自由飛行

編譯 周將能

空中困境:飛機排長隊

隨著航空業的日益發展,空中的交通管理越來越受到人們的關注。按照目前的統計數字,每天起飛的商業飛機約有21000架次,而且這個數字每年還以2%至5%的速度增加。航空班機的安排已從令人不安的擁擠,發展到可怕的航路阻塞。

盡管經過了一次又一次的現代化努力,那些過時又超負荷的空中交通控制中心已疲于奔命,難以為繼。受監控的飛機一次次從控制雷達熒屏上消失,就連美國總統的“空軍一號”也會在空管雷達屏上失蹤。為了避免此類失誤,控制系統必須增加飛機間的距離。這種提高安全度的辦法,雖然保證了美國商業飛機事故率較低的水平,但它犧牲了客運航班數量和效率。

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從地面轉到天上,讓飛行員根據風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。依靠新的衛星、計算機和通訊技術,自由飛行的飛機將飛得更快,更省,更安全。

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

安全飛行區

克頓的思想是建立安全飛行區。每架飛機維持兩個監視區:一是近距離的保護區,另一個是更大范圍的預警區。為了保護區不受侵入,一旦發現自己的預警區與另一架飛機的預警區有重疊,便發出更改路線的信號。

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

1995年10月,航空無線電技術委員會(RTCA)做為聯邦航空局的智囊團,完成了創造性的報告,并為自由飛行正式命名。RTCA提出46點行動計劃,爭取在2010年實現自由飛行的目標。這個計劃采用了一套先進的通訊、導航監視電子設備。在這個系統中,全球定位系統(GPS)接收衛星送來的位置信號,這些信號再由地面上的廣域和局域系統進行修正。無線通訊系統用于飛機間和地面間的話務通信。監視廣播系統傳送有關飛機的方位、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。人們首先拿貨機作自由飛行試驗。由于貨機沒有客機上安裝的交通警告及碰撞避免系統(TCAS),他們在貨機上裝備自動依賴監視發播系統。此系統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,美國聯合遞送服務(UPS)飛行公司發言人很有信心地說:“最終客機也會使用該系統,它的好處就象數字手機優于模擬手機一樣顯而易見。”

美國聯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。由于現行空管系統老舊、龐大而復雜,沒有人真正懂得如何對它進行改造;同時,它還必須繼續24小時運行來監視日常空中交通。有人建議另建一個并用系統,以便一個用于日常運行,另一個用于技術改造。但此種做法不但取決于預算,而且聯邦航管局官員和航空公司的負責人也不會輕易同意再建造一個大規模的空中交通控制中心。

美國國會驗證和聯邦航管局的試行已經過去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。聯邦航管局沒有實現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的改造。有人認為這種退縮是一種實事求是的態度;另一些人認為,這樣做只能是暫時的,將來最終還是要實現完全的自由飛行。而自由飛行的創導者認為,這無疑是一種逃避,是聯邦航管局的又一次妥協行為。更有些專家擔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行的話,那么美國國內撤銷聯邦航管局,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,客運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《技術評論》雙月刊1999年9月號)