無形的路標|開飛機的看家本領

无形的路标|开飞机的看家本领

當飛機發明的時候,那些追隨萊特兄弟的技術宅們,僅僅把它視為在後院的大玩具,根本不會迷路,也談不上導航。

但隨著技術宅們不斷改進飛機而進行性能比拼,飛機拉力賽成為他們一戰成名的競技場。

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動畫片《飛行總動員》把地標領航表現的淋漓盡致

那時飛行基本靠瞅,這意味著飛行員基本靠純目視,然後配合地圖或者記憶力,尋找一下有特徵的地形,來確認飛行的路線。

這就是最原始的領航方法,地標領航,也是每個飛行員的必修科目。

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1911年,飛行員Jean駕駛較慢的飛機,屢屢擊敗駕駛較快飛機的選手,他的秘訣就是一個防風地圖。

這張防風地圖能讓他按照直線飛行,而其他選手只能以公路為地標參考,從此地圖導航誕生了。

但這樣的導航只適合晴天陸地上飛行。

飛行冒險家們顯然不願受大陸的限制,一旦航程足夠飛躍大西洋,新一輪的挑戰立刻就開始了,導航成為迫切需要解決的問題。

100年前的跨洋飛行,主要依靠羅盤,只要航向無誤,可以根據空速和風速計算出大致的飛行時間,要是晴空的夜晚,還可以參考星象導航,但絕大多是時間,飛行員能做的只是祈禱。

1927年,郵政飛行員查爾斯·林白首次單人飛躍大西洋,他在海上遇到了暴風雨,導致羅盤失靈,在這種極不靠譜的情況下,他駕機飛行了20多個小時後,發現一艘漁船並超低空靠了過去,然後破著嗓門大喊:“愛爾蘭在哪裡?”

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林白用33個半小時飛躍5810公里大西洋的壯舉,極大刺激了航空業的發展。

陸地燈塔

上世紀20年代,為了解決飛行員的導航問題,美國國會曾出資修建了巨型的航空郵件飛行指路路標,每個箭頭長達約21米,橫跨整個美國的箭頭為飛行員們指明瞭方向。

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從紐約到舊金山的郵政飛行路線

箭頭被刷成明亮的黃色,每個箭頭上都有一個15米的高塔,塔頂有一盞高燃氣燈,塔底有小屋供應燃氣。

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位於猶他州華盛頓縣Bloomington的巨型箭頭

由於採用了這種可以輕鬆辨認的設計,飛行員從16公里外就可以看到箭頭,每一個箭頭都指向5公里外下一個箭頭的位置。

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俄勒岡州Cottage Grove的這個燈塔也一樣保存完好。 二戰期間,金屬屬於戰略物資,許多燈塔都被拆了。

在一戰之前,並沒有飛行管制,大家想怎麼飛就怎麼飛,隨意跨國越境,機場的起降管理也是很鬆散。畢竟那時候飛機也少,而且速度和現在比起來,甚至不如拖拉機跑得快。

可是當民用航空開始興起以後,天空開始變得擁擠,機場附近的空域尤其混亂,所以需要有人負責指揮飛機飛到指定的位置,然後服從命令降落。

上世紀20年代,美國人採用搖旗子指揮飛機,也就是找一個人打旗語來指揮飛機的起降。起先搖旗手被佈置在機場,之後被佈置到更遠的地方,從遠距離開始引導飛機。

後來因為旗語的目視範圍比較近,又開始使用信號燈,也就是針對天空的大型燈塔。

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無線電測向技術最早應用導航,達索的MB220客機,機頭上的環狀天線,就是機載測向儀的核心。

到了上世紀30年代,無線電技術開始成熟了。地面和飛行員可以通過語言直接交流進行引導。

當然很快他們就發現了無線電更好的一個用處:無線電信標,並發展出了航空中的無線電領航技術。

二戰時期,執行遠程任務的轟炸機,都需要進行大編隊出航,整個編隊都要跟著領航機飛行。領航員靠著無線電和地圖的指引,將編隊帶到轟炸目標上空。

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英國蘭卡斯特轟炸機前部的領航員和投彈手的位置

轟炸完畢後,靠著本土大功率無線電導航指引返航。領航轟炸機極其重要,上面至少有2個以上的領航員進行導航點修正。

為了防止迷航或者戰損,有的時候領航轟炸機不止一架,所以二戰中有領航資格的飛行員才會得到所有空勤人員的自發尊重。

NDB VOR DME

無線電領航,基於地面的無方向信標臺(NDB)、甚高頻全向信標臺(VOR)、測距儀(DME)等。它們就像茫茫大海中的燈塔一樣忠實地向周邊無盡的空間發射著信號。

飛機上的接收機收到這信號後就可以獲得不同的信息,比如導航臺在哪裡(NDB),飛機在導航臺什麼方位(VOR),飛機離臺多遠(DME),然後結合多個臺或者多種信息,飛行員就能在萬米高空,茫茫雲海之中確定自己的位置了。

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VOR和DME通常一起安裝,兩個VOR就可測算飛機方位。

這種導航系統的運行離不開地面導航臺,可是,在沙漠中、在海上都很難建起地面導航臺,而有些能設置地面導航臺的地方會因偏遠而難以維護。

不久之後,二戰時發展的慣性導航系統也逐漸被應用到了民航上。慣性導航最早應用於V-2飛彈。

所謂慣性導航,就是利用萬物皆有慣性這一定律,通過測量飛機相對於水平初始參考系的加速度,並進行多次積分得出飛機的即時位置,從而進行導航,其工作環境不僅包括空中、地面,還可以在水下。

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慣性導航系統最大的優點在於它是不依賴於任何外部信息,也不向外部輻射能量的自主式系統。即使衛星和導航臺失靈,慣性導航系統依然在工作。

慣性導航是無線電導航的競爭對手, 從V-2飛彈之後20年,慣性導航才在航空導航上佔據了一席之地。

慣性導航的優點是無需導航臺,因此不受信號覆蓋面的限制,但是慣性導航儀結構複雜、價格昂貴,不可能完全取代無線電導航。

不過,即使是有較為完善的導航系統為飛行員指路,在真正飛行中也會發生迷航。

1982年,大韓航空007航班,從美國紐約肯尼迪國際機場飛往韓國首都金浦國際機場,這架波音747-200飛機在飛行過程中誤入當時的蘇聯領空,遭蘇聯空軍Su-15攔截機擊落於庫頁島西南方的公海,機上搭載240名乘客以及29名機組人員全部遇難。

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大韓航空747-200客機

調查發現,007航班在阿拉斯加的安克雷奇起飛後一直到被擊落,一直使用磁航向模式作為自動駕駛的導航,也就是說客機在起飛後機長並沒有執行標準飛行模式,將磁航向模式更改為慣性導航系統模式,這是導致大韓航空007號航班偏航進入蘇聯領空的原因。

磁航向是指飛機機身在地平面上的投影,與磁子午線的夾角。

由於地磁南北極和地理南北極不重合,產生了磁差。且地磁南北極一直在運動,所以磁差由固定磁差和年差構成。磁航向就是修正了磁差的磁羅經航向

在20世紀以前,由於真航向不能直接測出,於是只能先測量出磁航向,並通過計算得到真航向。磁羅盤首先測得羅航向,再經修正得到磁航向,經過計算得到真航向。

在90年代以前,飛機的導航技術絕大多數來自二戰,其性能和適用性各有所長。但是隨著空間技術發展,採用星基的全球定位系統GPS,開始民用化和普及化。

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國產ARJ21客機已經安裝了國產北斗導航系統

GPS的覆蓋面超過任何遠程導航系統,其精度又遠遠超過最精確的近程導航系統。在沒有標準地面站校正的情況下,GPS已能精確到3米民用級別,而軍用更低。

GPS的接收儀小巧輕便、價格相對低廉,已經成為航空導航的主流。

然而,與二戰時期的技術變革速度相比,如今的新技術應用可謂是步履艱難,這在民用航空工業中尤為明顯。

今天,我們使用的種種電子產品,有多少人知道,那些只有飛行員才懂的“神秘” 電子設備,可能其技術水平還不如我們自己智能手機!


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