自由飛行

編譯 周將能

空中困境:飛機(jī)排長隊

隨著航空業(yè)的日益發(fā)展,空中的交通管理越來越受到人們的關(guān)注。按照目前的統(tǒng)計數(shù)字,每天起飛的商業(yè)飛機(jī)約有21000架次,而且這個數(shù)字每年還以2%至5%的速度增加。航空班機(jī)的安排已從令人不安的擁擠,發(fā)展到可怕的航路阻塞。

盡管經(jīng)過了一次又一次的現(xiàn)代化努力,那些過時又超負(fù)荷的空中交通控制中心已疲于奔命,難以為繼。受監(jiān)控的飛機(jī)一次次從控制雷達(dá)熒屏上消失,就連美國總統(tǒng)的“空軍一號”也會在空管雷達(dá)屏上失蹤。為了避免此類失誤,控制系統(tǒng)必須增加飛機(jī)間的距離。這種提高安全度的辦法,雖然保證了美國商業(yè)飛機(jī)事故率較低的水平,但它犧牲了客運(yùn)航班數(shù)量和效率。

盡管各方面的專家意見相左,但有一點卻是一致的:這個問題必須迅速解決。

“自由飛行”的由來

一些探索者很早就開始尋找解決這個問題的方案。其中由克頓在1965年提出的“自由飛行”思想最為著名。自由飛行就是把航空控制權(quán)從地面轉(zhuǎn)到天上,讓飛行員根據(jù)風(fēng)向和天氣自由選擇路徑最短、耗油最低的航線,而不參照地面給予的迂回死板的航線,就好象天空中自由飛翔的小鳥和蜜蜂一樣。依靠新的衛(wèi)星、計算機(jī)和通訊技術(shù),自由飛行的飛機(jī)將飛得更快,更省,更安全。

按傳統(tǒng)的飛行控制方法,地面人員依靠雷達(dá)跟蹤和無線通訊,以對話方式引導(dǎo)駕駛員的每個轉(zhuǎn)向、升降和加減速。美國聯(lián)邦航管局里的每個控制人員,時刻要在他自己的熒屏上監(jiān)視有20架飛機(jī)飛行的幾百公里寬的空域。飛機(jī)在每個空域的預(yù)定路線上飛行,地面控制人員依此計算時間和距離來跟蹤和安排交通。這種預(yù)定航線,致使轉(zhuǎn)向增多,距離增長,燃料多耗,更為危險的是,當(dāng)飛機(jī)從一個空域轉(zhuǎn)向另一個空域時會發(fā)生嚴(yán)重失誤。而采用“自由飛行”將避免由交通擁擠引起的航路堵塞現(xiàn)象,并大大減少飛機(jī)碰撞的可能性。

安全飛行區(qū)

克頓的思想是建立安全飛行區(qū)。每架飛機(jī)維持兩個監(jiān)視區(qū):一是近距離的保護(hù)區(qū),另一個是更大范圍的預(yù)警區(qū)。為了保護(hù)區(qū)不受侵入,一旦發(fā)現(xiàn)自己的預(yù)警區(qū)與另一架飛機(jī)的預(yù)警區(qū)有重疊,便發(fā)出更改路線的信號。

早期的自由飛行系統(tǒng)采用了交通警告與碰撞避免系統(tǒng)(TCAS)。這種系統(tǒng)先發(fā)出無線信號,當(dāng)它收到其它飛機(jī)發(fā)回來的信號時,它對信號進(jìn)行碰撞的可能性分析,并提示飛行員進(jìn)行相應(yīng)的升降操作。為了避免假信號,該系統(tǒng)1993年以后又陸續(xù)作了一些改進(jìn)。

1995年10月,航空無線電技術(shù)委員會(RTCA)做為聯(lián)邦航空局的智囊團(tuán),完成了創(chuàng)造性的報告,并為自由飛行正式命名。RTCA提出46點行動計劃,爭取在2010年實現(xiàn)自由飛行的目標(biāo)。這個計劃采用了一套先進(jìn)的通訊、導(dǎo)航監(jiān)視電子設(shè)備。在這個系統(tǒng)中,全球定位系統(tǒng)(GPS)接收衛(wèi)星送來的位置信號,這些信號再由地面上的廣域和局域系統(tǒng)進(jìn)行修正。無線通訊系統(tǒng)用于飛機(jī)間和地面間的話務(wù)通信。監(jiān)視廣播系統(tǒng)傳送有關(guān)飛機(jī)的方位、高度、速度和方向的信息。最后,飛行員還通過GPS送來的信號來觀察機(jī)翼下的地形狀況。

自由飛行的第一步

千里之行始于足下。人們首先拿貨機(jī)作自由飛行試驗。由于貨機(jī)沒有客機(jī)上安裝的交通警告及碰撞避免系統(tǒng)(TCAS),他們在貨機(jī)上裝備自動依賴監(jiān)視發(fā)播系統(tǒng)。此系統(tǒng)在駕駛艙之間和駕駛艙與地面之間傳送方位,身份,速度和方向的信息。該系統(tǒng)在1999年夏天的試驗取得了成功。盡管它還不是一種全面的避撞系統(tǒng),美國聯(lián)合遞送服務(wù)(UPS)飛行公司發(fā)言人很有信心地說:“最終客機(jī)也會使用該系統(tǒng),它的好處就象數(shù)字手機(jī)優(yōu)于模擬手機(jī)一樣顯而易見。”

美國聯(lián)邦航空管局和航空公司恐怕很難一下子完成廣義上的自由飛行。由于現(xiàn)行空管系統(tǒng)老舊、龐大而復(fù)雜,沒有人真正懂得如何對它進(jìn)行改造;同時,它還必須繼續(xù)24小時運(yùn)行來監(jiān)視日?？罩薪煌?。有人建議另建一個并用系統(tǒng),以便一個用于日常運(yùn)行,另一個用于技術(shù)改造。但此種做法不但取決于預(yù)算,而且聯(lián)邦航管局官員和航空公司的負(fù)責(zé)人也不會輕易同意再建造一個大規(guī)模的空中交通控制中心。

美國國會驗證和聯(lián)邦航管局的試行已經(jīng)過去5年了。到今天為止,自由飛行還處于起跑線上。目前的空中交通已變得更擁擠,更易誤點。聯(lián)邦航管局沒有實現(xiàn)自由飛行的全套計劃,只是開展一些有限的演示性項目及循序漸進(jìn)的改造。有人認(rèn)為這種退縮是一種實事求是的態(tài)度;另一些人認(rèn)為,這樣做只能是暫時的,將來最終還是要實現(xiàn)完全的自由飛行。而自由飛行的創(chuàng)導(dǎo)者認(rèn)為,這無疑是一種逃避,是聯(lián)邦航管局的又一次妥協(xié)行為。更有些專家擔(dān)心空中交通大難正在來臨,因為目前除了正在使用的空中交通管制系統(tǒng)之外,別無他選。如果自由飛行的第一步計劃不能得以順利進(jìn)行的話,那么美國國內(nèi)撤銷聯(lián)邦航管局,將空中交通控制私有化(有些國家早已實行)的呼聲將會越來越高。隨著空中交通阻塞威脅的不斷增加,貨運(yùn),客運(yùn)公司和乘客都企盼著自由飛行的早日成功?！?周將能編譯自美國《技術(shù)評論》雙月刊1999年9月號)