الإقلاع والهبوط (منظومات-)
اقلاع وهبوط (منظومات)
Take-off and Landing systems - Systèmes de décollage et d'atterrissage
خالد داغستاني
يمكن تقسيم إجرائية الملاحة navigation الجوية لطائرة أو لمركبة فضائية إلى عدة مراحل كما هو مبين بالشكل (1). وتُعرّف عملية الإقلاع take off في علم الطيران، والمبينة بالشكل (2)، بأنها حركة الطائرة المتسارعة من بداية الدرجان (التدحرج) على المهبط حتى اكتسابها سرعةً وارتفاعاً يضمنان لها سلامة الانتقال إلى منظومة التسلق في الهواء.
 |
|
الشكل (1): مختلف مراحل الملاحة الجوية. |
 |
|
الشكل (2): عملية الإقلاع |
كما تُعرّف عملية الهبوط landing بأنها انحدارها من الجو ومقاربتها النهائية للهبوط فاقترابها من أرض المهبط ثم ملامستها للمهبط ودرجانها عليه حتى توقفها تماماً، كما هو مبين بالشكل(3) .
 |
|
الشكل (3): عملية الهبوط |
تُعد عمليتا إقلاع الطائرات وهبوطها من أدق مراحل الملاحة الجوية على الإطلاق لضيق الوقت المتاح للتحكم في الطائرة مع المحافظة على استقرارها من جهة، ولكونهما المرحلتين الأكثر خطورة حيث تتعرض فيهما الطائرات لأكبر نسبة من حوادث الطيران من جهة أخرى. لذا تتطلب عملية الهبوط والإقلاع تركيزاً ومجهوداً كبيرين. وكانت عمليتا الإقلاع والهبوط تتمان فيما مضى بقيادة وتوجيه مباشر من الطيار وضمن شروط قاسية تتطلب ضمان مجال رؤية جيدة وشروط مناخية مؤاتية. أما في هذا العصر فقد تطورت منظومات الإقلاع والهبوط وغدت مسألة توجيه الطائرة وقيادتها خلال عملية الهبوط (اختصاراً للإقلاع والهبوط ولكون الهبوط أكثر تعقيداً وخطورةً من عملية الإقلاع) تتم آلياً بوساطة هذه المنظومات وفي شروط جوية قاسية مترافقة مع مجال رؤية محدود. مع ذلك يبقى للعنصر البشري (الطيار وعامل برج المراقبة) الدور الأساسي لضمان سلامة الهبوط.
اعتمدت عملية الهبوط حتى عام 1950 على إجرائيات الهبوط البصرية visual landing procedures (VLP)؛ والتي يرافقها شروط جوية جيدة ومؤمنة لمجال رؤية واضح. أما بخلاف ذلك فكانت هذه العملية غير ممكنة. وطُوِّرت بعدها منظومة ملاحة راديوية radionavigation أدت إلى ظهور ما يعرف بقواعد الطيران بالأجهزة instrument flight rules (IFR)، والتي انقسمت - فيما يخص عملية الهبوط - إلى جزأين أساسيين مرتبطين بدقة بعملية المقاربة. واعتُمِد في البداية على منظومات مقاربة غير دقيقة non-precision approaches التي توفر للطيار معلومات قيادة وتوجيه في المستوي الأفقي فقط (ومن هذه المنظومات: الإرشاد الراديوي في جميع الاتجاهات بالترددات العالية جداً VHF omnidirectional radio range (VOR)، والمنارات اللااتجاهية non-directional radio beacon (NBD)، وبث شعاع محور المهبط الأفقي localizer (LOC)، وبث شعاع محور المهبط الأفقي بطريقة ارتجاعية localizer back-course (Loc. B/C)، وتحديد الموقع الشامل من دون ملاحة عمودية global positioning system without vertical navigation (GPS without VNAV). ثم تم الانتقال إلى منظومات المقاربة الدقيقة التي توفر معطيات قيادة وتوجيه للطيار في المستويين الأفقي والعمودي (ومن هذه المنظومات: الهبوط بالأجهزة instrument landing system (ILS))، والهبوط بالأمواج المِكروية microwave landing system (MLS)، ورادار المقاربة الدقيقة precision approach radar (PAR)، وتحديد الموقع الشامل مع ملاحة عمودية (GPS with VNAV).
في حال الملاحة ضمن السحب أو في الضباب الكثيف أو ضمن الأمطار الغزيرة؛ أي عندما لا يتمكن الطيار من رؤية خط الأفق أو رؤية الأرض تحته؛ فإنه لا يستطيع الاعتماد على إجرائيات الهبوط البصرية، ويصير من العسير التأكد من سير الطائرة في خطها المرسوم، ومن أنها لا تفقد أو تكسب ارتفاعاً. لذا توفر منظومات الهبوط المختلفة هذه المعلومات وتساعد الطيار على إتمام المناورات الجوية المتعلقة بالمقاربة من دون خسارة في الارتفاع أو السرعة، وإنجاز عملية الهبوط بأمان وبدقة متعلقة بنوعية هذه المنظومات.
طُوِّرت في عام 1966 أول منظومة هبوط بالأجهزة، واختبرت في مطار إدوارد في كاليفورنيا بالولايات المتحدة الأمريكية. وفي عام 1968 استُخدمت أول منظومة هبوط بالأجهزة في معظم مطارات الولايات المتحدة. واعتُمدت في عام 1974 منظومة الهبوط بالأجهزة، وفُرضت على المطارات الأمريكية المحلية والدولية بتجهيزها على الأقل بمهبطين مزودين بتجهيزات المنظومة.
سُميت منظومة الهبوط بالأجهزة بذلك لاشتمالها على مجموعة متكاملة من الأجهزة الأرضية الموزعة حول المهبط، والمتصلة لاسلكياً بمجموعة تجهيزات محمولة على الطائرة، تستقبل الإشارات الكهربائية الراديوية radioelectric الصادرة وتحللها وتترجمها إلى معطيات عن الوضعية الأفقية والرأسية، وإلى بيانات عن منارات الإرشاد عند نقاط معينة. ويسمح ذلك بتوجيه الطائرة وقيادتها في مرحلة المقاربة النهائية للهبوط بدقة أكبر، وذلك بتحديد كل من محور منتصف المهبط أفقياً ومستوي منحدر الهبوط شاقولياً، وهذا ما يسمح بهبوط الطائرة سواءً يدوياً من قبل الطيارين أم آلياً من قبل الطيار الآلي بدقة عالية وتقدير أصح.
التجهيزات الأساسية لمنظومة الهبوط بالأجهزة
تتكون التجهيزات الأساسية للمنظومة من جهازين منفصلين أحدهما لتحديد محور المهبط الأفقي، وآخر لتحديد منحدر الهبوط glide slope، إضافة إلى جهاز ثالث مساعد مكوَّن من مجموعة منارات لااتجاهية تولّد إشارات ضوئية وسمعية لتحديد المسافة عن بداية المهبط.
أ- جهاز بث شعاع محور المهبط الأفقي: توضع مرسلات البث اللاسلكية لهذا الجهاز بعد نهاية المهبط في الجهة المقابلة وعلى امتداد خط وسط المهبط، كما هو مبين بالشكل(4) . ويحقق هذا الجهاز عملية التوجيه الأفقي للطائرة من خلال توضعها على خط منتصف المهبط. تبث المرسلات اللاسلكية في نطاق الترددات العالية جداً very high frequency (VHF) ضمن المجال من 108.1 إلى 111.9 ميغاهرتز، ويصل مدى الهوائي المستخدم إلى مسافة 40 كم وبزاوية حزمة قدرها5˚.
 |
|
الشكل (4): جهاز بث شعاع محور المدرج الأفقي. |
ب- جهاز بث لشعاع زاوية مستوي الانحدار ضمن المستوي العمودي بهدف تحديد منحدر الهبوط: يوضع هذا الجهاز بجانب المهبط موازياً لنقطة هبوط الطائرات على المهبط (الشكل 5).
 |
|
الشكل (5): جهاز بث شعاع زاوية الانحدار العمودية لمنحدر الهبوط. |
يسمح هذا الجهاز - في مرحلة اقتراب الطائرة من المهبط - بتمرير إشارات لتحديد مسارها ضمن مخروط هبوط معين مع المحافظة على زاوية الانحدار الصحيحة لمنحدر الهبوط والمتطابقة مع محور مخروط الهبوط؛ بهدف الوصول إلى نقطة الهبوط على المهبط، كما يوضح الشكل(6) .
 |
|
الشكل (6): عدادات إشارة شعاع زاوية الانحدار العمودية لمنحدر الهبوط ضمن مخروط الهبوط |
تُوضع المرسلات اللاسلكية لجهاز تحديد منحدر الهبوط على مسافة تبعد عن عتبة المدرج من 228 إلى 381 م، وعلى بعد جانبي عن منتصف المدرج من 76 إلى 198م.
ويتميز شعاع بث هذه المرسلات بزاوية حزمة قدرها 1˚، وبزاوية محور مخروط (مخروط الهبوط) تراوح بين 2.5˚ إلى 2.75˚ (الشكل 5). وتبث المرسلات اللاسلكية في نطاق التردداتفوق العالية ultra high frequency (UHF) ضمن المجال من 329.3 إلى 335.0 ميغاهرتز، ويصل مدى الهوائي المستخدم إلى مسافة 40 كم.
جـ- منارات إرشاد ضوئية وصوتية marker beacons: هي بالواقع المنارات اللااتجاهية التي تعمل على التردد 75 ميغاهرتز، وتصدر موجات صوتية بإشارات مورس Morse، وتُستخدم في منظومات الهبوط بالأجهزة لمنح الطيار القدرة على تحديد المسافة المتبقية على المدرج خلال عملية الهبوط. وتتكون المنظومة من ثلاث منارات بعلامات مختلفة:
- منارة إرشاد خارجية :outer marker indicator تحدد هذه المنارة النقطة الأخيرة لبدء عملية الهبوط النهائي على المدرج وهي أول منارة تُلتقط ويتم سماعها من قبل الطيار خلال هذه العملية. تقع هذه المنارة على مسافة من 7.408 إلى 12.694كم من عتبة المهبط، وتكون مثبتة على خط الشعاع الأفقي ذاته في منتصف امتداد المدرج (الشكل 7)؛ أي على بعد 1.852 كم من حيز النقطة التي يبدأ فيها اعتراض منحدر الهبوط. وبمجرد اقتراب الطائرة من هذه المنارة يبدأ إصدار صوت ذبذبات مورس (مسحتين بالثانية (--)) مع إضاءة إشارة ضوئية باللون الأزرق لحرف O تظهر في الجهاز المخصص لذلك على لوحة القيادة للطائرة (الشكل 8).
 |
|
الشكل (7): مختلف تجهيزات نظام الإقلاع والهبوط بالأجهزة .ILS |
يسمع الطيار الصوت الصادر عن هذه المنارة ضمن الارتفاعات المحصورة بين 730 إلى 1280م فوق منطقة منارة الإرشاد؛ وعلى نحو تتناسب فيه شدة نبرة الصوت الصادر طرداً مع اقتراب الطائرة منها.
- منارة إرشاد وسطى :middle يتوضع هوائي هذه المنارة في منتصف المنطقة الواصلة بين العلامتين الخارجية والداخلية على بعد 900 إلى 1200م، وتعمل وفق مبدأ المنارة الخارجية ذاته. كما تصدر إشارة ضوئية في لوحة التحكم بحرف M وباللون المبين بالشكل (9) عند الوصول إلى موقع هذه المنارة، كذلك يبدأ إصدار صوت ذبذبات مورس (مرتين مسحة ونقطة (-0-0) وبشكل مسحة ونقطة كل ثانية (-0))، ويجب على الطيار عندها التأكد من كون الطائرة على ارتفاع لا يقل عن 60م فوق مستوى الأرض، كما يتوجب على المساعد التأكد من رؤية المدرج كي يتخذ القرار بمتابعة عملية الهبوط والانتقال من النظام الآلي إلى النظام اليدوي في هذه المرحلة الأخيرة.
 |
 |
|
الشكل (8): شكل المؤشر الضوئي الموافق للعلامة الخارجية. |
الشكل(9): شكل المؤشر الضوئي الموافق للعلامة الوسطى. |
- منارة إرشاد داخلية inner: هي المنارة الأقرب من عتبة المهبط وتقع على بعد 300 م منها، وتعمل وفق مبدأ العلامتين السابقتين. تصدر إشارة ضوئية في لوحة التحكم عند الوصول إلى هوائي المنارة بحرف I وباللون المبين بالشكل (10). كما يبدأ إصدار صوت ذبذبات مورس (ست نقاط بالثانية (000000). ويستعاض في بعض المنظومات الحديثة عن منارات الإرشاد بجهاز تحديد المسافة distance measuring equipment (DME).
 |
|
الشكل(10): شكل المؤشر الضوئي للعلامة الدنيا. |
تصنيف منظومات الهبوط بالأجهزة
تُصنف منظومات الهبوط بالأجهزة في ثلاثة أقسام؛ تبعاً لتطورها ولدقتها وللطائرات المناسبة لاعتمادها، ومن ثَمّ إلى الظروف السيئة التي يجري فيها الهبوط. كما يتفرع من القسم الأخير (أي القسم III) أيضاً ثلاثة أنماط (A, B and C) كما هو مبين في الجدول (1).
|
||||||||||||||||||||
يُعد القسم الثالثCat III الطبقة الأعلى دقة وتعقيداً، وتعتمد على التجهيزات الفنية في منظومة القيادة والتوجيه المتوفرة على متن الطائرة. في حين يُصنَّف عموماً القسمان 2 و3 Cat II / Cat III على أنهما الطبقتان اللتان تختصان بنمط الهبوط عند الرؤية السيئة؛ إذ تتيح المنظومة من النمط (A) للطائرات الصغيرة الهبوط في حالات الضباب الشديدة على ألا تقل الرؤية الأفقية عن 200 م. أما بالنسبة إلى الطائرات الثقيلة والكبيرة فإنه يفضل أن تكون عملية الهبوط بالاعتماد كلياً على المنظومة الآلية Cat III/C حتى يتحقق الهبوط بدقة أكثر؛ على أن يقوم طاقم القيادة بالمهام الإشرافية. إن الهبوط بهذا النمط نادر الحدوث لأسباب عملية متعلقة بمشكلات يمكن أن تعترض هذه المنظومة. أما النمط الأكثر شيوعاً من حيث الاستخدام فهو النمط الثاني من القسم الثالث Cat III/B، حيث يتخذ برج المراقبة إجراءات وقائية مصاحبة عند تنفيذ عملية الهبوط بالنمط الثاني للرؤية السيئة من خلال حساب المسافة الفاصلة بين الطائرة الهابطة والطائرات الأخرى، وغيرها من الأمور التي توفر شروط الأمان المعتمدة في هذا المجال.
منظومات الهبوط الحديثة
على الرغم من قدم عهد منظومة الهبوط الآلي فإنها تُعدّ من أفضل الأجهزة المساعدة ملاحياً التي اختُرعت في تاريخ الطيران؛ إذ يوجد في أكثر من ألف مطار من بين أربعة آلاف مطار عالمي دولي منظومة هبوط بالأجهزة مهيأة للتعامل مع الطائرات في ظروف الرؤية السيئة جداً عند الهبوط. ومع ذلك ثمة نقاط ضعف لهذه المنظومة منها:
- حساسية الشعاع الأفقي للعوائق كالأبنية والتضاريس.
- حساسية الشعاع العمودي لانحدار التضاريس أمام المهبط أو لعدم سويتها.
- تعرضها للتشويش - مثلها مثل أي إشارة كهربائية - بسبب العوامل الجوية أو وجود منابع أخرى مثل محطات البث الإذاعي العاملة على نطاق التعديل الترددي frequency modulation (FM).
من هنا ظهرت الحاجة إلى منظومة أكثر تطوراً وأقل تأثراً بالعوامل السابقة مثل منظومة الهبوط بالأمواج المكروية؛ إذ تستخدم هذه المنظومة ترددات مكروية ضمن المجال من 5 - 5.25 غيغاهرتز مع المحافظة على مبدأ الأجهزة الثلاثة الرئيسية المكونة لمنظومة الهبوط بالأجهزة ILS؛ شعاع أفقي وشعاع عمودي - كما هو مبين بالشكلين (11) و(12) - ومنارات، مع اختلاف بسيط بمبدأ المنارات التي تعطي هنا ارتفاع الطائرة عن مستوي المدرج، وهذا ما يوفر لها تجاوز مشكلات التشويش وتحقيق دقة أكبر في عملية الهبوط.
 |
|
الشكل (11): هوائي الشعاع الأفقي لمنظومة الهبوط بالموجات المكروية .MLS |
 |
|
الشكل (12): هوائي الشعاع العمودي لمنظومة الهبوط بالموجات المكروية .MLS |
بيد أن التكلفة الكبيرة لهذه المنظومة أدت إلى الاستعاضة عنها بالمنظومات الساتلية للملاحة الشاملة global navigation satellite system (GNSS) مثل: غاليليو Galileo، وغلوناس GLONASS، وتحديد الموقع الشامل global positioning system (GPS).
تمثل منظومة تحديد الموقع الشامل GPS المنظومة الأكثر استخداماً حالياً في عملية الملاحة، وأمكن تحقيق الدقة المطلوبة لعملية الهبوط باستخدام مصححات محلية تفاضلية إلى جانب هذه المنظومة، وهو ما يُعرف باسم تحديد الموقع الشامل التفاضلي differential GPS (DGPS)؛ من قبل محطات أرضية في عام 1993 و1994 في الولايات المتحدة وأوربا على الترتيب. وتشتمل تلك التصحيحات على:
1- تصحيحات تفاضلية واسعة النطاق wide-area DGPS التي توفرها شبكة من المحطات الأرضية.
2- تصحيحات تفاضلية محلية النطاق local-area DGPS التي توفرها محطة أرضية واحدة.
ثم طُوِّرت المنظومة المعززة الواسعة النطاق wide area augmentation system (WAAS) والتي غطت في عام 2009 شمال القارة الأمريكية ضمن شبكة معقدة. وتعتمد هذه المنظومة على أربعة سواتل في تحديد الموقع إلى جانب وصلتين مع ساتلين ثابتين في المدار (بالنسبة إلى الأرض)geostationary ، هما: الساتل بانامسات PanAmSat وموضعه 133˚W والساتل تليسات TeleSat وموضعه 107˚W.
ويمكن تحقيق دقة ملاحية ودقة هبوط مقدارها م مقارنة بدقة ±7م الأساسية التي توفرها منظومة تحديد الموقع، وذلك بسبب الأخطاء الناتجة من الغلاف الجوي الإيوني للأرض. وتُعد هذه الدقة ( ±7م ) مقبولة جداً للملاحة ولمرحلة المقاربة النهائية من المدرج في عملية الهبوط، ولكنها ليست مقبولة لمرحلة الملامسة للمهبط وخاصة من حيث الارتفاع، لذا كان لزاماً البحث عن منظومة توفر دقة عالية جداً للمراحل النهائية من عملية الهبوط، فأُجريت بحوث عديدة لإيجاد منظومة محلية النطاق (تغطي المنطقة المحيطة بالمطار بدائرة نصف قطرها يراوح من 37 إلى 55م)، مكملة للمنظومة الواسعة النطاق، وخاصةً فيما يتعلق بدقة الهبوط في مراحله النهائية، واستُخدمت لهذه الغاية المنظومة المعززّة المحلية النطاق (LASS). تعتمد هذه المنظومة على استخدام محطة أرضية ground-based augmentation system (GBAS) لتعزيز إشارة تحديد الموقع الساتلية، والتي تشتمل على أربعة مستقبلات لإشارة السواتل وحاسوب لتحليل المعطيات المحصَلة من المستقبلات. ويُحسب التفاوت (أو التفاضل) فيما بينها وبين المعطيات الواردة من مستقبل الطائرة للإشارة نفسها وللسواتل نفسها؛ بهدف تحديد الخطأ الناتج من الغلاف الجوي الإيوني للأرض. تُرسل بعدها المعطيات المفاضلة والمعززة الدقيقة إلى الطائرة بوساطة هوائي بث بالترددات العالية جداً VHF data broadcast (VDB) لإرسال البيانات المتكاملة والتي يجري من خلالها تحديد المسار المناسب لهبوط الطائرة أو إقلاعها بدقة م فقط كما هو مبين بالشكل (13).
 |
|
الشكل (13): التجهيزات المختلفة للمنظومة المعززة المحلية النطاق LAAS للمطارات. |
|
مراجع للاستزادة: - R. P. G. Collinson, Introduction to Avionics Systems, Springer, 2006. - J. C. Eckalbar, Instrument Flying Update, SkyRoad Projects, 2006. - Federal Aviation Administration, WAAS/LASS Update to ICG WG-A, 2009. - I. Moir, and A. Seabridge, Military Avionics Systems, AIAA, 2006. - M. Tooley and D. Wyatt, Aircraft Communications and Navigation Systems, Elsevier, 2007. |
- المجلد : المجلد الثاني مشاركة :
اخترنا لكم
المجلدات الصادرة عن موسوعة العلوم والتقانات
