Kas olete kunagi mõelnud, kuidas lennukid ilma liiklusmärkide ja foorideta taevas tee leiavad?
Veelgi hämmastavam on see, et lend Pekingist New Yorki -üle kümne tuhande kilomeetri üle Vaikse ookeani-võib maanduda vaid mõnekümnemeetrise veamarginaaliga. Selle saavutuse taga on keeruline navigatsioonisüsteem, millest enamik inimesi ei tea midagi.
Esimene põlvkond: visuaalne navigeerimine ja mälu
Varased lennukid toetusid äärmiselt primitiivsetele navigeerimismeetoditele{0}}piloodid pidid kasutama oma silmi.
Piloodid määrasid oma asukoha kindlaks, viidates maapealsetele vaatamisväärsustele, nagu jõed, mäed, linnad ja raudteed. Põhimõtteliselt oli see täpselt nii, nagu iidsetel aegadel reisijad oma tee leidsid: näiteks pagoodi märkamine andis märku, et nad on konkreetse linna lähedal.
Sellel meetodil oli aga mitmeid saatuslikke vigu.
Silmade{0}}jälgimise tehnoloogia rakendamine lennunduses: piloodikabiini projekteerimisest pilootseisundi jälgimiseni – Yingfu instrumendid – inimkäitumise uurimisplatvorm – NIRS-i ajukuvamine – pinna-EMG – silmajälgijad – rõhujaotuse testimissüsteemid
Esiteks tuli lennata piisavalt madalalt, et maapinda selgelt näha. Teiseks oli nähtavus null tugevas udus, öösel või siis, kui pilved vaadet varjasid. Õnnetused, mille käigus piloodid eksisid või kursilt kõrvale kaldusid, olid levinud varajaste-kaugelendude ajal. Tol ajal mängisid piloodid sõna otseses mõttes oma eluga-panuseid, et nad ei kaotaks oma maamärke silmist.
Teine põlvkond: instrumendid ja käsitsi arvutamine
1920. aastateks hakati lennukeid varustama põhiliste instrumentidega, nagu magnetkompassid, õhukiiruse näidikud ja kõrgusemõõtjad.
Kuidas lennukis õhku tõusta? Õppige õhkutõusmist ja maandumist 3 minutiga selle illustreeritud juhendiga_Control
Lennuki asukoha käsitsi hindamiseks toetusid piloodid nende instrumentide näitudele koos lennukiiruse ja kestusega.
See meetod oli parem kui ainult visuaalsele vaatlusele tuginemine, kuid puudused olid ilmsed: arvutused olid uskumatult tüütud ja veamäär kasvas koos läbitud vahemaaga. Kujutage vaid ette,{1}}väikesed vead, mis kogunevad sadade kilomeetrite jooksul, võivad põhjustada kümnete kilomeetrite suuruse kõrvalekalde. Navigaatoritel oli tol ajal kurnav töö – nad arvutasid kogu lennu vältel pidevalt joonlaudade ja kaartidega koordinaate.
Kolmas põlvkond: raadionavigatsioon-Lõpuks "Maapealsed-teejuhised"
Raadionavigatsioon tähistas suurt hüpet edasi lennukinavigatsioonitehnoloogias. Raadionavigatsioon võeti kasutusele 1930. aastatel. Ehitati maapealsed-navigatsioonijaamad ja lennukid varustati vastuvõtjatega, et määrata nende asukoht nende jaamade edastatud raadiolaineid.
Selle kõige klassikalisem näide on VOR (VHF Omnidirectional Range) ja DME (Distance Measuring Equipment) kombinatsioon.
Võite seda mõelda järgmiselt: VOR ütleb lennukile, "mis suunas te jaamast olete", samas kui DME ütleb sellele, "kui kaugel te olete." Kui suund ja kaugus on teada, määratakse lennuki täpne asukoht.
VHF Omnidirectional Range (VOR) jaam – Baidu Baike
1940. aastateks tekkis instrumentaalmaandumissüsteem (ILS), mis oli spetsiaalselt loodud õhusõidukite juhtimiseks ohutule maandumisele halva nähtavuse korral.
Raadionavigatsioon oli visuaalsest navigatsioonist ja surnud arvestusest tunduvalt parem{0}}seda ei mõjutanud ilm ega pimedus ning see pakkus palju suuremat täpsust. Sellel oli aga puudus: see nõudis arvukate maapealsete -jaamade ehitamist. Kuna jaamu ei saanud ehitada ookeanidesse, kõrbetesse ega polaaraladele, kaotavad lennukid nende alade kohal lennates signaali.
Neljas põlvkond: satelliitnavigatsioon-Mängumuutja
Satelliitnavigatsioon tekkis 1963. aastal. 1970. aastateks olid globaalsed positsioneerimis- ja navigatsioonisüsteemid küpsed, muutes põhjalikult ümber lennundusnavigatsiooni maastiku.
Tänapäeval on kommertslennukid tavaliselt varustatud mitme satelliitnavigatsioonisüsteemiga, mis saavutab positsioneerimise täpsuse meetri ulatuses. Isegi ilma maapealsete võrdluspunktideta üle tohutu Vaikse ookeani lennates võimaldavad satelliidid lennukil määrata oma asukohta reaalajas.
Kuidas globaalse satelliitnavigatsioonisüsteemi (GNSS) tehnoloogia töötab? - Zhihu
GNSS on katustermin, mis hõlmab selliseid süsteeme nagu USA GPS, Hiina BeiDou, Euroopa Galileo ja Venemaa GLONASS.
Väärib märkimist, et Rahvusvaheline Tsiviillennunduse Organisatsioon (ICAO) on BeiDou süsteemi tunnistanud üheks maailma neljast suuremast satelliitnavigatsioonisüsteemist. Hiina tsiviillennundusameti (CAAC) andmetel on eesmärk BeiDou{1}}põhised positsioneerimis-, navigatsiooni- ja seirerakendused üldlennunduses täielikult kasutusele võtta 2025. aasta lõpuks. Kodumaised õhusõidukid BeiDou süsteemid on juba paigaldatud ja töötavad tavalistes lennukimudelites.
Kuid satelliitnavigatsioon ei ravi{0}}kõike.
Satelliidisignaale saab ummistada, blokeerida või isegi võltsida. Niisiis, kui GPS ebaõnnestub, kas lennuk "eksib"?
Vastus on eitav. Kaasaegsed lennukinavigatsioonisüsteemid kasutavad mitmekihilist{1}}liigset lähenemist.
Põhimõtteliselt töötavad kolm positsioneerimismeetodit paralleelselt.
Esimene on visuaalne positsioneerimine, kus piloodid määravad oma asukoha maapealsete orientiiride jälgimise teel,{0}}mida kasutatakse peamiselt õhkutõusmisel ja maandumisel.
Teine on surnud arvestus, mis arvutab praeguse asukoha eelmise asukoha ja lennuparameetrite põhjal; Inertsiaalsed navigatsioonisüsteemid on selle klassikaline näide.
Kolmas on geomeetriline positsioneerimine, mis määrab asukoha triangulatsiooni abil, kasutades maapealseid{0}}navigatsioonijaamu või satelliidisignaale,-see on pikamaalendude{2}}põhitehnoloogia.
Täpsemalt sisaldab kommertslennukite navigatsioonisüsteem vähemalt viit liiasuskihti.
Esimene kiht on GPS/GNSS satelliitnavigatsioon. See on rutiinsete lendude peamine allikas; see võtab vastu signaale enam kui 24 satelliidilt ja määrab triangulatsiooni abil lennuki asukoha.
Teine kiht on inertsiaalne navigatsioonisüsteem (INS), mis tugineb täielikult sisemistele komponentidele, mitte välistele signaalidele. See kasutab õhusõiduki kiirenduse ja nurkkiiruse mõõtmiseks güroskoope ja kiirendusmõõtureid, seejärel arvutab integreerimise teel kiiruse ja asukoha. Isegi kui kõik GPS-signaalid kaovad, jätkab INS iseseisvat tööd. Sellel on aga puudus: vead kuhjuvad aja jooksul, mistõttu arvutatud asend hakkab pikkade lendude ajal järk-järgult triivima.
Kolmas kiht on raadionavigatsioon (VOR/DME), mis toimib maapealse-varukoopiana.
Neljas kiht on lennuhaldussüsteem (FMS). Toimides operatsiooni "ajuna", integreerib see GPS-i, INS-i ja raadiosüsteemide andmeid ja rist{1}}kinnitab neid. Kui andmed tunduvad ebanormaalsed, käivitab see kohe hoiatuse.
Viies kiht on lennuliikluse juhtimise (ATC) radar; maapealne{0}}radar jälgib lennukit pidevalt. Isegi kui kõik pardal olevad navigatsiooniseadmed ebaõnnestuvad, saavad lennujuhid kasutada radarit, et juhtida lennukit ohutule maandumisele.
Nagu näete, on ühe navigatsioonisüsteemi rikke korral neli teist valmis üle võtma. See on ärilise lennuohutuse disaini loogika: alati on olemas varuplaan ja -oluline-ei panda kunagi kõiki mune ühte korvi.
Kuhu me siit läheme?
Õhusõidukite navigatsioonitehnoloogia areneb jätkuvalt.
Üks põhisuund on "mitme{0}}allika liitmine"-, mis integreerib mitmesuguseid tehnoloogiaid, nagu satelliitnavigatsioon, inertsiaalne navigatsioon, visuaalne navigatsioon ja maastiku sobitamine. See võimaldab lennukitel autonoomselt navigeerida isegi keskkondades, kus satelliidisignaalid on ummistunud või täiesti kättesaamatud. Teine oluline suund on "intellektiseerimine"-tehisintellekti integreerimine navigatsioonisüsteemidesse, andes õhusõidukitele parema keskkonnateadlikkuse ja autonoomse otsustusvõime{5}}.
"Lokaliseerimine" esindab veel ühte olulist suunda: BeiDou süsteemile keskendumine, et varustada Hiina lennukid autonoomse ja juhitava "õhukompassiga". Lennuki navigatsiooni areng viimase sajandi jooksul-, mis hõlmab üleminekut visuaalsetele orientiiridele toetumiselt igakülgse satelliidi levialani,-on sisuliselt lugu inimkonnast, kes nihutab pidevalt piire, et muuta lendu järjest ohutumaks.
