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讓機場聰明起來

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    飛機起飛、落地,乘客安檢、登機—在這些你司空見慣的場景中,總會有一些意想不到的東西。


  比如要容納和管理更多飛機的起降,最直接的解決辦法似乎是建一個更大的機場。那些巨無霸機場的湧現也多少證明了這一點。不過這不是全部,還有更聰明的方案。


  有人已經在這麼做了。眼下,霍尼韋爾公司正在迪拜實施一個現代機場的運力優化項目,工程技術人員在迪拜國際機場部署公司研發的設備和技術,以幫助其在兩年後將每小時離港率從目前的20架次提升到30架次以上。


  想像一下,現在你是一架波音客機的機長,在你剛剛起飛不久,機艙裡就響起了一聲短促的提示音,這是從地面空管系統傳來的指令。緊接著,一條信息出現在顯示屏上:請沿當前航跡飛行。預計本航班將於17點20分抵達北京首都國際機場。請在12號跑道降落。


  大部分人可能會忽略上面的幾個小細節:一是這條信息是在飛機剛剛起飛不久就發來的,二是它不僅給出了具體的抵達時間,還準確告知了飛機降落的跑道號?碼。


  這是霍尼韋爾最新的「四維」飛行管理系統。借助安裝在飛機上的這一系統,機場空管系統可以隨時與本空管區域內的航班自動交換數據,瞭解航班的位置、航速,以及抵達的具體時間,從而對交通流量進行準確預測。這些信息被傳送到機場,機場塔台可以依次安排航班進場和降落。


  對於乘客它有一個直觀的好處,就是將大大減少飛機在空中盤旋等候降落,或者悶在機艙裡等候起飛的情形。


  「這項新技術正在研發當中,預計在2018年以後推出。」戴殊榮(Brian Davis)說,他是霍尼韋爾航空航天集團亞太區航空運輸副總裁。


  目前飛機和機場普遍使用的是傳統的「三維」飛行管理系統。空管系統使用雷達監測空中的交通情況,用經度、緯度、高度三維坐標,最終確定飛機在空中的位置,根據飛機的速度、航向、飛行模式等預測和估計信息對飛行員發出指令,引導其安全飛行。


  隨著空中交通日益繁忙,這種傳統系統的缺陷越來越明顯。由於是人為控制,只有等到飛機足夠接近機場時,塔台控制員才能判斷出飛機的狀況,發出指令調整 飛機的相互位置來控制進場和著陸。但飛機收到指令時往往已經飛抵機場上空,因此一旦機場的吞吐能力有限出現擁擠時,它們就不得不在空中進行盤旋等候降落。


  四維飛行管理系統在三維繫統基礎上增加了時間維度。在這種系統內,每一架航班都會預先制定飛行四維軌跡,存儲在飛機的計算機內,並上傳到空管系統。空 管系統存有本空管區域內所有航班的四維軌跡,在飛行過程中,所有航班都自動通過衛星與空管系統進行超遠距離傳輸數據鏈,空管員能夠在顯示屏上監測到每架航 班的詳細飛行數據。


  在正常情況下,四維飛行管理系統可以不依靠任何人力。航班不需要空管人員給予任何導航指令,只要按照預先設定的四維軌跡飛行,按預設的時間表到達中途點和目標機場。


  要動用人力,除非是受到了氣象條件等其他因素的影響。如果航班的飛行時間出現波動,空管員可以根據實際情況指揮飛機控制飛行速度,按重新設定的四維軌跡和時間點到達。


  2012年2月,一架空客A320飛機首次利用霍尼韋爾的四維軌跡技術進行了一次試驗飛行。該飛機從法國圖盧茲起飛,飛往丹麥首都哥本哈根和瑞典首都斯德哥爾摩。不過,這次試飛只是在巡航階段使用了四維軌跡技術,在最關鍵的起飛和降落階段並沒有使用。


  「一些技術在未來才能推出,但目前實際應用的技術已經在緩解航班滯留問題上開始發揮作用。」戴殊榮說。他表示,如果不是完全使用新技術,而是將現有新技術進行一些整合,同時在機場或飛機上使用的話,機場擁堵狀況的緩解至少也能提高若干個百分點。


  這是霍尼韋爾航空航天集團的一個大計劃,這家公司同時也在積極參與歐洲天空一體化空管研究(SESAR)中的空中交通管理解決方案。


  提高機場運力和管理空中交通是一個系統工程,它也涉及到整個飛行航路的規劃。


  傳統的飛行導航需要依賴地面信號的指引。一架飛機在兩個不同的城市間飛行時,航線其實並不是一條直線。這是因為飛機在飛行途中要從若干個地面導航站接收信號來確定自己的位置,而受地面條件和建造成本的限制,地面導航站並不是呈直線排列的。


  霍尼韋爾的新導航技術則是在兩個機場間的空中規劃出一條虛擬直線距離,引導飛機飛行,這可以從根本上縮短飛行距離。


  該導航技術依靠全球定位衛星支持。它脫離了地面站,依靠導航衛星發送和反饋導航信號,通過飛機上的機載設備完成整個飛行過程的導航。


  在起飛前,飛機上安裝的三維飛行管理系統根據導航數據庫,計算出兩個城市之間的直線飛行線路。在飛行過程中,依靠全球定位衛星的支持,機載設備接收衛 星傳送的信號。機載設備是由接收機、信號處理器、計算機等組成,獲取衛星軌道參數後,由計算機解算出飛機的各種飛行參數,並按規劃的虛擬直線飛行。


  新導航技術還可以提供空域的利用效率。傳統的地面導航站與飛機之間依靠模擬信號聯繫,受信號傳輸速度和範圍的限制,模擬信號允許兩架飛機的間隔距離大約為8英里。這是一條空中的「行車道」,一架飛機需要佔用大約8英里的空域寬度。這也是為了安全考?慮。


  而在新導航系統採用數字傳輸技術之後,信號更快捷、可靠,允許飛機之間縮小間隔距離。原本只能飛行一架飛機的空域,現在可以容納4架飛機。


  現在我們把目光轉回地面。空域的利用效率提高了,但如果飛機總是不能盡快起飛,它的效果也會大打折扣—當然,此時機場的效率也降低了。讓空中和機場都能夠同時容納更多飛機的下一步,就是確保飛機能夠盡快進入跑道並起飛,或者降落。


  以往在飛機的地面滑行階段,引導主要通過控制台由人工來完成,即飛行員與控制員之間的無線電對話。但是人工引導有著明顯的弊端,比如當機場地面滑行的飛機數量較多,或者遇到與國外航空公司飛行員語言溝通有困難時,都會影響引導的效率。


  燈光引導或許可以解決這種問題。它可以像地面交通的紅綠燈一樣,成為放之四海皆準的「語言」,提高飛機與塔台之間的溝通效率。


  霍尼韋爾的燈光引導系統由不同功能的多種燈具及系統監控組成。發出不同顏色燈光的燈具及相關配件,被分別安裝在滑行道、聯絡道以及機坪上,系統監控安裝在機場的燈光站,塔台控制員可以進行操控。


  燈光引導系統與機場中央運行數據庫相連接,能掌握機場各航班的實時動態,為每一個起降的航班自動生成合理的滑行路線。當飛機進入滑行狀態,經過的路線 上的綠色燈光會自動點亮。如果飛機滑行至交叉路口或者與其滑行路線有衝突,系統會根據需要自動啟動紅色的停止排燈來提示飛行員,並生成另一條可行的滑行路 線。


  這一技術已經在韓國仁川機場成功實施,目前也正在迪拜國際機場部署。霍尼韋爾還在計劃推出與飛機駕駛艙同步顯示的跑道燈光技術。駕駛員既可以透過目視來辨識燈光,也可以通過駕駛艙內顯示屏的燈光指示來幫助起飛和降落。


  戴殊榮透露,正在就這一技術與波音(Boeing)、空客(Airbus)以及中國商飛等飛機製造商進行協調,預計2015年後在新交付的機型上實現運用。


  未來,在飛機被允許進場時,它還可以在陸基增強系統的引導下快速而安全地降落。通過在跑道周邊和飛機上安裝衛星定位裝置,互相傳遞信號,實現精確的衛星引導降落。


  目前很多機場使用的是於1930年代出現的儀表著陸系統。除了需要大量的人工維護,傳統設備的另一大缺陷是效率問題。一套儀表系統只能負責一條跑道, 如果是多跑道的話,則需要安裝多套系統;儀表著陸系統使用模擬信號,對於當前已採用全球定位系統的很多設備來說,可能造成無法支持的情況;現有儀表著陸系 統有其限定覆蓋的扇形範圍,所以飛機只有在信號覆蓋範圍內做直線運動。


  陸基增強系統採用的是數字信號,由空中衛星子系統、地面站子系統、機載子系統三大部分組成。它可以管理多條跑道,能同時實現26個不同方向的「進近」 —指飛機下降時對準跑道的這個飛行過程。由於覆蓋面廣,只需安裝一套陸基增強系統就足夠了,一個機場為此而省下的投資可以用在其他項目上。霍尼韋爾正在與 空客合作,在中國的天津機場進行陸基增強系統的試點,預計在2013年年底或2014年年初開始實施這個項目。


  根據霍尼韋爾公司提供的數據,目前已在全球範圍內實施了500多個新型的機場和飛行管理案例,其中包括眾多國際化樞紐機場,例如韓國仁川機場、德國慕 尼黑機場、迪拜國際機場等等。「所有的航空公司都對國際化樞紐機場抱有很大的期望,都著眼於機場未來的吞吐能力,」戴殊榮說,「我們正幫助它們釋放更多的 空間。」


  「釋放」以容納更多飛機不再只是通過擴建機場這種「簡單粗暴」的方式去解決。這一系列基於衛星、數據系統和數字傳輸技術的方案,讓那種即便有了些年頭的機場也能變得「聰明」起來。


  對於可以預見會越來越繁忙的空中道路而言,這也是一件好事。無論是駕駛員還是乘客,在空中和地面兩頭都「抓狂」的情形還是遇到的越少越好。


機場 聰明 起來
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