Wie Piloten mit der Luftnavigation fliegen

Die Luftfahrt wird mit verschiedenen Methoden durchgeführt. Das Verfahren oder System, mit dem ein Pilot durch das heutige Luftraumsystem navigiert, hängt von der Art des Fluges ab (VFR oder IFR), welche Navigationssysteme im Flugzeug installiert sind und welche Navigationssysteme in einem bestimmten Gebiet verfügbar sind.

Totenabrechnung und Lotsen

Auf der einfachsten Ebene erfolgt die Navigation durch Ideen, die als Dead Reckoning und Pilotage bekannt sind. Lotsendienste sind Begriffe, die sich auf die ausschließliche Verwendung visueller Bodenreferenzen beziehen. Der Pilot identifiziert Wahrzeichen wie Flüsse, Städte, Flughäfen und Gebäude und navigiert zwischen ihnen. Das Problem bei der Lotsendienste ist, dass Verweise häufig nicht leicht zu erkennen sind und bei schlechten Sichtverhältnissen oder wenn der Pilot auch nur geringfügig von der Strecke abweicht, nicht leicht identifiziert werden können. Daher wurde die Idee der Koppelnavigation eingeführt.

Dead Reckoning beinhaltet die Verwendung von visuellen Kontrollpunkten zusammen mit Zeit- und Entfernungsberechnungen. Der Pilot wählt Checkpoints aus, die aus der Luft leicht zu erkennen und auch auf der Karte zu erkennen sind, und berechnet dann die Zeit, die für den Flug von einem Punkt zum nächsten benötigt wird, basierend auf Entfernungs-, Luftgeschwindigkeits- und Windberechnungen. Ein Flugcomputer hilft den Piloten bei der Berechnung der Zeit- und Entfernungsberechnungen, und der Pilot verwendet typischerweise ein Flugplanungsprotokoll, um die Berechnungen während des Flugs zu verfolgen.

Radio Navigation

Mit Flugzeugen, die mit Funknavigationshilfen (NAVAIDS) ausgestattet sind, können die Piloten präziser navigieren als nur mit einer toten Rechnung. Radio NAVAIDS bietet sich bei schlechten Sichtverhältnissen an und ist eine geeignete Ersatzmethode für Piloten der allgemeinen Luftfahrt, die eine totale Abrechnung bevorzugen. Sie sind auch genauer. Anstatt von Checkpoint zu Checkpoint zu fliegen, können Piloten eine gerade Linie zu einem "Fix" oder einem Flughafen fliegen. Spezifische Radio-NAVAIDS sind auch für IFR-Operationen erforderlich.

In der Luftfahrt werden verschiedene Arten von NAVAID-Funkgeräten verwendet:

• ADF / NDB: Die elementarste Form der Funknavigation ist das ADF / NDB-Paar. Ein NDB ist ein ungerichtetes Funkfeuer, das am Boden stationiert ist und ein elektrisches Signal in alle Richtungen aussendet. Wenn ein Flugzeug mit einem automatischen Peiler (ADF) ausgestattet ist, wird die Position des Flugzeugs in Bezug auf die NDB-Station am Boden angezeigt. Das ADF-Instrument ist im Grunde ein Pfeilzeiger, der über einem Kompasskartendisplay platziert ist. Der Pfeil zeigt immer in Richtung der NDB-Station, dh wenn der Pilot das Flugzeug bei Windstille in Pfeilrichtung richtet, fliegt er direkt zur Station. Der ADF / NDB ist ein veralteter NAVAID und ein fehleranfälliges System. Da sich die Reichweite in Sichtweite befindet, kann ein Pilot fehlerhafte Messwerte erhalten, wenn er in bergigem Gelände oder zu weit von der Station entfernt fliegt. Das System ist auch elektrischen Störungen ausgesetzt und kann nur begrenzte Flugzeuge gleichzeitig aufnehmen. Viele werden stillgelegt, da GPS zur Hauptnavigationsquelle wird.

• VOR: Neben GPS ist das VOR-System wahrscheinlich das am häufigsten eingesetzte NAVAID der Welt. VOR, kurz für VHF Omnidirectional Range, ist ein funkbasiertes NAVAID, das im Hochfrequenzbereich arbeitet. VOR-Stationen befinden sich am Boden und senden zwei Signale - ein kontinuierliches 360-Grad-Referenzsignal und ein weiteres Richtungssignal.
• Das Flugzeuginstrument (OBI) interpretiert die Phasendifferenz zwischen den beiden Signalen und zeigt die Ergebnisse als Radial auf dem OBI (Rundum-Peilungsindikator) oder HSI (Horizontaler Situationsindikator) an, je nachdem, welches Instrument das Flugzeug verwendet. In seiner einfachsten Form gibt der OBI oder HSI an, auf welcher Radialachse sich das Flugzeug von der Station befindet und ob das Flugzeug auf die Station zu oder von dieser weg fliegt.

• VORs sind genauer als NDBs und weniger fehleranfällig, obwohl der Empfang nur für die Sichtverbindung empfänglich ist.
• DME: Distance Measuring Equipment ist eines der bislang einfachsten und wertvollsten NAVAIDS. Dies ist eine grundlegende Methode, bei der ein Transponder im Flugzeug verwendet wird, um die Zeit zu bestimmen, die ein Signal benötigt, um von und zu einer DME-Station zu gelangen. DME überträgt auf UHF-Frequenzen und berechnet die Neigungsentfernung. Der Transponder im Flugzeug zeigt die Entfernung in Zehntelmeilen an.

• Eine einzelne DME-Station kann bis zu 100 Flugzeuge gleichzeitig abfertigen und besteht normalerweise gleichzeitig mit VOR-Bodenstationen.
• ILS: Ein Instrumentenlandesystem (Instrument Landing System, ILS) ist ein Instrumentenanflugsystem, mit dem Flugzeuge von der Anflugphase bis zur Landebahn geführt werden. Es werden sowohl horizontale als auch vertikale Funksignale verwendet, die von einem Punkt entlang der Landebahn ausgesendet werden. Diese Signale werden abgefangen, um dem Piloten präzise Standortinformationen in Form eines Gleitwegs zu liefern - ein stabilisierter Abstiegsweg mit konstantem Winkel bis hinunter zum Anflugende der Landebahn. ILS-Systeme sind heute als eines der genauesten verfügbaren Anflugsysteme weit verbreitet.

Geographisches Positionierungs System

Das globale Ortungssystem ist zur wertvollsten Navigationsmethode in der modernen Luftfahrt geworden. GPS hat sich als äußerst zuverlässig und präzise erwiesen und ist wahrscheinlich das am häufigsten verwendete NAVAID.

Das globale Positionierungssystem verwendet 24 Satelliten des US-Verteidigungsministeriums, um den Piloten genaue Positionsdaten wie die Position des Flugzeugs, die Strecke und die Geschwindigkeit bereitzustellen. Das GPS-System ermittelt mithilfe der Triangulation die genaue Position des Flugzeugs über der Erde. Um genau zu sein, muss ein GPS-System in der Lage sein, Daten von mindestens drei Satelliten für die 2D-Positionierung und von vier Satelliten für die 3D-Positionierung zu erfassen.

GPS hat sich aufgrund der Genauigkeit und Benutzerfreundlichkeit zu einer bevorzugten Navigationsmethode entwickelt. Es gibt zwar Fehler im Zusammenhang mit GPS, diese sind jedoch selten. GPS-Systeme können überall auf der Welt eingesetzt werden, auch in bergigem Gelände, und sie sind nicht anfällig für die Fehler von NAVAIDS-Funkgeräten, wie Sichtkontakt und elektrische Störungen.

Praktische Anwendung von NAVAIDS

Die Piloten fliegen je nach Wetterlage nach Sichtflugregeln (VFR) oder Instrumentenflugregeln (IFR). Unter visuellen meteorologischen Bedingungen (VMC) kann ein Pilot allein mit Lotsen und Koppelnavigation fliegen, oder er kann Funknavigation oder GPS-Navigationstechniken verwenden. Die Grundnavigation wird in den frühen Phasen des Flugtrainings vermittelt.

Unter meteorologischen Instrumentenbedingungen (IMC) oder während des IFR-Flugs muss sich ein Pilot auf Cockpitinstrumente wie ein VOR- oder GPS-System verlassen können. Da es schwierig sein kann, in den Wolken zu fliegen und mit diesen Instrumenten zu navigieren, muss ein Pilot eine FAA-Instrumentenberechtigung erhalten, um unter IMC-Bedingungen legal fliegen zu können.

Derzeit legt die FAA den Schwerpunkt auf eine neue Ausbildung für Piloten der Allgemeinen Luftfahrt in technisch fortschrittlichen Flugzeugen (TAA). TAA sind Flugzeuge, die hochtechnische Systeme wie GPS an Bord haben. Sogar leichte Sportflugzeuge werden heutzutage mit modernster Ausrüstung ausgeliefert. Es kann für einen Piloten verwirrend und gefährlich sein, zu versuchen, diese modernen Cockpitsysteme während des Flugs ohne zusätzliche Schulung zu verwenden, und die aktuellen FAA-Schulungsstandards haben mit diesem Problem nicht Schritt gehalten.

Mit dem aktualisierten FITS-Programm der FAA wurde das Problem endlich behoben, obwohl das Programm noch freiwillig ist.