自由飞翔的天空 - 浅析美国空域管理系统(2010-08-20 07
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(原文发表于《航空知识》2010年第2期）
“bar harbor 空中交通, piper arrow 7av, 南方5海里, 3000英尺下降中, 跑道35进场降落.”
我从纽约出发, 经波士顿沿海岸线北上,两个多小时的飞行之后现在终于接近了我的目的地, 缅因州bar harbor小城机场. 这个机场和美国其它一万多座机场一样,没有任何地面或塔台管制. 进出这里的飞机都通过同一个无线电频道公布各自的位置和意图, 依据目视飞行规则互相协调, 确保交通的安全和通畅.
正在我下降的过程中, 无线电里传来了另一个飞行员的声音. “bar harbor 空中交通, 奖状x型, 南方10海里, 跑道22进场降落.” 我立刻意识到在我的身后有一架公务喷气机正在向同一机场飞来. 虽然有侧风, 但他们选择了另一条更长的交叉跑道降落. 此时我领先它将近6英里的距离, 但考虑到速度的差距, 我估计我们会同时抵达. 下降,减速, 打开电动燃油泵, 增加油气混合, 放下起落架和襟翼, 打开着陆灯, 短短两三分钟后, 我已经飞到机场上空准备着陆了. 向右看去, 一架白色的奖状x公务机在机场的另一端向另一条跑道转向飞来.
“bar harbor进场的奖状x, 这是piper arrow 7av, 左侧下风跑道35, 我是否在你的视野内?”
“奖状x正在寻找目标, 我们位于跑道22左侧90度. 会与你有冲突吗?”
“奖状x, 你在我的视野内, 继续你的着陆程序, 我会在原地盘旋360度, 保持与你的安全距离.”
“非常感谢”
几分钟后, 我的主起落架轻触跑道, 跟随那架优美流畅的公务机滑行进入了停机坪.
美国这个航空历史最悠久的国家目前共有机场超过15000座, 其中90%以 上是通航专用机场. 这些机场大多数 没有塔台和地面管制. 在天气允许的情况下, 像这样目视飞行的飞行器不需要申请任何飞行计划, 可以随时起飞直飞目的地. 美国空域面积庞大, 地形多样复杂, 平均每天近十万架次的各种飞行器从事不同的飞行活动. 如此繁忙的天空, 其管理机制却可以在保障安全与效率的前提下为每一个参与者提供最 大的灵活性和自由度. 能做到这样鱼与熊掌兼得, 是和它的空域设计和管 理理念分不开的.
1926年, 美国国会通过了航空商务法令, 授权国家商务部负责制定第一套空域管理制度. 美国空管的雏形由此产生. 随着航空的飞速发展,空管也在演变和进化. 1930年, 无线电第一次取代旗语走入机场控制室. 1946年, 第一部空管雷达试运行. 1960年机载应答器开始投入使用. 在交通量增加和技术发展的推动下, 空域管理的范围也从最初的个别机场扩展到航线和整个地区区域. 由点到线, 由线到面. 发展到今天, 美国90%以上的高空空域都在雷达覆盖内. 低空的雷达覆盖面积也足以满足低空航线和绝大部分交通密集地区的 需求. 雷达覆盖率是空管的基本前提. 当今美国有21座空中航线管制中心(artcc), 184座航站进场管制台(tracon) 和上千座机场塔台. 除少数塔台外所有这些空管机构都装备了不同种类的雷达系统. 共同构成了高低空密集的雷达覆盖网. 为整个国家空管系统的繁忙运作提供了坚实的基础.
(北加利福尼亚州航站进场管制台）
从空域的基本结构来看, 美国的空域共分为六级, a,b,c,d,e和g. a级是60000英尺到18000英尺的所有空域. 在这个高空空域内, 目视飞行是被禁止的. 所有飞行都要在仪表飞行计划下进行. a级空域同时含括所有的高空航线(high altitude airways), 是高性能飞 行器的主要运行场所. b级空域环绕全国最繁忙的大型机场. 它的形状象是个倒扣的多层蛋糕. 以波士顿机场为例. 它空域的最内层是一个半径10海里, 高2000英尺的圆柱型空间. 这个空间从地面高度向上延伸, 把整个机场笼罩在正中心. 向上一个层次半径增加到12海里, 高度由2000英尺起到3000英尺止.最上一层的垂直厚度增加到4000英尺 (3000到7000英尺), 半径达20海里. 这三层互相叠加, 体积递增的空间共同构成了波士顿机场的b级空域. 由于交通的繁忙, b级空域的管理也是最为严格的. 航站进场管制台和机场塔台共同协调管制进出的交通. 目视飞行的飞机在进入空域前需要提前与航站进场管制 台取得无线电联系, 通报意图并提出进入b级空域的请求. 如不被批准就必须绕行或爬升到空域上空飞过. c与d级空域是环绕中型机场的空域. 它们的体积较小, 一般只有b级的四分之一左右, 结构也相对简单. 进入c与d不需要得到批准, 只要在进入前与空管或塔台取得无线电联系就可以.
（空域结构示意图）
g级空域是非管制空域. 因为美国雷达覆盖率高, 非管制空域主要是指从地面到700或1200英尺的超底空. 在这个贴近地面的高度由于地形原因雷达是无法覆盖的, 所以也无管制可言. 对大部分飞行员来说,g级空域是在无塔台机场起降时稍纵即逝的空间, 但在一些航空人眼中它是最让人乐此不疲的飞行乐园. 我记得一次飞过一片广阔的农田, 从几千英尺向下看田间有一个小小的草坪机场. 一架明黄色的j-3 cub 轻盈越起, 然后在四五百英尺左右的高度似漫无目的的悠闲飞行. 他也许在巡视自己的田园, 或计划喷洒农药的路线, 也可能只是散心而已. 只要天气允许, 象这样在g级空域的飞行是完全自由的. 不需要无线电和应答器也不需要向任何人申请或联系. 就像百年前的航空开拓者一样, 自由飞翔. e级空域是18000英尺以下除b,c,d,g外的所有空间. 是低空空域的主载体. e级空域含括所有的低空航线. 在其中仪表和目视飞行有各自的预定高度. 航向0到179度间仪表飞行高度为奇数千位英尺(3000, 5000, 7000等), 目视飞行在此规律的基础上增加500英尺. 航向180度到359度间则为偶数. 这个简单的规则确保了最基本的空中交通间隔. 在e级空域里仪表飞行全程都有空管服务. 对目视飞行的飞机空管机构也可以提供相应的空中管制服务, 但它并不是必须的.目视飞行的飞行员可以选择不与空管联系与协调, 完全依靠自主巡视避让的方法确保与其它飞机之间的安全, 或者可以向空管要求雷达跟踪服务. 在这个模式下空管会提供基本的气候, 导航和交通避让的服务.
（曼哈顿 - 作者摄于纽约b级空域内）
目视飞行规则相对简单, 自由灵活, 是大部分通航飞行员的首选. 但是当空中能见度降低到3英里以下, 或云层覆盖密度达到5/8, 高度距离地面不足1000英尺时, 仪表飞行就变成了唯一的选择. 每一次仪表飞行都需要一个飞行计划. 飞行计划可以通过网络或电话提交给空管系统. 一旦提交, 该计划就开始在系统中待命, 没有滞后和等待, 飞行员可以立刻通过无线电与空管联系, 启动计划, 申请放行. 在交通不过于拥挤的前提下从提交计划到放行起飞只需要短短几分钟 的时间. 接受过仪表飞行训练的人都 知道仪表进近程序是仪表飞行的重要组成部分. 这些依各机场特定环境而量身定做的程序是从巡航到降落的精确过度. 它确保在零能见度中飞行员可以沿既定的航线和高度 顺利避开地面障碍物, 对准跑道降落. 同时在空管的控制下, 着陆的飞机之间也可以保持安全的距离. 仪表进近程序的数量与质量直接关系到整个空管系统在全天候条件下运行的容 量与能力. 美国全国各种仪表进近程序总数超过一万个. 这些程序可以分为两大类: 以地面导航设备为基础的程序, 包括ils, loc, vor 和ndb等. 这些不同的地面无线电导航设备为飞机提供空中定位信 息. 其中ils最为精准, 是大中型机场的首要程序种类. 另一类着陆程序是以空中导航设备为基础的, 例如使用gps或fms的rnav程序. 飞这些程序的飞机不需要依赖地面导航, 而是完全使用机载导航设备定位来完成着陆. 近几年新生的waas技术使机载gps的精度赶超ils精度. 应运而生的gps lpv 着陆程序成为了当今发展最迅速的一种仪表着陆程序.
把飞机停放好了, 我和我总会有兴致充当”副驾驶员”的妻子走进bar harbor这个海边小城机场的通航候机厅. 正当我们在飞行员休息室等出租车的时候, 电视里的cnn新闻开始报道刚刚发生的一起空难. 就在我从纽约起飞北上不久后,另一架小型飞机从一个临近机场起飞, 沿哈德逊河的低空目视飞行通道向自由女神像飞去. 与此同时一架观光直升机从曼哈顿起飞飞向同一个命 运的交汇点. 两架飞机都没有及时发现对方,不幸在约1000英尺的空中相撞坠入哈德逊河, 8人无一生还. 几个月后当在我写这篇文章的同时, 美国联邦航空管理局在国家交通安全理事会事故调查的基础上颁布 了新的哈德逊河低空目视飞行通道管理与运行办法. 新的规则在确保通道自由使用不受影响的前提下显著提 高了目视飞行交通的安全系数. 经验教训和技术发展一样, 也是空域管理发展和演变的原动力. 美国的任何一起飞行事故不分大小, 联邦政府都会一丝不苟的调查因果, 对其间暴露出的安全薄弱环节颁布响应的对策, 以此不断提高整个空域的安全性.
（哈得逊河空难瞬间）
与世界其他许多国家不同, 美国的空域管理系统从诞生的那天起从来不是由军事部 门掌握的. 它最根本的理念是天空如国土一样是自由的. 所有公民都应该有通行和使用的权利. 空管的唯一使命是使飞行变得更安全更有效率. 这一理念奠定了美国航空百年发展的坚实基础. 大小机场应运而生, 私人航空, 公务航空, 载客航空, 军用航空和平共存, 共同发展. 与航空相关的各种技术与企业也飞速发展. 在这个自由天空下的航空生态圈中各个元素和成分都得到了相辅相 成和谐发展的空间和机遇. 使得美国成为世界上的航空第一大国.
无论是晴空万里还是风雨交加, 无论是小小的双座cub还是跨洲越洋的747-400,天空的大门对所有的航空人都应该是永远敞开的. 步入驾驶仓, 发动引擎, 你可以随时腾空而起, 给二维的平面人生添加一个直冲云霄的新坐标. 美国发达的空域管理系统经过几十年的发展一直延续 着它唯一的使命和任务, 那就是帮助你在这自由的天空中飞的更安全, 飞的更远更高.
- 张胤捷
