האם תהיתם פעם איך מטוסים מוצאים את דרכם בשמיים ללא תמרורים או רמזורים?
מדהים עוד יותר הוא שטיסה מבייג'ין לניו יורק-שחולשת על פני עשרת אלפים קילומטרים ברחבי האוקיינוס השקט-יכולה לנחות עם מרווח שגיאה של כמה עשרות מטרים בלבד. מאחורי ההישג הזה מסתתרת מערכת ניווט מורכבת שרוב האנשים לא יודעים עליה כלום.
דור ראשון: ניווט חזותי וזיכרון
מטוסים מוקדמים הסתמכו על שיטות ניווט פרימיטיביות ביותר-טייסים היו צריכים להשתמש בעיניים שלהם.
טייסים קבעו את מיקומם על ידי התייחסות לציוני דרך על הקרקע, כגון נהרות, הרים, עיירות ומסילות ברזל. בעיקרו של דבר, זה היה בדיוק כמו איך מטיילים בימי קדם מצאו את דרכם: איתור פגודה, למשל, היה מסמן שהם מתקרבים לעיירה מסוימת.
עם זאת, לשיטה זו היו מספר פגמים קטלניים.
יישום של טכנולוגיית מעקב- בעיניים בתעופה וחלל: מתכנון תא הטייס ועד לניטור מצב טייס - Yingfu Instruments - פלטפורמת מחקר התנהגות אנושית - NIRS Brain Imaging - Surface EMG - Eye Trackers - מערכות בדיקת חלוקת לחץ
ראשית, היית צריך לעוף נמוך מספיק כדי לראות את הקרקע בבירור. שנית, הראות הייתה אפסי בערפל כבד, בלילה, או כאשר עננים הסתירו את הנוף. תאונות שבהן היו מעורבים טייסים שהלכו לאיבוד או שירדו מהמסלול היו שכיחות במהלך טיסות מוקדמות למרחקים ארוכים. אז, הטייסים ממש הימרו בחייהם-הימרו שהם לא יאבדו את ציוני הדרך שלהם.
דור שני: מכשירים וחישוב ידני
בשנות ה-20 החלו המטוסים להיות מצוידים במכשירים בסיסיים, כגון מצפנים מגנטיים, מחווני מהירות אוויר ומדדי גובה.
איך ממריאים במטוס? למד המראה ונחיתה תוך 3 דקות עם המדריך המאויר הזה_Control
הטייסים הסתמכו על קריאות ממכשירים אלה, בשילוב עם מהירות ומשך הטיסה, כדי להעריך באופן ידני את מיקומו של המטוס.
שיטה זו הייתה שיפור לעומת הסתמכות על תצפית חזותית בלבד, אך החסרונות היו ברורים: החישובים היו מייגעים להפליא, ומרווח הטעות גדל עם המרחק שעבר. רק דמיינו-שגיאות זעירות המצטברות לאורך מאות קילומטרים עלולות לגרום לסטייה של עשרות קילומטרים. לנווטים אז הייתה עבודה מפרכת, חישוב כל הזמן קואורדינטות עם סרגלים ומפות לאורך כל הטיסה.
דור שלישי: ניווט רדיו-לבסוף, "שילוט מבוסס-קרקע"
ניווט רדיו סימן קפיצת מדרגה גדולה בטכנולוגיית ניווט מטוסים. ניווט רדיו נכנס לשימוש בשנות ה-30. נבנו תחנות ניווט מבוססות-קרקע, ומטוסים צוידו במקלטים כדי לקבוע את מיקומם על ידי קליטת גלי רדיו המשודרים על ידי תחנות אלו.
הדוגמה הקלאסית ביותר לכך היא השילוב של VOR (VHF Omnidirectional Range) ו-DME (Distance Measuring Equipment).
אתה יכול לחשוב על זה כך: VOR אומר למטוס "באיזה כיוון אתה מהתחנה", בעוד DME אומר לו "כמה רחוק אתה נמצא". כשהכיוון והמרחק ידועים, מיקומו המדויק של המטוס נקבע.
תחנת VHF Omnidirectional Range (VOR) – Baidu Baike
בשנות ה-40 של המאה ה-20, הופיעה מערכת הנחיתה למכשירים (ILS), שתוכננה במיוחד כדי להנחות מטוסים לנחיתה בטוחה במהלך מזג אוויר בראות נמוכה-.
ניווט רדיו היה עדיף בהרבה על ניווט ויזואלי וחשבון חסר-הוא לא הושפע ממזג האוויר או מחושך והציע דיוק הרבה יותר גבוה. עם זאת, היה לו חסרון: זה הצריך בנייה של תחנות רבות- מבוססות קרקע. מכיוון שלא ניתן היה לבנות תחנות באוקיינוסים, במדבריות או באזורי קוטב, מטוסים יאבדו את האות בעת טיסה מעל אזורים אלה.
דור רביעי: ניווט לווייני-מחליף משחק
ניווט לווייני הופיע בשנת 1963. עד שנות ה-70, מערכות המיקום והניווט העולמיות הבשילו, שעיצבו מחדש את הנוף של הניווט התעופתי.
כיום, מטוסי נוסעים מסחריים מצוידים בדרך כלל במספר מערכות ניווט לווייניות, המשיגות דיוק מיקום בטווח המונה. אפילו כאשר טסים מעל האוקיינוס השקט העצום ללא נקודות ייחוס מבוססות-קרקע, לוויינים מאפשרים למטוס לקבוע את מיקומו-בזמן אמת.
כיצד פועלת טכנולוגיית מערכת הניווט הגלובלית (GNSS)? – ז'יהו
GNSS הוא מונח גג המקיף מערכות כמו GPS של ארה"ב, BeiDou של סין, גלילאו של אירופה ו-GLONASS של רוסיה.
ראוי לציין כי מערכת BeiDou הוכרה על ידי ארגון התעופה האזרחית הבינלאומית (ICAO) כאחת מארבע מערכות הניווט הלוויינים הגדולות בעולם. על פי מינהל התעופה האזרחית של סין (CAAC), המטרה היא ליישם באופן מלא יישומי מיקום, ניווט ומעקב מבוססי BeiDou בתעופה כללית עד סוף 2025. מערכות BeiDou המוטסות מתוצרת מקומית כבר מותקנות ופועלות בדגמי מטוסים מיינסטרים.
עם זאת, ניווט לווייני אינו תרופה- לכל דבר.
אותות לוויין יכולים להיתקע, לחסום או אפילו לזייף. אז אם ה-GPS נכשל, האם המטוס "הלך לאיבוד"?
התשובה היא לא. מערכות ניווט מודרניות למטוסים משתמשות בגישה רב-שכבתית, מיותרת.
בבסיסו, שלוש שיטות מיצוב פועלות במקביל.
הראשון הוא מיקום חזותי, שבו הטייסים קובעים את מיקומם על ידי התבוננות בנקודות ציון קרקעיות-המשמשות בעיקר במהלך ההמראה והנחיתה.
השני הוא חישוב מת, שמחשב את המיקום הנוכחי על סמך פרמטרי המיקום והטיסה הקודמים; מערכות ניווט אינרציאליות הן דוגמה קלאסית לכך.
השלישי הוא מיקום גיאומטרי, הקובע את המיקום באמצעות משולש באמצעות-תחנות ניווט מבוססות קרקע או אותות לווין-זוהי טכנולוגיית הליבה לטיסות-ארוכות.
באופן ספציפי, מערכת הניווט של מטוס נוסעים מסחרי משלבת לפחות חמש שכבות של יתירות.
השכבה הראשונה היא ניווט לווייני GPS/GNSS. זהו המקור העיקרי לטיסות שגרתיות; הוא מקבל אותות מיותר מ-24 לוויינים וקובע את מיקומו של המטוס באמצעות משולש.
השכבה השנייה היא מערכת הניווט האינרטי (INS), הנשענת כולה על רכיבים פנימיים ולא על אותות חיצוניים. הוא משתמש בג'ירוסקופים ובמדי תאוצה כדי למדוד את התאוצה ואת מהירות הזווית של המטוס, ולאחר מכן מחשב את המהירות והמיקום באמצעות אינטגרציה. גם אם כל אותות ה-GPS אבדו, ה-INS ממשיך לתפקד באופן עצמאי. עם זאת, יש לו חסרון: שגיאות מצטברות עם הזמן, וגורמות למיקום המחושב להיסחף בהדרגה במהלך טיסות ארוכות.
השכבה השלישית היא ניווט רדיו (VOR/DME), המשמש כגיבוי מבוסס-קרקע.
השכבה הרביעית היא מערכת ניהול הטיסה (FMS). משמש כ"מוח" של הפעולה, הוא משלב ומאמת-נתונים ממערכות GPS, INS ורדיו. אם נתונים כלשהם נראים חריגים, הם מיד מפעילים התראה.
השכבה החמישית היא מכ"ם בקרת תנועה אווירית (ATC); מכ"ם-קרקעי עוקב כל הזמן אחר המטוס. גם אם כל ציוד הניווט המשולב נכשל, בקרי תנועה אוויריים יכולים להשתמש במכ"ם כדי להנחות את המטוס לנחיתה בטוחה.
כפי שניתן לראות, אם מערכת ניווט אחת נכשלת, ארבע אחרות עומדות להיות מוכנות להשתלט. זה ההיגיון מאחורי עיצוב בטיחות תעופה מסחרית: תמיד יש תוכנית גיבוי, ו-באופן מכריע-לעולם לא לשים את כל הביצים בסל אחד.
לאן נמשיך מכאן?
טכנולוגיית הניווט במטוסים ממשיכה להתפתח.
כיוון מרכזי אחד הוא "ריבוי-היתוך מקורות"-המשלב טכנולוגיות שונות כגון ניווט לווייני, ניווט אינרציאלי, ניווט חזותי והתאמת שטח. זה מאפשר למטוסים לנווט באופן אוטונומי גם בסביבות שבהן אותות לוויין תקועים או לא זמינים לחלוטין. כיוון מרכזי נוסף הוא "אינטליגנציה"-השילוב של בינה מלאכותית במערכות ניווט, המעניק למטוסים מודעות סביבתית משופרת ויכולות קבלת החלטות-אוטונומיות.
"לוקליזציה" מייצגת עוד כיוון מכריע: התמקדות במערכת BeiDou לצייד מטוסים סיניים ב"מצפן אווירי" אוטונומי וניתן לשליטה. האבולוציה של ניווט כלי טיס במאה הקודמת-מתפרשת על המעבר מהסתמכות על ציוני דרך חזותיים להשגת כיסוי לווייני מקיף-היא, במהותה, סיפור של האנושות דוחפת גבולות ללא הרף כדי להפוך את הטיסה לבטוחה יותר ויותר.
