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安全体门将研应对艺术,飞机在半空怎么辨识路径吧

  [文/观察者网 堵开源]美国《航空周刊》杂志网站8月6日报道,美国联邦航空安全局(FAA)正与美国联邦政府的专门委员会讨论,如何应对日益频繁的美军在军事演习和试验中,大范围干扰GPS导航定位系统,可能给民航带来的安全威胁问题。

问:飞机在空中怎么识别路线呢? 飞机的路线会不会像高速工路,每架飞机是否可以在同一个层次、高度飞行?为何很少听说过两架飞机在空中相撞的事故?

  报道称,今年美军的“红旗”军演中,对GPS信号进行了长时间、大范围的干扰,以研究在“GPS拒止”环境下组织空中战役的方法。FAA方面表示,他们正在和一个联邦专门委员会讨论如何应对军方的干扰可能带来的民航交通安全问题。

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现在,飞机的航线是有严格规定的,虽然天空很广阔,但也不能想怎么飞就怎么飞,要严格按照规定的航线进行,即使出现了突发事件,也要先申请改航线,上下高度等。

  美军西海岸进行GPS干扰试验时,FAA发表的NOTAM通告划定的干扰半径范围

现在的民行客机都备有gps系统,不仅可以为驾驶员进行实时导航,也可以给地面的调度人员提供飞机的实时位置,以便进行区域化的调度。

  报道称,干扰GPS信号可能导致民航机失去GPS导航定位信号,这可能影响飞行员使用基于GPS的导航定位系统(RNP),从而使地形警示与警报系统失效,并降低GPS辅助高度和航向校正系统的精度。为了应对这一问题,今年3月起,美国标准化组织的策略委员会(TOC)和航空安全局(FAA),以及工业界的专家提交专题报告建议展开研究。

飞机的航线其实主要不是驾驶员决定的,而是地面的调度人员。他们会分区域的监视,为该区域内的所有飞机一起设定飞行方案,以免飞机之间发生干扰。调度人员会通过实时对讲的方式,及时通知需要调整的飞机该如何调整,驾驶员如果有要求,也是通过对讲机提出申请的。

  在报告中称,失去GPS信号可能导致飞机无法通过其装备的自动独立监控广播(ADS-B)“上传”系统自动上报其位置,这是FAA要求在2020年要求所有飞机具备的能力,这可能导致被ADS-B系统的“下传”系统视为失踪,从而无法接收其信息,这将影响飞机无法使用基于卫星的校正系统,这套系统是未来用于精确近进机场的主要系统,美国联邦航空安全局目前希望淘汰部分二次雷达(SSR),改用ADS-B系统作为监控航空交通的主要系统。按照目前的计划,FAA将在ADS-B普及后淘汰80%的机场雷达。

地面调度的作用非常大。前段时间,四川航空的3u8633风挡破碎的事件,导致驾驶舱的gps显示器故障,强气流导致机组人员无法听清调度的命令,于是,地面调度人员通过飞机的行驶方向,预估下一步动作,把可能受到影响的飞机全部调走,否则,后果不堪设想。但驾驶员优秀的素质也是必不可少的,八千米高空,驾驶员仅仅凭借一双眼镜判断航线,把飞机安全降落到成都,可见,飞机的定位系统和航线的规划有多重要。

  《航空周刊》报道称,他们采访的民航飞行员认为,美国航空系统对卫星导航系统和ADS-B的依赖度正在日益提高,暂时失去GPS信号对于航空业来说是“致命的担忧”。这位飞行员还补充说,目前民航管制员也在使用ADS-B系统来监控机场运作空域内的交通情况,如果失去GPS信号,ADS-B系统将会失效,这可能导致机场瘫痪。

飞行员主要依赖目视飞行规则(VFR)或仪表飞行规则(IFR)来确定自己的位置,也就是“认路”。而飞行过程必须在飞行高度层之内,也就是航路、航线飞行或转场飞行的垂直间隔,按照飞行高度层配备。空难史中发生过数十起飞机相撞事件,其中最惨痛的当属1996年恰尔基达德里撞机事件,一架波音747和一架伊留申Il-76TD在印度哈里亚纳邦查基达里上空相撞,事故造成349人遇难。而就在2017年3月18日,两名中国飞行学员在加拿大发生飞机相撞,酿成1死1重伤的惨案。

  2017年5月,FAA就曾向美国标准化组织策略委员会提出要求,希望提供关于“国际”上由于军事试验导致GPS干扰问题的建议。这个委员会的研究目前还没有考虑到其他GPS干扰源,例如太阳环境,或者非法干扰等。3月份的报告中包括了25项建议,这是“策略委员会”的最终决定。

图、1956年的“美国大峡谷”空难极大的推动了航空规则的完善

  美国国防部已经多次实施GPS干扰,其试验目的包括系统测试和设计,以及在军事演习期间创造模拟实战环境,以验证其飞机在GPS受干扰环境下导航定位和使用武器装备的能力。

目视飞行中,飞行员需要依靠地标和地图来认路,但是此时飞行高度不能太高,飞行员也需时刻扫视地面标志。将看到的信息和航空地图的标识进行匹配,就能保证不迷路。而随着航空业的发展,尤其进入喷气式客机时代,飞行员就需要借助客机的导航设备让飞机保持在航路上。而且飞行员还需要和航空管制员进行密切沟通。

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在我国上空飞行的飞机必须严格遵循飞行高度层,这也是避免飞机相撞和飞机与地面障碍物相撞的重要保障。飞行员必须使用飞行高度层配备的标准图,严格按照米制规定的对应英尺数飞行。标准划分如下:1、真航线角在0度至179度范围内,高度由900米至8100米,每隔600米为一个高度层;高度由8900米至12500米,每隔600米为一个高度层;高度在12500米以上,每隔1200米为一个高度层。2、真航线角在180度至359度范围内,高度由600米至8400米,每隔600米为一个高度层;高度由9200米至12200米,每隔600米为一个高度层;高度在13100米以上,每隔1200米为一个高度层。

  在“红旗18-1”演习期间,美军在内利斯空军基地附近长时间进行GPS干扰,以模拟在GPS干扰环境下的空战组织方法,图为参演的“入侵者”中队F-16战斗机

飞机相撞事故恰恰是推动航空安全的最大动力,例如1986年的墨西哥国际航空498号和一架派珀PA-28私人飞机相撞。事后美国联邦航空管理局(FAA)强制要求美国境内航班上都搭载空中防撞系统。大家如果感兴趣可以找一本“空难悲歌”,其中一章全部都是撞机事故。

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就民航客机而言,从起飞那一刻起就开始按照一定的路线进行。举个例子,某航班起飞后600米就开始右转飞向某个导航点上2100米,然后沿着这个导航点到另一个导航点之间再继续爬升到4200米,这样以此类推,一直爬升到巡航高度。这些导航点和导航点之间的连线就称为航路。

  内利斯基地紧靠着赌城拉斯维加斯,在这里进行GPS干扰试验对于民航肯定会造成很大影响

飞机的航路是立体的,主要是上下对飞的有300米的高度差,左右宽度10海里,而飞机是不会自动识别航路的,需要人工在飞机上进行设置,这个航路的使用还受天气和军事管制的影响,所以飞机在飞行过程中是需要听从地面指挥,这里又分机场塔台,区调等不同的空管控制范围。

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目前飞机使用的导航主要是GPS和惯性导航,另外目前为了防撞还引入了ADS-B主动播报系统。空管人员是通过二次雷达和ADSB等方式观察和指挥各个航班在空中的运行。

  ADS-B系统工作过程,可以看出,如果GPS导航信号不能正常传递,那么很可能影响民航飞行安全

航路虽然是无形的,但是相对来说在三维空间都是有相对的位置,而航班则在航向,高度,速度等都是需要符合空管或者区调的指挥的。最终还是飞行员按照地面指挥来决定飞机的航线,所以说飞机不会自动识别,那个在飞行前输入的数据是作为一个参考,可以估算时间和油量等信息。

  目前,GPS干扰次数正在逐年上升,据TOC的报告,2012年总共43次,而到了去年,已经翻了三倍,达到127次。而FAA发出的“停止干扰”通知,从2012年的10次增加到去年的24次,这种通知是在医疗急救飞机或者空域中出现危及航空安全情况时发出的。

导航定位一般有三种

  目前,美军通常要至少在干扰预定日期前30天,通知FAA和华盛顿警察局相关计划。华盛顿警察局将负责和FAA,以及其他国内“相关方”就此协调。

目视定位

  FAA方面将通过发表NOTAM通知的方式通知飞行员干扰半径,在这个范围外的飞行不会受到影响。干扰半径可能高达数百海里,但根据TOC报告,FAA发现“大部分飞行并未收到干扰影响, 即使在干扰半径内”。但另一方面,也有一些在干扰半径外的个别飞机受到了影响。

目视定位是由驾驶员观察地面标志来判定飞机位置;航位推算是根据已知的前一时刻的位置和测得的导航参数来推算当前飞机的位置;几何定位是以某些位置完全确定的导航点为基准,测量出飞机相对于这些导航点的几何关系,最后定出飞机的绝对位置。

  在国际飞行中,GPS干扰“经常会产生很大影响”,尤其是在交通高峰、夜间货机、以及只有ADS-B系统的空域,或者多个干扰试验同时进行而互相不知情的时候尤其严重。

几何定位

  联邦委员会提出的问题中有多条涉及FAA发布NOTAM的程序,例如“现有的NOTAM通报中关于干扰半径的内容并不能正确表示可能受到干扰影响的位置,”报告说,“有些飞行员直接无视NOTAM通告,而另一些则会提前避开NOTAM通告所涉及的区域。有些航空公司报告他们干脆停止了在GPS干扰范围内的所有基于卫星的导航定位服务。”

以某导航点为基准确定飞机相对于导航点的位置,从而定出飞机的位置线(即某些几何参数如距离、角度保持不变的航迹)。再确定飞机相对于另一导航点的位置,定出另一条位置线。两条位置线的交点就是飞机所在的位置。图中示出三种位置线:相对方位角为恒值的位置线是一条通过导航点的直线;距离为恒值的位置线是以导航点为中心的圆周;到两个导航点的距离差为恒值的位置线是双曲线。也可用雷达来确定飞机的位置。

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航位推算

  美国天天喊着“外国”威胁他们的“太空资产”,还要成立“天军”来应对“威胁”,然而实际上,联邦委员会(TOC)给FAA的关于如何应对美军干扰GPS信号的意见总结起来说就是:“忍着呗”……也不知道究竟是哪国军队对美国民航安全威胁更大

根据已知的前一时刻飞机位置和测得的导航参数推算当时飞机的位置。例如根据测出的真实空速和飞机的航向,在给定风速和风向条件下利用航行速度三角形计算出地速(见飞行速度、仪表导航),再把地速对时间进行积分,代入起始条件──前一时刻的位置,即可得到当时的飞机位置。多普勒雷达能直接测出地速和偏流角,经过积分也可得到飞机的位置。惯性导航实质上也是进行航位推算,由惯性元件测得加速度,经过两次积分得到位置信息。航位推算是近代导航的主要方法,利用这种方法的导航系统只依靠飞机上的仪器而与外界无关,且不易受无线电干扰,可进行全球导航。

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最早的飞机,无论是民航还是军用航空导航设备有限,主要是依靠在地面设置的导航台发射的无线电波进行导航,以及领航员进行领航。但是问题也很多。

  幸好中国已经有了“北斗”……

1.受到干扰,无线电是很容易收到干扰的一种信号,遇到雷雨、大雪等因素飞机就会无法接受到导航台所发射的信号。或者是信号会受到偏差。(一般随机领航员会进行调教等等)

  为了回应飞行员的担忧,联邦委员会建议FAA,授权飞行员在GPS干扰时临时关闭ADS-B系统,而按照现行规定,这套系统应该在飞行过程中始终开启。

2.维护问题,导航台属于航空设施,也会导致维护的问题,比如老化、损坏等等。维护和修护都是需要人力以及时间的。

  委员会还建议FAA寻求工业界帮助,“例如关于对ADS-B系统的影响”,报告认为,管理局应该考虑启用地面无线电导航台,目前只有很少的这些导航台还在工作。联邦委员会建议考虑在下一代航空管制系统中保留一部分老技术的运用。

3.地形的问题,在架设导航台的时候很多导航台设置在远离市区的山区中,架设问题,就特别明显。安装调试等等。

现在飞机绝大部分使用的都是GPS来进行导航。飞行员将航路输入飞行电脑(FMC)或(MCUD)系统就会生成航路,当然了,航路的审批需要经过中国空军的同意。使用卫星定位来进行导航。

GPS有几个好处。

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