盲降的前世今生人与大地系列-之八

今年三月份，我在飞商照实践考试的时候，平常训练区里一直使用的一个VOR用不了了，临时调谐到另一个台才完成仪表科目。落地后去空管局网站查了才知道，用不了的那个台被计划退役了。在北美，陆基无线电领航基站正在被星基领航和进近技术替代，谨以此文来纪念一下这些陪伴了人类飞行一百余年的老古董们。

——左舷首次“盲飞”直到上世纪二十年代前中期，人类的飞行活动是纯粹的目视飞行。那时候的仪表航电可靠性很差，所以飞行员必须进行地标目视领航，这对气象条件提出了很高要求。可气象不会永远随人愿，适合目视飞行的气象总是少数，低云、低能见，还有航路上的偶发强对流运动是常有的事，目视飞行规则满足不了日益增长的需求。率先对仪表飞行提出需求的，是参加了一战的美军航空兵部队。毕竟战争形势不等人，敌军都要打过来了，我方航空兵总不能因为气象不佳就不飞了，地面部队失去增援，前线被突破，败仗会越吃越大。但是，人类毕竟是在地面生活的，对三维空间不敏感。在飞行中，如果把外界地标悉数遮盖，只靠判读仪表上的数字来维持操纵、甚至转弯上升下降，前庭错觉会使人误判飞行状态，导致错误反应，后果不堪设想。哪怕仪表飞行长足发展的今天，在北美也经常有仪表飞行员错判飞行状态发生致命事故。因此，尽管自动驾驶仪发明于年，地平仪发明于年，人类首次仪表飞行验证却是在年才完成的。年9月24日，美军航空兵中尉詹姆斯·杜立特，在前座有监控飞行员压座的情况下，在盖着视觉限制设备的后座，完全依靠舱内仪表，完成了从起飞、离场、巡航、进场直到着陆的完整飞行。在此之前，他是第一个意识到“仪表飞行员才是真正自由的飞行员”的人，也是第一个认识到仅靠仪表作为唯一信源的情况下飞行员很容易错判飞行状态的人，也是他率先提出“飞行员应学会信任仪表指示”，还领导了一个小组对人的前庭机能和飞行操纵之间的关系开展了长达数年的研究，才有了这班验证飞行的成功。仪表教练机：图中可见后座被盖住了首次真正的仪表进近但是杜立特完成的这班“盲飞”毕竟是在监控飞行员压座的情况下进行的，换句话说，这班飞行本质上是目视飞行，只不过用视觉限制设备模拟仪表飞行而已。飞行中如果出现了偏航，监控飞行员会给出修正指令，或者在危险的时候接过操纵。真正在单人单座条件下独立开展的仪表飞行，则是三年后了。年5月9日，美军航空兵上尉阿尔伯特·哈根伯格采用无向信标台（NonDirectonalBeacon，也就是NDB）建立了简易的仪表着陆系统，首次成功完成真正单人单座的仪表飞行、仪表进近。他在进近方向上安装了两个NDB，第一个离跑道入口英尺（米），称为近台；第二个离入口1.3海里（2.4公里），称为远台。飞机上，则用自动定向机（AutomaticDirectionFinder，也就是ADF）来指示向台方位；当时的ADF还配备了过台指示灯，飞行过台的时候，指示灯会亮起。当天，他从43海里远的地方先飞向近台，在预计高度过台后，转向远台；过远台后，度转弯重新对准近台，开始进近下滑；过近台后，把油门减到着陆功率，带杆建立着陆姿态，然后就等着飞机轮子着地了。这一落地，不但标志着人类历史上首次成功验证仪表着陆系统，也同时标志着初始进近航段和程序转弯的设置得到了初步验证。要说起来，NDB进近还是我人生中飞过的第一个仪表进近。由于NDB不是径向的，只能确定航向和向台方位的相对关系；航向维持不变的基础上，向台方位改变，则说明航行路径受到侧风的影响，识别之后，把偏航角乘以2再应用到航向上，才能修正回原有的领航径向（不像VOR/ILS可以始终根据航道杆始终维持航迹）。时间久了，原本是直线的向背台轨迹会飞成一条波浪线。如果没有识别出偏航趋势，只是片面把航向对准向台方位的话，偏航弧度会很大。好在我飞NDB进近的时候侧风不大，NDB台位于5海里五边。在尺高度对准10海里五边，沿着度航向道向台平飞，过台后以ft/min的下降率开始进近下滑，到决断场高尺左右抬头，看到05跑道赫然在眼前的时候，真是一种美妙而又难以描述的心情。NDB进近和航向道保持反倒好说，在航路上用NDB寻向，或者进场要以一定角度借由NDB截获进近航向道，就要根据现有航向和向台方位加加减减求出向台或者背台航向，被誉为空中的数字游戏。虽然现在的ADF配备的都是可旋转的方位环，只要把方位环实时更新为目前飞机的航向，就可以轻松求出结果。但是商照和仪表笔试还是要考向背台航向和截获角的计算，最大程度减小仪表飞行员出错的可能。例题如下图所示：后来飞多了ILS和LPV，和精密进近的舒适体验对比起来，非精密进近的确需要勇气。再回想百年前最早吃螃蟹的航空先驱们，感叹这些巨人们真是勇气可嘉。进近技术新潮进入仪表飞行时代后，技术发展日新月异：年，全向信标台VOR投入使用；年，测距仪DME投入使用；六十年代，仪表着陆系统ILS进入精密进近时代，也是从这个时候，所谓的ILS才开始特指精密进近（含航向道、下滑道、决断高），其他的NDB进近和VOR进近才被独立命名，归入非精密进近类别。在此之前，它们统称仪表着陆系统，使用的都是无线电技术。但是自从进入新世纪，星基领航（GNSS）和进近技术，大有淘汰无线电领航的态势。基于GNSS的类精密进近LPV（航向道进近附垂直引导，和ILS极其近似），以及非精密进近LNAV/VNAV，也逐渐在各机场替代原有的NDB/VOR非精密进近。ICAO国际民航公约《附件十：卷一（陆基无线电航空领航基站）》里面，对ILS精密进近的标准规定多达26页。精密进近的审批标准复杂而又严格（目前仅授权无线电ILS和精密雷达进近），陆基设备和安装费用也很高，为了简化审批流程、降低运行成本，让新兴技术得以尽快应用，才有了“类精密进近”的概念。对于LPV进近来说，只需要GNSS数据和星基增强系统（北美WAAS或欧洲EGNOS），就可以实现对一条跑道的进近，不需要单独安装陆基设备。LPV的设计精度是航向道和下滑道在95%的时间里都能维持在25英尺内（7.6米），但它的实际精度已经远超这个标准；加上和ILS有一样的操纵特性和决断高，只要飞行员有仪表等级，就有权执行LPV进近，不需要额外训练和授权。在美国，截至年，提供LPV进近的机场就已经有个，共包含条跑道的LPV进近，超过了ILS一类精密进近的数量。百年前的仪表飞行，要求机组有很强的心算能力，因为仅靠现有航向和向台方位，要加加减减求出截获角和向背台航向，还要在紊乱的大气里做侧风修正计算，甚至还要在这个状态下执行进近下滑，工作负荷可想而知。现如今GNSS的普及，让航迹管理精确到了0.1海里以下，航时管理精确到了秒以下。在这种形势下，美国联邦航空局甚至正在研究重构空域划分，重构基于无线电和雷达的空中交通管理体系，提高流量控制精度，来适应日益增长的航班需求。新时代的盲降技术，虽然不会这么快就把无线电为基础的ILS彻底淘汰，但是发展趋势已然清晰可见。

END

左舷


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