么管?

责任编辑:格陵兰  字号:TT

2016-12-15 12:08   

来源:大飞机  我要评论 0

    核心提示:因为飞机没有“眼睛”,所以需要依靠地面上的工作人员在看到飞机和航线情况后,对飞机进行指挥;而且,鉴于飞机在飞行中没有办法随时停留,这种指挥必须是实时、高效的。

  因为飞机没有“眼睛”,所以需要依靠地面上的工作人员在看到飞机和航线情况后,对飞机进行指挥;而且,鉴于飞机在飞行中没有办法随时停留,这种指挥必须是实时、高效的。今年虹桥事件让人们再次关注起航空管制员的工作。飞机的“空中交通管制”是如何发展的?又有哪些技术让飞机在空中越来越规范?

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  一块黑板、一张大型地图、一台打字机、一部电话

  上世纪初飞机刚刚诞生时,天空中只有非常少量的航空器,因此地面上的飞行管制并没有必要进行。直到第一次世界大战以后,人们逐渐认识到了航空器的商业价值,商业航空应运而生(始于邮局的航空邮件服务)。

  1919年,国际航空委员会ICAN(国际民航组织ICAO的前身)成立,空中交通通用规则开始制定。最初的空中避让方式是什么样的呢?简单来说就是——“看与被看”,也称为“目视飞行”。意思是说飞机只能在飞行员能够彼此看到对方,且有足够时间来完成避让的条件下才能飞行。通过对时间、飞行速度、方向以及距离等计算位置,实现推测领航。

  随着飞机数量不断增加,飞行冲突特别是机场附近的飞行冲突风险也在不断增加,这个时候对飞行进行管制就显得十分必要了。最早的办法是当时的“管制员”站在停机坪上一个突出的位置,摇动不同的信号旗向飞行员传达意图。

  然而,因为存在指挥信号不知道是向哪架飞机传递的漏洞,彩旗很快就被“光枪控制器 ”(light gun)取代了。光枪配备了一个瞄准镜,可以将光束精确瞄准在一个特定的飞机上,枪上还配备了不同颜色的镜片以改变光束的颜色。但是,光枪还是有很大的局限性,因为光的传播距离和方向性是有限的。

  不过很快,人们想到了无线电。随着越来越多的飞机开始装备无线电通讯设备,使用无线电机场的塔台也开始代替光枪。但是在相当长的一段时间内,塔台还保留着“光枪控制器”这种原始设备,一旦无线电设备出现故障,还可以保证将信息传递给飞行员。

  1932年左右,几乎所有的航空公司都为飞机装配了无线电设备。一块黑板、一张大型地图、一台打字机和一部电话几乎就是当时塔台的标准配置。正是由于无线电的应用,使得人们在机场以外的区域与飞机进行通信成为可能,管制活动也不再受到机场目视的限制。

  此时期最大的问题就是指挥人员无法与飞行员直接通话,只能靠商业性的无线电来互相沟通,因此有不少因信息误传而造成的飞行事故。

  曾经在伦敦的克罗伊登机场发生过一起进场和离场的飞机冲突的小事故,促进了民用航空部门航行通告(NOTAM)的出现。航行通告要求,离场飞机的飞行员必须提前获知飞行顺序,等待“管制员”发出行信号后才能起飞,这大概就是最早有记录的机场人员针对空中交通的“管制”活动。

  无线电在导航方面的应用也开始出现。通过在飞机上装载无线电罗盘,利用罗盘中的自动方向搜索器(ADF)与地面安装无指向性信标(NDB)配合使用实现近程测角导航,这是航空导航系统中最早的无线电导航系统。

  1929年,P·考斯曼仅靠无线电导航,首次完成了航线“盲飞”(也就是仪表飞行)的试验,这使整个航空界都认识到了导航仪器的可靠性和安全性。

  这之后,美国开始针对仪表飞行制定了相应的仪表飞行规则(IFR)。1935年,世界上第一个仪表飞行规则管制中心在纽瓦克成立,各主要航空公司同意在不同城市之间的飞行管理方面进行合作。同年,第一个航路交通管制中心在纽瓦克成立,空中交通管制不再局限于机场区域,而是进一步扩展至整个航路。早期航路管制员用地图、黑板和被称为“虾船”的船形砝码来记录飞机的位置。

  航路管制单位成立以后,黑板和桌面逐渐被可以移动的飞行进程板和纸质飞行进程单所取代。

  管制员和飞行员之间实现直接通话

  1935年12月,世界上第一个航路管制单位在美国纽瓦克机场成立。早期的空管通信,飞行员还未能实现与管制员之间的直接通话。而要靠航空公司签派员、航路电台工作人员和机场管制人员的多方互动来保持联系。这个过程简单来说,就是飞行员在将要飞离某个航路管制中心空域时,要先将位置信息汇报给航空公司签派员,签派员再把信息转发给航路管制中心的工作人员。管制员在黑板上更新飞机的最新位置信息,做好记录卡,然后在地图上慢慢移动虾船来标明每架飞机的大概位置。

  假如监测到两架飞机之间有潜在的冲突,由管制员发出调配指令,再由航空公司签派员通过无线电联系飞行员。由于当时的无线电技术发展有限,一条调节指令通常要几费周折才能传递给飞行员。

  在航路管制中心的历史记载中,最重要的阶段是20世纪50年代早期。当时,随着空地通信设备的大量使用,终于实现了管制员和飞行员之间的直接通话,从而大幅减少了通过航空公司签派员传递指令的繁琐工作。

  在雷达广泛用于民用导航前,民用空管采用的是程序管制。所谓的“程序管制”,总的来说就是指不需要相应监视设备的支持,空中交通管制员依据飞行计划、飞行员的位置报告、管制员之间的协调以及进程单等及时确定和掌握航空器的位置,进而对航空器发布指令和信息,如合理安排航空器的飞行秩序、调整航空器的飞行间隔等。其主要的设备环境为地空通话设备即无线电通信。

  在程序管制方法下,飞行员需要先将本次飞行计划进行提交,经批准后方可实施。飞行计划包括飞行航路(航线)、使用的导航台、预计飞越各点的时间、携带油量和备降机场等等。空管员则将这些内容填写在进程单上。在飞行过程中,空管员再根据飞行员所报告的位置对进程单进行更新。如发现航空器之间小于规定的垂直和纵向、侧向间隔时,立即采取措施进行调配间隔。

  雷达为空管事业带来了革命性的变化

  虽然随着科技的不断发展,空中交通管制也随之进入了“雷达管制”时代,但是各地空管单位对程序管制的重视程度却丝毫不减。主要是因为雷达的覆盖范围始终有限,而无论多先进的雷达设备仍然有出现故障的可能。在一些特殊情况出现时,良好的程序管制技能就十分必要了。事实上,直到今天,仍然有很多非繁忙机场和航路在采用程序管制。从“程序管制”时代迈入“雷达管制”时代,被认为是空管进化史上最为巨大的进步。

  二战给航空事业带来了翻天覆地的变化,战争时期无论是货物运输还是旅客运输数量都开始激增。这些激发了航空公司不断开辟新的航线,飞机制造厂商也不断地运用科技手段使飞机能够飞的更高、更快、更远。随之而来的,也包括一系列急需国际社会协商解决的政治上和技术上的问题。

  因此,在美国政府的邀请下,全球52个国家于1944年11月1日至12月7日参加了在芝加哥召开的国际会议,签订了《国际民用航空公约》(俗称《芝加哥公约》),并按照公约规定成立了临时的国际民航组织(PICAO)。1947年4月4日,《芝加哥公约》正式生效,国际民航组织(ICAO)也因此正式成立,并成为联合国的一个专门机构。同年,“国际航空委员会(ICAN)”被正式终止,并将其资产转移给“国际民航组织”(ICAO)。

  而战争所带来的最大的影响,是使得英国人发明的、最初被用于军事防御的设备——雷达,在民用航空领域得到广泛应用。

  最初是“一次雷达”的使用,它的工作原理为:雷达系统利用调制信号和定向天线将电磁能量发射到指定空域搜索目标,目标再将接受到的部分能量也就是雷达回波反射回来,由雷达接收器进行处理,解析出目标的距离、速度、角位置以及其他具有识别特征的目标信息,可以让管制员在屏幕上看到飞机目标点的方位。

  1952年,荷兰史基浦机场安装雷达后,处理能力由程序管制下的每小时10架次提高到每小时25架次左右。

  1956年6月30日,美国当地星期六上午10点30分左右,美国联合航空718号班机(DC-7)和环球航空2号(洛克希德L-1049)班机在亚利桑那州大峡谷上空相撞,两机上所有128名人员全部罹难。事故发生后,美国航空管制部门大面积地加装了雷达,并且规定了航班必须按规定的航路飞行,并成立了FAA进行管理,对航路的管理思路一直延续到现在。

  1956年,美国也开始将远程雷达应用于航路管制工作中。雷达的使用使管制员实现了真正意义上的监视飞机,从此迈入雷达管制时代。

  为了更适合民航“空地协作”式的空中交通管理,更适合空管的“二次雷达”开始使用。二次雷达的发展几乎和一次雷达是同步的,但他们之间最大的区别在于二次雷达采用了询问和应答的方式。因此,二次雷达可以根据不同的询问来传递更多的信息。随着计算机和数字化的发展,雷达的性能和使用范围也不断扩大。

  随着空中交通日益繁忙,FAA也着手研究更加先进的空管系统ADS-B,世界各国也开展了相应的研究和应用试点。ADS-B有点像一个收音机,飞机利用全球导航卫星系统定位,并将“我们是谁”、“我们在哪儿”、“我们的飞行速度是多少”等信息以广播的方式进行播报,每秒播报一次。这样地面的空管中心就能“听见”这些信息、从而掌握飞机动态。相比于其他监测系统,ADS-B的成本更低、更易安装;还具有低延迟、高频率、高精确度等特点,是将通信、导航、监视重新定义的创新技术,被认为是下一代空管系统的重要组成部分。这提高了飞行效率,更能保障飞行安全。(作者:邓丽)

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