在飛機發展的初期,沒有計算機怎麼定位導航的,那時候也沒有網絡,早期沒有計算機和網絡的航空是怎麼運營的? | 知乎問答精選

 

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在飛機發展的初期,沒有計算機怎麼定位導航的,那時候也沒有網絡,早期沒有計算機和網絡的航空是怎麼運營的?

2018年08月06日 知乎問答精選 暫無評論 閱讀 6 ℃ 次

【airbunny的回答(236票)】:

飛機在剛誕生的時候,導航的方式其實很簡單---基本靠瞅。嗯,就是純目視,然後配合地圖或者飛行員的記憶力,尋找一下有特徵的地形(例如@Ringo答案中的那種大型人造地標)來尋找飛行的路線。好的話也可以配上指南針。大致上,和在陸地上遠行的人區別不大。畢竟,當時飛機的飛行速度比較慢--有些可能還不如現在高速公路上的汽車快。而飛行距離上,就算是一戰時期的四發轟炸機也就是100多公里的航程。這個樣子,基本上不能飛出來很遠的距離,也飛不到大海的深處,所以這種最原始簡單的導航方式就已經足夠了。

你說如果天氣不好看不清楚了怎麼辦?那就不飛了唄。反正那個時候的飛機也都不是全天候飛行的啊。

時間久了,飛機的性能也提升了。航程大大的增加。不過對於陸地上來說,依靠地圖仍然能滿足大部分的導航需求。對於開始出現的跨洋飛行和深入荒漠的飛行來說,就比較麻煩了。當時能採取的方式還是和航海一樣,使用天文導航和航路推算法(恩,就是人肉慣導)。比如第一次飛越大西洋的查爾斯·林白。但是,這樣導航的精度不很高,而且受天氣的影響比較大,所以想出事也是很容易的。小王子的作者聖艾克絮佩裡就因為沙漠迷航差點死在撒哈拉沙漠裡。因此在那個時候,長距離飛行還是很危險的行為。

但比起長距離導航來說,當時空中管制和機場附近的近距離導航問題已經開始比較嚴重了。

在一次大戰之前,天上的飛機是沒有管理的。大家想怎麼飛就怎麼飛。隨意的跨國越境,機場的起降管理也是很鬆散。畢竟那時候飛機也少,而且速度和現在比起來,簡直如同自行車。可是當民用航空開始興起以後,天空開始變得擁擠,機場附近的空域尤其混亂。所以需要有人負責指揮飛機飛到指定的位置,然後服從命令降落。

1920年代,美國人想到的方法是搖旗子,也就是找一個人打旗語來指揮飛機的起降。起先搖旗手被佈置在機場。之後被佈置到更遠的地方,從遠距離開始引導飛機。

*Archie League,第一個搖旗手*Archie League,第一個搖旗手

後來因為旗語的目視範圍比較近,又開始使用信號燈。也就是針對天空的大型燈塔,以光亮和燈號來引導飛機飛行。

到了1930年代,無線電技術開始成熟了。地面和飛行員可以通過語言直接交流進行引導。當然很快他們就發現了無線電更好的一個用處--無線電信標。

*一個現代的塔康系統無線電信標發射器。不要在意年代這些細節!*一個現代的塔康系統無線電信標發射器。不要在意年代這些細節!

有無線電導航的飛機會不停的向四處發射定位請求信號。如果一個無線電信標收到了這個信號,就會給飛機一個回覆信號。而飛機的導航設備只要根據兩個信號之間的往返時間差,以及接收到信號的方向,很容易的就可以測出信標相對於自己的位置。由於信標的位置是已知的,所以很容易就可以推算出飛機自己當前的位置了。

然後?就沒有然後了。無線電導航作為主要的導航手段一直沿用到現在。後來慣性導航、雷達、GPS先後加入了進來,但是對於大多數民航機和很多時候的軍用機來說,無線電導航仍然是重要的空中導航手段。甚至有兩次因為無線電導航故障,導致客機飛入戰區並遭到擊落。

而對於早期的空管人員來說,只要能聯繫上飛機,很多事情就已經好辦多了。因為在天空上飛機是最難聯繫到,也是最難確認狀況的。而機場和機場之間的銜接就容易多了。雖然那個時候沒有國際互聯網,可是有完善的電話網和電報網的啊。空中狀況的更新,只要打幾個電話就可以了。雖然比現在動動手指要麻煩些,也是很簡單的事情了。至於航道上的狀況和飛機的實時位置,可以通過在巨大的地圖上放置小飛機模型的方式來實現。雖然現在看起來很可笑,但在那個時候已經足夠了。

而且,那個時候的空管系統也沒有現在人們想像的那麼差勁啦~

【Ringo的回答(19票)】:

航空網絡怎麼運營,不太瞭解,相關內容請參考 @airbunny 的答案。

關於航空業初期導航的方法,以前看過一篇文章,解決方法很簡單樸實:在航線上建造人工地標,靠飛行員目視確認,進行導航。

下面的帖子的內容我沒有求證過,請謹慎贊同

轉自煎蛋

橫貫美國東西的巨大箭頭

我(原文作者,下同)20歲的時候曾經步行穿越整個歐洲,當時多虧了不錯的方向感——不過只要我走進中世紀的城市街道我就會找不著北。在意大利的佛羅倫薩的時候,我租了一輛摩托,為了找到回到租車店的路,我設計了一種很巧妙的辦法:租車店的旁邊是一棟讓我印象很深刻的磚石建築,而且很明顯從外表看上去這棟建築肯定十分重要,路上有一個箭頭指著這棟建築,順著街道看去有許多同樣的標誌都指向這棟建築。所以我知道只要看到這些標誌,就能找到這棟建築,然後就能找到租車店。

一天的行程結束後我打算返回,我找到了之前的標誌開始跟著標誌走——不一會功夫我就迷路了。弄了半天我完全在繞圈——最後我才知道箭頭上的意大利文「Senso Unico」是單行道的意思。

人類會跟著箭頭走是圖形設計的入門知識,所以在美國,人們修建了一條橫貫東西的巨大混凝土箭頭帶,目的是為了幫助人們找到方向。

上世紀20年代,美國開始了西海岸-東海岸的航空郵件業務,但是第一批飛行員經常會找不到航路——因為帶個時代的導航圖就是陀屎,飛行員也無法準確略過農民頭頂問他:「我現在朝哪個方向飛?」夜間飛行是最有效率的,但是一旦遭遇不良天氣就別想。為了解決飛行員的導航問題,美國國會出資修建了巨型的航空郵件飛行指路路標——每個箭頭最大可達70英尺長(21.3米),橫跨整個美國的箭頭為飛行員們指明了方向。

箭頭被刷成明亮的黃色,每個箭頭上都有一個50英尺(15.2米)的高塔。高塔頂端方有一盞高亮度燃氣燈,塔底有小屋供應燃氣。

由於採用了這種可以輕鬆辨認的設計,飛行員從10英里(16公里)外就可以看到箭頭,每一個箭頭都指向下一個3英里(4.8公里)外下一個箭頭的位置。而 Postal Museum這篇博客上,博客主說箭頭按照每10英里(16公里)的間距設置,40英里(64.4公里)外就能看見。對於這其中的差別,有種可能是前一種描述的是早期修建的高塔,後一種描述的是後來修建的。

[王大發財 via Core77]

【鼓樓眼睛僧的回答(34票)】:

這個問題很有趣。 補充一個比較困難的情形:二戰的太平洋戰場的艦隊決戰,美日雙方的海軍航空兵的飛行員都要從本方特混艦隊起飛, 搜索攻擊對方的特混編隊。 開闊水域交戰, 四周都是茫茫大海,飛行途中沒有可以識別的地理地標,目標和自己的母艦全程都在運動,所以無論是達成攻擊的目標,還是之後想安全的返回母艦都非常依賴導航的訓練。 因而導航技能也是海航飛行員一項保命的基本功。基本的導航依靠的就是最原始的方法:嚴格記錄飛行的航向,空速,和時間;然後推算自己的位置。

美國海軍的飛行員要相對他們的對手更幸福一些,因為開戰之始美國的航母和艦載機上就裝備了YE-ZB系(wai)統(gua)。航母上裝備YE發射天線, 艦載機上裝備ZB接收機。母艦把360度劃分為一個個30度的扇區, 每個扇區有自己的莫爾斯碼字母編碼。飛行員通過接收編碼,就可以判定自己相對母艦的方位。

ZB接收機 (出處:ZB接收機 (出處:The Problem of Naval Aviation)

艦島頂端的發射天線艦島頂端的發射天線

引用

【1】The Problem of Naval Aviation

【2】aafradio.org/docs/YE-ZB

【黎凱熙的回答(5票)】:

算是給目前第一名的答案作補充吧。@airbunny

早期的轟炸機如德國的戈塔,在進行海上飛行的時候沒有辦法靠肉眼導航,於是他們想出了用一種特製的能長時間燃燒的燃燒彈,投放在海上作為編隊的參照物。不過嘛,這種不可靠的方法很快就跟著戈塔一起被淘汰掉了。

至於那燃燒彈是啥樣子,那東西太老我沒找到,只能拿現在的對比下。那東西有兩米高,跟圖中中間那發航彈差不多高,而且還要更寬一些。

【IsaacLeo的回答(1票)】:

整理一下,根據我的理解,題主的問題可以分為兩個部分:1、早期飛機是如何進行定位導航的?2、早期沒有計算機和網絡的空中交通是怎麼運行的?

對問題1的回答,需要首先分清兩個概念

(1)定位:知道飛機自己的位置

(2)導航:知道飛機該往哪裡飛

@airbunny的答案基本正確。早期飛機由於性能問題,無論從巡航高度、速度與航程方面與現代的噴氣式客機都沒辦法相提並論。基本上巡航高度都在1000米以下,速度也確實比汽車快不了多少。所以基本上都是靠目視飛行。借助飛行員對周圍地形的瞭解能夠完成小範圍的飛行。

早期飛機(圖片來源於網絡) 早期飛機(圖片來源於網絡)

目視飛行方式即使到今天仍然是很多通用航空作業的主要飛行方式。

後來技術發展了,航程變長了,開始應用天體導航和信號旗導航。

再後來,20世紀30年代,無線電導航興起,一直沿用至今……

其實,無線電導航跟網絡也沒有太大的關係。

這裡糾正一下 @airbunny回答中的兩個問題:

1、「有無線電導航的飛機會不停的向四處發射定位請求信號。如果一個無線電信標收到了這個信號,就會給飛機一個回覆信號。」事實上目前仍被廣泛應用於民用航空的陸基無線電導航系統主要包括以下幾種:

(1)甚高頻全向信標(VOR):測量航空器與地面台站的角度;

(2)測距儀(DME):測量航空器與地面台站的距離;

(3)儀表著陸系統(ILS,俗稱盲降):提供航空器精密進近與著陸引導。

除去測距儀是由機載設備發射詢問信號,地面設備接收應答後計算距離以外,另外兩個都是地面設備發射信號,機載設備接收後進行處理,從而提供定位信息的。

2、「後來慣性導航、雷達、GPS先後加入了進來,」呃,其實雷達不是導航設備,是監視設備(Surveillance)

對於問題2的回答:飛機發展初期,並沒有空中交通管制,大家自由飛翔。為什麼?還是那句話:速度慢、高度低、航程短、飛機少。現代空中交通管制起源於上個世紀30年代。得益於無線電通信技術的發展,使地空通信變成可能。空中交通管制員可以通過無線電通信設備與飛行員進行交流,飛行員按規定的航路,報告飛機位置和高度,管制員按時間間隔指揮多架飛機有序飛行。這種管制方式叫程序管制(Procedure Control)。不需要計算機和網絡。

一個現代化的程序管制桌面(圖片來源於網絡) 一個現代化的程序管制桌面(圖片來源於網絡)

多說一句,即使在航空業如此發達的今天,很多地方仍然在實施這種管制方式。

知乎上第一次回答,如有問題再繼續補充。

【傑博士的回答(0票)】:

怎麼回答不了

【王若楓的回答(0票)】:

有雷達,有無線電跟地面聯絡,有高度表和方向表,領航員有飛行圖可以即時標繪,還有地面標識物。

【yyqin的回答(0票)】:

地標羅盤領航,顧名思義,地面標誌如山川河流等明顯地標+磁羅盤。初期飛機速度慢,高度低。

【徐白的回答(0票)】:

現在的軍航,也是不用計算機和網絡進行管制的。

我們叫做程序管制。

標籤:-航空公司 -計算機 -飛機 -計算機網絡


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