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中国空管体系正艰难地与民航爆炸式增长长跑

2007-9-19  于达维 阅读:

从程序管制到雷达管制,再到未来的卫星导航管制,中国空中交通管理体系正在艰难地与民航业的爆炸式增长进行一场长跑竞赛

  2007年8月2日,对于中国两大航空巨头——中国东方航空股份有限公司(下称东航)、中国国际航空股份有限公司(下称国航)来说,无疑是个灰色的日子。

  根据中国民用航空总局(下称民航总局)的公告,他们各有一个航班因延误受到两次黄牌警告,被取消了航线经营权。通常,离港航班正常率排名后20位的,会受到黄牌警告。

  “我们也不愿意延误,”东航董事会秘书罗祝平在接受《财经》记者采访时,对于这一决定也不无委屈。因为在他看来,确系飞机检修、综合服务等航空公司自身原因而造成的飞行延误,只占到总延误率的30%-40%,“有60%到70%的因素,都不是我们能够控制的”。

  这些航空公司不能控制的诸多因素中,最大的挑战就是中国的天空正在变得拥挤不堪。

  目前,北京、上海虹桥、成都、深圳、大连、乌鲁木齐等18个机场,由于地面及空域资源紧张,运行已经处于饱和状态。以最为繁忙的北京首都机场为例,其每日起飞架次已经从今年7月的1150班左右,减至每天1100架次;而在10月底之前,更将进一步减至1050架次,10月底至明年3月底为每天1000架次。

  这就意味着,仅在今年8月15日至10月27日期间,往来北京的336个航班都将被取消。

  此外,为进一步缓解即将到来的“空中大拥堵”,民航总局已经明确宣布,在2010年前,将暂停受理设立新航空公司的申请。

  然而,这些被动措施都只能是权宜之计。因为在过去十年,中国民用航空运输业的增长速度每年都在15%左右。而根据全球两大飞机制造商美国波音公司和欧洲空中客车的预测,未来20年中国还将增加近3000架飞机;2006年,中国的民用机队才刚过千架大关。

  如果中国的空中管理系统不进行一场革命的话,首都机场也许很快就会像今天的北京火车站一样人满为患。

空管瓶颈

  经常在北京、上海等大城市之间搭乘飞机的人,往往都有这样的经历:在快要登机的时候突然得到通知,由于前方流量控制,飞机延迟起飞。也许只有此刻,我们才会意识到“空中交通警察”——空管系统的存在。

  虽然天空是自由的,但在天空中每一架飞机的起飞、降落、航线选择,都要严格听从空管系统的指挥。空管系统的效率,在相当大程度上决定了整个民航体系的效率。

  民航华东空管局运行监控中心主任林继良对《财经》记者表示,目前中国的空中交通管制方式,从技术上来说分为程序管制和雷达管制两种。

  在程序管制下,管制员主要靠飞行计划、雷达标图和无线电收听掌握飞机位置,严格按照相应的程序、相应的间隔标准来指挥;雷达管制则限制相对较少,雷达管制员利用雷达手段,向已被识别的航空器提供管制服务。

  由于不能直接“看到”飞机,传统程序管制要求同航线同高度航空器之间水平间隔不能小于十分钟,对大中型飞机来说相当于150公里的距离;利用雷达监控辅助的话,这一间隔可以降低到75公里。而采用完全的雷达管制的话,间隔则仅仅需要20公里。

  不过,由于各种条件限制,中国只在飞行流量较大的70%的地区实施了雷达管制,其他地区仍在沿用空域利用效率低下的程序管制模式。

  即使是雷达管制也并不完美。以中国为例,雷达管制的航道一般长宽各20公里,高600米,即在这一立体空间内,只允许同时存在一架飞机。如果飞机太多,结果就只能是“空中塞车”。空管这时就必须暂缓一些航班的起飞降落,以控制航线上的流量。

  根据民航总局的统计,今年6月平均航班正常率为84.22%,其中流量控制和航行保障的空管原因就占到二成,仅次于航空公司自身以及天气原因。

  根据《财经》记者从一些航空公司了解到的信息,在北京、上海等主要机场,因空管原因造成的延误比例实际上还要远高于这个比例。目前,中国航线流量拥堵主要发生在“三点”(北京首都机场、上海虹桥/浦东机场和广州白云机场)和“三线”(京广线、京沪线和广沪线)。

  民航总局技术中心副主任伊群对《财经》记者称,到2005年,中国航空运输总周转量跻身世界第二,从规模上而言,中国已经成为世界民航大国。但中国还不是一个民航强国,空管能力的滞后就是其中的一个重要因素。

  “现在,空管能力已经成为中国航空业发展的一个瓶颈。” 东航董事会秘书罗祝平也认同这种看法。

  作为空中飞行的监管机构,民航总局也意识到这种紧迫性。从今年5月开始,民航空管系统正式启动了空管体制改革,决意从制度层面解决空管效率不高的问题,力争在今年9月之前完成。

  据悉,此次改革的基本思路是“政事分开、运行一体化”,即民航总局空管局、地区空管局的空管行业管理职能与运行职能实行分离,行业职能交由总局和地区管理局行使;总局空管局和地区空管局行使业务管理与运行职能,实行垂直管理,实现一体化运行。

勾勒“空中高速”

  实际上,空中交通管理早已经成为一个世界性难题。根据波音公司预测,全球民航公司未来20年约需要2.86万架民航客机,2026年之前,全球商用客机需求量将达到3.64万架。这对目前已饱受设施老化、技术手段滞后困扰的全球空管体系来说,无疑是一个巨大的挑战。

  出于对2025年空中运输量可能翻倍的担忧,欧盟早在2004年,就开始发起了“单一欧洲天空”计划;其中空管技术层面的计划,被称为SESAR(新一代欧洲空中交通管治系统)。

  根据这一计划,到2020年,在欧洲上空将实现以卫星为基础的一体化通信、导航和监视,通过建立通用数据交换网络、伽里略导航卫星系统、雷达联网和广播式自动相关监视(ADS-B)系统,实现对欧洲高空空域的统一协调指挥,以最大限度地提高空域安全、容量和效率。

  2005年,美国联邦航空局(FAA)也开始规划“未来一代航空运输系统(NGATS)”,这个系统的预期目标是:到2025年,NGATS将能够满足目前运输量三倍的需要,同时还将保证在除最差气候外的各种环境中的航班飞行安全,并可极大地减少旅客的中转时间。

  美国联邦航空局联合规划与发展办公室(JPDO)总架构师杰伊默克尔(Jay Merkle)在接受《财经》记者采访时表示,就目前美国空管系统的保障能力,在旧金山、洛杉矶、华盛顿、纽约、底特律等地区空域资源,早在2004年就已经饱和;目前在很多地区,利用程度都已经超过了100%。

  “如果2025年的运输量是现在的3倍,美国大多数地区的空域需求都将是现有能力的两倍。”他解释说。

  这种空中交通的饱和与过饱和状态,也同样直接反映在了航班延误率上。根据美国联邦航空局的统计,美国航空公司今年前六个月的航班到达总延误率达到了21%,创下1995年按目前格式记录数据以来的最高纪录。其中在6月,各大航空公司航班的到达延误率更是高达29%,为2000年以来的最高值。

  目前,美国和欧洲的空管体系都被稠密的雷达网覆盖,但由于技术上的限制,雷达需要36秒钟才能精确“阅读”一架飞机的准确位置。这对于一架以每小时900公里~1000公里速度飞行的大型客机来说,尤其在进场和出场时,就要求每架飞机之间必须保持10公里以上的水平距离,以及垂直5公里以上的间隔。无疑,这对机场和空域资源而言,都意味着极大的浪费。

  雷达管制还有另外一个重要缺陷。由于每座雷达的覆盖范围往往只有500公里左右,要使飞行始终处于雷达管制之下,飞行员不得不遵循一条折线而不是更短的直线飞行,对飞行时间和燃料也都造成了浪费。

  因此,欧美目前的策略,都是致力于实现从雷达管制逐渐向卫星管制的过渡。在新的空管架构中,ADS-B(广播式自动相关监视)技术的作用至关重要。

  装备ADS-B机载电子设备后,飞行员可以根据GPS(全球卫星定位系统)阅读自己的位置,然后将自己的位置、速度、机型和路线等,向其他飞机和方圆270公里范围内的地面控制中心广播;这样飞行员和地面人员都可以实时了解所处空域的交通情况,飞机之间距离就可以更近,因为GPS的精度可以达到100米以下,甚至30米左右。借助这套系统的帮助,飞行员还可以自己根据交通状况选择更近的线路,而不是完全依赖于地面控制中心。

  美国联邦航空局新闻发言人汉克·普莱斯(Hank Price)在接受《财经》记者采访时透露,2025年前,美国全国380个雷达都将逐步被取代,届时“将处在一个新的空管网络中”。采用ADS-B的机场,每45秒钟即可起降一架飞机,每条跑道的起降能力可以比现在增加25%。

中国式选择

  和已经准备从陆地向太空过渡的欧美空管体系相比,摆在中国空管体系面前的道路无疑更加漫长。毕竟,对于这个拥有广阔领空的国家而言,雷达管制也还尚未实现完全覆盖。

  民航华东空管局通信导航处处长蒲海波对《财经》记者表示,就目前中国的国情而言,雷达管制还是最成熟、最可靠的手段;中国近几年的发展方向,还是以逐步普及雷达管制为主,毕竟相对于程序管制而言,这已经是很大的改善了。

  在“十五”期间(2001年至2005年),随着北京、上海、广州三大区域管制中心的建成并投入使用,中国实现了70%的空域置于雷达管制之下。今年7月,以成都为中心、覆盖西南地区的中国第四大区域管制中心亦开始筹建,预计在2015年前正式投入运行之后,届时中国有望实现大部分区域的雷达管制全覆盖。

  在中国,雷达管制技术本身,通过软件更新等也还存在进一步提升的空间。根据民航总局空管局的规划,从2007年11月22日零时起,在中国所有飞行区8400米到12500米高度的空域范围中,飞机间的垂直间隔将从600米缩小到300米。在缩小垂直间隔后,可以飞行大型客货机的飞行高度层将由目前的6个增加到13个,航空空域的利用率可以增加1倍以上。

  蒲海波在接受《财经》记者采访时承认,这次缩短垂直距离,就得益于软件更新带来的技术改进。

  不过,他也同时指出,虽然把可利用的高度层在理论上增加了1倍,但考虑到安全性,实际上不会那么大,“大致可以提高20%到30%。”

  显然,仅仅依靠现有的雷达管制,注定难以满足中国长期的航空发展对空管体系的需求。因此,在中国民航总局制定的“十一五”规划中,除了在东部地区飞行密度较大的航路推进区域导航(RNVA/RNP)航路、在西部地区及极地航路开展高频数据链试验,以及建成以北京、上海和广州三个节点为主要框架的航空电信网实验网之外,也强调要通过试点逐步推进ADS-B的应用。

  民航总局技术中心副主任伊群在接受《财经》记者采访时透露,中国正在研究美国和欧洲的做法,探讨如何建设自己新一代空中运输系统。

  但在业内人士看来,由于这一系统涉及到的部分相当庞杂,要真正实施起来并不容易。欧美虽然都采取了ADS-B技术,但数据链的频段和制式等并不一致,中国在技术上如何抉择,也是一个考验。

  民航总局空管局有关人士也对《财经》记者坦言,由于涉及的方面太多,需要改造的设备太多,现在也无法预计整个系统更新的投资规模有多大。

  在蒲海波看来,目前中国民航飞机根据卫星给自身定位,在技术上也还没解决好更新速度慢的问题;此外,收费昂贵也是一个问题。更重要的是,由于卫星导航涉及到国家安全问题,目前政策层面的态势就更加微妙了。

  当然,在技术层面的制约,在将来有望随着中国二代北斗卫星导航系统的成功运行,以及和空管系统相关新技术产品的成熟得以缓解。

  民航总局空管局副局长吕小平就曾表示,“十三五”(2016年到2020年)期间,中国将在全国范围内建设新一代星基(基于卫星导航)空中交通管理系统,以达到欧美等先进国家的管理水平。这样,在2020年至2030年期间,中国将逐步形成新一代空管运行体系。

  现任民航华东空管局运行监控中心主任的林继良,对于中国未来的空中管制,更是有着诗一样的想像:

  今后的天空,就像一个纵横交错的道路网络,这中间有高速、也有小路,还有过道,只要不是互相穿越。虽然不能说“天高任鸟飞”,但飞行员显然有了更多自主选择的机会,而不是像如今一样受到严格的控制。

 

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