В.Ершов
Основная система посадки
или как начиналась радионавигация.
(Популярное изложение)
Когда в самолетовождении начали применяться радиотехнические средства навигации, на самолетах установили главный радионавигационный прибор – автоматический радиокомпас, сокращенно АРК. Прибор этот представляет собой радиоприемник, антенна которого может вращаться. Если настроить его на частоту радиостанции, расположенной на аэродроме, антенна автоматически повернется в сторону самого сильного сигнала и будет все время его ловить.
Если электрическим путем связать антенну радиокомпаса со стрелкой прибора, то повороты антенны будут отображаться на его шкале, а стрелка будет показывать в ту сторону, где находится радиостанция.
Если стрелка показывает вперед, значит, самолет летит на радиостанцию. Если стрелка стала отклоняться в сторону, надо довернуть самолет так, чтобы стрелка вновь показывала вперед.
При пролете радиостанции стрелка должна развернуться назад, показывая, что самолет удаляется от радиостанции.
Если на приборе установить два радиокомпаса и вывести на прибор две стрелки, связанные с антеннами этих радиокомпасов, то при полете по маршруту между двумя пунктами, где установлены работающие на разных частотах радиостанции, можно настроить один АРК на одну станцию, а другой – на другую. Тогда каждая стрелка будет показывать на свою радиостанцию, и если самолет находится на линии пути, стрелки будут на одной линии.
Если самолет уклоняется, допустим, влево, то каждая радиостанция вроде как «уйдет» вправо, и обе стрелки будут показывать: одна вперед-вправо, а другая назад-вправо.
Летчик легко определит сторону уклонения, возьмет поправку в курс и будет идти с этой поправкой до тех пор, пока обе стрелки не установятся на одной линии и станет ясно, что самолет вышел на линию пути.
Идя по линии пути, самолет всегда придет на аэродром, и приведет его умный прибор по сигналам радиостанции. Так и назвали радиостанцию: приводной, сокращенно – «привод». Полет на привод и от привода – и есть радионавигация.
Основа полета по двум радиокомпасам – выдерживание створа двух маяков, двух приводов. В створе стрелки всегда параллельны.
Это «свойство створа» использовали при создании системы посадки по двум приводам в сложных метеоусловиях. Идея проста: в створе полосы, не долетая до нее, установлены два привода – дальний и ближний. Пилот должен снижаться с посадочным курсом, выдерживая по стрелкам створ полосы, пройти на определенной высоте дальний привод, а после пролета ближнего привода должен уже визуально увидеть огни подхода и торец полосы.
Для этого ближний привод должен быть установлен довольно близко перед полосой, и пролетать его надо на небольшой высоте, с установленными постоянными поступательной и вертикальной скоростями.
Методом долгих проб и ошибок подобрали оптимальные параметры системы, которые на большинстве аэродромов примерно таковы: дальний привод за 4 километра до торца полосы, ближний за 1000 метров; пролет дальнего на высоте 200 м, а ближнего на 60. С этой высоты уже должна быть видна земля.
А с какой же точки надо начинать снижение на этом посадочном курсе? И вообще, как в облаках ее найти?
На каждом аэродроме существует установленная схема захода на посадку. Чаще всего это прямоугольный маршрут или, как говорили старые летчики, «коробочка». И когда привод выведет самолет на аэродром, надо «вписаться» в эту схему.
Представим себе чемодан, лежащий на боку. Место, где находится «ручка» чемодана, – это взлетно-посадочная полоса, ВПП. В зависимости от того, на каком боку лежит «чемодан», его «ручка» будет слева или справа. Взлетевший с нее самолет «крутит» либо левую, либо правую «коробочку».
Самолет взлетает с полосы и набирает высоту вдоль периметра «чемодана», разворачиваясь на каждом углу под 90 градусов. После первого разворота самолет следует вдоль узкой стороны чемодана. Пролетев узкую сторону, самолет выполняет второй разворот и поворачивает вдоль длинной стороны, с курсом, обратным взлетному (или посадочному, это одно и то же). Двигаясь с обратным курсом, он минует лежащую на «той стороне» «ручку» и подходит к третьему развороту. Дальше вдоль узкой стороны – к четвертому развороту. А после четвертого разворота самолет идет вдоль длинной стороны чемодана к «ручке», в створе приводов. Где-то здесь надо начинать снижаться, это называется точка входа в глиссаду.
Снижение выполняется с определенной, небольшой вертикальной скоростью, по наклонной линии, называемой глиссадой. Если расчеты верны, то на высоте 200 метров должна повернуться назад стрелка дальнего привода, и можно продолжать снижение на ближний. Если пролета дальнего нет, надо «остановиться» на высоте 200 метров, дождаться пролета привода, и только затем снижаться на ближний. Перед ближним, где-то ниже 100 метров, уже можно поглядывать, не открылась ли полоса.
Значит, как-то можно рассчитать момент пролета этой точки входа в глиссаду?
Можно. Надо только строго выдерживать курс, и следить за стрелкой радиокомпаса. Все маневры на схеме выполняются относительно показаний дальней приводной радиостанции, той, что установлена за 4 км до полосы. Она – главная.
Когда мы будем лететь по той стороне «чемодана», что между вторым и третьим разворотами, выдерживая обратный посадочному курс, стрелка дальнего привода будет тихонько перемещаться назад и в определенный момент покажет в сторону, под 90 градусов. Это точка, лежащая против дальнего привода, его траверз.
Включив секундомер в момент пролета траверза привода, можно по скорости самолета и расстоянию на схеме рассчитать время начала третьего разворота. От траверза до третьего разворота, к примеру, при нашей скорости надо идти пятьдесят секунд. Отсчитав эти секунды, выполняем третий разворот.
После третьего разворота самолет идет в район четвертого разворота. К моменту начала четвертого разворота стрелка радиокомпаса должна показывать чуть меньше чем под 90 градусов в сторону разворота. Если разворот выполнить правильно и вовремя, самолет выйдет на посадочный курс точно в створе приводов и полосы, стрелки обоих АРК будут показывать вперед, и остается только пройти расчетное время до точки входа в глиссаду. А точка эта лежит на строго расчетном удалении до полосы, обычно за 8600 метров.
Схема полета всегда точно фиксирована, «привязана» к полосе, а значит, на ее геометрические параметры можно опираться в расчетах.
Это же простая геометрия, треугольники, катеты, гипотенуза… Надо только строго выдерживать параметры полета, чтобы расстояние, деленное на скорость, давало точное время выполнения того или другого маневра.
Таким образом, полет по схеме выполняется по времени, рассчитанному через расстояние и скорость.
А как же ветер? Ведь если он сносит самолет с посадочного курса, надо брать какое-то упреждение, отворачивать нос против ветра. А значит, в створе полосы стрелки уже не будут показывать точно вперед, а … чуть вбок, на это самое упреждение, на угол сноса. Это что – все время надо держать в голове и учитывать эту заморочку?
Да, и не только эту. Ветер ведь сносит самолет и на других участках «чемодана», и на каждой его стороне снос другой. Если не учитывать снос, то прямоугольный «чемодан» превратится в параллелограмм. Тогда что: все наши расчеты по штилю – насмарку?
Кроме того, ветер влияет и на скорость самолета относительно участков схемы. К примеру, если на каком-либо участке ветер дует строго в лоб самолету, то при ураганной скорости ветра, близкой к скорости перемещения самолета относительно воздуха, относимый ветром назад самолет практически будет… стоять на одном месте над точкой схемы!
Значит, на некоторых участках схемы ветер будет увеличивать время прохождения участка, а на некоторых, наоборот, так «поможет», что только успевай.
Поэтому пилот вынужден брать поправки не только на угол сноса, но и на время относа самолета ветром относительно участка схемы.
Собственно, в этом и заключается пресловутый «расчет коробочки». С каким курсом требуется следовать по участкам схемы и какое время необходимо идти до следующего разворота.
После входа в глиссаду пилот должен знать, через сколько секунд следует ожидать пролета дальнего привода. Кроме того, в зависимости от скорости встречной составляющей ветра, надо рассчитать потребную вертикальную скорость. Ведь если снижаться в штиль, то потерять высоту, к примеру, 400 метров за 100 секунд полета от точки входа в глиссаду до торца полосы можно, только выдерживая скорость снижения строго 4 м/сек. Если снижаться быстрее, самолет воткнется в землю до полосы, а если держать вертикальную скорость меньше, не успеешь снизиться до торца, будет перелет.
А если снижаться при сильном, очень сильном ветре в лоб, соизмеримом со скоростью полета самолета относительно воздуха, самолет будет практически стоять на месте, а значит, и снижаться нельзя. То есть: чем сильнее встречный ветер, тем меньшая требуется вертикальная скорость снижения и тем дольше самолет будет ползти к торцу полосы. И наоборот, если ветер становится чуть попутным, то и вертикальную скорость потребуется держать чуть больше штилевой. А то ведь не успеешь снизиться, и пронесет над полосой.
И летчики научились строго рассчитывать элементы «коробочки» и так же строго их выдерживать. Оказалось, что зайти по двум приводам, компасу и секундомеру вполне возможно даже при очень серьезной погоде: высота нижнего края облаков около 60 м, видимость около 800 м. Правда, надо было держать в уме все поправки, представлять себе положение самолета относительно схемы и при этом вручную выдерживать курсы, скорости, брать поправки и решать общую задачу захода. А это требует известного летного мастерства.
Конечно, радиокомпас, как и любой радиоприемник, подвержен помехам. Стрелка его так и норовит повернуться то в сторону близкой грозы, то на более мощную и близкую по частоте широковещательную радиостанцию, то сигнал отразится от береговой черты или горной гряды… Однако общее направление «туда» радиокомпас показывал верно, ну… плюс-минус несколько градусов. Этого верного направления вполне хватало для того, чтобы безопасно зайти на посадку на легком, вертком самолете.
Но размеры самолетов увеличивались, возросла их масса и инерция, и выдерживать параметры захода по приводам становилось все труднее. Ученая мысль не дремала, и для тяжелых самолетов изобрели другие, более точные и не требующие сложных расчетов системы захода на посадку по радиотехническим средствам. Но все же, заходя по новейшей курсо-глиссадной системе, опытный экипаж всегда контролирует заход по старым добрым радиокомпасам – основной когда-то системе посадки, которую так до сих пор и называют: ОСП.