【通往新世纪的飞行之路】新世纪gpx 无限之路

　　“要想富，先修路。”这句顺口溜生动鲜明的说明了交通在国民经济发展中的先行作用。在新世纪到来之际，飞行之路有什么重大发展？有，这就是所谓的“新航行系统”。 　　
　　现有航行系统
　　飞机的安全飞行不仅取决于自身的飞行性能，还需要有足够的保证安全飞行的手段。比如，要准确迅速地定位，以保证按预定的航线到达目的地。目前，主要使用无线电地面台站和机载接收机配套的无线电定位/导航方式。这样，就必须沿着飞行航路部署相应的地面设施。为了及时沟通信息，保证有效的空地联络和通信，还需要有一套对整个航路覆盖的通信手段。为了监视和管理航路上正在飞行的飞机，除了规定飞行人员要主动报告外，还需要有雷达对航路情况进行监视。对于幅员辽阔的国家还需划分空域，以便进行管理。比如，我国就分为北京、上海、广州等七个飞行情报区。为了有效地管理空中交通，还需要把整个系统连接成网。目前，主要通过地面台站相互连接。这就构成了当代的航空航行系统。这种以无线电地面台站为基础的航行系统就是陆基航行系统，它有一整套空中交通管制方法、运行标准和程序，是当前保证飞行作业的基本手段。
　　整个航行系统的内涵十分丰富，以航空通信为例，与航行有关的通信业务按优先等级分成四大类：（1）空中交通管制部门与飞机之间的通信，即空中交通服务。其任务主要有放行许可、管制移交、飞行动态、天气报告、飞行计划以及各类航行情报服务。（2）航务管理通信，即飞机使用部门与飞机之间的通信。主要任务有详细飞行计划、飞行员/签派调度通信、飞行情报、维修情况、飞行紧急情况报告以及各类运营管理数据。（3）经营性业务管理通信，这也是飞机使用部门和飞机之间的通信。主要负责设备、货物和旅客安排的数据和行李查询等。（4）旅客通信，也就是负责旅客从飞机上对地面的通信，包括机组人员的私人通信、数据发送和传真等。
　　从整个航行体系上说，就更加复杂了。从管制空域的角度说，有管制和非管制空域；从管制办法看，有目视飞行和仪表飞行规则；从导航分类上区别，有陆基导航和星基导航（卫星和天文导航）；从航路分类上考虑，有雷达管制和程序管制之别；从机场分类上说，有大型城市机场、高原机场、军民合用机场、直升机专用或兼用机场、水上机场等。
　　但是，这套方法毕竟是在半个多世纪前的技术基础上发展起来的，有它自身无法克服的缺陷。例如，航路必须依赖于地面无线电台站的建设，地面无线电台站的覆盖范围有限，并需要人工驻守和维护。如果是在恶劣的地理环境条件下，成本会很高。而且，由于地理环境的限制，比如山区、沙漠、海域（尤其是越洋），都存在着不同程度的布台难度。目前，飞机在进行越洋飞行时的导航，主要是依靠惯性导航方式来完成，由于惯性导航仪固有的漂移性偏差，还不能成为完全独立的导航手段，必须使用地面无线电台站进行校正。因此，在航路设计上，必须保证能够使用到足够的无线电地面台站。
　　目前在通信方面主要采用甚高频/高频语音通信。飞行人员与空中交通管制人员通过语言进行联系，效率和安全性都比较差。在飞行繁忙的区域，比如机场区域，通信频道尤其拥挤。为了最大程度地提高通信效率，避免误会，规定了简明扼要的标准航空通信语言。但是，对于母语非英语国家的人来说，还是不太方便。在历史上，由于空中交通指挥/通信失误造成的民航机重大事故屡见不鲜。1977年3月27日，美国泛美航空公司的一架波音747客机，在大西洋岛屿特纳里夫机场起飞时与荷兰皇家航空公司的波音747相撞，两机罹难者高达583人，至今为止仍然是世界上最重大的空难。1996年11月12日，哈萨克航空公司的一架伊尔76飞机在印度查尔基达德里附近与沙特阿拉伯航空公司的波音747空中相撞，虽然前者是货机，但仍然造成两机共349人罹难，为世界第三大空难。
　　由于航线必须依赖于无线电地面台站的部署，而大多数国家和地域都存在各种各样的布台难度问题，虽然空域资源丰富，具体航路设计通常都会受到一些地理条件的限制。
　　
　　新航行系统概念
　　由于技术进步，飞机自动化程度大幅度提高，空中交通流量不断增长，各个国家的现行航行系统能力不同程度地出现了超载或饱和。为此，国际民航组织于1983年成立了“未来空中航行系统（FANS-Future Air Navigation System）”委员会，于1988年5月提出了以卫星技术为基础的全球一体化的通信、导航、监视和空中交通管理系统（CNS/ATM-Communication、Navigation、Surveillance/Air Traffic Management）。该规划提出了未来25年内在全球协调分步实施的基本方案。1992年10月，国际民航组织通过了该提议，1993年，公布了《新航行系统全球过渡协调计划》，使该系统成为其成员国遵照实施的统一大系统。国内则简称为“新航行系统” 。
　　此后，各航空大国纷纷投入人力物力，对该系统进行了相应的论证和实验。西方发达国家已经开始向新航行系统过渡，其他国家也在根据这个新航行系统制定本国的过渡和发展计划。1995年，中国民航总局对外公布了《中国民航新航行系统实施政策》等一系列指导文件。
　　新的航行系统，将继续发展甚高频和高频通信手段，并使之实现自动化的数据链功能；大力发展航空移动卫星通信（AMSS），以便在甚高频覆盖不上、高频效果不佳的空域使用；还有一种方式是二次雷达数据链。这是一种先进的雷达询问系统，飞机上装有类似敌我识别器的电子应答机，它可根据雷达询问，发送相应的数据。所以，在通信形式上，随着自动化数据链的发展，航空通信将以数据通信为主，最终达到只在需要时使用话音通信。
　　因此，相对于空域中的航线网络，形成了航空电信网络。在新航行系统中，最终要建设全球范围的航空电信网络（ATN），可使飞机通过卫星、甚高频、高频和二次雷达形成空地数据链路，实现与地面空中交通管制部门以及飞机用户管理中心计算机进行及时的通信联络，以保证飞机、用户和空中交通管理部门的计算机实现高速数据交换。
　　在导航手段方面，新航行系统将使用以卫星技术为基础的定位系统。目前，主要有美国的GPS（Global Position System）和俄罗斯的GLONASS系统。GPS原本就是美国军民两用战略部署下的产物，主要目的在于提高美国及盟国军事力量效能。由于它已经融入到军事和其他关键项目，为了进一步扩大美国在军用、民用、科学研究和商用领域的世界领先水平，保护美国国家安全和维护对外政策利益，提高美国的经济竞争实力，使GPS成为全球信息网络的基本组成元素，1996年3月，美国政府宣布，向全世界所有用户免费开放GPS系统。具体方式是，继续由美国国防部运行卫星及地面站系统，由国防部和运输部联合管理GPS系统，并由联合委员会负责与其他政府和国际组织合作，磋商有关研究、开发、运行和使用事项。
　　俄罗斯自1982年起，也开始部署自己的全球定位导航系统（GLONASS），尽管经历坎坷，国家政体动荡，经济大滑坡，但是，他们还是克服了重重困难，兑现了自己的承诺，到1996年全部部署完毕。俄罗斯的GLONASS系统虽然比美国的GPS系统晚了三年，但它毕竟改变了美国人在此领域内一统天下的历史，同时为建立多个卫星定位系统共存格局做出了自己的贡献，为俄罗斯赢得了国际声望，保证了他们国家的利益。实际上，这也是国际民航组织和其他国家用户所希望的。
　　使用卫星作为定位和导航手段，可使航路规划摆脱必须依赖地面设施的约束，可以采用灵活的最佳轨迹的航路系统。与此相适应，也提出了各类“基本导航性能（RNP）”要求。飞机可以根据自己的设备性能申请使用相应的基本导航性能。飞机设备越好，航线精度越高，就可以获得更好的效益，这就彻底改变了现有航行系统因兼顾所有飞机性能而必须大幅度降低航线精度、拉大飞机之间的时间和空间间距的管理办法，有效地促进了航空技术的进步。
　　卫星定位系统最终还将取代现有的仪表着陆系统，成为自动着陆的基本手段。为此，美国、中国等国家的民航部门均宣布停止发展拟取代仪表着陆系统的微波着陆系统。
　　飞行监视是空中交通管制部门的首要工作，首先，是防止飞行器相撞。其次，是保证有效地管理空中交通活动。因此，必须有措施确定飞机标志、方位、高度、速度和时间数据。当前使用的方式主要是雷达管制和程序管制方式。在经济条件好、航空业发达的具有高密度飞行空域的国家和地区，如北美、欧洲和大西洋的国家，主要使用雷达设备，用雷达保证飞机与飞机之间的安全间隔；在非洲、亚洲等国家的中等繁忙空域，由于雷达设备对于这些发展中地区还是昂贵的设施，则仍然以飞行员报告方位、由地面指挥推算飞机即刻位置的程序办法为主；在海洋上空，由于缺乏雷达和电台完整的覆盖，只能用短波电台和程序推算的办法。
　　在新航行系统中，将使用自动相关监视的方法。飞机将自动发送、处理、显示各种信息，改变了过去使用雷达等地面设施获得或推算飞机活动的方式。这里，“相关”的含义在于，这种监视方式必须依靠飞机能够自动发送信息，其物理实现就是航空电信网，其空地通信链路由卫星、甚高频、高频或雷达系统组成。
　　实施自动相关监视后，大大减少了飞行员与地面指挥的事务性报告次数，减轻了飞行和航管人员的负担和致错机会，它还可以时刻向航管部门提供飞机数据，使之能够精确掌握空中交通流量，最大限度地合理调度空域的使用。这样，飞机可更精确地沿着最佳轨迹航行，从而可改变现用的从航路点到航路点之间的飞行方式，提高了整个空域的使用效率。
　　自动相关监视对国际飞行格外重要。由于各个国家的空管系统不同，雷达的覆盖范围有很大差别，相关监视则建立了快捷的飞机间的通信能力。而且，它的地面站成本比雷达站低很多，并有效地弥补了非雷达监视地区的监视能力。
　　在空中管理方面，新航行系统最基本的变革就是航路体系的变革。航路网不再是一成不变的，因此不能构成空中交通管理的基础，而改变到以区域空域管理为主。对于飞机来说，不再飞固定航线，而是根据实际情况，挑选最佳航线，这就是所谓的“自由飞行”概念。
　　
　　实施情况
　　第二次世界大战结束后的美国，在航空技术、飞行人才和产品方面都积累了丰厚的资源，形成了美国商业航空在50年代异军突起、兴旺发达的基础。但是，由于连续发生了重大的空中相撞事故，美国政府意识到，必须改变由军民双方同时管理空中飞行活动的局面。因此，美国于1958年成立了联邦航空局（FAA），并在联邦航空局的内部组织和管理程序方面，设立了保障军事部门需求的机构和审批程序。为最大限度地利用国家空域资源，军方固定使用的空域只占全国空域的7%。
　　在开发使用新航行系统方面，美国的态度最积极，进展也十分迅速，他们已经启动了全面更新现有系统的“国家空域体系（NAS-Natinal Airspace System）”，其目标是实现“自由飞行”。这包括实施新的概念、技术、运行程序，可满足国内所有空域使用者和空中交通管理的需要。
　　根据规划，国家空域体系分三步实施。第一步是从1998年到2002年。在保持现有系统的基础上，将逐步更新标准化的自动化系统。在该阶段里，首先判断哪些是最需要自动化的区域，有哪些关键因素和风险。在这些内容设定后，针对这些内容，开展技术部署，进行验证工程，以便在实践中校验这些概念，评估风险和效益。评估的重点是系统运行的稳定性和经济可承受性，以便决定如何全面开展国家空域系统。
　　第二步从2003年到2007年。该阶段集中研究和部署完全支持新航行系统的通信、导航和监视体系，以及实现自动化技术。第三步从2008年到2015年。该阶段预定完成新航行系统的基础设施建设，由于新的技术已经能够完好地支持新航行系统的独立运行，因此可在整个国家空域体系内实现完整的自由飞行能力。
　　欧洲是老牌的航空发达地区，工业和人才基础相当牢固，航空技术和学术活动十分活跃，也是唯一能和美国全面抗衡的地区。目前，该地区发展的技术和标准，仍然是影响国际发展动态的主要因素。他们在航空技术发展方面，历来比较团结，尤其在技术抉择方面，协调一致，很少发生重大分歧。它有一个欧洲联合民航局（JAA），在航行体系建设方面，欧洲航行管制组织（EUROCONTROL）扮演着重要角色。
　　目前，欧洲正全力以赴规划其“欧洲空中交通管制协调及一体化计划”。这个规划主要针对33个欧共体国家的使用要求，由欧洲航行管制组织制定的。在新航行系统方面，欧洲坚决维护自己的利益，在重大技术发展方向上，坚持走自己的道路，以区别和尽量减少美国对新技术的控制，保障欧洲自身的安全利益，所以，其基本策略是“兼容而不直通”。比如，它宣布的重大分歧有：继续发展微波着陆系统、采用兼容但不同的自动相关模式；无线电频率管理方面，则采用了与美国截然不同的信道间隔。这些技术发展，有效地增加了美国产品直接进入欧洲市场的成本。WTO必然对我国航空业产生重大和深远的影响，欧洲这种既合作，又抗争的方式，值得我们借鉴和学习。
　　作为世界地理第一大国，俄罗斯国土辽阔，航空事业发达。与西方相比，其空中交通管制仍然由军队管理。在50年代，完全由军方管理，60年代以后，由于民用航空运输的迅速发展，进入了军民共同管理的方式，但民航只负责飞机在航路和相关机场的飞行指挥。由于军民分管的方式无法满足飞行流量的迅速增加，事故和危险也不断增加，为此在1983年，成立了由国防部和民航局共建的“统一的空中交通管制系统”。1992年，开始向国家管理过渡，当前，仍然由国防部和运输部联合负责。体制仍然是“航路由民航负责，其余空域由军方负责”的分工管理体制。不过俄罗斯已经开始向新航行系统过渡，预计到2005年完成。
　　
　　我国航行系统的发展
　　我国的航行系统也是采用陆基系统。在空域管理上，由军方统一领导全国的飞行管制工作。在具体航路划分上，由军、民航双方共同商定后报国家批准。目前，主要航路如北京-上海-深圳已经移交给民航管理，但是，空域管理仍然由空军领导。由于现行航路宽度固定，缺乏机动性，同时，划给民用的航路和高度分层有限，如果一旦沿途某处通信、导航设施工作状态不好，要重新申请航班或改变航线飞行就需要层层请示，逐个区域协调联系，一处有问题，整条航路就无法放行。当飞机在爬升、下降或者是在回避雷雨、高空湍流机动飞行时需要临时偏出航路，也需要随时请示后方可实施，这无形中增加了飞行和管制人员的工作量，而且容易导致错误。根据统计结果，目前，北京、上海、广州等枢纽机场，空中流量限制已经是造成民航航班延误的主要因素之一。其次，由于缺乏自动着陆设备，至今，我国没有一个民用机场装备全天候（即可引导到零高度）的自动着陆设施。对比之下，在欧美繁忙的机场，全部装备了高等级的自动着陆设备，以大雾天著名的伦敦，其希思罗机场高峰期有70%的航班使用全自动着陆。而我国大多数中小机场根本没有自动化着陆设备，因此，天气原因是影响我国国内航班正常起降的又一个主要因素。
　　宏观的角度说，我国空中资源需要大力开放和开发，合理应用，减少飞行禁区和限制区所占比例，简化飞行限制，以促进民用航空的商用普及化发展。反过来，由于民用市场的支持，国内航空企业可以改变主要以军用航空产品为主而产品单一、销路狭窄的局面。同时，由于民用航空市场的广泛性，又给军用航空开发的良性发展减少了负担和拖累。比如，直升机在我国民用前景十分看好，如果对地方开放必要的低空空域使用权，改变目前这种所有飞行计划均要事先申请、等待审批的状况，这样就可以从根本上体现出直升机灵活机动的基本特性，就可以迅速打开国产直升机占领国内普通用户的市场。
　　 改革开放以来，我国民用航空运输每年平均以两位数的百分比递增，在全球市场中综合运输能力的地位也在日益提高，空中交通体系承受着越来越大的压力，因此迫切需要民航设施及管理的现代化更新。所以，先进、经济、科学的航路是各国航空公司首先考虑的选择。据我国民航统计，经由香港、曼谷、科隆坡飞往欧洲的航班中，有92%的航班选择飞越印度次大陆空域，只有8%选择飞越我国和独联体国家空域。同时，美国等西方发达国家进一步鼓励南太平洋地区发展新航行系统，美国、澳大利亚、新西兰和斐济共同实施了新航行系统第一阶段计划，显著提高了该地区的航行能力和航路经济效益。
　　我国地域辽阔，地理状况复杂，并且受条件所限，建设陆基系统难度很大。初步估算，中国建设新航行系统的成本只需同等规模陆基航行系统的２０％。为此，我国也开展了新航行系统的建设工作，开展了一系列相关实验和验证，在这方面北京航空航天大学等一批科研机构起到了技术先锋带头作用。在“九五”期间，民航计划更新改造和新建５０套自动着陆系统，实现北京－上海－广州主要飞行三角洲的雷达覆盖，配套相应的自动数据链路系统。完全可以预期，在新世纪到来之际，我国的航行系统会有长足的进步。
　　 责任编辑：京 勉■