问题

飞机可以自动驾驶为什么还害怕大雾等恶劣天气?

回答
你这个问题问得特别好,确实挺让人好奇的:既然飞机都能实现自动驾驶了,理论上不是应该更不受天气影响吗?怎么还会因为大雾和恶劣天气频频延误甚至取消?这背后 আসলে (āshì, actually) 有好几个关键的原因,咱们一层层捋一捋。

自动驾驶 ≠ 无敌全能

首先得明白一个核心概念:飞机的自动驾驶系统,咱们通常说的“自动驾驶”,更多的是指飞行管理系统(FMS)和自动驾驶仪(Autopilot)。它们能精确地控制飞机的姿态、航向、高度和速度,执行预设的飞行计划,甚至在一定程度上应对气流变化。但它们并不是一个能感知一切、独立决策的“超级大脑”。它们更像是你手机里的导航软件,能帮你规划路线,但它不知道前方路口有没有交警测速,也不知道路面有没有塌方。

自动驾驶仪主要依赖的是:

传感器数据: 空速管测空速、高度表测高度、惯性导航系统(INS)/卫星导航系统(GPS)定位、陀螺仪和加速度计感知姿态等等。
气象雷达: 检测前方风暴、雷雨等。
飞行计划: 已经设定好的航路点、高度和速度。

这些系统都很强大,但它们各自的“眼睛”和“耳朵”是有局限性的,尤其是面对“隐形杀手”——大雾和低能见度。

大雾和恶劣天气,对飞机来说究竟意味着什么?

咱们具体聊聊大雾和其他恶劣天气是怎么让飞机“害怕”的:

1. 能见度剧降,感知系统失效或受限:
视觉依赖: 尽管有各种传感器,但在起飞、降落和低空飞行这些最关键的阶段,飞行员(即使有自动驾驶辅助)依然需要目视参考。比如跑道的灯光、地面标志等。大雾一来,能见度可能就几米甚至更少,自动驾驶仪即使能控制飞机飞到预定位置,也无法通过视觉信息确认飞机是否对准了跑道中心线,或者离地面还有多高。就像你在浓雾里开车,即使导航说你到了,你也看不到路在哪儿,很难保证不冲出跑道或者撞到东西。
传感器误判: 某些传感器在大雾中也可能受到影响。比如,一些依赖光学原理的传感器可能会因为水汽凝结而失准。虽然现代飞机有多种冗余传感器来弥补,但极端情况下,整体的感知精度会下降。

2. 低空风切变和颠簸:
风切变(Wind Shear): 这是飞行的头号杀手之一。它指的是在相对短的距离内,风的速度或方向发生剧烈变化。在大雾、雷暴、强对流天气下,低空风切变发生的概率大大增加。风切变会突然改变飞机的空速和升力,可能导致飞机在起飞或降落时高度突然下降,非常危险。自动驾驶仪虽然能通过调整姿态和推力来对抗一些变化,但面对突发的、剧烈的风切变,飞行员的经验和快速反应是至关重要的。自动驾驶仪的反应速度和判断力,可能不如经验丰富的飞行员。
颠簸(Turbulence): 大雾很多时候伴随着不稳定的大气层,容易产生颠簸。虽然飞机设计能够承受相当大的颠簸,但严重的颠簸会影响飞机的稳定性和乘客的舒适度,更关键的是,会增加飞行员和自动驾驶系统的操作难度。

3. 跑道状况恶化:
湿滑的跑道: 大雾通常意味着潮湿,跑道表面可能会变得湿滑。这会显著降低轮胎与跑道的摩擦力,影响飞机在起飞时的加速和降落时的减速效率。自动驾驶系统虽然能控制刹车力度,但它不像飞行员那样能“感受”到跑道的具体湿滑程度,并根据这种感觉实时微调制动策略。飞行员可以通过观察刹车时的地面反馈来判断是否需要加大或减小刹车。
积水或积雪: 除了大雾本身,恶劣天气可能还会带来积水、积雪、结冰等,进一步影响跑道条件,给起降带来巨大风险。

4. 导航和通信的挑战:
盲降系统的依赖与局限: 在低能见度下,飞机起降主要依靠仪表着陆系统(ILS)。这是一个非常精密的地面导航系统,能提供跑道下滑道和方向的指引。自动驾驶仪可以很好地跟踪ILS信号完成盲降(Low Visibility Operations, LVO)。但是,ILS系统也有其精确度和范围的限制。同时,它仍然需要地面设备的正常工作,以及飞机传感器(如天线)的良好接收。如果ILS本身出现故障,或者大雾伴随有严重的无线电干扰,自动驾驶的“眼睛”也会失明。
通信受阻: 大雾也可能影响无线电信号的传播,虽然现代通信技术已经很发达,但在极端天气下,与空管的通信可能会受到一定影响,需要更谨慎的操作和更明确的指令。

5. 安全裕度的考量(最重要的):
安全第一: 航空业的最高原则是安全。即使技术非常先进,但只要存在任何可能威胁飞行安全的因素,哪怕概率极低,机组(包括飞行员和自动驾驶系统)也会选择规避。
超出设计极限: 飞机的自动驾驶系统和飞行员的操作手册都有明确的使用范围和限制。例如,在某些能见度标准以下,即使是最好的自动驾驶系统,也可能无法满足安全起降的要求,或者需要飞行员进行高度人工干预,风险就会大大增加。这就像你的智能手机,它能帮你处理很多事,但你在海里潜水时,它就没用了。
迫降和备降: 当一个机场的条件不满足起降标准时,航空公司和机组会选择备降到其他天气更好的机场,或者等待天气好转。这不是因为飞机“害怕”,而是为了确保绝对的安全。

总结一下,为什么飞机即使能自动驾驶,也怕大雾恶劣天气?

感知局限: 自动驾驶依赖传感器,但大雾和恶劣天气会严重干扰甚至“屏蔽”很多关键的感知信息,特别是目视参考。
动态风险不可控: 风切变、颠簸、湿滑跑道等动态且不可预测的因素,对自动驾驶系统的应对能力提出了巨大挑战,飞行员的经验和瞬时判断可能更有效。
系统边界: 自动驾驶系统有其设计和运行的边界,当天气状况超出这些边界时,为了安全,系统会选择不工作或限制工作。
安全是核心: 航空业绝不容忍任何有风险的操作。哪怕技术再先进,只要存在潜在风险,就必须避免,宁可延误、备降,也要保障生命财产安全。

所以,与其说飞机“害怕”,不如说整个飞行系统(包括人、机、环境)在极端天气面前,为了遵循安全至上的原则,会采取最谨慎的措施。自动驾驶是工具,是助手,是提高效率和精度的利器,但它并不能完全取代人类的智慧、经验以及对复杂环境的整体判断能力。

网友意见

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简单地说,即使是仪表盲降系统,也只能引导飞机下降到离地一定高度,剩下的部分需要飞行员能看到跑道才能完成。如果雾大到导航设备已经带飞机降到法定极限,而飞行员依然没有看到跑道,那么飞机便不能着陆,必须复飞。

详细地说的话,要先从仪表近进(instrument approach)说起。

天气好的时候,飞机驾驶舱看到的景色是这样的:

而能见度低的时候,从飞机驾驶舱看出去是这样的:

毛都看不到,对吧?所以此时飞机要依靠仪表设备来知道自己的姿态、位置、方向等信息。与其毛都看不到的外面,飞行员不如看着这些东西:

然后要进入机场降落了,外面依然毛都看不到,鬼知道机场跑道在哪里,要怎么降上去呢?于是有了仪表进近系统。仪表进近可以借助多种设备完成,ILS(instrument landing system)是最常见的一种,此外还有靠GPS、靠雷达的等等,这儿就只说ILS了。

ILS简单地说就是从跑道发射出无线电信号,在空中“画”出一条指向跑道的轨道,飞机捕捉到这个信号,再沿着这个轨道降下去就找到跑道了。

然而这个信号给出的轨道有多精确呢?飞机上的设备追踪这个轨道能有多精确呢?飞行员(或者自动驾驶仪)驾驶飞机保持在轨道上的操作技术有多精确呢?事实上,来自这三个方面的不精确,使得飞机并不能完全依靠ILS信号保证准确无误地降在跑道上。所以ILS(以及其它方式的仪表进近)会设有一个“决断高度”——当飞机降到这个高度时,飞行员需要能看到跑道才能继续依靠目视着陆,如果看不到的话,则必须复飞。

什么叫“看到跑道”呢?这样最好了:

再不济也得这样:

如果还是这样:

那就别降了,复飞吧。

就不能跟着ILS再飞得近一些吗?其实只要胆子大,飞机在你手里,可以继续降的。问题就是,万一降下来没降在跑道上,这个锅要谁背?怪机场,怪飞机,还是怪飞行员呢。最终大家还是规定好:到了决断高度,只要看不到跑道就复飞。

决断高度有多高,每个进近程序都规定好了。举个栗子,下面这是旧金山国际机场的一个ILS进近程序。不需要看懂它在讲什么,知道飞行员在飞进机场的时候是在看着一个这样的东西就可以了。然后重点是红圈里的数字,标明了决断高度是213英尺,以及需要至少1800英尺的跑道能见度,才能继续降落——ILS能为你做的就这么多了,剩下的要靠自己了。

当然,ILS的精密程度也是有差别的,上面看到的最基础的一类ILS(ILS CAT I),一般能带你到跑道上空200英尺高度(差不多是60米)。更精密的ILS CAT II和CAT III则可以带到更低。不过 ILS CAT II依然有决断高度的要求,而ILS CAT III虽然可以没有决断高度要求(理论上可以把飞机带到跑道地面),但仍有对跑道能见度的要求(逆天的CAT III C除外),达不到要求依然不能降落。

*表中RVR=runway visual range,即跑道能见度

ILS CAT II & III这么流弊的东西,目前世上还是比较少见的。不仅装备的机场少,而且要使用它,飞机和飞行员都必须经过认证。再举个栗子,丹佛国际机场的一个ILS CAT II & III进近图:

红框上面的几行规定了决断高度和能见度要求。红框框出来的是一个大大的警告,机组人员和飞机都必须经过特殊认证才能执行这个进近程序。

总结一下,飞机也不是总怕大雾。只要在决断高度能看到跑道,就不怕,看不到,就怂。

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