世界航空史曾有这样一件趣事1978年飞行员杰伊普罗奇诺驾驶塞斯纳188型飞机因机载自动定向仪损坏被困在南太平洋上空陷入绝境此时一架载有88名乘客的客机恰好从附近经过于是上演了大飞机找小飞机的神奇一幕堪称现实版大海捞针
飞行万里不迷航是飞机高效可靠完成各项任务的前提早期飞机导航方式较为单一受复杂地貌和空中不稳定气流的影响飞行员很容易迷失航向针对这一问题航空导航技术应运而生
现代航空导航技术如何发展而来各类导航系统如何精准引导飞机抵达目的地请看海军航空大学一级领航员王桂建的解读
观山看海行天下
走进军用运输机的领航舱纵横交错的线路和精密复杂的仪器让人目不暇接这些部件构成导航系统帮助战机确定航向
有人会问一个多世纪前没有现代化导航系统飞机如何飞抵目的地
这个问题曾困扰着当时的飞行员飞行员从高空向下望连绵的山脉蜿蜒的河流很难辨别方位不免心生疑惑这是飞到哪里了
当时飞行员凭经验总结出最原始的导航方法地标导航这种方式基本靠瞅飞行员需要根据地图和记忆寻找特征地形从而确定飞行路线
1911年在一次比赛中美国飞行员基恩从容地驾驶飞机屡屡超越飞得更快的选手他的飞行秘诀是一张防风地图这张防风地图能让他驾驶飞机飞直线而其他选手只能参照公路地标
然而参照自然地貌的地标导航只适用于晴天飞行一旦遇到复杂天气该怎么办呢20世纪20年代科研人员在地面铺设了几百座箭头状导航信标每座信标长21米被刷成明亮的黄色上方有一座15米高塔塔顶安装一盏燃气灯塔底有小屋供应燃料
采用这种导航方式飞行员从远处就能看到箭头百余个箭头横跨整个美国为飞行员飞行指明方向
对富有冒险精神的飞行探险家而言跨越大海是他们新一轮的挑战目标
广袤大洋一望无际缺少目视参照物又该怎么办当时飞行员们认为只要航向准确他们就可以根据风速和飞行速度大致计算出飞行时间和位置从而完成跨洋飞行
1927年美国飞行员查尔斯林白作出一个大胆决定带着一枚指南针一块偏流测量仪和几张地图独自开启了跨越大西洋的航程
天有不测风云大西洋上空一场突如其来的暴风雨致使飞机罗盘失灵在空中盘旋数个小时后查尔斯终于透过舷窗发现了一艘渔船他难掩激动心情超低空飞了过去大喊爱尔兰在哪里
经过连续计算和飞行修正查尔斯终于看到爱尔兰的海岸线起飞335小时后他降落在巴黎布尔歇机场成为单飞不降落横跨大西洋的第一人
虽然此次跨海飞行航线与计划航线只偏差不到5公里但飞行导航过程中的艰险经历让科研人员认识到要想顺利完成海上飞行需要一种更先进的航空导航方式
耳听八方定方位
20世纪30年代随着无线电技术日益成熟人们发现这项技术除了用于通信交流还可以进行航空导航于是科研人员将无线电技术与罗盘结合计算出飞机的飞行位置
与目视导航相比无线电导航不易受到气象条件影响即使在夜间或复杂气象条件下也能确保飞机飞行安全
最初无线电导航是利用布设在地面的中长波无方向信标台和测距仪定位它们就像茫茫大海中的灯塔向周边空间不断发射信号飞机上的无线电接收系统如同顺风耳能从各种信号中听出不同信息比如飞机在导航台什么方位有多远距离从而为飞机精准定位引导航向
二战时期跨海执行远程任务的轰炸机机群需要跟着领航机飞行领航员靠着无线电和地图的指引将轰炸机机群带到目标上空轰炸任务完毕后再靠本土大功率无线电信标台指引返航
当时中长波无线电信标台存在传播特性不稳定作用距离短等缺点为克服这些问题科研人员又研制出甚高频全向信标伏尔导航系统
伏尔导航系统通信距离达400公里统一规范了无线电导航台的频率简化了机载无线电设备的设计20世纪50年代伏尔导航系统被列为专用国际标准民用导航系统并沿用至今
无线电导航技术要求飞机必须与地面设备保持联通一旦地面设备损坏或受到电磁干扰飞机会成为睁眼瞎因此科研人员研制出一种完全不利用地面设备的惯性导航系统
这套系统更像是一种小型计算机安装的陀螺仪和加速度计能够测出飞机的飞行加速度再对加速度进行计算得出飞机的飞行速度和位移这种导航方式不易受无线电干扰为飞机装上指南针
惯性导航的缺点也很明显随着时间推移累积误差会越来越大所以现代飞机往往会通过其他导航方法来修正惯导误差
星星指路引航程
皓月当空星光璀璨如果飞行员驾驶飞机在夜间迷航他们会利用六分仪观星这就是天文导航
天文导航需要飞行员拥有丰富的天文知识储备当遇到气流颠簸时飞行员很容易选错参考星体从而迷失航向
为了解决这一问题早期的麦道和波音客机将天文导航融入驾驶舱设计理念中在驾驶舱风挡玻璃顶端装上观星窗这种设计能减少目视飞行中的盲区面积即使在导航系统全部失效后也能通过天体来判断所处位置
传统天文导航飞行员需要通过复杂计算才能得出位置信息如何让星星把位置信息直白地告诉飞行员呢
随着各国航天技术发展科学家决定亲自动手在天上镶上星星人造卫星这些人造卫星所构成的全球卫星导航系统相当于把原本在地面的导航台搬到天上被形象地称为天上灯塔
卫星导航的原理不难理解利用飞机接收机接收卫星信号计算出飞机相对卫星的距离卫星相对于地面基站的位置已知解算一组方程就能得出飞机位置卫星位置高覆盖范围广可以轻松实现全球导航这是任何导航系统都无法媲美的
20世纪70年代美国和苏联争相开始研发全球卫星导航系统
美国GPS系统家喻户晓这套系统于1994年全面建设完成并于2010年重新优化调整了卫星分布改善了导航设备精度俄罗斯格洛纳斯系统原计划1995年建成苏联解体导致计划搁浅直到2001年俄罗斯才重新启动建设于2010年完成了全部24颗卫星的发射
20世纪90年代欧盟开始研制伽利略导航系统该系统卫星数量多能提供更好的信号传递更多的信息安装的精确原子钟运行300万年后误差只有1秒定位误差在1米以内
值得一提的是伽利略导航系统不仅是一个独立的定位导航工具还能与多种导航系统结合使用提高对海洋风速海面潮水的强度和高度等数据测量精度
2020年7月31日中国北斗三号全球卫星导航系统正式开通从2000年建成的北斗一号系统到2012年服务亚太地区的北斗二号系统再到2018年服务一带一路国家2020年全面建成的北斗三号全球卫星导航系统我国成为世界上第三个独立拥有全球卫星导航系统的国家北斗5G北斗AI北斗大数据一个崭新未来正扑面而来
当前新技术层出不穷导航技术正向着智能化自动化系统化的方向发展今年5月第十二届中国卫星导航年会就以时空数据赋能未来为主题全面展示卫星导航时空服务对未来发展的重要意义
相信随着科技快速发展在不久的将来会出现更多精度高范围广不受外界干扰的航空导航系统它们将引领战机安全高效地穿越云层跨越山海
来源解放军报
