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航空管制超入門(修訂版)

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1-1 為何航空管制有其必要?
──針對數量增加的飛機進行交通管制
萊特兄弟所實現的人類首度自由飛行,是在1903年發生的事。自那之後經過大約100年的演變,我們已經能夠以音速來回穿梭於全世界。
「好想在天空中飛!」─現在之所以能夠實現過去人類的願望,完全有賴於進展顯著的近代科學,也就是工業的力量。這一百年間,有兩項「飛行的技術開發」的大躍進,一是構成飛機的機械裝置「機體」及「引擎」,二是測量目的地方位及高度的「導航」。
飛機能夠在三次元空間(前後、左右、上下)自由地高速飛行。但它無法迅速減速或在空中停止。此外,飛機也會受到雲、霧、雨、雪、風、氣壓等氣象變化的影響。當然起飛和降落也僅限於有跑道的機場。
二十世紀初,在航空技術剛剛展開的時代,由於當時飛機的構造及系統尚未成熟,常有墜機事件,或在地面或空中發生相撞。由於飛機是反重力飛行,如果發生問題,就會演變成從高空墜落。
其後,飛機機體幾經改良而變得大型化,同時為了提高效率及安全性,針對飛機進行交通整頓的航空管制制度便應運而生。
2012年,日本1年當中約有550架客機、7,905萬旅客在空中飛行,這些客機全都在約 1,900 位航空管制員安全又舒適地引導、管制下,安全地飛達目的地。

1-2 航空管制的序幕?
──「旗手」以旗子發送訊號
「人類像鳥一樣在空中飛翔!」─用布料包覆木造骨架的機翼、引擎轉動螺旋槳時如雷的轟隆聲響、飛機起飛⋯⋯,看到這樣的情景,人們無不嚇到腿軟。過去為了看到這種難以置信的場景,很多人一聽到「飛機在飛」就立刻聚集在一起。
當時,在空中飛行是項大冒險,但大膽的飛機小子們卻接二連三成功達成遠程飛行。接著各地紛紛舉辦以觀光或遊覽為目的的飛行表演,最後航空郵便飛行的時代終於來臨。
航空時代初期,人們將一大片草原或平地當作跑道。由於引擎噪音大得驚人,即使飛行員開口互相示意通知,也會被引擎聲掩蓋。
為此,旗手會將訊號用旗、筆記本、午餐以及水堆放在加掛遮陽傘的推車中,並常駐於飛機的跑道起點。旗手會以旗子發出「Go」(前進)或「Hold」(停止)等指令,通知飛行員飛行風向及跑道上是否有障礙物等重要資訊。這就是航空管制的開端。
早期的飛行方式,飛行員使用的是參考地貌的地文航行,為了增加安全性及準確性,在航道上設有旋轉式燈光標識(rotating beacon)。為了讓飛行員在夜間仍可識別地形,也使用了指路燈。其後在展開航空客運時,為了遵守出發時間、飛行時間、到達時間等時刻表,航空管制的角色也就愈發重要。
無線技術開發後,在設置於視野良好之處的管制塔與跑道上的飛機之間,能以無線電話進行管制。此時已有現代航空管制的雛形。最後,循著無線電信標識(radio beacon)的電波指示,即使在雲霧之中飛機也能飛行無阻了。
其後,隨著雷達技術開發,飛機成了螢幕上移動的點,可以被地面的管制員掌握行蹤。飛機本身也能夠透過螢幕,完整呈現附近正在飛行的飛機以及周圍的地形。
現在的航空管制更邁向次世代,航空管制員及飛行員之間的通訊方式,已經從聲音通訊逐漸變成透過衛星的數據通訊。

1-3 何謂飛航管理(ATM)中心?
──安全地管理、整合空域及交通量
航空管制現場會反覆確認機場、跑道、管制塔台以及航路的容量,並努力讓飛機的飛行總量達到最大值。無論是預計出發時間、想要的飛行路徑或是高度等,飛機在世界各地都會希望能夠以較少的限制,實現無接縫安全飛行。而擔任這項任務的重要角色,就是執行飛航管理管制工作的飛航管理(ATM:Air Traffi c Management)中心,下列三點針對航空管制的必備要件,就是其主要工作內容。
1、飛航流量管理(ATFM:Air Traffic Flow Management)
日本上空遍布肉眼不可見的航路,也就是所謂的空中「高速公路」。此外,有些空域屬於民航機不能飛行的自衛隊訓練空域,飛機能夠使用的飛行路徑有所限制。在有限的飛行範圍內讓各種飛機能夠安全、舒適地飛行並控制整體流程的,就是飛航流量管理(Flow Management)。
飛航流量管理會先預測航空交通量、以及壅塞或天氣惡劣的空域,讓飛機在航管下能夠川流不息,在適當的航路順利飛行。如果事先預測目的地機場的壅塞狀況,就能提前限制飛行(調整飛機出發時間或在空中待機)、讓飛機在出發機場等候起飛,或是尋找並建議替代路線。
過去日本常有飛機在空中待機或繞行等飛航狀況,拉低乘客服務品質,也浪費了航空燃料。2005年10月,福岡設立了飛航流量管理(ATFM)中心,並以此為首,展開飛航流量管理,讓日本全國的飛航流量均能受到管理及控制。
2、空域管理(ASM:Air Space Management)
仰望天空,可以看到有客機、輕型飛機、直升機以及飛船等交錯飛行。在機場或航路裡,無論是以200km/h速度飛行的輕型飛機,或是以860km/h速度巡航的噴射客機,都按照以分為單位的時間表飛航。各位可能會認為天空很寬廣,但事實上空中的交通狀況相當混亂。
因此,空域管理(ASM)便一直發展至今。透過空域管理,我們實施航空管制,設定能使空域有效運用至最大值的航路、也設定RNAV(區域航行)程序在空域中的路線,以達到不浪費航運資源的目的。
例如當天候不佳時,為了能夠避開雷雲或亂流,改在自衛隊的訓練空域飛行,自衛隊和空域就會有所調整。飛航管理中心每日都會確認航空自衛隊訓練空域有空的時間帶,當有突發性的大規模惡劣天候狀況,就會與常駐的航空自衛隊人員討論後設定條件性航路(Conditional Route,特定狀況下的非常設性航路)。
3、洋區飛航管理(Oceanic ATM:Oceanic Air Traffic Management)
飛機要在廣大的洋區安全飛行,就必須受到航空管制。ICAO(國際民航組織)將航空管制責任分配至各國,洋區航空管制的責任分屬範圍也包含與各國的FIR(Flight Information Region:飛航情報區)相接的公海部分。
以日本而言,福岡FIR就針對廣大的遠東海域進行洋區管制。福岡FIR又分為洋區管理北A管制區、洋區管理北B管制區、洋區管理東管制區、洋區管理南A管制區、洋區管理南B管制區等5個管制區(sector)。
最近正在引進的ADS(自動回報監視:Automatic Dependent Surveillance)就是透過管制員―駕駛員資料鏈結通信(CPDLC),將客機現在的位置及高度傳送給管制單位。
同時,飛機上搭載的導航電腦位置數據也會自動傳送至管制單位的雷達畫面,讓管制單位能夠掌握在洋區飛行的飛機位置。
管制員對進入各管制區的飛機,一面以電子管制條(Eelectronic Flight Strip)或文字即時監控,一面與飛行員交換情報來做洋區管制。
有關飛機間的管制間距,在2005年發射MTSAT-1R(多功能運輸衛星新1號機)之後,透過衛星數據鏈通訊,前後隔離從120海浬(約222km)縮短至50海浬(約93km)(左右隔離在導入MTSAT-1R前後皆維持在50海浬)。
其後,自2008年起開始使用MTSAT-2(多功能運輸衛星新2號機),前後隔離和左右隔離都從50海浬(約93km)縮短至30海浬(約56km)。
藉由縮短管制隔離,一年的燃料消耗量減少了1,400萬公升(鐵桶油罐7萬桶),換算成金額,約節省了12億7000萬日圓(2007 年)。CO2的排放量也降低了34,000噸(6500個一般家庭的排出量)。

○ 安全運航的決定性因素是交通氣象中心
氣象資訊對飛航人員而言,是安全運航的基石。2005年10月,飛航管理中心設置了航空交通氣象中心(ATMetC),其任務就是預想惡劣天候是否影響飛航管理、分析可能會產生影響的惡劣天候,並且預測其開始及結束狀況。飛航管理中心8個大型顯示器中,有2個用來顯示氣象資訊,最新的氣象資訊會透過無線電,將文字、圖片及影像即時傳達給飛航人員。
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