飞行中的“穿雾器”

孟令光

由于大气污染，现在的雾霾低能见度天气已经日趋影响我们生活的方方面面。我们在进行户外运动前都要先看看PM2.5的浓度再做决定，连我们外出旅行中最快捷的空中交通方式都开始受到严重影响，这一点在我国华北地区的冬季尤为明显。

此前，济南、杭州、南京等华东华北地区的机场由于受严重雾霾影响，大量航班因不符合起降标准不能正常飞行，上千旅客滞留机场，给大家的出行带来了极大的不便。

雾霾天气下的进近

飞机在某机场的可否落地根据运行标准的不同，分三种不同的精密进近运行类型：CAT I（最低RVR550米、DH60米）、CAT II（最低RVR300米、DH30米）、CAT III（IIIA为最低RVR175米、DH15米；IIIB为最低RVR50米、DH15米或0；IIIC为RVR 0、DH 0）。这里RVR与一般意义上的能见度概念不同，这里指的是跑道视程，即在跑道中心线上，航空器上的飞行员能看到跑道面上的标志或跑道边灯或中线灯的距离。RVR不是直接测量的气象元素，它是经大气投射仪测量后考虑大气消光系数、视觉阈值和跑道灯强度而计算的数值。

事实证明，雾霾的轻重可以直接影响RVR数值的大小。一般来讲，飞机落地可以只考虑RVR，必要时才参考DH，即出云高度。从上面数值可知，如果想让我们的飞机丝毫不受雾霾影响，真正实现能见度为0的“盲降”，只有达到CAT IIIC的标准。但CAT IIIC的运行能力要求机场导航信号精度极高，不能受到任何干扰，需要花巨资来维护，不但维护周期短、维护程序复杂、涉及运行人员广，而且容易受到临时信号的干扰，因此运行风险很大。

此类运行的需求也很少，对于某一具体机场而言可能一年中没有一天是能见度为0的气象条件。到目前为止全世界也只有美国和欧洲少数几个机场实现了CAT IIIC的运行能力，但因需求少而极少开放运行。那么到底有没有一种机场维护程序方便、航空运行人员训练简单又可以直接降低运行标准的“双赢模式”呢？

我们来分析一下，飞机起飞后，该航班在目的地机场能否落地，主要取决于三个因素：机长被授权的最低着陆标准、机场的导航信号精度所允许的最低着陆标准、飞机的机载设备能力所能达到的最低运行标准，这三个标准的最大值就是该航班的落地最低标准。

举例说明，如果山航SC1152次航班从北京飞往济南，机长授权的最低着陆标准为II类精密进近最低标准，即RVR 350米，而飞机的机载导航设备精度最低满足CAT IIIA的标准，即RVR 175米，济南01号跑道的最低着陆运行标准为550米，那么这个航班的运行标准只能取以上三个数值的最大值，即MAX{350、175、550}=550。也就是说，不管机长授权标准与飞机的能力如何，当济南01号跑道的RVR小于550米时，飞机只能返航或备降，只有当RVR大于550米时，飞机才能落地。

那么飞行员能不能在上述例子中当RVR小于550米时“偷偷”落地呢？当然不能，RVR小于550米时，可以说飞行员在决断高度60米时根本看不清跑道或跑道标识，也无法凭肉眼判断飞机的离地高度与下降率，强行进近是直接危及飞行安全的行为，会面临严厉的处罚。近年来，中国民航已经严厉处罚多起超标准落地的机长，终身禁止其商业飞行。因此，任何一个机长都不会顶着“高压线”以身试法。

降低飞机在一个机场的运行标准，可以通过三种途径：增加飞行员训练以降低航班机长的运行标准、改造机场设施以降低机场的运行标准、更换飞机机载导航设备以降低飞机本身的运行标准。这三种途径对目前的中国民航而言，都需要花费巨大的成本。首先增加飞行员训练和更换飞机导航设备都会明显提高航空公司的运行成本，而且这两项工作都是持续性的，不但繁杂的训练会减少飞行员的出勤率，而且频繁的设备维护也会降低飞机的利用率。其次最重要，也最难实现的就是机场的改造和维护，对跑道道面的灯光加装造成的停航施工本身就严重影响一个大城市所有市民的出行，而且后期对导航信号精度的维护更是周期短而复杂，牵扯机场及校验部门大部分的工作时间和精力。再加上，一个机场的低能见天数并不是很多，拿广州白云机场来说，一年之中机场能见度小于550米的天数还不到10天，对机场大规模的改装和维护是极大的资金浪费。

可降低运行标准的利器

随着民用航空科技的飞速发展，世界民航领域应用了一种全新的飞行工具——平视显示器HUD，该设备在80年代刚出现时，被称为“穿雾器”，简直可以说是秒杀雾霾的神器。借助这种设备，飞行员可以在无须低头看传统仪表的情况下即可全盘掌握飞机的飞行状态，实时保持良好的情景意识，从而促进飞行安全。HGS是美国罗克韦尔·柯林斯公司生产的一种在整个ILS进近直至着陆过程中提供飞行指引的平视显示器，在民航的飞行史上第一次实现了由姿态指引转变为轨迹指引。

由于HUD飞行对安全的优越性，国际民航组织也在运行标准上予以支持，专门提出了使用HUD可以进行特殊批准的I类运行标准和特殊批准的II类运行的概念。中国民航局也在2010年发布咨询通告《使用平视显示器实施Ⅱ类或低于标准Ⅰ类运行的评估和批准程序》（AC-91-FS-2010-03R1），明确提出了HUD降低标准运行的概念，对传统意义上的运行标准而言是一个划时代的进步。

新运行标准指出，装备HUD的飞机在满足相应要求的情况下，飞行员经过HUD训练，可以直接获得II类运行资格，在最低标准为RVR550米的I类机场可以执行RVR450米的标准，在II类机场执行RVR350米的标准；更有利的是，在机场无须做任何改造的情况下可以在I类机场执行II类标准。

使用HGS降低运行标准直接带来经济效益的同时，也大大降低了机场改造和运行成本，我们可以通过以下数据说明。假定某一机场只有一条跑道，改造一条标准的I类跑道需要从以下方面入手：重新设计复飞阶段等飞行程序、改造灯光通导系统、增加II类道面标示、建立地面低能见运行程序、定期进行低能见程序演练等II类能力保持、更严格的II类标准ILS定期校验、飞行员传统II类训练和经历保持、传统II类机载设备维护等共8个方面。

经权威机构计算，当一个机场改造完毕，开始II类运行前至少要先期投入2600万元人民币，而且这还不包括机场因改造停航所造成的隐性成本。相比之下，如果飞机安装了HGS设备，那么对机场本身来说无须增加任何硬件改造投入，只需要增加简易地面能见运行程序和重新评估复飞程序，飞行员训练也是例行复训中加入HGS内容，无须增加总复训时间，而且机载HUD设备也是只需要例行维护即可。使用HGS降低标准运行前，加上购买HGS设备费用，总投入不超过400万元人民币，而且HGS设备并不会局限于某一具体机场，任何经过评估的机场都可以直接使用公布的HUD运行标准。对于应对低能见度天气而言，这无疑是一种是一劳永逸、事半功倍的上上之选。

适合我国的新技术

HGS的工作原理比较简单，仍然使用机场的ILS的导航信号，使用相应的模式，飞机进近至离地高度500英尺时HGS会启用自主进近监控功能；在进近下降至200英尺时，开始比较并逐渐使用HGS计算机根据200英尺高度以上的实际下滑轨迹计算的“趋势延伸下划线”；当原始信号在低高度由于干扰不再可靠时，HGS会使用自身推算的下滑数据而不再使用机场实际的ILS的下滑信号，飞机进跑道后根据飞机的无线电高度完成自主拉平指引的计算并显示。

由于机场的ILS信号不受雾霾的影响，HGS的正常工作也就不会受到影响，从而飞行员就可以借助计算机计算的拉平指引完成着陆。这对我国雾霾天气严重的华北地区尤为重要，南方地区由于雾霾天气相对较少，即使在下雨的情况下能见度仍然很好。但在雾霾严重的地区下雨时，对本来就因为下雨看不清跑道的飞行员来说无疑是雪上加霜，但借助HUD设备，飞行员完全可以实现安全可靠的进近。

山东航空公司在2005年就选用HGS作为机载必需飞行设备，并使用HGS实施飞行运行。HUD的运行是使用装备HGS的飞机在符合中国民用航空局或国际民航组织（ICAO）要求的条件下实施飞行运作，包括使用HGS设备进行起飞、爬升、巡航、下降和进近等阶段的飞行操作。借助HGS的不同工作模式，可以用来进行I/II/III类精密进近和其他非精密仪表进近和目视进近。截至2014年12月，山东航空公司已经在68架波音737NG飞机上安装了型号为HGS 4000型的HUD设备。

山东航空公司目前已经获得特殊批准的I类运行资格和标准的II类运行资格，即在公布HUD标准的I类机场实施RVR450/DH45米的运行，和在标准II类机场实施RVR300米/DH30米的标准；山航还可以在济南青岛两个机场执行RVR200米起飞的运行标准。山航即将获得的是在济南和青岛进行特殊批准的II类运行，即RVR350米和DH30米的最低落地标准。

借助HUD的安全特性和降低标准运行优势，山东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点率，多次避免了航班的备降或延误。对本航班广大旅客来讲不但避免了因备降造成的不便，航空公司也因此减少了经济损失。