[航空航天]第二章空中交通.doc

第二章 空中交通（一）云和雾影响能见度云是漂浮在空中的凝聚水蒸气。从颜色上分有白色和黑色两种；从形状上分有层云和积云。颜色表明云中所含水分的多少，黑色的浓云预示着大雨将至。形状则表示了云在空中的分布和结构。层云呈片状一般不含雨，飞机穿行其中不会有什么危险；积云成团状，它的底部和周围都有强大的气流在运动，它的顶部气流比较平稳。除了强烈的积雨云及雷暴云之外，大型飞机在云中飞行不会有什么危险。小型飞机碰到积云时就要根据积云周围气流的状况选择合适的路线飞行。云对飞行还有一个较大的影响就是阻挡了驾驶员的视线，术语称之为能见度。飞机在空中飞行，即使能见度不高，驾驶员仍可通过无线电仪表来测定方位，用雷达探测前方的物体及其大致的距离。但在飞机起飞和降落时，情况就不同了。驾驶员还必须用目视仔细确定离地面的高度及飞行姿态，予以及时调整，此时机场上空及附近的云层底部与地面的距离是制约飞机起降的重要指标。民航飞行规则中对可以飞行的云层底部最低高度(云底高度)有具体规定，低于这个规定高度时，飞机就不能起降。 雾是相当于在地面上生成的云。它是使航班延误的最主要的天气原因。20世纪90年代初的某年春节期间，珠江三角洲连续三天大雾迷漫，导致广州机场所有的航班被迫取消，滞留了数千旅客，给当地民航业带来了巨大的经济损失。 能见度主要指跑道上的能见距离，也就是驾驶员能清楚地辨认物体的最远距离。它受到雾、云、雨、地面烟雾等的影响。能见度是决定飞机能否起降的重要依据之一。在用于仪表着陆的跑道上都装有能见度仪，它一般被安装在跑道的l2处。如果跑道很长，可沿着跑道装设23台能见度仪。塔台的航行管制员根据这些仪器测得的数据，综合考虑后，才能决定是否可以放飞飞机。 雾的出现也有规律，常见的有两种。一种叫晨雾，也叫辐射雾。晴朗的夜晚，地面热量辐射得多，地表温度下降，清晨水蒸气凝聚在地面上形成雾。太阳出来后，地面温度升高，晨雾就会慢慢散去。另外一种是平流雾，在秋冬季节，陆地降温快，水面降温慢，温暖的潮湿空气被风吹向陆地，受冷后形成雾。这种雾多出现大雾就在沿江及沿海城市，北方多在初冬发生，南方则更多发生于仲冬或冬末，有时连续几天不散。前面提到的广州大雾就属于这一种。（二）雨、雪、雷、电要提防以各种形式从天空中落下的水，在气象学上统称之为降水，主要包括雨、雪、冰雹。一般降雨对飞行的影响不大，无风情况下的细雨如同薄雾一般，会影响能见度；特大的暴雨有时能使飞机受到损害；此时地面上的积水如不能及时排出，机场可能会被迫关闭。空气温度很低时可以出现下雪。雪的颜色很白，在空气中反射光线，可以影响驾驶员的视线。它最大的影响还是在机场的跑道上，哪怕只有很薄的积雪都会降低跑道的摩擦力。气象部门要对机场的雪情及时发出通报，便于驾驶员尽早做出决断。冰雹是一种特殊的降水形态。当空气上下温差很大，上层温度低，已经结冰的水滴在下降的过程中又被上升的暖湿气流带到高空，冰粒外层吸附了水气，再次遇冷凝结就变成冰雹。如果上下反复多次，就会形成大冰雹。在降雹区气流的扰动很大，飞机应当适时避开，一般的小冰雹对飞行不会造成太大的影响。 此外，飞机在通过降水区或降水云时，在一定的温度条件下，水滴或冰粒会粘附在飞机表面结成冰层，其中机翼最容易结冰，结冰后的翼型发生改变，使阻力增大，升力下降。为此，飞机都装有防冰的设备，用喷气发动机的热气或用电将冰融化。此时，驾驶员要迅速控制飞机飞离结冰区。 雷电总是和云雨一起发生。云中的水蒸气在翻腾中相互摩擦碰撞产生了静电。不同的云团带着性质不同的电荷，一旦相遇就可能发生放电现象，它所产生的能量非常大。如果飞机直接被雷电击中会导致机上的仪表失灵，严重时可以直接损害到飞机机体。发生激烈的雷电的云区，被称为雷暴云。在雷暴区内雷鸣电闪，伴随的是大雨和剧烈的气流扰动。飞机必须绕开这片危险的区域，雷暴云的范围一般不太大，多发生在夏季的热带海洋上空。（三）驾御飘忽不定的风空气流动形成了风。风对飞行的影响首先体现在飞行速度上。飞机逆风飞行时，风给它增加了空速，从而使升力增加，但同时又减少了地速，使飞机相对地面运行的速度变慢。飞机顺风飞行时，产生的后果刚好相反。如果风从飞机侧方刮过来就是侧风。侧风改变了飞机行进的方向，因此驾驶员必须计算出侧风的影响，操纵飞机保持航向。假如任凭侧风吹，飞机将会偏离目的地很远。风不是驾驶员的敌人而是朋友，因为风在不断地变化，所以必须摸清它的脾气，才能达到“好风凭借力，送我上青云”的目的。飞机起飞时要利用逆风，使飞机很快升空。降落时也要使用逆风，保持飞机有足够的升力平稳落地，在长度有限的跑道上刹住飞机。巡航时尽量找到顺风，利用风力可以不费力地增加每小时几十千米甚至上百千米的速度，既节约燃油又能提早到达且的地。遇到侧风时，驾驶员就要准确掌握才能使飞机保持既定航向。这一点在飞机起降时尤为重要。侧风太大时飞机不能起降。 风是由于地球本身的转动以及地球上各地区温度不同所造成压力不同而形成的。大范围的季节风风向是有规律的。例如北纬300一600的区域是一个西风主风带，常年的主风向是西风。夏秋季常出现台风和暴雨，冬季则常出现由西北至东南的寒流。在7000米以上的高空带常年有一股西风急流，风速每小时在100千米以上。乘飞机由北京飞往美国的西海岸城市一般仅需ll小时，而反向的飞行却需要l3小时，这就是西风急流的作用。在中等范围内，由于海洋和陆地温度不同而形成了大气流动。在冬季，陆地上形成的是冷而且干燥的气团向温暖的海洋气团吹去，被称为冷锋，冷锋的锋面延伸几百千米，它带来大风降温和降水。到了夏季，海洋上活跃的热气团向大陆吹去，形成热锋，会出现大雨和大雾。飞机飞行要尽量避开热锋区。对于大、中范围的天气变化，现代气象工作者已经有能力做出中期(几天)或短期(几小时)的气象预报，因此当前由于大、中范围内的天气变化而导致的飞行事故几乎不再发生了。 小范围内发生的气流变化是目前航空气象学家们主要的研究课题。由这种天气变化引起的飞行事故全世界每年都有几起。这种变化包括颠簸、风切变和晴空湍流。 大气中不稳定的气流急速运动，被称为湍流，颠簸是湍流的一种。飞机遇到这种气流，机身上下左右摇动，使旅客感到很难受，起伏大的颠簸甚至会造成旅客的人身伤害。颠簸一般出现在云层的底部或山峰的一侧及顶部。通常有经验的驾驶员都会及时通知旅客系好安全带并使飞机高飞或绕飞以避开颠簸区。 风切变是比颠簸更危险的一种湍流。它可以发生在任何高度上，它是风速、风向突然改变的局部大气现象。有时风切变的强度极大，它此时会给飞机造成破坏性很大的伤害。例如，20世纪90年代曾经报导过一起飞行事故，在夏威夷上空3000米高度飞行的一架波音737飞机，突然遇到了强烈的风切变，整个驾驶舱上部和客舱顶部的一半被强烈的风切变吹跑，情况极其危急。幸亏驾驶员很镇静，驾驶技术高超，终于把飞机安全降落到地面上。风切变的主要成因是暖冷空气倒置，造成气流突然改变。它发生的范围小而且缺乏预兆，各国的民航业都下了很大力气对它进行研究。多数情况下，风切变对飞机的主要影响是使飞机的飞行高度和姿态突然改变，这对起飞或降落时接近地面的飞机特别危险。现在许多大机场装备了大型的专用雷达，能探测出低高度的风切变，及时发出警报，以保证飞行安全。 晴空湍流是湍流的又一种形式，它出现在天气晴朗的高空，是一种强烈的气流扰动，出现前没有征兆，对飞行有很大的危害。晴空湍流出现的次数不多，对它的研究也有限，目前通过提高飞机上雷达的探测能力，力求及时发现它的踪影，让飞机能快速地回避开它的锋芒，减少飞机受损的可能性。 除了自然界的湍流之外，飞机后面的尾流是人造的湍流。飞机冲开空气前进，造成向外扩散的空气巨浪，叫做尾流。由于机翼下方的空气压力大于上方的压力，因此在翼尖部分、机翼下方的空气会向压力较小的上方流动。因而尾流是不仅向外而且向下翻转的一股旋转气流。尾流中还包括发动机向后的喷气。尾流会影响飞机后方长达几千米的区域。故此飞机在前后飞行时要保持一定的时间间隔以避开尾流。尾流对大型飞机及飞行高度较高的飞机影响较小，而对于在大飞机之后起降的小飞机则是十分危险的。在大小飞机共用的跑道上空，在大飞机之后起飞或降落的小飞机都必须要空出足够的距离，才能避免由大飞机的尾流对小飞机造成的伤害事故。（四）地球上的坐标和方向驾驶员在高空中远望地平线是一条弯曲的线，飞机越是飞得高，这种弯曲的感觉就越明显，这和站在地面上的人对地平线的感觉有很大差别。在高速运行的飞机上对飞行距离、飞行方向、飞机所在地点的时间等等要做出决定时，驾驶员时刻也不应该忘记地球不是一个平面，而是一个球。 地球围绕着一根抽象的地轴自转，这根轴穿过地心穿出地面的两个点被称为南极和北极，南北极决定了地球的南北方位。通过地心和地轴垂直的面把地球分成两半，靠南的是南半球，北面的当然就是北半球了。南北半球的分界线就是赤道。为了给地球上各点的位置确定南北坐标，把南北半球分别用平行于赤道的平面分成90份，这就是纬度。赤道是0，北极是北纬90，南极是南纬90。用纬度确定了地球南北方向上的坐标后，还需要确定和南北相垂直的东西方向。东西方向的起始点没有天然的界定点，只好人为地替它定一个起点。1884年召开的国际会议上决定以通过英国伦敦格林尼治天文台伸向地球南北极的经线做为计算地球东西方位的起始线，这条经线叫做起始经线，也叫本初子午线。这条经线被定为经度0。它和地心形成的平面，把地球分为两半，即东、西半球，每个半球按圆周等分为180份，向东为东经，向西为西经。东经l800与西经180相重合。经度决定了地球上东西方向的坐标。经度和纬度在地球表面构成了一个坐标网，地球上的每一点的位置都可以用经度和纬度标出来。例如北京的坐标是北纬39055，东经ll6023。 地球上的坐标被确定之后，每一点相对于另一点的角度关系就可以用方向来表示。南北方向用南北极定位，与南北垂直的方向就是东西。航空地图上的方向以正北方为基准，正北为00，顺时针旋转，所测到的方向的角度叫做方位角。转一圈为3600，这样每一个方位都有了准确的角度表示。 地球是一个球体，地球表面的距离指的是弧线的长度。长度的单位在国际上通用公制，公制长度的基本单位是米。l米是经过巴黎的经线周长的四千万分之一，因此地球的经线长度为4千万米。测量长距离时，习惯上使用千米做单位，地球的周长是4万千米。除了公制长度单位外，在航空上还常使用海里或英里作为长度单位。英里是英国人制定的单位，在航空业中由于英国、美国占有传统上的优势，所以这种计量单位还在使用。1英尺等于03米，l英里等于l609千米。海里是航海家在航海中为了实用所制定的长度单位。航海家把纬度1分(160度)间的距离定为l海里，用它来测量海程十分方便。l海里等于l852米。每小时1海里的速度单位叫做节。使用海里能方便地算出飞过的经度或纬度，因此航空上也普遍使用这种单位。 在平面上两点之间的最短距离是直线。但是地球是个球体，球面上最短的距离如何确定呢?把地面上的两点用直线连起来，事实上不一定是最短距离。地球表面上的两点之间可以有很多连线，它们都是弧线。起始点与终点相同的许多弧线相比较，弧线的半径越大，弧的弯曲程度就越小，这段弧线的长度就越短。地球表面的弧线的最长半径当属从地心开始的地球半径，因此包含地心的平面与地球表面相交，在地球表面上所形成的圆，就是地球表面上半径最大的圆，叫做大圆。地球表面上任意两个点都可以与地心构成一个平面，这个平面和地球表面相交后形成一条弧线。这条弧线就是这两点之间的最短距离。沿着这条弧线飞行的航线叫做大圆航线，也就是最短的航线。经度线和赤道线都是大圆。在展开的平面地图上，这些线都是直线，其他的大圆就不是直线而是曲线。这意味着驾驶员在飞大圆航线时，虽然航线缩短了，但要不停地调整航向才行，这给操纵飞机的人带来很多不便。保持航向角不变的航线叫等角航线，在展开的平面地图上把两点用直线画出来就是等角航线。在这条线上航行方向始终不变，对驾驶员来说比较方便。P2_V_这两种航线各有优缺点，驾驶员如何选择才好呢?下面举一个例子来解释一下。中国北京与美国旧金山都位于北纬40。附近，从北京到旧金山的大圆航线，飞机要先朝东北飞，然后再转向东南，航行距离为9084千米。它们之间的等角航线就是北纬40,u线，距离为10248千米。二者相差1164千米。在等角航线上飞行的飞机要多飞1个多小时， 飞机多消耗l0余吨燃油。无疑应该选择大圆航线。而北京飞往拉萨的航线，等角航线比大圆航线仅多飞l2千米，此时，因为这两种航线的距离差别不大，多数驾驶员都会选择等角航线。（五）地球上的时间时间是一个看似简单而又十分复杂的概念。长久以来，时间被认为是一个绝对的永恒的流逝过程。直到2世纪初，在科学家对光速的研究中，这种时间观念碰到了意料之外的困难，后来由天才的物理学家爱因斯坦揭开了时间的奥秘。原来时间并不是绝对的，时间是和运动相连的；运动改变，时间也会改变，时间由运动来度量。我们的祖先很早就找到了以地球的运动作为度量时间的标准。在北半球的某一地点，连续两次在正南方对准太阳也就是地球转动一周所经过的时间称为1天。把1天等分为24份， 每份叫1小时，1小时再被分成60份，每I份又可分成60秒。这种计时方法就是按照地球的自转建立起来的时间系统。1天是从子夜的点起始，太阳在正南方时为l2点，再过l2个小时又回到0点。为了避免上下午和黑夜白天的混淆，航空业通用24小时制，用13点、l4点代替下午I点、下午2点的说法。早在两千多年以前，我国先民已经发现在不同地区太阳出现在正南方的时间是不同的，东部地区的太阳经过正南方的时间比西部地区早，用现在的地球坐标来描述即地球上经度不同的两个地方时间不同。在小范围内时间不同这一差别所造成的麻烦还不突出。l6世纪以后，新大陆被发现，地球的海上航行开始了。当时钟表已经普遍用于计时，人们发现从英国到中国香港的海上航行，按时钟计算的时间总要比在当地用太阳计算的时间少8个小时，即轮船到达香港按钟表的指针表示出的时间是上午8点，可是此时香港上空的太阳却已偏西了，当地已经是下午4点，糊里糊涂地就丢失了8个小时。而当轮船从香港返回到英国时，这8个小时又神奇地补回来了。经过研究，科学家才弄清楚了在不同经度上以太阳为基准确定的时间都是不相同的。经度相差1的两个地方，时间就差4分钟。以当地的太阳运行所确定的时间叫地方时。在小范围内，地方时差别不是很大，例如北京与天津的地方时相差仅54秒，这时地方时还可以使用。但在相隔较远的两个地区，各用各的地方时，这问题可就大了。为了协调这种差异，召开了国际会议制定了国际区时制，把地球划分成不同的区域，每个区域使用统一的时间。会议决定把地球表面按经度处理，每相差l5，时间就相差l小时。以l5做为一个区域，每区的中央经度称为标准经度，这个经度的东边75和西边75之间构成一个时区，在这个时区内都使用中央经度的时间，这种时间被称为区时。0经线向东75和向西75之间称为0时区。从0时区向东称为东区，从东1区一直排列到东12区；向西为西区，从西1区排列到西l2区。东西l2区相互重合是一个时区，其标准经度是180。有了时区制使全世界各地区的时间统一为24小时的标准时间，每2个相邻时区的区时之差正好是l小时，使用起来十分方便。 使用区时固然给大范围的活动和时间换算带来极大的方便，但是对于像中国这样的大国，疆域辽阔，东西横跨5个时区，时间相差5小时，在组织各种国内的活动时，使用区时却很不方便。于是我国中央政府就选定了以首都北京所在的东8区的区时作为全国各地统一使用的标准时间，这就是北京时间。准确一点说，东8区的标准经度是l20，北京在120以西341，北京的地方时比东8区的区时(北京时间)晚l5分钟。使用北京时间在国内各地旅行非常方便，旅客的手表不用随地点不同而经常拨动。但在横向距离北京较远的一些地区，使用北京时间在生活中也有不便之处。比如在乌鲁木齐，夏天到了晚上l0点，太阳还高挂在西方的天空，而冬天早晨9点太阳还未升起，因此当地群众的作息时间还要按照当地的区时适当调整。并不是所有的大国国内都使用统一的时间，例如美国国土横跨5个时区，各区分别使用当地的区时。当旅客做横越美国东西部的旅行时，他还需要多次拨动手表才行。 现代飞机的飞行速度不断增加，航空活动也与日俱增。使用区时制有时也会不方便。举一个明显的例子：超音速飞机的飞行速度可以和地球转动的速度一样快，用这种速度追着太阳飞，在整个飞行过程中，将会出现日不落的景象。用区时制计算，这架飞机上的时间几乎固定不变，这一现象显然和利用时间的长短来衡量运动距离长短的要求产生了矛盾。于是就出现了世界时，它把地球看做一个区域来计算时间，以0区的时间做为标准时，也叫世界时，或者叫格林尼治时间。科学不断进步，科学家发现地球的转动并不均匀，有时快一点有时慢一点，每一天可能相差几分钟。在高速飞行时，一秒钟之差飞行距离就可能相差几百米，因此在航空业中需要使用一种更精确的时间。20世纪初发现了原子共振现象，原子振动频率的稳定性和精确性都超过了地球转动。用原子共振制成的钟叫原子钟。用原子钟所测出的地球自转一周的平均时间是23小时56分04秒。用原子钟来度量时间的精确度比普通的时问系统要准确许多倍，上千年不差一秒。但这种计时与用太阳计时每天可能相差几分钟，长期积累下来就和世界时出现较大的差别，于是又使用了闰秒的办法来协调原子钟计时与世界时的差别，这种计时的系统叫做协调世界时，缩写是UTC。它的精确度远高于世界时，它们之间的报时差别在任何时间都不会超过一秒钟。国际民航组织规定全世界民航业统一使用协调世界时。（六）地球上的日期假如你乘飞机从美国旧金山飞回北京，虽然飞行时间仅用了十几个小时，但日子却跳过去一天，无形中丢了一天，这一天哪里去了? 17世纪末，一些人由英国出发越过大西洋，又横穿了美国大陆，最终到达太平洋的东岸。他们在此遇到了由欧洲出发向东走，通过西伯利亚又跨过白令海峡的俄国探险队。这两拨人之间发生了一场争论，英国人的日期比俄国人多了一天。双方都有确凿的记录为证，谁也说服不了谁。最后这场争论由俄国圣彼得堡的科学家给出了答案：原来双方的记录都没错，问题出在这两批人共同完成了绕地球一圈的旅行，等于替地球转了一圈，如果按照后来国际的统一规定，英国人的记录日期就是对的，俄国探险家就是错的。 在上面介绍区时的概念时，大家已经知道在同一时刻内，世界不同地区之间的时间可以相差24小时，也就是整整一天。问题出来了，这一天究竟应该从哪里开始，也就是从哪一条经线开始呢?在开始的那条经线记录时间为0时(也就是子夜12时)，开始了新的一天，由它向西的地方会依次迎来这新的一天。这条经线的地球另一面上， 此时太阳高照， 正是前一天的中午12时，而由此再向西去，则是前一天的下午或晚上。转了一圈再回到开始的那条经线，在线的东边，时间仍为子夜l2时(也就是0时)，可这是前一天的子夜l2时，新开始的一天比这条经线的东边整整晚了一天。这样就必须定出一条经线做为全球日期的起始线，大家才好记录日期。这条线叫做日界线或国际日期变更线。线的两侧日期相差一天，为了方便同一块陆地上的人使用同一日期，这条线最好不要穿过有人居住的大片的陆地。于是有关人士就把这条人为的日期变更线基本定在180的经线上，这条线在太平洋上，除了无人居住的南极洲外，只穿过很少的陆地，为了避开这些半岛或岛屿，这条线在白令海峡和太平洋南部共有三处弯曲。因为有了日期变更线的缘故，所以日期变更线西面的日期比东面的日期要多一天。当你乘飞机从中国向东飞到美国时，日期要减一天，反之，当你返回中国时，日期又要加一天。现在我想你一定明白了这失去的一天是怎么一回事了。（七）在空中认路飞机在广袤的天空中飞行，它是怎样在天上认路的呢?经历了漫长的发展过程，导航学问世而且逐渐成熟了。导航学就是指引飞机和船只认路的学问。早期飞机依靠地面标志和地图去认路，此时飞机不能飞得太高，驾驶员必须用双眼盯住地面，搜索标志物。有些标志容易辨认，如塔、铁路、河流等。但有些标志就看不清了，如文字标志等。有时飞机驾驶员是利用航空地图来认路的，航空地图与普通地图不一样的地方是在这种地图上标出了许多空中可以识别的地面标志物。这种早期的导航方法叫目视导航。 以后，随着时间向后推移，飞机飞得越来越快，越来越高。目视导航在多数情况下应付不了了。于是驾驶员的手头除了地图外又添加了时钟和计算尺(或计算器)两种工具。时钟要求走时精确，可靠性强；计算尺(或计算器)则是经过专门设计的，有关人士把飞机飞行所用的速度、距离、角度之间的关系编制成相应的计算步骤和程序刻画在计算尺上，驾驶员在使用时，只要知道其中一个数据就可以用这种计算尺迅速得出相应的其他数据。驾驶员在选定的航线上飞行，利用时钟可以知道已飞行了多少时间，由速度表知道飞行速度，这样就可以算出在航线上已飞行过的距离。从地图上找出航线上标明的航路点，由速度算出到达这点的时间，届时从机上向下看找到这个航路点标志，就可以确认飞机正在预定的航线上飞行。那时在大飞机上设有导航员，他的主要任务就是根据地图、飞行速度、时间和其他信息算出飞机所在的位置和为了到达目的地飞机应该采取的飞行路线。这种方法叫做推测导航。以上介绍的这两种导航手段，目前在小型飞机上仍在使用，大中型飞机一般不用，只在某些特殊紧急情况下才使用。航空与航海有某些相似之处，比如蓝天和大海都是浩渺无际，茫茫一片。空中导航于是就从海上导航借鉴了一些方法。磁罗盘的使用就是其中之一。磁罗盘的指针指向地球的磁极，地球的磁轴和地轴并不重合，磁南极、磁北极和真正的南北极相距l000千米左右。利用磁罗盘测出的方向叫磁方向，这种方向的北方叫磁北。地极的北方叫真北，真北方向叫真方向。真方向与磁方向之间偏差的角度叫做磁差。飞机上的铁制零件和磁场会影响磁罗盘发生指向偏差，这个偏差叫做罗差。飞在出厂前由制造厂家测量出罗差，驾驶员在飞机上使用罗盘时得到的读数要加上罗差才能得到磁方向，再加上磁差就得到真方向。在航空地图上都标有各地的磁差。实际上飞机在飞行中大量使用的是磁航向。在中低纬度地区，磁方向与真方向的偏差不大。只有到了离极地很近的高纬度地区，磁差才变得很大。一般在南北纬60度以上的地区飞行，磁方向就不能使用了。 无线电进入飞机，使导航方法发生了革命性变化。驾驶员和地面的飞行管制人员可以用无线电互相通话。这种通话使用2个不同的无线电波段。在200千米范围之内用甚高频通信，这种电波的频率在1 18兆赫到135兆赫之间，直线传播，可以有很多频道。这种通讯方式用在机场附近的繁忙的空中交通空域里，而这个区域正是管制员需要处理问题最多的地方。对于超过200千米的通讯联络，使用高频通讯。高频电波和短波广播电台使用着同样范围的频率，这种电波在天空和地面间来回反射可以传播上千千米，但是频道少、通讯质量不太稳定，用于飞机和远距离的地面台站的联系。有了以上介绍的这两种通讯方法，地面和空中就建立起双向联系，管制员就能够及时地知道飞机的位置、高度等情况。他可以给驾驶员下达指令，提供导航信息，指导飞机的飞行（八）导航系统的又一次飞跃惯性导航系统在20世纪60年代后开始进入民航。它由陀螺仪和加速度计组成。陀螺仪可以测量出飞机在各个方向角速度的变化，它的构造原理与地平仪相同。加速度计是用来测量飞机在各个轴直线方向上速度的变化。加速度计的构造原理不算复杂。当人在面朝前方乘车时，如果车辆迅速起动，人就会被一个力压到座椅靠背上。如果车辆急刹车，人的身体又会被抛向前方，这些都是加速度的作用。把一个质量块用弹簧和飞机结构连在一起，此质量块和它下面的支持面如果摩擦极小，可以自由移动的话，那么当飞机减速时，质量块向前运动，弹簧会被压缩；飞机加速时，质量块后移，弹簧就被拉长。测量此时弹簧的长度就可以算出加速度的大小。相对飞机的三个轴分别安装三个专用的加速度计，这样就可以测出飞机在每个轴方向上的加速度。根据物理定理和数学运算得知，如果知道了物体每一时刻的加速度，只要再知道了它的起始速度就能得出任一时刻的速度。如果知道物体出发的位置，运用数学公式可以得出此物体离开出发点的距离。用三个加速度计和三个陀螺仪组成了惯性测量系统，把飞机在它的三个轴上的角度变化率(角加速度)和加速度分别测出来，再用计算机对这些数据进行运算就能得出飞机在任一时刻的速度、姿态的数据。进一步就可以算出飞机已飞行的距离、方向和实际的位置。并且计算机还可以提前为飞机算出应该采用什么样的航向、速度以使飞机按照预先设定的航线飞行。惯性导航系统不依赖地面设施的帮助，飞机可以用它实现自主导航。惯性导航系统依靠在初始的位置上把以后得到的数据不断加上去来得到所需的数据，因此初始的位置数据如果不精确，以后所得出的一系列数据就都不准确。为了防止这种失误，飞机在起飞前必须在机场把当地的数据(经、纬度等)准确无误地输入系统，并对惯性导航的各种数据予以校准。惯性导航在数学运算方面，主要是使用连续相加(积分)的办法，如果每一个数据出现一点微小的误差，经过多次相加，累积起来，最后得出的数据将会与真实情况出现很大的误差，这是它长期得不到实用的主要原因。 其实在飞机出现前l50年，英国物理学家牛顿就用这种方法计算出行星运行的轨道位置。可是在飞机发明后的几十年，惯性导航仍未能用到航空上去，主要因为当时这种仪器的制造精度不够而且也缺乏能准确快速运算的计算机与之配套所致。如今惯性导航仪的误差已缩小到飞行l0000千米只有不到400米的程度。当今飞机在飞越大洋和大面积的无人区时，惯性导航是最为广泛使用的有效导航手段。在有航路的地区，惯性导航的精确度不如vORDME系统，此外惯性导航系统设备的价格也比较昂贵，目前仅在大中型飞机上装备有这种导航设备。（九）卫星导航系统自1957年人类向太空发射了第一颗人造卫星之后，一种新的导航方法被引进到民航业，那就是迅速发展的卫星导航系统。现在这种导航系统从导航设施一直到地面组织管理在技术上均已比较成熟，估计在1020年内将会全面取代现在的无线电导航系统。在卫星导航系统中，主要的无线电导航台站由地面挪到1000千米以上的高空去了，其优点是无线电波的传播基本不受地面气象、地形等因素的影响，台站的建立也不受地理条件的限制，距离也不受限制，因此可以很容易地建立起一个全球导航系统。 目前使用最成功的卫星导航系统当属美国人建造的全球定位系统(GPS)。这个系统由三部分组成。第一部分是人造卫星，它由21颗卫星组成。这些卫星运行在高度为20000千米的6条圆形轨道上。每颗卫星12小时绕地球飞行一周。它们运行的路线覆盖了从南纬630到北纬630的地球上的大部分地区。卫星发射两种频率高于l000兆赫的无线电波，和光线一样直线传播，精确度高而且不受干扰。卫星轨道的设计能保证在其所覆盖的区域之内的每一点上，在大部分时间内能同时看(接收)到4个以上的卫星。系统的第二部分是地面上一系列的卫星管理站。它们的作用是跟踪、遥测和管理卫星，还要把精确的时间及其他信息传送给卫星。第三部分就是使用者手中的接收机，它在收到4个卫星发来的信号后，测定出这4个卫星的信号传送到接收地点所用的时间(这一时间从卫星所在的位置可以计算出来)，这样每颗卫星就可以对应于测量点建立一个方程式，4颗卫星建立4个方程式。其中的4个未知数是使用者所在的位置的三个坐标(x陀)和飞机的速度。在这个方程中的重要参数是时间。用无线电波传播的速度与时间相乘就得出距离。无线电传播的速度为每秒30万千米。如果时间相差千万分之一秒，距离就会差30米。因此这个系统对时间精度的要求就非常高，要求是在两千年内误差不足l秒!现在GPS接收机的使用很广泛，甚至已经普及到汽车及探险队员的手中。但是把它用做民航的主要导航手段还需时日。原因是卫星导航系统是由美国国防部开发的军用系统，它只是部分开放给民用。若要把它作为国际民航的通用导航系统，不少国家心存戒心，担心一旦发生政治纠纷或战争时，国家的民航系统将会受制于人。此外美国政府人为地把供民用的GPS的精度由l6米降低为l00米。这样的精度作为远程导航是足够的，但要为飞机在机场进近、降落、起飞各阶段做精密导航还是不够的。世界有关各国正在通过国际民航界的一致努力，期望在1015年内建立一个由国际组织管理的，精度达到要求的全球卫星导航系统。此后飞机将在全球的任何地点都能得到精确的卫星导航，安全地进行飞行活动，这将是导航技术的第二次大飞跃，现在使用的大部分无线电导航设施那时将退居二线转成为辅助设施。（十）天高任鸟飞古语说：“海阔凭鱼跃，天高任鸟飞。”其实这只是一种浪漫的想象。各类的飞鸟都有自己在空中飞行的活动范围。乌鸦与麻雀的活动范围不过几十千米，燕子，天鹅等候鸟可以按季节做长达几千千米甚至更远的迁徙，但它们的飞行高度和飞行路线几乎从来都是不变的。飞机的情况与鸟类有些相似，某些小型的通用飞机只在几百千米的范围内活动，航线上的大型飞机可以在全世界范围内飞行，但是它们的飞行路线和飞行高度也是受限制的。事实上不管是鸟也好，飞机也好，谁也不能在天空中随心所欲地乱飞。 为什么偌大的天空不能让飞机自由翱翔呢?原因有以下几方面：首先是各种飞机都具有不同的性能，适合这些飞机飞行的高度是不相同的。例如，大型喷气客机在起飞之后，它必须迅速升高到7000米以上的高空，在这个高度上飞行既省油而且还飞得快，但最高不能超过13000米。再往上飞，它的发动机能力就不够了。中小型飞机的活动范围在7000米以下。超音速客机的飞行高度在1300018000米之内。第二个重要原因是飞机不论在天上如何飞，最终必须回到机场上，飞机的活动以机场为中心。在机场的上空飞机的密度最大，有起飞的，有降落的，还有从上空通过的。在这种空中交通如此繁忙的空间内，如果飞机各行其是任意飞的话，必然会发生拥挤碰撞事故，历史也曾有过这样的事故记载。因此在机场上空划出特定的区域，在这个区域中飞行的飞机必须严格遵守规定，按照空中交通管制员指定出的路线飞行。第三即使在远离机场的空域中，为了随时能掌握飞机的情况，给飞机驾驶员提供必要的气象、地形、导航等信息，以保障飞机安全飞行，飞机也必须在划定出的航路上飞行。航路相当于地面上的公路，有一定的宽度限制。飞机在这样一条不宽的通道中飞行，必然要遵守一定的交通规则才行。为了保证军事航空对空域的需要，还要划出一定的空域做为禁区或军事管制区。这样一来，虽然天空很广阔，但留给民航飞机活动的空间就十分有限了。（十一）空中的交通规则和地面交通一样，天上也需要有一套交通规则，用以规范驾驶员的驾机行为。同时还设有空中交通管制员执行管理任务，从而创造一个安全、有序、高效率的空中交通环境。 空中的交通规则叫飞行规则，是借鉴地面交通规则的经验制定的。它的核心目的是要保障机上人员和飞经区域的地面群众的人身和财产安全。飞行规则分为通用飞行规则、目视飞行规则和仪表飞行规则三个部分，通用飞行规则是各类飞机共同遵守的基本规则，它的主要要求是：非经特殊允许，飞机不能在居民密集区域上空飞行，不能从机上向下抛任何物体。为了防止相撞，规定飞机在相对飞行相遇时，各自向右转躲避对方；在同向飞行时，如果要超越前方的飞机，后面的飞机要改变高度或从右侧超越。航向不同的飞机在空中交汇时，左方的飞机要为右面的飞机让路。空中的“交通警察”空中交通管制员不像在陆地上执勤的警察可以在十字路口等地面对面地指挥汽车司机，他们靠飞机报告的所在位置和控制飞行的时间间隔来指挥飞机。因此在通用飞行规则中，要求在航线上飞行的飞机事先要提供飞行计划，被批准后，飞机才能被放行。在飞行时要得到管制员的许可，而且在规定的报告点向管制员报告飞经的时间、飞行高度等。由于对时间的控制是空中交通管制的基础，所以空中交通体系包括飞机和管制塔台都统一使用协调世界时，以保证空中交通管理的精确度。 针对目视导航或仪表导航的飞机分别制定了目视飞行规则和仪表飞行规则。目视飞行时，驾驶员主要依靠视觉来判断和发现其他飞行物或地面障碍。目视飞行规则的基础就是飞机能“看见”和“被看见”。也就是飞机之间、飞机和地面管制员之间能相互看见，用以保证飞行安全。目视飞行规则对能见度和天气情况做出了严格的规定，规定了目视飞行气象条件标准。如果天气状况达不到这些标准，飞机就不能被放飞。小型低高度的飞机大多采用目视飞行；大型飞机在气象条件许时，尤其是在机场上空，空中交通繁忙区域，因为目视飞行灵活，有时也采用目视飞行。在空中管制工作中，目视飞行只占其工作量的一小部分。 仪表飞行规则是专门为使用无线电仪表导航的飞机制定的。它规定了靠仪表飞行时的气象条件。在仪表飞行时驾驶员仅靠仪表观测和管制员的指示飞行即可，+不需要看到其他飞机和地面情况，因此仪表飞行的气象条件要宽于目视飞行。仪表飞行大大降低了天气对飞行可能造成的影响。仪表飞行规则要求飞机上必须配置齐规定的飞行仪表和无线电通讯设备；相应的，驾驶员也必须具备熟练使用这些仪表和设备的能力。驾驶员只有在取得仪表飞行的驾驶执照后才能进行仪表飞行。现在空中飞行的绝大多数航班都采用仪表飞行.（十二）管制员如何指挥飞机像地面交通由警察管理一样，在空中指挥调度飞机运行的工作由空中交通管制员简称管制员执行，他们完成的任务叫做空中交通管制服务。空中交通管制服务的任务是制定和提供尽可能的保障条件协助驾驶员安全顺利地执行好飞行任务，管制员和驾驶员的关系不是管制与被管制，而是共同遵照空中交通规则安全有效地完成航空运输任务。 在20世纪60年代以前，管制员管制(指挥)飞机的基本手段是依靠飞机使用者提交的飞行计划。管制员依据这个飞行计划，用预先知道的飞机运行程序，通过无线电通话来指挥飞行。这种方法被称为程序管制。除去飞机在机场附近的上空外，通常情况下管制员看不到飞机，管制员通过无线电通话依靠控制飞机的飞行高度、飞行时间、飞行方向来控制飞机的位置，使它们不至于彼此相撞或与地面建筑物相撞。程序管制的基础是程序、通讯和间隔。 飞行的程序是怎样编制的呢?飞机的使用者(通常是航空公司)提前一天对每一次飞行向空中交通管制单位提交一份飞行计划。在这份计划中要详细说明这次飞行的具体内容，其中包括飞机的编号、型号、飞行的航线、起飞时间、使用何种飞行规则、预计到达时间等。空管部门根据这份飞行计划编制出这次飞行的程序进程单，并以电信方式下发到沿航线的各个相关空管单位。于是每位参与管制这次飞行的管制员的面前，就都摆放有这架飞机的飞行进程单，这是指挥飞行的依据。驾驶员按照计划，驾驶飞机沿着航线飞行，每经过一个航路点都要向当地的管制员进行报告，在得到管制员的许可后才能继续飞行，直到飞完全程。管制员每人每天当班时要管制许多架飞机飞行，因此在管制员面前摆放有许多飞行进程单，他按照时间顺序把进程单排列起来，根据飞机到达的先后依次指挥飞机的飞行。飞机少的时候，还比较省力，如果有多架飞机在短时间内到达，管制员的工作就紧张。他们必须具备机敏、镇静、果断责任心强的心理素质才能胜任这种工作。目前民航的空中管制员工作均由男性担当。（十三）一字“千钧”的陆空通话管制员指挥飞机全凭无线电通话。飞机的飞行速度很快，驾驶员如果与管制员之间彼此听不懂对方说的话或者听错了都会酿成飞行事故。l998年在印度新德里附近，一架飞往新德里的飞机的驾驶员，因为语音问题，把管制员许可的飞行高度听错了，导致这架飞机与另一架刚刚起飞的飞机相撞，损失惨重。因此空中通话可以说是一个字也不许弄错，因为每一个字的重要性都很大，可谓一字“千钧”呀! 飞机在空中的通话既要确保及时接通，还要保证让通话双方都能准确理解对方所要表达的意思。为此，国际民航组织会同各国民航当局对民航的通信制定了标准。这些标准是空中交通规则的一部分。为了使空中对话及时接通，把甚高频通信频道所使用的频率做了分配。例如空中交通管制员与驾驶员谈话分配在1181214兆赫等三个频段内；不同岗位的管制员又被规定了专用的使用频率。只要驾驶员在飞机上把甚高频收发机调到这个频率上，拿起听筒，就可以与管制员接通。对于紧急情况，还设有专用的频率。这就保证了驾驶员和管制员之间有了一条随时畅通的热线，彼此能及时沟通。 为了使通话双方能准确及时地相互理解对方所表达的意思，国际民航组织把英语规定为世界民航的工作语言。各国的国际航线都必须使用英语通话。为了与国际接轨，自2000年起，我国不仅在国际航线上，在国内航线上也使用英语做为空中交通管制的工作语言。英语中的许多词汇是一字多义的。为了防止误会，国际民航组织专门对在空管中使用的英语词汇及常用语句的含义做了具体规定，以避免引起混乱。尤其是对于数字、字母、近声词等易混淆的发声都单独做了规定。例如把大部分的字母和数字的读法从单音节改为多音节，字母l的发音改成India(印度)，J改为Juliet(朱丽叶)，R改为Romeo(罗密欧)等等。（十四）繁忙的机场空中交通管制空中交通管制按管制的范围分为机场管制、进近管制和区域管制三个部分。 机场是飞机活动最密集的地方，也是交通管理强度最大的地方，为此，机场建有高耸的塔台，机场空中交通管制员工作在塔台的顶层，从这里他们可以透过宽阔的玻璃窗把机场和周围的空域看得清清楚楚。因此机场管制员也叫塔台管制员，他们分为机场地面交通管制员和机场空中交通管制员。机场地面交通管制员负责飞机的地面运行，他们用目视和雷达屏幕监控着在机坪和滑行道上的飞机，以及车辆和行人的活动。飞机从启动发动机到进入机坪直至滑行道都要经过他的许可。对于到达的飞机，离开跑道一进入滑行道就要按地面交通管制员的安排，通过指定路线驶到停机位置。飞机在起飞过程中，只要飞机进入跑道，地面交通管制人员就将指挥的责任移交给塔台上另一位专门负责机场空中交通的管制员，这位管制员专门负责管理跑道上和在机场上空500米高度以下空域内飞行的飞机。在这一空域中飞机的活动除了起飞还有降落，他负责起飞也负责降落。由他安排飞机起降的顺序，并且还要控制飞机之间的放行间隔。不管是飞机起飞也好降落也好，都必须得到他的允许才行。在繁忙的机场上，有些情况下，一条跑道既用来起飞又用来降落，空中交通管制员所承担的责任是非常大的，稍有疏忽，便有可能酿出大祸。1977年，在旅游圣地大西洋的加纳利岛的机场上，一架正在跑道上加速起飞的波音747飞机，在薄雾中突然发现在同一条跑道的另一端驶入一架波音747飞机，因彼此躲避不及而相撞，造成了迄今为止航空史上最大的一次空难事故，顷刻之间，有582人死亡。 为了保证飞机在起飞和降落时按顺序飞行，起降飞机必须按一定的航线飞行才行。这种航线叫起落航线。这是一个由五个边组成的航线。飞机降落时，先逆风平行于跑道侧上空飞行(对于起飞的飞机则先在跑道上加速并起飞)，这叫第一边或逆风边；然后做一个90度转弯，飞入第二边也叫侧风边；再做一个直角转弯进入方向与跑道平行的顺风边也就是第三边；再做一个与第二边平行的转弯，这一边叫第四边或基本边；最后再对准跑道逆风降落在跑道上，这一边叫第五边或末边。起飞或降落的飞机都要按照这条航线的顺序飞行，即使飞机起飞后又立刻降落也必须飞完这五个边，特殊情况下飞机不一定要飞完所有五个边。管制员可以指挥飞机从任何一个边进出此航线。对驾驶员来说，降落时最好采用五边降落，起飞时用一边起飞离开机场。对管制员来说，他要充分利用起落航线安排好飞机与飞机之间的间隔时间和距离，因为这对于机场内的飞机起降安全是至关重要的。（十五）飞机在空中等待飞机靠速度产生升力。如果飞机在空中停住，它就会掉下来。所以飞机在空中飞行要尽量避免空中等待。对于从机场起飞的飞机这种情况几乎不存在，因为管制员可以控制起飞的时间，宁肯让飞机在地面上多等些时间，也不会让它在空中等待进入航路。但是对于准备降落的飞机和在空中走廊准备进入其他航路的飞机，有时这种等待是不可避免的。特别是在某些繁忙的机场，某一时刻可能有多架飞机抵达机场上空请求降落，如果仅有一条跑道，于是除一架飞机外，其他飞机只好在空中等待了。根据这种情况，就专门设置了等待航线。等待航线的平面形状像运动场的跑道，呈椭圆形，立体形状像一个螺旋性的楼梯，层层叠起。它的位置由地面的无线电信标决定。无线电信标向上发射信号，飞机就绕着这个信标盘旋飞行。等待航线每一层的高度间隔是300米，最底层离地高度为600米。最多时可达10层。飞机每飞一层的时间为4分钟，速度快的飞机飞的圈大，速度小的飞机所飞的圈就小。有风时这个圈的形状会变成顺风边长、逆风边短的梯形。降落时等待飞机先进入最上层，层层盘旋下降，最多可以等40分钟。进入拥挤的航路和空中走廊时，有时也要利用等待航线调整飞行间隔和飞行高度。飞机在空中等待既浪费时间，也浪费燃油，同时也使飞行的安全性下降，应尽量减少使用这种方式。现在发展出一种流量管理的办法，用它来代替空中等待。飞机起飞前，如果预计到达机场会发生空中等待，就推迟起飞时间，把飞机在到达机场的空中等待变成在始发机场的地面等待。这种方法虽然减少了飞机在空中的飞行时间和燃油消耗，但并没有解决起飞时间的延误和旅客的抱怨，而且可能使始发机场飞行秩序被打乱。彻底解决这个问题，看起来只能有待于整体航路网的扩容和技术手段上的突破了。（十六）雷达使空中交通管制得到改善管制员依靠雷达同时参照飞行进程单就能通过观察来管制飞行了。随后，计算机技术又被引进到这套系统内。计算机把一次和二次雷达得到的数据与飞行进程单的数据统一进行处理。这就使得管制员完全摆脱了程序管制的束缚，雷达管制的时代降临了。 雷达管制员知道飞机的准确位置，就可以直接用距离去间隔飞机。对于垂直间隔，雷达管制与程序管制(非雷达管制)没有什么不同，使用同样的高度层间隔。对于纵向间隔及横向间隔，使用雷达管制可以把飞机的间隔距离大为缩小。例如，使用程序管制时，飞机的纵向间隔在20千米以上，而使用雷达管制就可以把这个间隔缩小到6千米。这意味着仅此一项改变，航路上飞行的飞机数量可以增加一倍多。 由于管制员在屏幕上可以看到整个空域的情况，他就可以根据实际情形引导飞机做有利的机动飞行。此举在很多情况下可以减少飞机在空中等待飞行的时间，同时管制员也可以向驾驶员提供此时在空中飞行的其他飞机的位置、航向、速度等信息。驾驶员得知这些信息后，就有了采取措施的主动权。 虽然雷达管制使飞行安全大为改善，使空中交通更为通畅。但是雷达设备价格昂贵，每个雷达站的工作范围为500千米左右，要用雷达把整条航线的广大区域都覆盖起来，就需要建设相当数量的雷达站，而且飞机要配备相应的设备。这是一项很大的工程，需要巨额投资及建设时间。目前我国仅在东部的主要航线上实行了全部雷达管制；在西部广大地区还没有建立起足够的雷达台站，雷达只用来监视飞机，仍然使用着程序管制。在国际间的跨洋航线上也无法建立起覆盖全部航线的雷达网，因此也只能实行程序管制。（十七）空中“自由”飞行在本篇的开头，曾经讲过天高也不能任“鸟”飞。其原因除了受飞机性能的限制外，更主要是为了保证