飛機飛往美國為何不直接跨越太平洋？

不知道大家平時有沒有注意過飛機的航線。一般來說，中國的國內(nèi)航班的航線，看上去都是一條近似的直線，但國際航班就大不一樣。比如說從中國到美國的國際航班，并沒有橫跨太平洋，而是選擇從白令海峽上空繞道前往美國。究竟是什么樣的緣由，讓飛機不越過太平洋直飛呢？其實，決定飛機航線的因素多種多樣，接下來就由小編為大家一一盤點。

Tips：太平洋Pacific Ocean，是世界上最大、最深、邊緣海和島嶼最多的大洋。它位于亞洲、大洋洲、南極洲和南北美洲之間。南北最長約15900千米，東西最寬約19000千米。

地球是圓的，地圖是平的

我們都知道，地球是一個近似的球體，但我們所用的地圖，卻是一個平面，如何把地球表面拍扁了展現(xiàn)在地圖上，成為了一個難題。在大航海時代的1569年，一位比利時的地圖學(xué)家想到一個好辦法，那就是把高緯度地區(qū)的緯線全部拉到和赤道一樣長。比如說南北極點，直接拉成一條和赤道相等的線，靠這種展開方式，就能得到一張橫平豎直的地圖。這也是我們?nèi)缃褡畛Ｒ姷降牡貓D，這種投影方法就以這位地圖學(xué)家的名字命名，稱為墨卡托投影。

Tips：大航海時代，又被稱作地理大發(fā)現(xiàn)。是15世紀(jì)末到16世紀(jì)初，由歐洲人開辟橫渡大西洋到達美洲、繞道非洲南端到達印度的新航線以及第一次環(huán)球航行的成功。

這種地圖，讓水手們?nèi)绔@至寶，因為有了它之后確定航線不要太簡單。只需要把起點和目的地相連，就能算出來一個固定的方向，以后出航只需要看著羅盤修訂航向，就一定可以抵達目的地。這種航線的確定方法，被叫做等角航線。

不過，在地圖上看起來是一條直線的等角航線，在現(xiàn)實中并不是一條直線。因為除了赤道線以外，所有的緯線都被拉長了，如果我們把地圖還原成地球儀，就會發(fā)現(xiàn)這條線是一條螺旋線。如果航行的路程在400公里以內(nèi)還好說，航線和最短路線之間的偏差不會太大，但如果是在兩極附近，或者路程太長，那么用等角航線無疑會走太多彎路。這點對船舶倒還好說，而且用它確定航向也最簡單。但換成是燒油如同撒錢的大型客機，實在是消耗不起。于是，到現(xiàn)在，客機的航線，都會用另一種航線規(guī)劃飛行，也就是大圓航線。

Tips：指南針，古代叫司南，主要組成部分是一根裝在軸上的磁針，磁針在天然地磁場的作用下可以自由轉(zhuǎn)動并保持在磁子午線的切線方向上，磁針的南極指向地理南極(磁場北極)，利用這一性能可以辨別方向。

大圓航線解釋起來比較簡單，我們只需要找來一個地球儀看看就能明白，比如說從北京到舊金山的CA983航班。它在地球儀上的最短路徑，其實是一條圓弧，而且美國正確的地理位置，是在中國的北方，所以這條航線也就跨越了白令海峽。在這里我們可以簡單對比一下，如果非要用等角航線，一直按照北緯40度的方向飛行，在地圖上畫直線橫跨太平洋的話，那么實際的路程是10248km，而大圓航線只有9084km。這多出現(xiàn)來的1164km，可都是白花花的銀子，所以現(xiàn)代的飛機航線，在大跨度的情況下都會按照大圓航線來規(guī)劃。

Tips：把地球看做一個球體，通過地面上任意兩點和地心做一平面，平面與地球表面相交看到的圓周就是大圓。兩點之間的大圓劣弧線是兩點在地面上的最短距離。沿著這一段大圓弧線航行時的航線稱為大圓航線。

不過，這個問題只回答了一半，如果你看過飛機機長的航線圖就會發(fā)現(xiàn)，飛機真實飛過的路徑也不是完全按照大圓航線來走的，而是一連串曲折的連線。難道說飛機也要像列車一樣，哪怕到站不停，也必須經(jīng)過一個一個的站點前進嗎？飛機在航向中，還需要考慮哪些因素呢？

地形、氣候?qū)骄€的影響

太平洋面積廣闊，水體均勻，這片全球最溫暖的海洋多以熱帶和副熱帶氣候為主，風(fēng)暴和雷雨在太平洋上經(jīng)常出現(xiàn)。雖然說現(xiàn)在的飛機為了避開雷雨，都會把巡航高度定在10000米以上，好躲過地球?qū)α鲗幼兓媚獪y的天氣。不過在在習(xí)慣上，飛機都會盡量避開氣候不佳的地段。這樣做的原因，是給飛機一個處理故障的高度和空間。

Tips：大氣垂直結(jié)構(gòu)，是指依大氣溫度隨高度變化而產(chǎn)生的一種垂直結(jié)構(gòu)， 由地面向上分成四層：對流層、平流層、中間層、熱層。民航客機一般在對流層飛行。

有時候，當(dāng)飛機遇到一些故障時，可能會出現(xiàn)不得不降低飛行高度平衡機艙內(nèi)外氣壓的情況。如果這個時候，下方正好是雷暴的中心，那么這架飛機差不多就涼了?；谙嗨频脑?，飛機航線也會盡量避開山峰，也是為了防止不測。

當(dāng)然，飛機需要避免的不僅有氣候影響，還有因人為因素設(shè)立的禁飛區(qū)。比如伊拉克境內(nèi)北緯33度以南地區(qū)被美國設(shè)為了禁飛區(qū)，不管是軍用飛機還是民用飛機，都不得經(jīng)過這里。除此之外，各個國家出于國防安全的考慮，都有設(shè)立禁飛區(qū)的習(xí)慣，這些地方都是民航客機需要刻意規(guī)避的地點。

Tips：雷暴thunderstorms，是熱帶和溫帶地區(qū)可見的局地性強對流天氣。雷暴發(fā)生時可伴隨有雷擊、閃電、強風(fēng)和強降水，例如雨或冰雹。常發(fā)生在夏季。

不過，氣候?qū)︼w機的影響，在現(xiàn)代已經(jīng)越來越弱，跨越太平洋飛行的航線比比皆是。比如說澳大利亞到美國的航線，就必須跨越太平洋。但為了保證緊急時刻有地方迫降，澳大利亞到美國的航線，基本上都要經(jīng)過斐濟島上空，這樣做是為了符合ETOPS規(guī)定。

這是一個針對早期飛機發(fā)動機不可靠而設(shè)立的規(guī)定，一直沿用至今。過去的雙發(fā)飛機在飛行的過程中，由于機械故障，經(jīng)常出現(xiàn)一個發(fā)動機失效的情況。這時飛機需要就近找到適合的地點迫降。于是，早期ETOPS明確規(guī)定，任何一條民航航線，任何一點到最近的備降機場的距離不能超過60分鐘。不過到了現(xiàn)在，飛機性能已經(jīng)比過去提高了不少，ETOPS限制普遍提升到了120分鐘。而到了下一代的380和787客機，已經(jīng)開始申請把規(guī)定延長到150分鐘。

Tips：在確定航程時，假設(shè)飛機在標(biāo)準(zhǔn)條件下靜止大氣中以經(jīng)批準(zhǔn)的一臺發(fā)動機不工作時的巡航速度飛行，在規(guī)定時間內(nèi)飛抵最近的備降機場。這就是通常所說的ETOPS要求。

這條規(guī)定主要是用來限制跨洋和北極航線上，因為在內(nèi)陸飛行時，附近機場夠多，實在不行也可以找到合適的備降地點。但在海洋、沙漠以及極地地區(qū)，迫降風(fēng)險極大，因此航空公司大多就會選擇繞道而行。值得注意的是，備降機場的設(shè)立需要航空公司之間相互協(xié)商。并不是說我建了一座機場，就活該被其他經(jīng)過的飛機當(dāng)做迫降地點，畢竟我這里也要維持正常運營的。

Tips：備降機場，是指一旦預(yù)定的著陸機場無法著陸時，航空器可以前往著陸，而且是在飛行計劃中規(guī)定的機場。

所以各大航空公司，在開辟航線的時候，都要和途徑機場簽訂保障協(xié)議，人家才愿意成為你的備降機場。如果說一家航空公司實力不足，沒有辦法簽太多機場，那么它的航線就會變得歪歪扭扭。不過，備降機場也不是讓所有飛機航線都蜿蜒曲折的主要因素，真正的原因，是為了方便導(dǎo)航。

導(dǎo)航技術(shù)限制

就像一開始介紹的那樣，大圓航線比等角航線路程更短，所以成為了飛機航線的主要規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)。不過，大圓航線有一個問題，就是飛機的航向一直都在變化，如何精準(zhǔn)導(dǎo)航就成了一個難題。這個問題可以追溯到航空業(yè)發(fā)展的早期階段。

大約在100年前，航空業(yè)出現(xiàn)不久，這個時候沒有可靠的導(dǎo)航設(shè)備，飛行員只能看著地標(biāo)飛行。比如某條公路，河流等等，這種方法短途飛行還好，如果是長途飛行就很難記住路了。

Tips：1903年12月17日，萊特兄弟首次試飛了完全受控、依靠自身動力、機身比空氣重、持續(xù)滯空不落地的飛機，也就是世界上第一架飛機“飛行者一號”。

在上世紀(jì)20年代，美國開通了一條連通東西海岸的航線用來空運郵件，不過麻煩的是，因為橫跨距離太長，飛行員經(jīng)常迷路。為了解決這個難題，美國國會出資修建了巨型的航空郵件飛行指路路標(biāo)。這些路標(biāo)由一個個帶方向的地面箭頭組成，每個箭頭21米長，涂上顯眼的黃色油漆。箭頭尾部還有一座15米高的標(biāo)記塔，塔上點燃高亮的燃氣燈，幫助飛行員辨認(rèn)。

最早的飛行員確定航向說起來滑稽可笑，他們需要把腦袋探出來尋找地面上的箭頭，再根據(jù)箭頭調(diào)整航向。如此粗糙的方式，當(dāng)然免不了出錯迷路，但也沒有更可靠的辦法。

Tips：絕大多數(shù)民航客機采用的是儀表飛行程序，使用的是ILS（Instrument Landing System）儀表著陸系統(tǒng)，它是民航客機中應(yīng)用最廣泛的飛機精密進近和降落引導(dǎo)系統(tǒng)。

直到第一次世界大戰(zhàn)期間，無線電導(dǎo)航技術(shù)問世，需要用肉眼觀察的地標(biāo)，就被無線電導(dǎo)航臺取代。最早出現(xiàn)的無線電定向設(shè)備叫做ADF，中文名叫自動定向機。它的定位依靠地面兩個導(dǎo)航臺和飛機上的兩個ADF接收機配合完成。飛機上的兩個接收機，分別接收兩個導(dǎo)航臺發(fā)出的無線電信號，并確定飛機和導(dǎo)航臺之間的方位。這樣，只要以兩個導(dǎo)航臺的位置為起點，按照角度畫兩條線，線的交點就是飛機的位置。

不過這種方式換算起來比較麻煩，還需要建立好多導(dǎo)航臺，于是之后又在ADF的基礎(chǔ)上追加了NDB臺。NDB臺可以接收飛機發(fā)射的信號發(fā)射反饋信號，飛機上的接收機根據(jù)反饋信號傳過來的時間，就可以知道兩者間的距離。這樣，知道角度和距離，飛機在哪就能很快算出來。不過這種方式還是會出現(xiàn)問題，就是信號干擾，飛機發(fā)出的信號會因為氣候等因素變?nèi)?，如果接收不到，那么飛機就會迷路。

Tips：無線電導(dǎo)航，是指利用無線電波的傳播特性可測定飛行器的導(dǎo)航參量（方位、距離和速度），算出與規(guī)定航線的偏差，由駕駛員或自動駕駛儀操縱飛行器消除偏差以保持正確航線。

于是，到現(xiàn)在，飛機最流行的導(dǎo)航方式，是更加先進的VOR導(dǎo)航臺和DME測距機。簡單來說，VOR導(dǎo)航臺的波段頻率更高，所以測出來的方位更加精確，而且覆蓋范圍更廣。在它的幫助下，飛機95%以上的時間里，定位精度都在2海里以內(nèi)。

不過，用VOR導(dǎo)航依舊有局限。只有當(dāng)飛機面向或者背向VOR臺的時候，所指的方位才是最精確的。所以到現(xiàn)在，大多數(shù)民航客機的飛行方式，都是在從一個VOR臺飛向另一個VOR臺。這樣做還有一個好處，就是方便空中調(diào)配。所有飛機的路線都是固定的，那么只要參照速度和飛行高度，就可以避免飛機在空中相撞。于是，本應(yīng)該直飛的飛機，其實一直在天上做著點點相連的游戲。因為VOR臺一般都設(shè)在陸地，所以飛機的航線，一般都在陸地上空飛行。

Tips：在國際航班中，還會遇到和備降機場一樣的尷尬。有些國家或者地區(qū)，如果不愿意把自己的VOR臺和你共享，那么飛機的飛行路線就會變得更加曲折。

也許看到這里你會問，這都什么年代了，怎么飛機還在用無線電導(dǎo)航而不是GPS呢？當(dāng)然，現(xiàn)在的飛機上都有GPS定位裝置，不過想要讓GPS替代VOR導(dǎo)航，還是比較困難的。

首先，民用GPS沒有那么精確，而民航使用的VOR導(dǎo)航已經(jīng)非常成熟，可以根據(jù)飛機的飛行姿態(tài)等等給出更加精確的慣性導(dǎo)航。而GPS只能告訴你坐標(biāo)點和速度。卻看不出來飛機有沒有爬升、翻滾等等更加細節(jié)的信息。而且論信號的穩(wěn)定性，還是VOR臺更加可靠。所以在民航客機上，GPS系統(tǒng)常常是一個輔助參數(shù)。直到GPS第三代系統(tǒng)開始投入使用，GPS 精度才達到了民航客機的要求。

Tips：中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)BeiDou Navigation Satellite System，簡稱BDS，是我國自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，也是繼GPS、GLONASS之后的第三個成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

所以，對于GPS導(dǎo)航是否可行，國際民航組織從2008年才開始探討它的可行性。之后，飛機上才有了基于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)而開發(fā)的PBN導(dǎo)航，并且開始在全世界推廣。不過，哪怕是用PBN導(dǎo)航的飛機，為了方便管理，還是要按著老航線飛行。所以，到目前為止，飛機還是不能按著真正的最短路徑飛行。