Аэронавигация: как все устроено

Если вы думаете, что ваш автомобильный навигатор с пробками — это вершина развития технологий, то спешим вас расстроить: это примитивная бытовая игрушка. Настоящий хайтек — в аэронавигации, и именно здесь сначала внедряются новые технологии, о которых вы, возможно, даже еще не слышали.

Как строятся воздушные маршруты?

Казалось бы, быстрее и удобнее всего лететь по прямой между двумя аэропортами. Однако на самом деле по кратчайшему пути летают только птицы, а самолеты — по воздушным трассам. Воздушные трассы состоят из отрезков между путевыми точками, а сами путевые точки — это условные географические координаты, имеющие, как правило, определенное легко запоминаемое название из пяти букв, похожее на слово (обычно латиницей, но в русскоязычных используется транслитерация). Обычно это «слово» ничего не обозначает, например, NOLLA или LUNOK, но иногда в нем угадывается название близлежащего населенного пункта или какого-то географического объекта, например, точка OLOBA расположена недалеко от города Олонец, а NURMA — это окрестности деревни Нурма.

Маршрут строится из отрезков между точками для упорядочивания воздушного движения: если бы все летали произвольно, это сильно бы осложнило работу диспетчеров, поскольку было бы очень сложно предугадать, где и когда окажется каждый из летящих самолетов. А тут все раз — и летят друг за другом. Удобно! Диспетчеры следят, чтобы самолеты летели на расстоянии не более 5 километров друг от друга, и если кто-то кого-то нагоняет, его могут попросить лететь чуть медленнее (или второго — чуть быстрее).

В чем секрет дуги?

Почему же тогда летают по дуге? На самом деле это иллюзия. Маршрут даже по трассам довольно близок к прямому, а дугу вы видите только на плоской карте, потому что Земля-то круглая. Проще всего убедиться в этом, взяв глобус и натянув прямо по его поверхности нитку между двумя городами. Запомните, где она пролегает, а теперь попробуйте повторить ее маршрут на плоской карте.

Есть, правда, еще один нюанс, касающийся трансконтинентальных перелетов. Четырехдвигательные самолеты (Boieng-747, Airbus A340, A380) могут летать по прямой. А вот более экономичным двухдвигательным (Boeing-767, 777, Airbus A330 и пр.) приходится делать крюк из-за сертификаций ETOPS (Extended range twin engine operational performance standards). Они должны держаться на расстоянии не далее определенного времени полета до ближайшего запасного аэродрома (как правило, 180 минут, но бывает и больше — 240 или даже 350), и в случае отказа одного двигателя сразу же отправляться туда для аварийной посадки. Получается действительно полет по дуге.

Чтобы увеличить «пропускную способность» трассы, используют эшелонирование, то есть, разводят самолеты по высоте. Конкретная высота полета и называется эшелоном, или, по-английски, Flight Level — «уровень полета». Сами эшелоны так и называются — FL330, FL260 и т.п., число обозначает высоту в сотнях футов. То есть, FL330 — это высота в 10058 метров. В России до недавного времени использовали метрическую систему, поэтому пилоты до сих пор по привычке говорят: «Наш полет пройдет на высоте десять тысяч метров», но сейчас тоже перешли на международную футовую.

Как набирают высоту?

«Четные» эшелоны (300, 320, 340 и т.п.) используются при полетах с востока на запад, нечетные — с запада на восток. В некоторых странах эшелоны делятся между четырьмя сторонами света. Смысл прост: благодаря этому между самолетами, летящими навстречу друг другу, всегда будет как минимум 1000 футов по высоте, то есть, более 300 метров.

А вот разница во времени полета с востока на запад и с запада на восток не имеет к эшелонам никакого отношения. И к вращению Земли тоже, потому что атмосфера вращается вместе с планетой. Все просто: в Северном полушарии ветры дуют чаще с запада на восток, поэтому в одном случае скорость ветра прибавляется к скорости самолета относительно воздуха (она условно постоянна), а в другом — вычитается из него, поэтому скорость относительно земли разная. А на эшелоне ветер может дуть со скоростью и 100, и 150, и даже 200 км/ч.

Как работает навигация?

Еще совсем недавно летчики умели ориентироваться в том числе по Солнцу, Луне и звездам, и на старых самолетах для этого даже были окошки в верхней части кабины. Процесс был довольно сложным, поэтому в экипажах присутствовал еще и штурман.

В аэронавигации используются наземные радиомаяки — радиостанции, посылающие в эфир сигнал на известной частоте из известной точки. Частоты и точки обозначены на картах. Настроив бортовой приемник со специальной «круговой» антенной на нужную частоту, можно понимать, в каком направлении от вас находится радиомаяк.

Если маяк самый простой, ненаправленный (NDB, non-directional beacon), то больше узнать ничего нельзя, но по изменению направления на этот маяк при известной скорости можно вычислить свои координаты. Более продвинутый азимутальный маяк (VOR, VHF Omni-directional Radio Range) тоже имеет круговые антенны и поэтому с его помощью можно определить магнитный пеленг, то есть, понять, каким курсом вы относительно этого маяка двигаетесь. Дальномерный маяк (DME, Distance Measuring Equipment, не путать с аэропортом Домодедово), работающий по принципу радара, позволяет определить расстояние до него. Как правило, азимутальные и дальномерные маяки (VOR/DME) устанавливаются в паре.

Для определения высоты используется высотомер, работающий по принципу барометра: чем выше атмосферное давление, тем, значит, меньше высота. Однако атмосферное давление постоянно меняется в одной и той же точке, поэтому в каждом аэропорту пилоты корректируют высотомеры в соответствии с текущей сводкой погоды. А вот на эшелонах все выставляют условное давление в 29,92 КПа, так что высота известна не точно, но это и не нужно — главное, чтобы у всех самолетов она отображалась одинаково, что и достигается.

Современные технологии позволили отказаться от штурманов.

Используется и GPS-навигация. При этом на большинстве современных самолетов установлены передатчики ADS-B (Automatic dependent surveillance-broadcast — автоматическое зависимое наблюдение-вещание). С их помощью самолет примерно раз в секунду передает в эфир на частоте 1090 МГц свои GPS-координаты (широта, долгота и высота), курс, скорость (в том числе вертикальную), а также уникальный 24-битный шестнадцатеричный «адрес» борта и номер текущего рейса. Эти данные видны диспетчерам и пилотам других самолетов.

Такая система гораздо точнее, чем традиционные радары, к тому же, она позволяет передавать пилотам актуальную информацию о погоде и схемы рельефа. Бонус: данные не шифруются и принимать их может любой желающий с помощью копеечного приемника с «Алиэкспресса» или даже компьютерного TV-тюнера. Именно так работает всем известный сервис Flightradar24.