47 291 subscriber

Как самолеты находят дорогу? Авиаликбез

11k full reads
21k story viewsUnique page visitors
11k read the story to the endThat's 52% of the total page views
16 minutes — average reading time

Как самолеты находят дорогу? Авиаликбез

Сегодня в рамках очередного рассказа о "таинствах" летной работы я расскажу о том, как пилоты умудряются не заблудиться в бескрайнем пятом океане и находят путь из точки А в точку Б.

Самолетовождение (или же Воздушная Навигация) - предмет, который является одной из базовых дисциплин любого начинающего пилота. Конечно же, я не хочу загружать читателя формулами расчета МК, МПР, УС, ЗМПУ и ключами великого советского компьютера НЛ-10М (использованию которого до сих пор учат в брендовых летных училищах нашей страны нашей страны), но расскажу об общих принципах.

Итак, поехали!

Точнее, полетели.

* * *

В преддверии повествования хочу сразу сказать, что самолеты обычно не летают "как попало" - то есть, строго по прямой. Для выполнения полетов существуют "маршруты", так называемые "воздушные трассы", которые представляют собой ломаные линии, вершинами которых являются ППМ - поворотные пункты маршрута. Конечно же, современные методы навигации вполне способны справится с задачей выполнить полет из Москвы в Владивосток без единого ППМ посередине, однако, наличие "изогнутых" трасс обусловлено множеством факторов, например - наличие (отсутствие) по пути следования средств для базовой радионавигации, аэродромов на случай вынужденной посадки, запретных для полетов зон и т.п.

Логарифмическая навигационная линейка НЛ-10М. Грозное оружие штурмана. Нужная вещь! Хорошо вправляет мозги в головах нерадивых курсантов и бестолковых вторых пилотов. Очень твердая!
Логарифмическая навигационная линейка НЛ-10М. Грозное оружие штурмана. Нужная вещь! Хорошо вправляет мозги в головах нерадивых курсантов и бестолковых вторых пилотов. Очень твердая!

Золотая эра авиации

Визуальное ориентирование

Самый базовый метод воздушной навигации это, безусловно, визуальный.

"Куда гляжу, туда и лечу".

Он до сих пор очень широко развит в авиации общего назначения, которые сплошь и рядом летают по правилам визуальных полетов. Суть, я думаю, понятна - пилот ориентируется на основании видимости наземных объектов, определяя ППМ и правильность пути.

Кстати, метод, хоть и базовый, но совсем не тривиальный, и требует определенного опыта и хороших навыков. Пилот имеет карты довольно крупного масштаба (1 см = 5 км или даже крупнее) на которых довольно подробно нанесены объекты - леса, реки, ЛЭП, вышки, пруды, возвышенности, деревни и поселки, которые нарисованы с сохранением реальных очертаний.

На этой карте пилот карандашом чертит (прокладывает) маршрут(ы) и в полете по мере движения самолета по расчетному курсу "ведет пальчиком" по карте, заранее ожидая увидеть тот или иной ориентир, который отмечен на карте, либо, если отвлекся, восстанавливает ориентировку - сравнивая конфигурацию видимых пролетаемых объектов на местности с тем, что содержится в карте.

Стоит "расслабиться" или "зазеваться" - и у не очень опытного пилота (или еще курсанта) возникают определенные проблемы. Например, речки на картах выглядят синими "змейками", а в жизни они (в наших краях) зачастую скрыты за кустами и деревьями, растущими по берегу. То есть, воды с воздуха не видно, а самих речушек-змеек довольно много. То же самое и с деревеньками - их бывает много и это иногда путает пилота, т.к. они в целом довольно похожи между собой.

Как самолеты находят дорогу? Авиаликбез

Визуальные полет по незнакомому маршруту является довольно непростой задачей, если не иметь четкого навыка работы с картой и местностью.

С другой стороны, это очень интересно - летать на небольшой высоте на тихоходном самолетике, чувствовать все воздушные потоки, т.к. органы управления связаны с рулевыми поверхностями без каких-либо новомодных компьютеров, и любоваться красотами, простирающимися вокруг тебя! Наверное, это и есть самая настоящая "романтика полета"... полеты на большом высотном и скоростном самолете все же вносят "пластмассовость" в ощущения и романтика уже другая.

Для того, чтобы облегчить себе жизнь, при визуальном ориентировании пилот ведет контроль пути по времени и расстоянию. Начинается он на еще предполетной подготовке - пилот быстренько делает штурманский расчет маршрута - посредством НЛ-10М (либо иных инструментов) рассчитывает путевую скорость самолета и время, которое он затратит на пролет каждого участка маршрута, используя данные метеорологов о ветре. Кроме этого, он предварительно рассчитывает курсы на каждом участке с учетом этого же ветра.

Как известно, воздушные потоки пытаются снести самолет с линии пути, которая невидимо пролегает по земле, поэтому пилоту приходится вносить в курс поправку, в результате чего самолет относительно земли летит под неким углом, называемым "углом сноса" - это угол между продольной осью самолета и фактической линией пути.

Как самолеты находят дорогу? Авиаликбез

После того, как пилот поднимает свой самолет в воздух и выходит на первую известную точку на маршруте, он "кладет" самолет на расчетный курс и включает секундомер. Далее по специальной методике (используя известное расстояние между двумя объектами и затраченное для его пролета время) очень быстро определяет фактическую путевую скорость и, методом подбора, курс, необходимый для того, чтобы траектория полета совпадала с заданной. И уже по этим данным, опять же, благодаря великой и могучей линейке НЛ-10М, определяет фактические скорость и направление ветра и вносит коррективы в штурманский расчет.

Если применять в комплексе визуальное ориентирование (уже получив необходимый опыт, конечно же) и контроль пути по времени, то потеряться в ясном небе довольно проблематично.

Однако, что делать, если вокруг только облачность и ничего более?

Радионавигация

Проблемой "всепогодных полетов" человечество озадачилось практически сразу же, как изобрело способ перемещаться по воздуху. Да, бесспорно, это очень чудесно - летать и любоваться осенними пейзажами в солнечный день, однако, что делать, если небо нахмурилось, и туманы заволокли землю, закрыв все ориентиры?

Ученые умы, почесав головы, догадались использовать для этих целей радиоволны!

Тут тоже все довольно просто. Поставив излучатель (радиомаяк или так называемый "привод") и, поколдовав над устройством прибора, можно добиться так, чтобы его стрелочка показывала направление на маяк относительно "носа самолета" или какого-то иного "нуля", задаваемого пилотом, выдавая при этом курсовой угол радиостанции (КУР). На приборе АРК, показанном ниже, КУР равен примерно 60 градусам, то есть нужный нам маяк находится справа от нас под углом 60 градусов.:

Как самолеты находят дорогу? Авиаликбез

Это не всегда удобно, т.к. "справа под 60" еще не означает, что надо взять курс 060 градусов ля того, чтобы лететь на маяк (ведь совсем необязательно при этом самолет летит строго на север). Поэтому приходится производить некоторые расчеты, чтобы определить, какой курс требуется для выхода... ну или "тупо" крутить вправо, пока стрелка не совпадет с нулем прибора.

В более продвинутых приборах стрелки показывают направление относительно магнитного севера, показывая магнитные пеленги радиостанции (МПР) или самолета (МПС). Нетрудно догадаться, что МПР-МПС=180 град. Шкала вращается относительно самолета при его эволюциях, при этом 0 шкалы всегда направлен на магнитный север.

Как самолеты находят дорогу? Авиаликбез

На картинке выше самолет летит на восток с курсом 080 градусов. На приборе две стрелки, каждая из которых настроена на свой радиомаяк. "Наконечники" стрелок показывают МПР, противоположные - МПС. Если пилот, к примеру, захочет полететь на радиомаяк, на который указывает конец желтой стрелки, он задаст самолету курс примерно 160 градусов с учетом коррекции на угол сноса.

Опять-таки, даже при полетах с помощью радионавигации пилот использует карту для контроля маршрута. Казалось бы, можно тупо лететь на радиостанцию, внеся поправку на угол сноса, а после того, как стрелка "провернется" (т.е., самолет пролетит маяк) - повернуть на новый курс и снова спать...

Не тут-то было.

Во-первых, даже в золотые годы радионавигации далеко не все маршруты были покрыты сетью радиомаяков. Было очень много пустых зон, внутри которых самолет летел по расчетному курсу с включенным секундомером.

Во-вторых, это только в авиасимуляторах стрелки ведут себя "честно" и показывают строго на привод. В жизни они любят колебаться, словно барышня на первом свидании или даже "танцевать", как она же на дискотеке. А дальность действия маяков довольно ограничена.

Так что, необходимость постоянно знать место самолета, фактическое значение ветра и, соответственно, путевую скорость и поправки в курс никуда не исчезла. Более того, необходимость контроля даже выросла в сравнении с исключительно визуальными полетами, т.к. в последнем случае "читерства" в виду отсутствия мешающей облачности все же больше.

* * *

Так вот, после изобретения радионавигации, человечество изобрело и методики определения места самолета с ее помощью. Например, если у тебя есть два радиомаяка поблизости (один, например, впереди, а другой сбоку), можно проложить обратные пеленги и по месту их пересечения определить точку самолета на карте. Через 5-10 минут еще раз проложить пеленги и по пройденному расстоянию определить путевую скорость.

Бинго!

Угол сноса определяется так же просто. Если мы взяли расчетный курс и вышли строго на стрелку, но ее постоянно сносит "вправо", то есть, нам необходимо подворачивать влево, чтобы стрелка вернулась и показывала нужный нам курс (который, напомню, при наличии бокового ветра никогда НЕ совпадает с фактическим), то рано или поздно мы находим такой курс, при котором стрелка +\- постоянно (учитывая колебания) показывает куда надо. Соответственно, разница между заданным и фактическим курсом и будет нашим углом сноса.

А далее... НЛ-10М в руки, находим значения скорости и направления ветра и производим коррекцию во все остальные предварительные расчеты.

* * *

Простая радионавигация - безумно интересный способ нахождения себя в пространстве, но тратящий много внимания.

И нервов. Разве ж тут можно поспать, если все время, как заведенный, счисляешь путь?

Да, я забыл сказать, что как раз для того, чтобы пилоты могли дрыхнуть, им в помощь придумали наиболее совершенный инструмент - штурмана. Ообучили серьезных дядек методам навигации, сунули им в руку карты, хронометр и НЛ-10М и засунули в самолеты. И все было замечательно, покуда коммерсанты не настояли на изобретении модерновых навигационных систем - все для того, чтобы уменьшить количество человек в кабине и снизить издержки на зарплаты.
Но о них позже. Пока что продолжим тему золотой эры авиации.

Учитывая мольбы летчиков и штурманов, умы придумали еще и способы определения удаления. На земле соорудили специальные маяки (VOR/DME) и создали самолетное оборудование. Все это вместе, взаимодействуя друг с другом, может выдавать как направление на станцию, так и удаление самолета от нее.

Пилот всю эту красоту может наблюдать на приборе:

Как самолеты находят дорогу? Авиаликбез

Имея такие маяки на маршруте (или хотя бы сбоку) навигация значительно упрощается. Более того, некоторые виды маяков можно использовать для автоматического полета "по лучу", если они являются ППМ, а автопилот самолета имеет соответствующую функциональность.

Точность навигации значительно повысилась, заодно и регулярность и интенсивность полетов. Однако, прогресс не стоял на месте, и пытливые умы придумали новые способы определения положения самолета - методом вычисления координат!

Замечу, что системы VOR/DME - изобретение буржуинское. В СССР использовали нечто похожее, имевшее название РСБН - радиотехнические системы ближней навигации. И даже РСДН - дальней.

Современная эпоха

Инерциальные системы

Поначалу приборы, которые измеряли положение самолета в пространства в координатах (!!) с помощью тонко настроенной системы акселерометров (датчиков, измеряющих ускорения, возникающие при эволюциях самолета) были весьма и весьма несовершенны. Координаты, измеренные ими, быстро "расползались", не очень-то помогая пилотам ориентироваться в пространстве, что не избавляло пилотов от необходимости постоянно контролировать полет "дедовскими" методами.

Конечно же, с течением времени прогресс дошел до такой степени, что "уход" инерциалок стал очень и очень небольшим, однако, для полного пилотского счастья (т.е., максимальной ленивости) этого было все еще недостаточно.

Поразмыслив, гении придумали специальные системы управления полетом (FMS - flight management system), которые принимают данные о положении самолета из различных источников, сравнивают их между собой по хитрой логике и в результате определяют координаты самолета, которые и используются в навигации.

Кроме инерциальных систем источником координат могут служить... да-да, данные от радионавигации! Если настроиться на маяки, позволяющие узнать расстояние от них до самолета (DME), то, зная координаты этих маяков, система FMS находит точку пересечения дуг дальностей и рассчитывает координаты. Более того, с некоторым ухудшением точности система может посчитать координаты даже по одному маяку, зная направление на него и дальность.

Замечу, что это технологии 80 х - 90 х годов прошлого века. И, увы, технологии эти получили распространение основном на диком Западе. В нашей стране, самый массовый лайнер тех лет - советский лайнер, Ту-154, считать координаты не умел (уточню для вредин - кроме поздних единичных модификаций с кривым "Жасмином" и иже с ним).

Да и вообще, экипажи Ту-154 героически определяли свое место в пространстве благодаря очень занятным навигационным решениям в виде системы НВУ-Б3 и навигационного планшета. Не iPADа, а нормального планшета, в который заправлялась целлулоидная карта полета и двигалась, получая данные от НВУ-Б3, показывая, где, по ее мнению, находится самолет.

Система НВУ-Б3 могла корректироваться по пеленгам и удалениям от РСБН. А управление НВУ-Б3 можно смело счесть вершиной штурманского мастерства!

Как самолеты находят дорогу? Авиаликбез

С появлением микропроцессоров прогресс было уже не остановить. Наконец, стало возможным забивать весь маршрут в память бортового компьютера (являющего сердцем FMS), который выводит на специальном дисплее красивую картинку с линиями, обозначающими путь самолета. А раз появились дисплеи, то на одной картинке сразу совместили много полезной информации - маршрут, ППМ, ограничения (если есть - по скорости и/или высоте) на ППМ, расчетное время пролета ППМ, данные от радара и о рельефе, расположение других самолетов и пр и пр и пр.

Как самолеты находят дорогу? Авиаликбез
Как самолеты находят дорогу? Авиаликбез

Летать сразу стало намного НАМНОГО удобнее.

И от штурманов поспешили избавиться.

Более того, были разработаны правила зональной навигации, которые при наличии соответствующего оборудования на земле и/или воздушном судне позволяют диспетчеру отправлять борты по любым прямым траекториям, а необязательно следовать по изогнутым линиям с ППМ с радиосредствами. Полеты стали "менее кривыми", что позволило увеличить интенсивность использования воздушного пространства...

...Везде в мире, кроме как в России (ну и в Китае с Монголией), конечно. Увы, в небе нашей страны до сих пор большинство диспетчеров боится разрешить экипажу "спрямление маршрута" по независящим от них причинам.

Хотя контроль пути по средствам радионавигации (для маршрутов без применения зональной навигации) еще никто не отменил, фактически количество маяков на маршрутах стало стремительно убывать. И, если во всем мире это было обосновано повсеместным внедрением маршрутов зональной навигации, то в России, конечно же, просто поснимали маяки, оставив маршруты "как бы обычными". Правда, в последние годы наметилось увеличение количества VOR/DME, что не может не вызывать умиления - во всем мире от них избавляются, так как это пройденный этап, а у нас (наконец-то!) начали ставить.

Спутниковая навигация

Заметьте, я еще ни слова не сказал о спутниковой навигации.

А сейчас скажу.

В 90-х годах, как рухнул "занавес", наши экипажи распробовали-таки преимущество космических технологий. Правдами-неправдами авиапредприятия (а то и индивидуумы) закупали разные "гарминки" (от "GARMIN") и в экстазе летали точно по трассам, несмотря на грозные предупреждения "не использовать в качестве основного средства навигации".

Использовали-использовали. Даже линейку НЛ-10М иной раз забывали в полет брать!

Правда, вопрос об использовании такого вот "дополнительного оборудования" в коммерческой авиации, скажем так, весьма скользкий. Но об этом не задумывались. Удобство решало все!

Как самолеты находят дорогу? Авиаликбез

Были они жутко тормозными, теряли спутники в самый неподходящий момент... но, тем не менее, выручили не один экипаж в годы постсоветской анархии, когда порочная практика выполнения заходов ниже минимума стала де факто нормой.

Но и до греха доводили.
Мне довелось однажды, очень давно, вступить в спор с командиром (я был еще молодым вторым пилотом), который хотел лететь по GPS-ке, в то время, когда "стрелочки" показывали несколько другое направление. Я настоял на своем и мы благополучно приземлились в Челябинске.

А его гарминка ничтоже сумняшеся после посадки показывала, что мы находимся примерно в 5 км южнее, но (с ее точки зрения) в том же аэропорту.

В 90-х годах ОКБ "Туполева" сделала то, чего от них никто не ждал - умудрились пойти навстречу мольбам эксплуатантов!

Это было настолько знаменательным прорывом, что тогдашний Президент Борис Ельцин счел возможным, наконец, устать и уйти.

В систему управления Ту-154 внедрили сигналы от установленного на борту GPS-приемника KLN-90B. Самолет в автоматическом режиме мог выполнять полет по маршруту, заложенному в это устройство и у экипажей "полтинников" началась золотая эпоха!

Как самолеты находят дорогу? Авиаликбез

Спутниковая навигация - одно из величайших изобретений человечества! Координаты, получаемые по этой линии, очень и очень точны.

Однако, и они бывают небезгрешными, поэтому производители до сих пор не отказались от иных способов получения координат. То есть, на современных самолетах все так же работают инерциальные системы, FMS все еще использует все эти данные, как и прежде... плюс туда же приходят и сигналы от спутников. И все еще остались приборы для ведения банальной радионавигации.

Компьютер по хитрой логике все так же определяет координаты, учитывая все данные, и решает, какие координаты использовать для выполнения полета по маршруту. Конечно же, обычно ими являются координаты GPS.

"А если враги сломают GPS"?

На современных самолетах, о которых я веду речь (например, Вoeing 737NG) если по мнению компьютера сигналы, поступающие от спутников, выдают некорректную информацию, они автоматически отключаются от "обновления позиции" - а пилот уведомляется об этом с помощью специального сообщения. Угрозы для полета нет никакой.Пилоты, выполняющие рейсы в Симферополь, частенько с этим сталкиваются. Но это никак не влияет на безопасность этих полетов. Просто назит. К слову, нет никакой уверенности, что помехи в GPS вводят "враги"...

В итоге, выполнение полета по любому маршруту (за исключением очень северных и южных широт), превратилось в довольно простую задачу.

Посадки в тумане

В завершение, немного информации о том, как самолет в тумане попадают на полосу.

Конечно же, тут задействованы высшие силы.

фото: Live from the flightdec | golfcharlie232
фото: Live from the flightdec | golfcharlie232

Все дело в оборудовании для выполнения точных заходов на посадку. И, увы - на дворе 21-й век, но далеко не все аэропорты имеют оное, которое называется ILS - инструментальная система посадки.

Система содержит два излучателя, которые формируют лучи особой формы - один направлен строго вдоль оси взлетно-посадочной полосы, другой под определенным углом (обычно 3 градуса) к зоне приземления. Оборудование самолета принимает эти сигналы, определяют положение самолета относительно их, выдают информацию пилоту и в идеальном случае, самолет летит строго по нужной траектории. Если по достижению минимальной высоты (высота принятия решения) не увидит необходимые ориентиры, он должен уйти на второй круг.

Высота принятия решения зависит от разных факторов - оборудование аэропорта, самолета, допуск экипажа - и в принципе может быть 0 м.

Но, повторюсь, есть это удовольствие далеко не на каждой взлетно-посадочной полосе. Это достаточно дорогое оборудование, требующее надлежащего (и дорогого) обслуживания и контроля.

В "Золотую эру" получили распространение незамысловатые системы приборного захода на посадку - установка радиомаяков в створе или поблизости от ВПП. Они неспособны наводить самолет по курсу*= и глиссаде, пилот самостоятельно ориентировался, чтобы лететь на них - так же, как при полете по маршруту с использованием "стрелочек". Минимумы захода конечно же, значительно более высокие, чем при использовании системы ИЛС - то есть, погода должна быть лучше. Такие заходы, ввиду отсутствия наведения по глиссаде, называют "неточными".

Вне темы

В последние годы популярность набирают системы захода на посадку, использующие спутники и наземную корректирующую станцию для удивительно точного определения самолета относительно ВПП. Считается, что за такими заходами (GLS) будущее.

Замечу, что современные самолеты, имеющие FMS, способны выполнять заходы при отсутствии каких-либо радионавигационных средств в аэропорту в принципе.

Заключение

FMS, спутники, ИЛС и прочее - несмотря на все достижения науки, грамотный пилот конечно же, применяет в полете все способы определения положения самолета (разве что по звездам уже не ориентируется), а не просто вкушает курицу и читает газеты, полагаясь на возможности бортового компьютера.

Спасибо за внимание!

Летайте безопасно!

Как самолеты находят дорогу? Авиаликбез

Мой инстаграм

Мой канал на Youtube