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在北极地区开飞机 这些事情要知道

04-01 10:50 航趣飞机网

  背景及知识扩展:

  北极英文名称:north pole or Arctic Pole,中文名称:地轴的北端与地面的交点,位于北冰洋中,倾斜角度为23.26度,其纬度是90°N,是所有经线的共同交点之一。北极区域:泛指北极附近北纬66°34'北极圈以内的地区,其区域是一片浩瀚的冰封海洋即北冰洋,周围是众多的岛屿以及北美洲和亚洲北部的沿海地区,因其区域极度寒冷、辐射较高、天气指数极端以及磁场极强而不适合常规飞行被划为“飞行禁区”。

  一、北极区域的商用飞行价值和气候区域特征

  (一)商用飞行价值及科学依据

  航空器在空中运行时,所飞的距离在不考虑其它外在因素影响下,尽量接近大圆圈航线飞行时为最短距离的经济飞行,计算公式如下[S(飞行距离)=T(飞行时间)x(飞行速度)V和L(球面弧线距离)=(y/180)xπR];其中:飞机的速度V是恒定的,S为球面直线距离,r为地球半径约6371千米,π为固定值,y为圆心角度数,因地球是基本不规则的圆体,飞机在离其一定高度上飞行时,角度数越小,L值就越小,因而距离就越短,空中就越节省时间,根据《飞越北极的节省时间模型》计算得出:从纽约到北京如果改飞北极区域航线,每班班机可节省近1.5小时,节约成本约20万人民币,以每天一班单程飞往亚洲来计算,每年一家航空公司由此削减的成本可达8000万人民币,节省的时间为1500小时(内含安克雷奇加油过站2小时),加之北极上空风阻力减小,又会更一步的节省旅客时间,降低航空公司的油耗和其它维护费用,并减少对大气的污染。

  (二)区域气候特征

  北极就像它的名字一样,突出一个字“极”,冬季从11月至次年4月,长达6个月,5到6月和9到10月分属春季和秋季,夏季仅7月和8月。1月份的平均气温介于-20℃~-40℃,而最暖的8月平均气温也只有-8℃。由于洋流和北极反气旋的影响,北极地区最冷的地方是西伯利亚维尔霍杨斯克曾记录到-70℃的最低温度,在阿拉斯加的普罗斯佩克特地区也曾记录到-62℃的气温。越是接近极点,极地的气象和气候特征越明显,一年只有极昼和极夜,即使在仲夏时节,太阳也只是远远地挂在南方地平线上,升起的高度从不会超过23.5°。几个月之后,太阳运行的轨迹渐渐地向地平线接近,于是开始了北极的黄昏季节,进入了漫长的冬季,地表则是无边无际的冰雪覆盖区域。了解和熟悉此区域的气候特征和地理特征,对于飞机在特殊情况下选择备降场极其重要。

  二、人类飞越北极和民航界的北极航线验证飞行

  人类的航空活动多在北半球,因此通常所说的北极航线是指从北纬70度00分以北的区域。1926年5月31日,两名美国人弗洛伊德-贝内特和海军指挥宫理查德-E-伯德,首次驾驶装有3台发动机的飞机,从挪威北部的福克尔岛起飞,途中一台发动机出现故障,7个多小时后飞到了北极上空,然后经过16个小时返回到斯匹次卑尔根。两天后,一架载有各国飞行员的挪威号飞艇从斯匹次卑尔根起飞,到达北极并跨越北极后北飞阿拉斯加,最后安全抵达安克雷奇的诺姆市。因其商业价值巨大,中国民航从1998年进行了飞越北极的验证飞行,东航是继美联航、美西北航、美三角航和国泰航空公司后,于2001年5月30日第一个使用A340-600机型,经过15小时30分钟穿越北极上空到达上海的中国民航班机;南航2001年7月15日使用B777机型;国航2002年8月19日使用B747-400机型从美国纽约机场起飞,沿途飞跃了美国、俄罗斯、蒙古,从北极上空直飞而过,抵达北京,全程11700公里,空中飞行13小时,直飞比原来经停安克雷奇整整少了4个小时,并随后在国内率先开通了北京至纽约直航,来回跨越北极区域的定期航班。验证飞行后,国航副总裁张学仁总结说:地球上北纬70度以北,天气极度寒冷,通信信号传播困难,太阳黑子活动频繁,历史上曾被视为“飞行禁区的北极”,将成为中国跨越欧亚、美亚大陆的友谊快捷桥梁,预计每周有40多个航班穿梭在北极上空。三大航空公司先后成功的飞越北极的验证飞行,标志着中国民航已经成功征服了北极“飞行禁区”。

  三、积极预防和降低北极区域风险因素对飞行安全的危害

  通过分析验证飞行的数据我们得知,如果想要更安全的通过北极区域,就必须了解和降低以下七个方面的风险因素:

  1、辐射对飞行安全的影响

  飞机通常在万米高空飞越极地上空,由于强磁场作用和极地臭氧层的稀薄而几百倍的接收宇宙辐射、磁暴辐射、无线电离波辐射,三种辐射与飞行高度和辐射时间长短成正比,辐射波通过人体时,会对人体细胞内的DNA产生损伤,当辐射剂量积累到一定的数值后会患辐射病、严重的灼伤、不能生育、肿瘤和其他组织损伤,严重的损伤可导致快速死亡,累积辐射量损伤如下:

  ·1000msv会患辐射病。

  ·2500msv会导致女性不孕。

  ·3500msv导致男性精子存活率小于10%。

  ·4000msv导致脑瘤或致命损害,损伤的DNA会遗传后代。

  另外宇宙辐射也会对地空通信、卫星通信、电子设备信号传输产生一定的影响,研究表明适航的环境下,每次航班所受到的辐射量最多几十个msv,并且在一定的范围内人体有自然抵抗和恢复能力,当北极区域辐射严重时,只能采取改航远东航线的方法。

  2、美丽而可怕的北极光

  太阳剧烈活动时爆发带电粒子到达极地,与极地的强磁力线切割激发后,映射在大气中形成的电磁风暴和光学现象,形成有三大要素:太阳风、地球磁场、大气,截至到目前为止,航空医学界还没有明确的医学结论,说明北极光对人体的伤害程度有多少,但对于飞越北极的飞行员来说,容易产生飞行幻觉和目视晕眩,只能采取不看的方法,大部分精力用于仪表飞行。

  3、北极低温对飞行安全的影响

  主要是低温燃油的管理,航路处于高纬度区域,长时间在严寒和低温大气中飞行,飞机燃油容易结冰,在冬季飞行时,外部的温度经常低于零下65°,比如中国国际航空公司对于飞越北极的航班规定,从每年的11月1日零时(UTC)起至次年4月3O日24时(UTC),必须要对燃油冰点进行测试,并在起飞前获取,如果在实际飞行中当飞机在巡航高度上有燃油低温警告时,机组可以通过增加马赫数增加飞行速度来增加燃油温度,马赫数每增加0.01能够增加TAT0.5-0.7,需要15-60分钟的飞行时间来稳定燃油温度,主要国家的燃油使用规定:

  根据本人多年的飞行经验,最好是采取改变高度层的做法简单而最有效,首先是参考飞行计划,找到同温层(也就是平流层),如果飞行计划里没有给出,也可以凭借经验得知,平流层位于离地表10公里至50公里的高度,而在极地,此层则始于离地表约8公里左右,然后再根据大气标准温度ISA-15度,每1000英尺/2度与实际温度与飞行工作单温度三者比较后,进行最佳高度层的选择。

  4、北极区域对通信的影响

  在北纬82度以北,由于位于赤道上空地球同步通信卫星“视距”的遮蔽,影响了卫星语音和数据链的通信,飞行员需要借助各种通讯设备与地面交通管制员取得联系获得信息,并在其指挥下借助各种导航设备来完成飞行任务,基本是主用HF、SAT、VHF、PHONEPATCH、CPDLC、LDOC和数据连接通信等设备,特点是与地面管制员的联系总是千呼万唤才出来,噪音一片。

  5、北极区域对飞机导航的影响

  极地区域以及加拿大北部、格陵兰、挪威和俄罗斯北部地区,冰山连绵,3000多公里航程基本没有任何导航设备,传统的惯性导航系统和原始无线电导航系统受到了影响,更由于北极磁场影响,有的地区的磁差变化达到80度以上,磁罗盘已无法使用,只能使用特有的导航方式:(1)主用卫星导航GPS定位系统方式;(2)备用真航迹T方式:在西半球N60°-东半球N70°之间将航向基准电门放在TRUE位;(3)网格方位G方式:在北纬70°以北,主要用于无航向基准电门的小飞机使用,基本计算公式GRID BEARING=TRUE+WEST LONGITUDE GRID or TRUE-EAST LONGITUDE,如果还是采用传统的导航方式,其仪表就会出现带方框的GIRD,下降时颜色会自动改变。

  6、北极航路对于备降场的选择

  北极航路的备降场与传统的航路备降场不同,以北极区域的THULE图勒机场为例,年平均气温低于零下40°,而机场的方向都是基于真航迹T的基础上设定的方向,当使用ND方式进近时,必须把方式基准电门放在TRUE位,此时记住风向为气象风,而不是传统的磁风向,机组通常情况下还必要对备降场的资料、天气情况、机场保障、机场灭火等级、旅客上下飞机的条件、低温下的保暖、医疗条件以及语言和联系方式等需要有更多的了解,因而中国国际航空公司规定:起飞后进入北纬75°前30分钟,要接收到公司发来的天气指数和备降场的天气报告,判断是否适航,在确认一切正常的情况下告知公司该航班做好飞越极地的准备工作了,飞越极地后需要再次报告公司签派部门,飞行正常可以继续飞往目的地,如果进入北纬75度之前航班上遇有紧急情况,必须改变航路前往约1260海里选择的备降机场安克雷奇ANC,一旦飞越北纬75度之后,不管发生任何紧急情况必须飞越极地到俄罗斯境内备降。

  四、民航客机跨越北极区域的具体方法和程序

  根据以上北极区域对飞行安全的影响,中国民航班机目前开辟了四条北极航线,以距离北极点远近为基准划分为:POLAR1、POLAR2、POLAR3、POLAR4,笔者以国航B747-400机型和纽约—北京航班为例进行具体的探讨。

  1、仔细分析和研究极地三个天气指数,选择最佳航路

  美国国家海洋局和气象局NOAA给出了三个空间天气指数,用以量化说明空间辐射,主要是太阳活动对地球环境的影响程度:(1)G指数:地磁风暴GEOMAGNETIC STORMS是在地面监测站监测,由于太阳风的影响,造成地球磁场K系数的变化,由弱到强分别为G1-G5,指数达到或超过G4,则不适合在极地飞行。(2)S指数:太阳辐射风暴(SOLAR RADIATl0N STORMS)是由GOES卫星监测,由于太阳活动而产生的高能粒子流,主要是质子流的强度,由弱到强分别为S1-S5,指数达到或超过S3,则不适合在极地飞行。(3)R指数:无线电失效RADIO BLACKOUTS是由GOES静止业务环境监测卫星监测,太阳发出的x射线会扰乱电离层,由弱到强分别为R1-R5,指数达到或超过R3,则不适合在极地飞行,根据过去24小时、目前和未来24小时的指数,来决定是否可以飞越极地区域,如果三个指数都在标准以下,说明太阳表面、星际空间和磁场高层大气处于平均状态,再根据风的影响和颠簸指数来选择最佳航路。

  2、严格高标准执行飞机最低设备清单MEL,配齐极地飞行的特殊设备防寒服,同时要求乘务组检查机上的救援设备、急救药箱、氧气瓶、手电筒等。

  3、直接准备时要逐点检查核对CFPL位置点与CDU输入点的经纬度、距离、航向一致,因为大部分都是经纬度直接组成的位置点,每个点的间隔距离最少也有300海里,真是差之毫厘谬之千里,核对燃油冰点和燃油型号一致,测试高频以及卫星电话必须工作正常,核实ACARS打印纸足量,检查航行通告、气象资料、改航和备降计划。

  4、起飞后将起飞时间、燃油总量、到达目的地时间报告公司地面签派,在东半球N70°时,将航向基准电门放至TRUE位,在N75之前联系北京签派,获得最新的极地指数G/S/R,判断是否继续进入极地,进入极地区域后,将客舱温度调高1-2°来抵御机舱内外的过大温差,给旅客一个舒适的温度,西半球N80后再次向签派报告位置,并证实继续飞往目的地,到达N60的时候将航向基准电门调回至NORMAL位。

  5、检查并及时注意高度层的变化:美国,加拿大,俄罗斯高空,东向为奇数,西向为偶数,境内全程RVSM航路,俄罗斯管制员指挥比较规范,美国因为雷达相对比较先进,可能指挥的高度层和你给定的传统高度层相驳,此时就要注意观察来往的空中飞机,收听好无线电,转换频率时及时提醒和报出自己的高度层,飞行无管制要求或者长时间无法联系管制员的情况下,速度基本保持马赫数0.85。

  6、通讯以HF和卫星电话为主,但经常会出现通讯短时失效,此时就需要不停地呼叫地面管制员,盲发位置报,记录好时间与位置,监听121.5和12345频率,也可联系周边的管制区和空中的飞机,帮忙转发位置报,尝试利用phone patch频率转接北京签派或驻外航站,如果在极地发生了真正的无线电通讯失效,立即执行相关国家的通讯失效程序,在{AREAD}本里有更加详细的程序。

  7、机组飞越极地后应安排合理的休息,航空公司不得在48小时内再安排机组成员任何工作。

  极地飞行任务完成后,个人要及时总结极地飞行经验,经常听取极地航线英语录音,熟悉北极航线中各个国家管制员的英语口音,了解大气温度规律和季风规律,查阅天文地理资料,将书本上的知识应用到飞行中去,你就会成为一名真正的飞越北极的安全飞行员。

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