航空航法

航空航法の基本原理は一般的な航法と同一であり、航空機をある場所から別の場所へ移動させるための計画、記録、制御のプロセスが含まれる。^[1]

航空航法を成功させるには、迷わず、航空機に適用される法律に違反せず、機内や地上にいる人の安全を危険にさらさずに航空機をある場所から別の場所に操縦する必要があります。航空航法は、水上機の航法とはいくつかの点で異なります。航空機は比較的高速で移動するため、途中で位置を計算する時間があまりありません。通常、航空機はゆっくりと位置を確認するために空中で停止することはできません。航空機は、搭載できる燃料の量によって安全性が制限されます。水上車両は通常、迷って燃料を使い果たし、救助を待つだけです。ほとんどの航空機には飛行中の救助はありません。さらに、障害物との衝突は通常、致命的です。したがって、航空機のパイロットは位置を常に認識しておくことが重要です。

空中での航行に使用される技術は、航空機が有視界飛行方式(VFR) で飛行しているか、計器飛行方式(IFR) で飛行しているかによって異なります。後者の場合、パイロットは計器とビーコンなどの無線航行補助装置のみを使用して、または航空交通管制によるレーダー制御の指示に従って航行します。前者の場合、パイロットは適切な地図を参照しながら、主に「推測航法」と視覚観測 (水先案内として知られています) を組み合わせて航行します。無線航行補助装置または衛星ベースの測位システムを使用してこれを補完することもできます。

ナビゲーションの第一歩は、行きたい場所を決めることです。VFR での飛行を計画している自家用パイロットは、通常、パイロットの使用のために特別に発行されているその地域の航空図を使用します。この地図には、管制空域、無線航法援助施設、飛行場が目立つように描かれているほか、山、高い無線塔など飛行の危険箇所も示されています。また、視覚によるナビゲーションを支援するために、町、道路、森林地帯など、地上の詳細も十分に含まれています。英国では、 CAAが英国全土をさまざまな縮尺でカバーする一連の地図を発行しており、毎年更新されています。この情報は、航空従事者への通知(NOTAM) でも更新されています。

パイロットは、飛行が許可されていない管制空域、制限区域、危険区域などを避けるように注意しながら、ルートを選択します。選択されたルートは地図上にプロットされ、描かれた線はトラックと呼ばれます。その後のすべてのナビゲーションの目的は、選択されたトラックをできるだけ正確にたどることです。パイロットは、鉄道の線路、川、高速道路、海岸など、地上ではっきりと見える特徴に沿って飛行することを選択する場合があります。

飛行中の航空機は、飛行している空気の塊に対して相対的に動いています。そのため、風が全くない場合（非常にまれなケース）を除いて、正確な地上経路を維持するのは見た目ほど簡単ではありません。パイロットは、地上経路をたどるために、風を補正するために方向を調整する必要があります。パイロットは最初に、出発前に、気象当局からこの目的のために提供される予報された風向と風速を使用して、旅行の各区間の飛行方向を計算します。これらの数値は通常正確で、1 日に数回更新されますが、天候は予測不可能なため、パイロットは飛行中にさらに調整を行う準備をしておかなければなりません。一般航空（GA）のパイロットは、多くの場合、フライト コンピューター（一種の計算尺）または専用に設計された電子航法コンピューターを使用して、初期の方向を計算します。

ナビゲーションの主な機器は磁気コンパスです。この針またはカードは磁北に合わせられますが、これは真北とは一致しないため、パイロットは磁気偏差（または偏角）と呼ばれるこのことも考慮する必要があります。ローカルに適用される偏差もフライト マップに表示されます。パイロットが必要な実際の方向を計算したら、次のステップは各区間の飛行時間を計算することです。これは正確な推測航法を実行するために必要です。パイロットは、上昇中の初期対気速度が遅いことも考慮して、上昇最高点までの時間を計算する必要があります。また、降下最高点、つまりパイロットが着陸のために降下を開始する予定のポイントを計算することも役立ちます。

飛行時間は、航空機の希望巡航速度と風の両方に依存します。追い風の場合は飛行時間が短くなり、向かい風の場合は飛行時間が長くなります。フライト コンピューターには、パイロットが簡単に計算できるように目盛りが付いています。

引き返すことのできない地点( PNR とも呼ばれる) とは、飛行機が出発した飛行場に戻るのにちょうど十分な燃料と必須の予備燃料を持つ飛行上の地点のことである。この地点を超えるとその選択肢は閉ざされ、飛行機は他の目的地に進まなければならない。あるいは、飛行場のない広大な地域 (例えば海洋) に関しては、その地点より前では方向転換に近く、その後では飛行継続に近くなる地点を意味することもある。同様に、等時刻地点 (ETP (臨界点とも呼ばれる) とも呼ばれる) とは、飛行中、まっすぐ飛行を続けるのに、または出発飛行場に戻るのに同じ時間がかかる地点のことである。ETP は燃料ではなく風に依存し、出発飛行場からの対地速度と出発飛行場に戻る際の対地速度に変化を与える。無風状態では、ETP は 2 つの飛行場の中間に位置するが、実際には風速と風向によってシフトする。

たとえば、大洋を横切って飛行する航空機では、片方のエンジンが作動していないとき、減圧状態、通常の ETP のそれぞれについて ETP を計算する必要があります。これらはすべて、実際にはルート上の異なるポイントである可能性があります。たとえば、片方のエンジンが作動していないときや減圧状態の場合、航空機は運用高度を下げることを余儀なくされ、燃料消費量、巡航速度、対地速度に影響します。したがって、それぞれの状況で ETP が異なります。

民間航空機は、エンジン故障などの緊急事態が発生した場合に、適切な着陸地点から外れたルートを飛行することは許可されていません。ETP 計算は計画戦略として機能し、緊急事態が発生した場合に飛行乗務員は常に「抜け道」を持ち、選択した代替ルートに安全に迂回することができます。

最終段階は、ルートが通過または上空を通過するエリアを記録し、連絡する ATC ユニット、適切な周波数、視覚的な報告ポイントなど、実行する必要があるすべてのことをメモすることです。また、パイロットがそれらの地域のQNH (気圧) を尋ねることができるように、どの圧力設定領域に入るかを記録することも重要です。最後に、パイロットは、何らかの理由でルートを飛行できない場合 (最も一般的なのは予期しない気象条件) に備えて、いくつかの代替プランを念頭に置いておく必要があります。パイロットは、代替目的地の飛行プランを提出し、そのための十分な燃料を積む必要がある場合があります。パイロットが出発前に地上でより多くの作業を行えば行うほど、空中での作業は容易になります。

計器飛行方式(IFR) ナビゲーションは、視覚飛行方式(VFR)の飛行計画に似ていますが、ビーコンからビーコンまでの IFR ルートを最低安全高度(LSALT)、方位 (両方向)、および各ルートの距離とともに示す特別なチャートを使用することで、タスクが一般的に簡素化される点が異なります。IFR パイロットは他のルートを飛行することもできますが、その場合はすべての計算を自分で実行する必要があります。LSALT の計算が最も困難です。次に、パイロットは天候、目的地の空港への着陸の最小仕様、および代替要件を確認する必要があります。パイロットは、最後に計器進入を行った時期に応じて、特定の計器進入を使用する法的権限を含むすべての規則にも従う必要があります。

近年、厳格なビーコンツービーコン飛行経路は、パフォーマンス ベース ナビゲーション (PBN) 技術によって導き出されたルートに置き換えられ始めています。オペレーターが航空機の飛行計画を作成する際、PBN アプローチでは、該当する空域内に存在する総合的なナビゲーション支援装置の全体的な精度、整合性、可用性、継続性、機能性を評価することが推奨されます。これらの判断が下されると、オペレーターは、該当するすべての安全上の懸念事項を尊重しながら、時間と燃料の効率が最も高いルートを作成し、航空機と空域の全体的なパフォーマンス能力を最大化します。

PBN アプローチでは、技術は時間の経過とともに進化します (例: 地上ビーコンが衛星ビーコンになる)。その際、基礎となる航空機の運用を再計算する必要はありません。また、空域で使用可能なセンサーや機器を評価するために使用されるナビゲーション仕様をカタログ化して共有し、機器のアップグレードの決定や、世界中のさまざまな航空ナビゲーション システムの継続的な調和に役立てることができます。

飛行中は、パイロットは計画通りに飛行するよう努力しなければなりません。さもないと、いとも簡単に道に迷ってしまいます。これは、暗闇の中や特徴のない地形の上を飛行する場合に特に当てはまります。つまり、パイロットは、有視界飛行規則に従って飛行する場合を除き、計算された方位、高度、速度をできるだけ正確に守らなければなりません。調整は通常計算され計画されていますが、有視界パイロットは定期的に地面と地図を比較して (水先案内)、軌道が確実に追跡されるようにする必要があります。通常、パイロットは、地上の特徴が容易に認識できる地点まで、計画どおりにしばらく飛行します。風が予想と異なる場合、パイロットはそれに応じて方位を調整する必要がありますが、これは推測ではなく、暗算で行われます。多くの場合、1 in 60 ルールが使用されます。たとえば、中間段階での 2 度の誤差は、レグの終了時に所定の位置に到着するように、反対方向に 4 度方位を調整することで修正できます。これは、レグの推定時間を再評価するポイントでもあります。優れたパイロットは、軌道にとどまるためにさまざまなテクニックを適用することに熟達します。

コンパスは機首方位を決定するための主な計器ですが、パイロットは通常、コンパスよりはるかに安定したジャイロスコープ駆動の装置である方向指示器(DI)を参照します。コンパスの読み取り値は、DI のドリフト (歳差運動) を定期的に修正するために使用されます。コンパス自体は、航空機が安定するのに十分な時間、直線水平飛行を行った場合にのみ安定した読み取り値を示します。

パイロットが区間を完了できない場合、たとえば悪天候になったり、視程がパイロット免許で許可されている最小値を下回ったりした場合、パイロットは別のルートに迂回する必要があります。これは計画外の区間であるため、パイロットは適切な方向を頭の中で計算して、希望する新しい経路を得ることができなければなりません。飛行中にフライト コンピュータを使用することは通常非現実的であるため、大まかで即効性のある結果を頭の中で得るテクニックが使用されます。風は通常、角度が 60° 未満の場合 (60° の分数で表した場合、たとえば 30° は 60° の 1/2 で、sin 30° = 0.5) は十分に正確であると仮定して考慮されます。これを頭の中で計算する方法はクロック コードです。ただし、迂回飛行中は位置を認識し続けるためにパイロットは特に注意する必要があります。

迂回は一時的な場合もあります。たとえば、局所的な嵐雲を迂回する場合などです。このような場合、パイロットは一定時間、希望の方向から 60 度方向転換することができます。嵐を抜けたら、反対方向に 120 度方向転換し、同じ時間、この方向で飛行することができます。これは「風星」操縦であり、上空に風がない場合は、迂回区間の長さ分だけ飛行時間が長くなり、元の経路に戻ります。

飛行中に磁気コンパスに頼らないもう一つの理由は、時折方位指示器を調整すること以外に、磁気コンパスが飛行条件や磁気システムに対するその他の内部および外部の干渉によって引き起こされる誤差の影響を受けるためです。 ^[2]

多くの一般航空機には、自動方向探知機(ADF)、慣性航法、コンパス、レーダー航法、VHF 全方向航法(VOR)、全地球航法衛星システム(GNSS)などのさまざまな航法補助装置が装備されています。

ADF は地上の無指向性ビーコン(NDB)を使用して、航空機からビーコンの方向を示すディスプレイを駆動します。パイロットはこの方位を使用して地図上に線を描き、ビーコンからの方位を示します。2 つ目のビーコンを使用すると、2 本の線が引かれ、線の交差点に航空機が位置します。これはクロスカットと呼ばれます。または、飛行経路がビーコンの真上を飛行する場合、パイロットは ADF 計器を使用してビーコンに対する方向を維持できますが、「針を追う」のは悪い習慣です。特に強い横風がある場合、パイロットの実際の飛行経路はビーコンに向かって螺旋状になり、意図したものとは異なります。NDB はまた、非常に長い波長を使用するため、地面や大気によって簡単に曲げられ、反射されるため、誤った読み取りを行う可能性があります。NDB は、比較的航行補助装置が少ない一部の国では、一般的な航行手段として引き続き使用されています。

VOR はより洗練されたシステムであり、多くの航法援助装置がある国々で IFR で飛行する航空機のために今でも確立されている主要な航空航法システムです。このシステムでは、ビーコンが、位相がずれた 2 つの正弦波で構成される特別に変調された信号を発します。位相差は、受信機がステーションから磁北 (場合によっては真北) に対して実際どの方位にあるかに対応します。その結果、受信機はステーションからの正確な方位を確実に判断できます。ここでも、クロスカットを使用して位置を正確に特定します。多くの VOR ステーションには、適切な受信機がステーションからの正確な距離を判断できるようにする DME (距離測定装置) と呼ばれる追加装置もあります。方位と合わせて、単一のビーコンのみから正確な位置を判断できます。便宜上、一部の VOR ステーションは、パイロットが聞くことができる地域の気象情報も送信します。これは、おそらく自動表面観測システムによって生成されます。DME と同じ場所にある VOR は、通常、 TACANのコンポーネントです。

GNSSの登場以前は、戦時中にすべての電子航法装置が停止した場合に備えて、軍用爆撃機や輸送機の訓練を受けた航法士が天測航法も使用していました。当初、航法士はアストロドームと通常の六分儀を使用していましたが、1940 年代から 1990 年代にかけては、より合理化された潜望鏡式六分儀が使用されました。1970 年代からは、特に大陸間路線で航空機が慣性航法システムを使用していましたが、1983 年に大韓航空機 007 便が撃墜されたことをきっかけに、米国政府はGPS を民間で利用できるようにしました。

最後に、航空機は、レーダーやマルチラテレーションなどの監視情報を使用して地上から監視される場合があります。その後、 ATC は、パイロットが受けている ATC サービスのレベルに応じて、位置を確立するために情報をパイロットにフィードバックしたり、実際に航空機の位置をパイロットに伝えたりすることができます。

航空機におけるGNSSの使用は、ますます一般的になっています。GNSSは、非常に正確な航空機の位置、高度、方位、対地速度の情報を提供します。GNSS により、かつてはRNAVを装備した大型航空機に限定されていたナビゲーション精度が一般航空パイロットにも利用可能になります。最近では、多くの空港でGNSS計器進入が採用されています。GNSS進入は、既存の精密進入および非精密進入へのオーバーレイ、またはスタンドアロンのGNSS進入のいずれかで構成されます。決定高度が最も低い進入では、通常、GNSS を 2 番目のシステム (FAA の広域補強システム(WAAS) など) で補強する必要があります。

民間の航空航法士（ほとんどが不要になった航空乗務員の職種で、「航空航法士」または「フライトナビゲーター」とも呼ばれる）は、通常1910年代後半から1970年代にかけて、古い航空機に雇用されていた。乗務員（一部のフライトでは2人の航法乗務員が担当することもあった）は、推測航法や天測航法を含む航法を担当していた。これは、無線航法支援が当初は利用できなかった海洋やその他の大きな水域の上を飛行する場合に特に重要だった（現在は衛星による航法支援が世界中で提供）。高度な電子システムやGNSSシステムがオンラインになるにつれて、航法士の職種は廃止され、その役割は二重免許を持つパイロット兼航法士に引き継がれ、さらに後にはフライトの主なパイロット（機長と副操縦士）に引き継がれたため、商業便の航空乗務員の数は減少した。機長と副操縦士の計器盤への電子航法システムの設置は比較的簡単だったため、民間航空（軍用航空は必ずしもそうではない）における航法士の職は不要になった。（一部の国では、戦時中は空軍に航法支援なしで飛行することを義務付けており、そのため航法士の職は依然として必要である）。民間航空航法士のほとんどは、1980年代初頭までに引退するか不要になった。^[3]

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引用

文献

• Windows 用地球ナビゲーション計算機 (無料)
• Fly Away – 航空ナビゲーションチュートリアル