新技术能改变日渐拥挤的空中交通环境吗？

雷暴雨正快速接近佛罗里达州奥兰多机场，并伴有60英里/小时的阵风。气象学家把这种风暴叫做“阵风锋”，它以无比巨大的风力对机场运转造成严重破坏，并迫使飞机转到其他的地点着陆。飞机绕道100英里飞行新的路线需要30分钟或更长的时间，这会影响飞行秩序达数小时之久。但奥兰多机场管理人员获得了一种灵巧的调度方法，他们不顾杰克逊维尔地区空中交通中心要求所有进港飞机立即转到新降落地点的主张，让最后一批飞机降落。几分钟以后，当阵风锋到达时，飞机已经整齐地排列在停机坪上。这样延误的时间很少，令乘客头痛的事也最少。

这是怎样安排的？原来奥兰多机场正在试验新的气象雷达系统。这种系统叫做“集成终端天气系统”（ITWS），它用功率强大的雷达和计算机为飞行管理人员提供前所未有的天气概况。该系统可以发出闪电和风切力的警告，绘出风暴锋的轮廓，为管理人员提供风暴速度和方向的准确信息。拥有ITWS原型的奥兰多机场管理人员能预报阵风锋到达机场的时间，使他们能够准确决定何时开始给进港飞机安排新的降落途径。

2002年可能开始在全美国推开的ITWS系统，是美国联邦航空管理局几十年中一项最雄心勃勃的计划的关键部分：一项为时10年、投资115亿美元的计划将主要依靠技术来减少班机延迟，为以后几个10年解除30%的机场拥挤状况。2000年，每4个航班就有一个航班被推迟或取消。据联邦航空管理局说，现在一架飞机在纽瓦克国际机场跑道上停顿5分钟所造成的延迟远远超过明尼阿波利斯机场250架飞机造成的延迟。去年，平均延迟超过了52分钟。而且许多飞机都满员，无法迅速接纳被延迟或被取消的班机的乘客。

当然，许多延迟可以归咎于一个简单的事实：乘飞机旅行的人比过去任何时候都多。1978年，当航线失控时，美国商用飞机一年只运载乘客2.5亿人。到2000年运载人数接近7亿人，预计到2010年时可达10亿人。

然而空中交通基础设施没有完全跟上步伐的观点同样是正确的。现在联邦航空管理局正在兜售早在20年前就有的一些解决办法。例如，20世纪90年代初期，联邦航空管理局在称为“先进自动化系统”的IBM主导的研究上，花了50多亿美元，以求大大提升指挥空中交通的计算机的档次。1994年，由于一个部件未送到空中交通中心，这项计划被放弃了。当时任科罗拉多州某航空公司顾问、联邦航空管理局直言不讳的批评家迈克尔 · 博伊德说：“问题不在于天空的飞机太多，而是在于缺少空中交通系统的认真管理和投入。”

当然，联邦航空管理局面临一项非常艰巨的任务：以适当的成本，在整个系统崩溃之前安全地提高航空能力。大部分任务落在联邦航空管理局威廉J · 休斯技术中心的研究人员身上。这个中心一直在开展有关改善空中交通管理站和指导商用飞机通过天空的全新方法的研究。例如，在这里，管理工作将依靠ITWS来进行，管理人员将用雷达来准确跟踪和预报机场周围的即时天气状况。这项计划对于减少航班延迟能起重要作用，因为专家们把一半的延迟归咎于与天气有关的事故。

由麻省理工学院林肯实验室研究、雷森公司建立的ITWS把测量风速、雨量的多普勒气象雷达数据，与风切力警报系统、闪电探测系统、计算机模型和飞机结合起来，能自动得到最危险气象条件的警报，包括风切力（风向的快速变化）、微爆炸（突然向下的雷暴雨气流是近几年引起多起飞机坠毁事故的原因）和闪电。

ITWS最初将被用作地区设施指挥主要机场周围交通的计划工具，以便对飞机的流量和起降作出较高水平的决策。但最终的目标，是把详细的天气信息呈现在能充分利用它的人面前；这些人包括空中交通管理人员和飞行员。目前管理人员尚不能做到这一点，他们使用的显示器是20年来几乎没有改变过的设备。但将来由于联邦航空管理局应用另一种称为“星球”的重大的创新设施，即“标准终端自动替换系统”，管理人员将能更详细地观察空中交通和天气状况。

星球终端与老式琥珀色艺术屏幕不同，使用20×20英寸的彩色屏幕。管理人员使用跟踪球或按钮就能很容易地按图像移近或移离目标。而且，由于使用功率更大的计算机，配备星球系统的空中交通中心就能跟踪50英里半径内多达1350架飞机的动向。

尽管星球系统的屏幕尚不具备新ITWS超精确的气象阅读能力，但使用星球系统的管理人员将能在屏幕上显示6个等级的天气分辨率，未来几年将显示得更详细。虽然现在显示的天气数据较少，但管理人员利用这种信息就能更好地指导飞机在恶劣天气周围的飞行路线，或使飞机继续在这种天气下航行，而不改变航班的飞行线路。

一年来，配备星球系统的管理人员一直在指挥佛罗里达州埃格林空军基地、纽约州锡拉丘兹机场和得克萨斯州埃尔帕索机场的空中交通。另外11个地区空中交通管理基地将于2003年拥有星球系统，而联邦航空管理局的173个基地均定于2008年接受星球系统。用于管理全国交通和高空交通的类似设备也处于试验阶段。

虽然星球系统已证明是安全的，但其效率却不太高。实际上，几乎没有哪架班机是沿直线飞行的；大部分班机沿着全国VOR（甚高频全向范围）雷达信标阵列迁回飞越全国。例如，由VOR定位支配的纳什维尔和波士顿之间的J形航线，现在每一航程要增加170英里左右。即使以450英里小时的速度飞行，也会损失大量时间，由于时间的损失和耗掉增加的燃料，这种迂回航线每年要使航空公司多花费约90万美元。联邦航空管理局估计，如果把这个数据乘以全国几百条航线，那么每年浪费的燃料费就达4亿美元。然而，这种体制的基本原理是很简单的：天空中不容许自由放任，向西航行的飞机和向东航行的飞机都使用同一个空中走廊。雷达有其范围，所以班机必须小心遵循紧靠VOR信标的规定航线，让每架飞机周围都有5英里的水平安全缓冲带和1500英尺的垂直安全缓冲带。

能有别的选择吗？一种叫做“自由飞行”的方法，现在是联邦航空管理局空中交通技术改进计划的核心。自由飞行是雷达介入空中交通管理以来的最大变化。这种新系统的工作方式很像郊区居民驾车到当地公共交通站：估计时刻和地方交通量，甚至估计是湿路还是干路，以算出往返的最佳路线。

“自由飞行”依靠船员和徒步旅行者使用多年的卫星技术：绕轨道飞行的全球定位系统。每架飞机都可利用该系统主动广播其位置，而不是用雷达进行被动跟踪。

当前，联邦航空管理局正在试验两个全球定位系统。一个是处理飞机飞行时定位工作的WAAS（广大地区扩大系统）；另一个是飞机接近机场时执行接管工作的LAAS（局部地区扩大系统）。两者结合起来，为“先进受控监视广播”（ADS-B）提供了基础技术。这就是可以实际进入飞行员座舱的系统——一个小小的显示约100英里半径内飞机飞行速度、方位和高度的液晶屏幕。每架装备相似系统的飞机都能不断广播其意欲飞行的航线，这样就形成了空中的无形航线网。不论这些航线在哪里交叉，该系统都能提醒飞行员注意潜在冲突，提出选择高度或航线。

一种为开发上述方法的潜力而设计的系统称为URET（用户请求评价工具）已在孟菲斯和印第安纳波利斯机场试验了两年。应用URET，可在事前20分钟标出潜在的冲突，使飞行员能据此请求新的飞行路线，管理人员则能据此迅速确定那些请求是否可行。

由于全球定位系统这样的导航工具的出现，总有一天零能见度降落将成为可能的事。全球定位系统可以消除每条跑道所需的笨重的无线电阵列，使飞行员只凭他们的仪器就可盲降。

在联邦航空管理局展出其首创的大型空中交通自由飞行用的中心设备后一天，波音公司就宣布在其商业运营中进行尝试，他们也强调自由飞行，提出应用技术来将更多飞机挤入天空。

然而，对联邦航空管理局和波音公司来说，通往以驾驶舱为中心、以全球定位系统为基础的飞行管理系统之路，还不是一帆风顺的。有利于这种系统的技术从20世纪80年代以来就有了，但还存在一些问题。其中之一是全球定位系统信号较易被阻塞。另一个问题是有些航空公司为了飞行时省钱、节时而争夺新的飞行路线，可能爆发一场争吵。

把另一个液晶显示屏幕放进座舱，为飞行员提供的信息会比他们能用的信息多吗？飞行员真正需要自由吗？飞行员和地基管理人员使用同一信息，由谁负责？联邦航空管理局主管人类因素的首席科学家马克 · 罗杰斯（Mark Rogers）说：“我们正在考虑飞行员的信息需要。提供的信息必须是一贯的，不混乱的。”

目前，美国联邦航空管理局技术中心已在着手解决这些问题。

[Popular Science，2001年9月号]