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一个世纪前的飞行员,如何确保不迷航?

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航空知识 2021-05-04 20:37

1927年5月20日,瑞典裔美国人查尔斯·林德伯格驾驶着“圣路易斯精神号”完成了纽约至巴黎的单人飞行,用时33.5小时,期间无着陆,人类历史中首次完成单人跨大西洋的壮举。

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查尔斯·林德伯格与“圣路易斯精神号”

人们不禁要问,在那个连卫星导航和无线电导航影子都见不到的年代,飞行员是如何保证飞行30多小时做到精准无误地到达目的地呢?这就要说到早期和现代飞行员具备的一项必备的技能—目视导航法。

地标导航

1918年5月15日,在第一次世界大战还未结束的时候,隶属于美国陆军航空勤务队的飞行员们便为美国邮政执行了定期航空邮政服务,驾驶柯蒂斯JN-4H“杰妮双翼机”穿梭于纽约和华盛顿之间。

驾驶这些飞机的都是美国陆军的飞行员,由鲁本少校指挥。当时的航空邮政线路在华盛顿特区(华盛顿马球场)和纽约市(贝尔蒙特公园)之间运行,其中,在费城有一个中转站。

世界第一款邮政飞机—柯蒂斯JN-4H

昼间通过地标参考物配合地图完成360公里距离的领航任务。虽说这个距离在今天看来简直是小儿科,但在汽车还是基于马车造型的20世纪初期,美国邮政就已经开创了邮件“隔日达”的先河。

早期的邮政飞行员都出身于美国陆军航空勤务队

上世纪20年代,美国邮政推出了旧金山至纽约的跨大陆定期邮政航线,期间需经停13个机场进行飞行员的替换,航程共计4000余公里。

横跨北美大陆的邮政航线

美国国会为了解决邮政航路上的夜间导航问题。很硬核地在西海岸至东海岸的邮政航路上铺设了大约几百座导航信标,每座间隔5-10公里,飞行员可以利用导航信标作为航向上的参考,搭配着地面铺装好的水泥制箭头来调整航向。

位于爱达荷州的领航水泥箭头

飞行员少走冤枉路的同时,也可提升飞行上的安全裕度,保障了不分昼夜的进行邮件运输作业的能力,运用一个相对简单粗暴的办法照亮飞行员们回家的路。

在星光满天的无云夜晚,旋转闪烁的导航信标的照射距离可达16公里。在导航信标的下方装配着一对闪烁红色和绿色的灯泡,能够有节奏的进行闪烁,从而让飞行员识别出摩尔斯代码以便进行位置识别。航路全程每隔40公里便设立一个简易过渡机场以应对漫漫长路中可能遇到的特情。

早期为美国邮政服务的飞行员

可惜的是,高额的维护成本加上恰逢美国经济大萧条时期,这套被认为是当时最有效的导航系统在面世不久后的30年代便遭到了抛弃,被更精确的低频无线电导航所取代。

大萧条期间,人们在街上寻找工作机会

在今天,在美国各地依旧遗留着一定数量的早期领航方向标,风化的水泥箭头向人们诉说着航空史百年的发展历程。

俄勒冈州保留至今的领航灯塔

天文导航

夜观天象,眼观八方

六分仪是一种用来测量远方两个目标之间夹角的光学仪器。通常用它测量某一时刻太阳或其他天体与海平线或地平线的夹角,再查得当天太阳直射点的纬度,就能确定观测者所在的纬度。



六分仪的工作原理

现在,纬度已经求出来了。经度该如何求呢?

举个例子,假设你的钟表,显示的是你出发地的时间。在出发地,太阳上中天的时间是中午12点。而现在,才11点太阳就上中天了。这说明,你现在的位置在出发地的东边,经度相差15度。

使用时以六分仪的望远镜光轴为轴心,让整个六分仪左右摇摆,使得视野中的太阳影像对海平线作钟摆运动时,不会下沉到海平线以下)。并且,使用六分仪测天体高度,不是只测一次就得出结论,而是要连续多次测量。

另外,更多时候,是先对准太阳,让‍阳光从地平镜和望远镜中通过,再慢慢地将海平线拉入视野。由于人眼扛不住太阳的直射,六分仪也装配滤光镜来减少强光对眼睛的刺激。

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宇航员在国际空间站上调试六分仪

早期的麦道和波音系客机在驾驶舱风挡顶端都装配有观星窗,减少目视飞行中盲区面积的同时,也可在导航系统全部失效时利用六分仪,通过天体来判断自己的所处的大概位置,虽然发生以上特情的可能性微乎其微,但还是融入了早期驾驶舱设计理念之中。

波音

737

经典型

麦道-82

利用六分仪导航也给早期的飞行员们带来了不少的困扰,例如,遇气流颠簸时观测困难,飞行员可能会用错星体来作为参考,由于此方法需要一定的天文知识储备,所以准确率并不算高。虽说六分仪已经有着200多岁的高龄,但是依旧在航海和航天领域作为备用导航设备。上世纪60年代的阿波罗任务也曾将六分仪作为人员应急返回所需设备,六分仪也成为了国际空间站NASA宇航员进行太空导航测试使用的仪器,可见六分仪在航海、航空、甚至航天领域依旧老当益壮。

航位推算法

为了有更高的安全裕度,航空界从来不依赖单一的设备和领航方法。这时候我们就要回顾一下查尔斯单枪匹马飞跃大西洋的领航方法—航位推算法。

航位推算法是在得知当前位置的条件下,通过测量移动的距离和方位,推算下一时刻位置的方法。飞行员们普遍会借助飞行计算器,通过已知的速度和时间,进行飞行距离上的计算。随后在航空地图上进行画图作业得知单位时间内的飞行距离和轨迹,通过罗盘修正风带来的偏航角度后以求出修风后的理想航向。

现代飞行员依旧在训练中使用有历史感的E6B领航计算器

早期的飞行家的冒险精神是值得敬佩的,查尔斯带着一个指南针,一架偏流测量仪,几张地图,便独自踏上了装满燃油的飞机。然而一波来自大自然的“馈赠”正在冰冷的大西洋上空守候他多时了,30多小时的航行时间令查尔斯疲惫不堪,积雨云带来的电闪雷鸣让大西洋上空的飞行充满了挑战。

查尔斯·林德伯格跨越大西洋的规划航线

功夫不负有心人,最终查尔斯盼来了久违的陆地,当目视到爱尔兰的海岸线后,紧绷的一根弦也放松了下来。经过连续的计算和修正,最终和飞行计划的大圆航线只偏差了5公里不到,在起飞33.5小时后降落在巴黎布尔歇机场(Le Bourget Aerodrome),成为了单飞不降落横跨大西洋的第一人。

在巴黎目睹历史的人群们

现如今,星基导航(GPS/GNSS/北斗)和惯性导航成为了现代领航的主要方式。即使在星基导航可靠性不容置疑的今天,最原始的目视导航技能依旧是飞行员培训中不可缺少的一环。百年历史的目视导航也终会坚挺下去,在航海、航空、航天领域继续发挥余热。

引用:

《航海六分仪的原理和使用》

作者:夏秋水

Concrete Arrows and the U.S. Airmail Beacon System | Sometimes Interesting (sometimes-interesting.com)

Charles Lindbergh | Flight, Biography, & Accomplishments | Britannica

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