الملاحة الجوية

تتشابه المبادئ الأساسية للملاحة الجوية مع مبادئ الملاحة العامة ، وتشمل تخطيط وتسجيل ومراقبة حركة المركبة من موقع إلى آخر. ^{[ 1 ]} وفي مجال الطيران، تلعب الملاحة دورًا حاسمًا في ضمان تشغيل الطائرات بأمان وكفاءة ضمن المجال الجوي الخاضع للرقابة وعلى طول المسارات المحددة، وفقًا للمعايير الدولية. ^{[ 2 ]}

يتطلب الملاحة الجوية الناجحة قيادة الطائرة من مكان إلى آخر دون أن تضل طريقها، أو تخالف القوانين المتعلقة بالطائرات، أو تعرض سلامة من على متنها أو على الأرض للخطر . وتختلف الملاحة الجوية عن الملاحة البرية في عدة جوانب؛ فالطائرات تسافر بسرعات عالية نسبيًا، مما يقلل من الوقت المتاح لحساب موقعها أثناء الرحلة. ولا تستطيع الطائرات عادةً التوقف في الجو لتحديد موقعها براحة. كما أن سلامة الطائرات محدودة بكمية الوقود التي يمكنها حملها؛ بينما يمكن للمركبة البرية أن تضل طريقها، وينفد وقودها، ثم تنتظر الإنقاذ. ولا يوجد إنقاذ جوي لمعظم الطائرات. إضافةً إلى ذلك، فإن الاصطدام بالعوائق عادةً ما يكون مميتًا. لذلك، يُعدّ الوعي المستمر بالموقع أمرًا بالغ الأهمية لطياري الطائرات.

تعتمد تقنيات الملاحة الجوية على ما إذا كانت الطائرة تحلق وفقًا لقواعد الطيران المرئي (VFR) أو قواعد الطيران الآلي (IFR). في الحالة الأخيرة، يعتمد الطيار بشكل حصري على أجهزة الملاحة وأجهزة الملاحة اللاسلكية مثل المنارات، أو وفقًا لتوجيهات مراقبة الحركة الجوية عبر الرادار . أما في الحالة الأولى، فيعتمد الطيار بشكل كبير على الملاحة التقديرية مع الملاحظات البصرية (المعروفة باسم الملاحة الجوية )، بالرجوع إلى الخرائط المناسبة. ويمكن استكمال ذلك باستخدام أجهزة الملاحة اللاسلكية أو أنظمة تحديد المواقع عبر الأقمار الصناعية .

الخطوة الأولى في الملاحة هي تحديد الوجهة. عادةً ما يستخدم الطيار الخاص الذي يخطط لرحلة جوية وفق قواعد الطيران المرئي (VFR) خريطة جوية للمنطقة، منشورة خصيصًا لاستخدام الطيارين. تُظهر هذه الخريطة بوضوح المجال الجوي الخاضع للرقابة ، وأجهزة الملاحة اللاسلكية، والمطارات ، بالإضافة إلى المخاطر التي قد تُعيق الطيران، مثل الجبال، وأبراج الراديو العالية، وغيرها. كما تتضمن تفاصيل أرضية كافية - كالمدن والطرق والمناطق المشجرة - لتسهيل الملاحة البصرية. في المملكة المتحدة ، تنشر هيئة الطيران المدني (CAA) سلسلة من الخرائط التي تغطي المملكة المتحدة بأكملها بمقاييس مختلفة، ويتم تحديثها سنويًا. كما يتم تحديث المعلومات في إشعارات الطيارين (NOTAMs).

سيختار الطيار مسارًا، مع الحرص على تجنب المجال الجوي الخاضع للرقابة غير المسموح به للرحلة، والمناطق المحظورة، والمناطق الخطرة، وما إلى ذلك. يُرسم المسار المختار على الخريطة، وتُسمى الخطوط المرسومة بالمسار . يهدف كل ما يلي من عمليات الملاحة إلى اتباع المسار المختار بأكبر قدر ممكن من الدقة. في بعض الأحيان، قد يختار الطيار في إحدى مراحل الرحلة اتباع معلم واضح على الأرض، مثل خط سكة حديد، أو نهر، أو طريق سريع، أو ساحل.

عندما تحلق الطائرة، فإنها تتحرك بالنسبة لجسم الهواء الذي تخترقه؛ لذا فإن الحفاظ على مسار أرضي دقيق ليس بالأمر السهل كما قد يبدو، إلا في حالة انعدام الرياح تمامًا - وهو أمر نادر الحدوث. يجب على الطيار تعديل اتجاه الطائرة للتعويض عن تأثير الرياح ، وذلك لمتابعة المسار الأرضي. في البداية، يحسب الطيار اتجاهات الطيران لكل مرحلة من مراحل الرحلة قبل الإقلاع، مستخدمًا اتجاهات وسرعات الرياح المتوقعة التي توفرها هيئات الأرصاد الجوية لهذا الغرض . عادةً ما تكون هذه البيانات دقيقة ويتم تحديثها عدة مرات في اليوم، ولكن الطبيعة غير المتوقعة للطقس تعني أنه يجب على الطيار أن يكون مستعدًا لإجراء تعديلات إضافية أثناء الطيران. غالبًا ما يستخدم طيارو الطيران العام إما حاسوب الطيران - وهو نوع من المسطرة الحاسبة - أو حاسوبًا إلكترونيًا ملاحيًا مصممًا خصيصًا لحساب الاتجاهات الأولية.

الأداة الرئيسية للملاحة هي البوصلة المغناطيسية . تتجه إبرة البوصلة أو بطاقتها تلقائيًا نحو الشمال المغناطيسي ، الذي لا يتطابق مع الشمال الحقيقي ، لذا يجب على الطيار مراعاة هذا الانحراف المغناطيسي (أو الميل المغناطيسي). يظهر الانحراف المغناطيسي المطبق محليًا على خريطة الرحلة. بعد أن يحسب الطيار الاتجاهات المطلوبة، تكون الخطوة التالية هي حساب أوقات الرحلة لكل مرحلة. هذا ضروري لإجراء الملاحة التقديرية بدقة . يحتاج الطيار أيضًا إلى مراعاة انخفاض سرعة الطيران الابتدائية أثناء الصعود لحساب الوقت اللازم للوصول إلى قمة الصعود. من المفيد أيضًا حساب نقطة بداية الهبوط، أو النقطة التي يخطط الطيار لبدء الهبوط منها.

يعتمد وقت الرحلة على كل من سرعة الطيران المطلوبة للطائرة واتجاه الرياح؛ فالرياح الخلفية تُقلل وقت الرحلة، بينما الرياح المعاكسة تُطيله. ويحتوي حاسوب الطيران على مقاييس تُساعد الطيارين على حساب هذه العوامل بسهولة.

نقطة اللاعودة ، والتي يُشار إليها أحيانًا بالاختصار PNR، هي النقطة التي يكون فيها لدى الطائرة وقود كافٍ، بالإضافة إلى أي احتياطي إلزامي، للعودة إلى المطار الذي أقلعت منه. بعد هذه النقطة، يُلغى هذا الخيار، ويتعين على الطائرة التوجه إلى وجهة أخرى. وبالنسبة لمنطقة واسعة لا توجد بها مطارات، كالمحيطات مثلاً، قد تعني هذه النقطة ما قبلها يكون من الأنسب العودة، وما بعدها يكون من الأنسب مواصلة الرحلة. وبالمثل، فإن نقطة تساوي الوقت، والتي يُشار إليها بالاختصار ETP (وتُسمى أيضًا النقطة الحرجة)، هي النقطة التي يستغرق فيها الطيران نفس الوقت سواءً لمواصلة الطيران بشكل مستقيم أو العودة إلى مطار الإقلاع. لا تعتمد نقطة تساوي الوقت على الوقود، بل على الرياح، مما يُحدث تغييرًا في السرعة الأرضية عند الإقلاع والعودة إلى مطار الإقلاع. في حالة انعدام الرياح، تقع نقطة تساوي الوقت في منتصف المسافة بين المطارين، ولكنها في الواقع تتغير تبعًا لسرعة الرياح واتجاهها.

على سبيل المثال، ستحتاج الطائرة التي تحلق فوق المحيط إلى حساب نقاط الضغط المتوقعة (ETP) في حالات تعطل أحد المحركات، وانخفاض الضغط، ونقطة الضغط المتوقعة العادية؛ وكلها قد تقع في نقاط مختلفة على طول مسار الرحلة. فعلى سبيل المثال، في حالة تعطل أحد المحركات وانخفاض الضغط، ستضطر الطائرة إلى خفض ارتفاعات التشغيل، مما سيؤثر على استهلاكها للوقود، وسرعة الطيران، وسرعتها الأرضية. وبالتالي، ستكون لكل حالة نقطة ضغط متوقعة مختلفة.

لا يُسمح للطائرات التجارية بالتحليق على مسار يقع خارج نطاق مكان هبوط مناسب في حال حدوث طارئ، كعطل في المحرك. وتُستخدم حسابات ETP كاستراتيجية تخطيط، بحيث يكون لدى طاقم الطائرة دائمًا خيار بديل في حالات الطوارئ، مما يسمح بتحويل مسار آمن إلى المطار البديل الذي اختاروه.

المرحلة الأخيرة هي تحديد المناطق التي سيمر بها المسار أو فوقه، وتدوين جميع الإجراءات المطلوبة، مثل وحدات مراقبة الحركة الجوية التي يجب الاتصال بها، والترددات المناسبة، ونقاط الإبلاغ المرئي، وما إلى ذلك. من المهم أيضًا تحديد مناطق ضبط الضغط الجوي التي سيتم دخولها، حتى يتمكن الطيار من الاستفسار عن ضغط الهواء ( QNH ) في تلك المناطق. أخيرًا، ينبغي أن يكون لدى الطيار خطط بديلة في حال تعذر الطيران على المسار لأي سبب، وتُعد الظروف الجوية غير المتوقعة السبب الأكثر شيوعًا. في بعض الأحيان، قد يُطلب من الطيار تقديم خطة طيران لوجهة بديلة وحمل كمية كافية من الوقود لذلك. كلما زاد العمل الذي يُنجزه الطيار على الأرض قبل الإقلاع، كلما كان الأمر أسهل في الجو.

بمجرد الإقلاع، يجب على الطيار الحرص على الالتزام بالخطة بدقة، وإلا فمن السهل جدًا أن يضلّ طريقه. ويصدق هذا بشكل خاص عند الطيران في الظلام أو فوق تضاريس غير واضحة المعالم. وهذا يعني أنه يجب على الطيار الالتزام بالاتجاهات والارتفاعات والسرعات المحسوبة بأكبر قدر ممكن من الدقة، إلا إذا كان يطير وفقًا لقواعد الطيران المرئي . يجب على الطيار الذي يطير وفقًا للقواعد المرئية مقارنة الأرض بالخريطة بانتظام ( التوجيه البصري ) للتأكد من اتباع المسار، على الرغم من أن التعديلات تُحسب وتُخطط مسبقًا. عادةً، يطير الطيار لفترة من الوقت كما هو مخطط له حتى يصل إلى نقطة يسهل فيها تمييز معالم الأرض. إذا كانت الرياح مختلفة عن المتوقع، يجب على الطيار تعديل الاتجاه وفقًا لذلك، ولكن هذا لا يتم بالتخمين، بل بالحساب الذهني - غالبًا باستخدام قاعدة 1 من 60. على سبيل المثال، يمكن تصحيح خطأ درجتين في منتصف الطريق عن طريق تعديل الاتجاه بمقدار أربع درجات في الاتجاه المعاكس للوصول إلى الموقع المطلوب في نهاية المرحلة. هذه أيضًا نقطة لإعادة تقييم الوقت المقدر للمرحلة. سيصبح الطيار الماهر خبيرًا في تطبيق مجموعة متنوعة من التقنيات للبقاء على المسار الصحيح.

على الرغم من أن البوصلة هي الأداة الأساسية لتحديد الاتجاه، إلا أن الطيارين عادةً ما يعتمدون على مؤشر الاتجاه ، وهو جهاز يعمل بنظام جيروسكوبي ، ما يجعله أكثر استقرارًا من البوصلة. تُستخدم قراءة البوصلة لتصحيح أي انحراف ( ترنح ) في مؤشر الاتجاه بشكل دوري. ولن تُظهر البوصلة قراءة ثابتة إلا بعد أن تحلق الطائرة في خط مستقيم ومستوٍ لفترة كافية تسمح لها بالاستقرار.

في حال تعذر على الطيار إكمال مسار الرحلة - على سبيل المثال، بسبب سوء الأحوال الجوية أو انخفاض مستوى الرؤية عن الحد الأدنى المسموح به في رخصة الطيران - يجب عليه تغيير مساره. ولأن هذا المسار غير مخطط له، يجب أن يكون الطيار قادرًا على حساب الاتجاهات المناسبة ذهنيًا للوصول إلى المسار الجديد المطلوب. عادةً ما يكون استخدام حاسوب الطيران أثناء التحليق غير عملي، لذا تُستخدم تقنيات ذهنية للحصول على نتائج تقريبية سريعة. يُؤخذ تأثير الرياح في الحسبان عادةً بافتراض أن جيب الزاوية A يساوي A، للزوايا الأقل من 60 درجة (عند التعبير عنها ككسر من 60 درجة - على سبيل المثال، 30 درجة تساوي نصف 60 درجة، وجيب 30 درجة يساوي 0.5)، وهو ما يُعد دقيقًا بما فيه الكفاية. إحدى طرق حساب ذلك ذهنيًا هي استخدام رمز الساعة . مع ذلك، يجب على الطيار توخي الحذر الشديد أثناء الطيران في مسارات بديلة للحفاظ على وعيه بموقعه.

قد تكون بعض التحويلات مؤقتة، كالتحليق حول سحابة عاصفة محلية. في هذه الحالة، يمكن للطيار أن ينعطف 60 درجة بعيدًا عن مساره المطلوب لفترة زمنية محددة. وبمجرد تجاوز العاصفة، يمكنه العودة في الاتجاه المعاكس 120 درجة، والطيران على هذا المسار لنفس المدة. تُعرف هذه المناورة باسم "نجمة الرياح"، وفي حال انعدام الرياح في طبقات الجو العليا، سيعود إلى مساره الأصلي مع زيادة مدة رحلته بمقدار طول مسار التحويل.

ومن الأسباب الأخرى لعدم الاعتماد على البوصلة المغناطيسية أثناء الطيران، إلى جانب معايرة مؤشر الاتجاه من حين لآخر، أن البوصلات المغناطيسية عرضة للأخطاء الناتجة عن ظروف الطيران والتداخلات الداخلية والخارجية الأخرى على النظام المغناطيسي. ^{[ 3 ]}

تم تجهيز العديد من طائرات الطيران العام بمجموعة متنوعة من وسائل الملاحة، مثل جهاز تحديد الاتجاه التلقائي (ADF)، والملاحة بالقصور الذاتي ، والبوصلات ، والملاحة الرادارية ، ونظام تحديد المدى متعدد الاتجاهات VHF (VOR)، ونظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS).

يستخدم نظام تحديد الاتجاه التلقائي ( ADF ) منارات غير اتجاهية (NDBs) على الأرض لتشغيل شاشة تعرض اتجاه المنارة من الطائرة. يمكن للطيار استخدام هذا الاتجاه لرسم خط على الخريطة يوضح اتجاه المنارة. باستخدام منارة ثانية، يمكن رسم خطين لتحديد موقع الطائرة عند تقاطع الخطين، وهو ما يُعرف بالتقاطع. بدلاً من ذلك، إذا كان مسار الرحلة يمر مباشرة فوق منارة، يمكن للطيار استخدام جهاز ADF للحفاظ على الاتجاه بالنسبة للمنارة، مع العلم أن "اتباع المؤشر" ممارسة خاطئة، خاصة في وجود رياح جانبية قوية، حيث سينحرف مسار الطيار الفعلي نحو المنارة، وليس كما هو مُخطط له. كما يمكن أن تُعطي منارات NDBs قراءات خاطئة لأنها تستخدم أطوال موجية طويلة جدًا ، والتي تنحني وتنعكس بسهولة بفعل معالم الأرض والغلاف الجوي. لا تزال منارات NDBs تُستخدم كشكل شائع للملاحة في بعض البلدان التي لديها عدد قليل نسبيًا من وسائل الملاحة.

يُعدّ نظام VOR نظامًا أكثر تطورًا، ولا يزال نظام الملاحة الجوية الرئيسي المُعتمد للطائرات التي تُحلّق وفقًا لقواعد الطيران الآلي (IFR) في الدول التي تضمّ العديد من أجهزة الملاحة. في هذا النظام، يُصدر جهاز إرسال إشارة مُعدّلة خصيصًا تتكوّن من موجتين جيبيتين متعاكستين في الطور . يُشير فرق الطور إلى الاتجاه الفعلي بالنسبة للشمال المغناطيسي (أو الشمال الحقيقي في بعض الحالات) الذي يبعده جهاز الاستقبال عن المحطة. والنتيجة هي أن جهاز الاستقبال يستطيع تحديد الاتجاه بدقة من المحطة. وكما في السابق، يُستخدم مسار مُتقاطع لتحديد الموقع بدقة. تحتوي العديد من محطات VOR أيضًا على معدات إضافية تُسمى DME ( معدات قياس المسافة ) والتي تُمكّن جهاز استقبال مُناسب من تحديد المسافة الدقيقة من المحطة. يُتيح هذا، إلى جانب الاتجاه، تحديد الموقع بدقة من جهاز إرسال واحد فقط. ولتسهيل الأمر، تُرسل بعض محطات VOR أيضًا معلومات الطقس المحلية التي يُمكن للطيار الاستماع إليها، والتي قد يتم توليدها بواسطة نظام آلي لمراقبة سطح الأرض . عادةً ما يكون جهاز VOR الموجود في نفس موقع DME جزءًا من نظام TACAN .

قبل ظهور نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) ، كان الملاحة الفلكية تُستخدم أيضًا من قِبل الملاحين المدربين. ^{[ 4 ]} وقد كان هذا صحيحًا بشكل خاص في قاذفات القنابل العسكرية وطائرات النقل في حالة إيقاف تشغيل جميع أجهزة الملاحة الإلكترونية في زمن الحرب. في البداية، استخدم الملاحون قبة فلكية وسدسًا عاديًا أو ثمانيًا فقاعيًا ، ولكن تم استخدام السدس المنظاري الأكثر انسيابية من أربعينيات القرن العشرين وحتى تسعينياته. ومنذ سبعينيات القرن العشرين، استخدمت الطائرات المدنية أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي ، لا سيما على الطرق العابرة للقارات، إلى أن دفع إسقاط رحلة الخطوط الجوية الكورية رقم 007 في عام 1983 الحكومة الأمريكية إلى إتاحة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) للاستخدام المدني.

وأخيرًا، يمكن مراقبة الطائرة من الأرض باستخدام معلومات المراقبة من مصادر مثل الرادار أو تقنية تحديد الموقع . ويمكن لمراقب الحركة الجوية حينها تزويد الطيار بالمعلومات للمساعدة في تحديد الموقع، أو إخباره بموقع الطائرة تحديدًا، وذلك بحسب مستوى خدمة مراقبة الحركة الجوية التي يتلقاها الطيار.

أصبح استخدام نظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية (GNSS) في الطائرات شائعًا بشكل متزايد. يوفر هذا النظام معلومات دقيقة للغاية حول موقع الطائرة وارتفاعها واتجاهها وسرعتها الأرضية. وبفضله، أصبح بإمكان طياري الطيران العام الاستفادة من دقة الملاحة التي كانت حكرًا على الطائرات الكبيرة المجهزة بنظام الملاحة الجوية المساحية (RNAV) . وقد أضافت العديد من المطارات مؤخرًا مسارات هبوط آلية تعتمد على نظام GNSS . تتكون هذه المسارات إما من طبقات إضافية تُضاف إلى مسارات الهبوط الدقيقة وغير الدقيقة الموجودة، أو من مسارات GNSS مستقلة . تتطلب مسارات الهبوط ذات أدنى ارتفاعات اتخاذ القرار عادةً إضافة نظام ثانٍ إلى نظام GNSS، مثل نظام تعزيز المنطقة الواسعة (WAAS) التابع لإدارة الطيران الفيدرالية (FAA).

كان يُستعان بملاحين جويين مدنيين (وهو منصب زائد عن الحاجة في معظم الأحيان ضمن طاقم الطائرة، ويُطلق عليه أيضًا "ملاح جوي") على متن الطائرات القديمة، عادةً بين أواخر العقد الثاني من القرن العشرين وسبعينياته. وكان عضو الطاقم، وأحيانًا عضوان في طاقم الملاحة لبعض الرحلات، مسؤولاً عن ملاحة الرحلة، بما في ذلك الملاحة التقديرية والملاحة الفلكية . وكان هذا الأمر بالغ الأهمية، خاصةً عند الطيران فوق المحيطات أو المسطحات المائية الكبيرة الأخرى، حيث لم تكن وسائل الملاحة اللاسلكية متوفرة في الأصل. (تُغطى الأقمار الصناعية الآن في جميع أنحاء العالم). ومع دخول الأنظمة الإلكترونية وأنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية (GNSS) المتطورة حيز التشغيل، تم إلغاء منصب الملاح، وتولى مهامه طيارون ملاحون حاصلون على رخصتين، ثم لاحقًا الطياران الرئيسيان للرحلة (القائد ومساعده)، مما أدى إلى تقليص عدد مناصب طاقم الطائرة في الرحلات التجارية. نظراً لسهولة تركيب أنظمة الملاحة الإلكترونية في لوحات أجهزة الطيارين ومساعديه، أصبح منصب الملاح في الطيران التجاري (وليس بالضرورة في الطيران العسكري) غير ضروري. (تُكلف بعض الدول قواتها الجوية بالتحليق دون أجهزة ملاحة أثناء الحرب ، مما يستدعي وجود الملاح). وبحلول أوائل ثمانينيات القرن العشرين، تقاعد معظم الملاحين الجويين المدنيين أو تم الاستغناء عنهم. ^{[ 5 ]}

• خريطة ملاحية جوية
• مزود خدمة الملاحة الجوية
• مراقبة الحركة الجوية
• عائق أمام حركة الطيران
• الطائرات
• طاقم الطائرة
• المراقبة التلقائية التابعة – البث
• سلامة الطيران
• مقياس الانجراف
• إيتوبس
• حاسوب الطيران
• أجهزة الطيران
• نظام إدارة الطيران
• مسافة الدائرة العظمى
• التوجيه والملاحة والتحكم
• نظام هبوط آلي
• الملاحة اللاسلكية
• مراقبة سلامة جهاز الاستقبال بشكل مستقل
• حساب المثلثات الكروية
• رحلة عبر المحيط الأطلسي
• مثلث الرياح

الاقتباسات

فهرس

• حاسبة الملاحة الأرضية لنظام التشغيل ويندوز (مجانية)
• برنامج Fly Away التعليمي للملاحة الجوية