飛行中的“穿霧器”

孟令光

由于大氣污染，現在的霧霾低能見度天氣已經日趨影響我們生活的方方面面。我們在進行戶外運動前都要先看看PM2.5的濃度再做決定，連我們外出旅行中最快捷的空中交通方式都開始受到嚴重影響，這一點在我國華北地區的冬季尤為明顯。

此前，濟南、杭州、南京等華東華北地區的機場由于受嚴重霧霾影響，大量航班因不符合起降標準不能正常飛行，上千旅客滯留機場，給大家的出行帶來了極大的不便。

霧霾天氣下的進近

飛機在某機場的可否落地根據運行標準的不同，分三種不同的精密進近運行類型：CAT I（最低RVR550米、DH60米）、CAT II（最低RVR300米、DH30米）、CAT III（IIIA為最低RVR175米、DH15米；IIIB為最低RVR50米、DH15米或0；IIIC為RVR 0、DH 0）。這里RVR與一般意義上的能見度概念不同，這里指的是跑道視程，即在跑道中心線上，航空器上的飛行員能看到跑道面上的標志或跑道邊燈或中線燈的距離。RVR不是直接測量的氣象元素，它是經大氣投射儀測量后考慮大氣消光系數、視覺閾值和跑道燈強度而計算的數值。

事實證明，霧霾的輕重可以直接影響RVR數值的大小。一般來講，飛機落地可以只考慮RVR，必要時才參考DH，即出云高度。從上面數值可知，如果想讓我們的飛機絲毫不受霧霾影響，真正實現能見度為0的“盲降”，只有達到CAT IIIC的標準。但CAT IIIC的運行能力要求機場導航信號精度極高，不能受到任何干擾，需要花巨資來維護，不但維護周期短、維護程序復雜、涉及運行人員廣，而且容易受到臨時信號的干擾，因此運行風險很大。

此類運行的需求也很少，對于某一具體機場而言可能一年中沒有一天是能見度為0的氣象條件。到目前為止全世界也只有美國和歐洲少數幾個機場實現了CAT IIIC的運行能力，但因需求少而極少開放運行。那么到底有沒有一種機場維護程序方便、航空運行人員訓練簡單又可以直接降低運行標準的“雙贏模式”呢？

我們來分析一下，飛機起飛后，該航班在目的地機場能否落地，主要取決于三個因素：機長被授權的最低著陸標準、機場的導航信號精度所允許的最低著陸標準、飛機的機載設備能力所能達到的最低運行標準，這三個標準的最大值就是該航班的落地最低標準。

舉例說明，如果山航SC1152次航班從北京飛往濟南，機長授權的最低著陸標準為II類精密進近最低標準，即RVR 350米，而飛機的機載導航設備精度最低滿足CAT IIIA的標準，即RVR 175米，濟南01號跑道的最低著陸運行標準為550米，那么這個航班的運行標準只能取以上三個數值的最大值，即MAX{350、175、550}=550。也就是說，不管機長授權標準與飛機的能力如何，當濟南01號跑道的RVR小于550米時，飛機只能返航或備降，只有當RVR大于550米時，飛機才能落地。

那么飛行員能不能在上述例子中當RVR小于550米時“偷偷”落地呢？當然不能，RVR小于550米時，可以說飛行員在決斷高度60米時根本看不清跑道或跑道標識，也無法憑肉眼判斷飛機的離地高度與下降率，強行進近是直接危及飛行安全的行為，會面臨嚴厲的處罰。近年來，中國民航已經嚴厲處罰多起超標準落地的機長，終身禁止其商業飛行。因此，任何一個機長都不會頂著“高壓線”以身試法。

降低飛機在一個機場的運行標準，可以通過三種途徑：增加飛行員訓練以降低航班機長的運行標準、改造機場設施以降低機場的運行標準、更換飛機機載導航設備以降低飛機本身的運行標準。這三種途徑對目前的中國民航而言，都需要花費巨大的成本。首先增加飛行員訓練和更換飛機導航設備都會明顯提高航空公司的運行成本，而且這兩項工作都是持續性的，不但繁雜的訓練會減少飛行員的出勤率，而且頻繁的設備維護也會降低飛機的利用率。其次最重要，也最難實現的就是機場的改造和維護，對跑道道面的燈光加裝造成的停航施工本身就嚴重影響一個大城市所有市民的出行，而且后期對導航信號精度的維護更是周期短而復雜，牽扯機場及校驗部門大部分的工作時間和精力。再加上，一個機場的低能見天數并不是很多，拿廣州白云機場來說，一年之中機場能見度小于550米的天數還不到10天，對機場大規模的改裝和維護是極大的資金浪費。

可降低運行標準的利器

隨著民用航空科技的飛速發展，世界民航領域應用了一種全新的飛行工具——平視顯示器HUD，該設備在80年代剛出現時，被稱為“穿霧器”，簡直可以說是秒殺霧霾的神器。借助這種設備，飛行員可以在無須低頭看傳統儀表的情況下即可全盤掌握飛機的飛行狀態，實時保持良好的情景意識，從而促進飛行安全。HGS是美國羅克韋爾·柯林斯公司生產的一種在整個ILS進近直至著陸過程中提供飛行指引的平視顯示器，在民航的飛行史上第一次實現了由姿態指引轉變為軌跡指引。

由于HUD飛行對安全的優越性，國際民航組織也在運行標準上予以支持，專門提出了使用HUD可以進行特殊批準的I類運行標準和特殊批準的II類運行的概念。中國民航局也在2010年發布咨詢通告《使用平視顯示器實施Ⅱ類或低于標準Ⅰ類運行的評估和批準程序》（AC-91-FS-2010-03R1），明確提出了HUD降低標準運行的概念，對傳統意義上的運行標準而言是一個劃時代的進步。

新運行標準指出，裝備HUD的飛機在滿足相應要求的情況下，飛行員經過HUD訓練，可以直接獲得II類運行資格，在最低標準為RVR550米的I類機場可以執行RVR450米的標準，在II類機場執行RVR350米的標準；更有利的是，在機場無須做任何改造的情況下可以在I類機場執行II類標準。

使用HGS降低運行標準直接帶來經濟效益的同時，也大大降低了機場改造和運行成本，我們可以通過以下數據說明。假定某一機場只有一條跑道，改造一條標準的I類跑道需要從以下方面入手：重新設計復飛階段等飛行程序、改造燈光通導系統、增加II類道面標示、建立地面低能見運行程序、定期進行低能見程序演練等II類能力保持、更嚴格的II類標準ILS定期校驗、飛行員傳統II類訓練和經歷保持、傳統II類機載設備維護等共8個方面。

經權威機構計算，當一個機場改造完畢，開始II類運行前至少要先期投入2600萬元人民幣，而且這還不包括機場因改造停航所造成的隱性成本。相比之下，如果飛機安裝了HGS設備，那么對機場本身來說無須增加任何硬件改造投入，只需要增加簡易地面能見運行程序和重新評估復飛程序，飛行員訓練也是例行復訓中加入HGS內容，無須增加總復訓時間，而且機載HUD設備也是只需要例行維護即可。使用HGS降低標準運行前，加上購買HGS設備費用，總投入不超過400萬元人民幣，而且HGS設備并不會局限于某一具體機場，任何經過評估的機場都可以直接使用公布的HUD運行標準。對于應對低能見度天氣而言，這無疑是一種是一勞永逸、事半功倍的上上之選。

適合我國的新技術

HGS的工作原理比較簡單，仍然使用機場的ILS的導航信號，使用相應的模式，飛機進近至離地高度500英尺時HGS會啟用自主進近監控功能；在進近下降至200英尺時，開始比較并逐漸使用HGS計算機根據200英尺高度以上的實際下滑軌跡計算的“趨勢延伸下劃線”；當原始信號在低高度由于干擾不再可靠時，HGS會使用自身推算的下滑數據而不再使用機場實際的ILS的下滑信號，飛機進跑道后根據飛機的無線電高度完成自主拉平指引的計算并顯示。

由于機場的ILS信號不受霧霾的影響，HGS的正常工作也就不會受到影響，從而飛行員就可以借助計算機計算的拉平指引完成著陸。這對我國霧霾天氣嚴重的華北地區尤為重要，南方地區由于霧霾天氣相對較少，即使在下雨的情況下能見度仍然很好。但在霧霾嚴重的地區下雨時，對本來就因為下雨看不清跑道的飛行員來說無疑是雪上加霜，但借助HUD設備，飛行員完全可以實現安全可靠的進近。

山東航空公司在2005年就選用HGS作為機載必需飛行設備，并使用HGS實施飛行運行。HUD的運行是使用裝備HGS的飛機在符合中國民用航空局或國際民航組織（ICAO）要求的條件下實施飛行運作，包括使用HGS設備進行起飛、爬升、巡航、下降和進近等階段的飛行操作。借助HGS的不同工作模式，可以用來進行I/II/III類精密進近和其他非精密儀表進近和目視進近。截至2014年12月，山東航空公司已經在68架波音737NG飛機上安裝了型號為HGS 4000型的HUD設備。

山東航空公司目前已經獲得特殊批準的I類運行資格和標準的II類運行資格，即在公布HUD標準的I類機場實施RVR450/DH45米的運行，和在標準II類機場實施RVR300米/DH30米的標準；山航還可以在濟南青島兩個機場執行RVR200米起飛的運行標準。山航即將獲得的是在濟南和青島進行特殊批準的II類運行，即RVR350米和DH30米的最低落地標準。

借助HUD的安全特性和降低標準運行優勢，山東航空公司目前不但大幅提高了安全水平，而且提高了航班的正點率，多次避免了航班的備降或延誤。對本航班廣大旅客來講不但避免了因備降造成的不便，航空公司也因此減少了經濟損失。