地面導航台和人造衛星為飛機指引航向示意圖。資料照片

世界航空史曾有這樣一件趣事：1978年，飛行員傑伊·普羅奇諾駕駛塞斯納188型飛機，因機載自動定向儀損壞，被困在南太平洋上空陷入絕境。此時，一架載有88名乘客的客機恰好從附近經過。于是，上演了“大飛機找小飛機”的神奇一幕，堪稱現實版“大海撈針”。

飛行萬裡不迷航，是飛機高效可靠完成各項任務的前提。早期，飛機導航方式較為單一，受複雜地貌和空中不穩定氣流的影響，飛行員很容易迷失航向。針對這一問題，航空導航技術應運而生。

現代航空導航技術如何發展而來？各類導航系統如何精準引導飛機抵達目的地？請看海軍航空大學一級領航員王桂建的解讀。

觀山看海行天下

走進軍用運輸機的領航艙，縱橫交錯的線路和精密複雜的儀器讓人目不暇接。這些部件構成導航系統，幫助戰機确定航向。

有人會問：一個多世紀前，沒有現代化導航系統，飛機如何飛抵目的地？

這個問題曾困擾着當時的飛行員。飛行員從高空向下望，連綿的山脈、蜿蜒的河流，很難辨别方位，不免心生疑惑：“這是飛到哪裡了？”

當時，飛行員憑經驗總結出最原始的導航方法——地标導航。這種方式基本靠“瞅”，飛行員需要根據地圖和記憶尋找特征地形，從而确定飛行路線。

1911年，在一次比賽中，美國飛行員基恩從容地駕駛飛機，屢屢超越飛得更快的選手，他的飛行秘訣是一張防風地圖。這張防風地圖，能讓他駕駛飛機飛直線，而其他選手隻能參照公路地标。

然而，參照自然地貌的地标導航隻适用于晴天飛行，一旦遇到複雜天氣該怎麼辦呢？20世紀20年代，科研人員在地面鋪設了幾百座箭頭狀導航信标。每座信标長21米，被刷成明亮的黃色，上方有一座15米高塔，塔頂安裝一盞燃氣燈，塔底有小屋供應燃料。

采用這種導航方式，飛行員從遠處就能看到箭頭，百餘個箭頭橫跨整個美國，為飛行員飛行指明方向。

對富有冒險精神的飛行探險家而言，“跨越大海”是他們新一輪的挑戰目标。

廣袤大洋一望無際，缺少目視參照物，又該怎麼辦？當時，飛行員們認為，隻要航向準确，他們就可以根據風速和飛行速度，大緻計算出飛行時間和位置，從而完成跨洋飛行。

1927年，美國飛行員查爾斯·林白作出一個大膽決定——帶着一枚指南針、一塊偏流測量儀和幾張地圖，獨自開啟了跨越大西洋的航程。

天有不測風雲。大西洋上空，一場突如其來的暴風雨緻使飛機羅盤失靈。在空中盤旋數個小時後，查爾斯終于透過舷窗發現了一艘漁船。他難掩激動心情，超低空飛了過去，大喊：“愛爾蘭在哪裡？”

經過連續計算和飛行修正，查爾斯終于看到愛爾蘭的海岸線。起飛33.5小時後，他降落在巴黎布爾歇機場，成為單飛不降落、橫跨大西洋的第一人。

雖然此次跨海飛行航線與計劃航線隻偏差不到5公裡，但飛行導航過程中的艱險經曆讓科研人員認識到：要想順利完成海上飛行，需要一種更先進的航空導航方式。

耳聽八方定方位

20世紀30年代，随着無線電技術日益成熟，人們發現，這項技術除了用于通信交流，還可以進行航空導航。于是，科研人員将無線電技術與羅盤結合，計算出飛機的飛行位置。

與目視導航相比，無線電導航不易受到氣象條件影響，即使在夜間或複雜氣象條件下，也能确保飛機飛行安全。

最初，無線電導航是利用布設在地面的中/長波無方向信标台和測距儀定位。它們就像茫茫大海中的燈塔，向周邊空間不斷發射信号。飛機上的無線電接收系統如同順風耳，能從各種信号中“聽”出不同信息。比如，飛機在導航台什麼方位、有多遠距離，從而為飛機精準定位、引導航向。

二戰時期，跨海執行遠程任務的轟炸機機群，需要跟着領航機飛行。領航員靠着無線電和地圖的指引，将轟炸機機群帶到目标上空。轟炸任務完畢後，再靠本土大功率無線電信标台指引返航。

當時，中/長波無線電信标台存在傳播特性不穩定、作用距離短等缺點，為克服這些問題，科研人員又研制出甚高頻全向信标——伏爾導航系統。

伏爾導航系統通信距離達400公裡，統一規範了無線電導航台的頻率，簡化了機載無線電設備的設計。20世紀50年代，伏爾導航系統被列為專用國際标準民用導航系統，并沿用至今。

無線電導航技術要求飛機必須與地面設備保持聯通，一旦地面設備損壞或受到電磁幹擾，飛機會成為“睜眼瞎”。因此，科研人員研制出一種完全不利用地面設備的慣性導航系統。

這套系統更像是一種小型計算機，安裝的陀螺儀和加速度計能夠測出飛機的飛行加速度，再對加速度進行計算，得出飛機的飛行速度和位移。這種導航方式不易受無線電幹擾，為飛機裝上“指南針”。

慣性導航的缺點也很明顯：随着時間推移，累積誤差會越來越大。所以，現代飛機往往會通過其他導航方法來修正慣導誤差。

星星指路引航程

皓月當空，星光璀璨。如果飛行員駕駛飛機在夜間迷航，他們會利用六分儀觀星，這就是天文導航。

天文導航需要飛行員擁有豐富的天文知識儲備。當遇到氣流颠簸時，飛行員很容易選錯參考星體，從而迷失航向。

為了解決這一問題，早期的麥道和波音客機将天文導航融入駕駛艙設計理念中，在駕駛艙風擋玻璃頂端裝上“觀星窗”。這種設計能減少目視飛行中的盲區面積，即使在導航系統全部失效後，也能通過天體來判斷所處位置。

傳統天文導航，飛行員需要通過複雜計算才能得出位置信息，如何讓星星把位置信息直白地“告訴”飛行員呢？

随着各國航天技術發展，科學家決定親自動手，在天上鑲上“星星”——人造衛星。這些人造衛星所構成的全球衛星導航系統，相當于把原本在地面的導航台搬到天上，被形象地稱為“天上燈塔”。

衛星導航的原理不難理解：利用飛機接收機接收衛星信号，計算出飛機相對衛星的距離，衛星相對于地面基站的位置已知，解算一組方程就能得出飛機位置。衛星位置高、覆蓋範圍廣，可以輕松實現全球導航，這是任何導航系統都無法媲美的。

20世紀70年代，美國和蘇聯争相開始研發全球衛星導航系統。

美國GPS系統家喻戶曉，這套系統于1994年全面建設完成，并于2010年重新優化調整了衛星分布，改善了導航設備精度；俄羅斯格洛納斯系統，原計劃1995年建成，蘇聯解體導緻計劃擱淺，直到2001年俄羅斯才重新啟動建設，于2010年完成了全部24顆衛星的發射。

20世紀90年代，歐盟開始研制伽利略導航系統。該系統衛星數量多，能提供更好的信号、傳遞更多的信息，安裝的精确原子鐘運行300萬年後誤差隻有1秒，定位誤差在1米以内。

值得一提的是，伽利略導航系統不僅是一個獨立的定位導航工具，還能與多種導航系統結合使用，提高對海洋風速、海面潮水的強度和高度等數據測量精度。

2020年7月31日，中國北鬥三号全球衛星導航系統正式開通。從2000年建成的北鬥一号系統，到2012年服務亞太地區的北鬥二号系統，再到2018年服務“一帶一路”國家、2020年全面建成的北鬥三号全球衛星導航系統，我國成為世界上第三個獨立擁有全球衛星導航系統的國家。“北鬥 5G”“北鬥 AI”“北鬥 大數據”……一個嶄新未來正撲面而來。

當前，新技術層出不窮，導航技術正向着智能化、自動化、系統化的方向發展。今年5月，第十二屆中國衛星導航年會就以“時空數據，賦能未來”為主題，全面展示衛星導航時空服務對未來發展的重要意義。

相信随着科技快速發展，在不久的将來，會出現更多精度高、範圍廣、不受外界幹擾的航空導航系統。它們将引領戰機安全、高效地穿越雲層、跨越山海。

來源： 解放軍報

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!