簡談飛航管制

飛航管制,其實是一個喧賓奪主的單位。世界上是先有飛機的產生,而當時機場也不過是塊大土地,隨便飛機怎麼起降,可是隨著飛機越來越普及,在飛行場出現的爭端就越來越多,人們搶第一的習慣造成了不少的危險,於是這時候就開始出現了機場管制員。被列為史上第一位航管員的美國人Archie William League1929年也不過揮舞著旗子對著天上的飛機下指示,慢慢的,出現了可以發出紅綠光的投射燈解決了指示對象的問題。等到飛機開始運用火光定出導航點後,飛機又開始不斷在這些交會的火光站空中互撞,航路管制員於焉產生。於是,為了讓飛機安全而必須做一些順序安排(Sequence)的動作,開始造成了管制員和飛行員間永無止盡的愛恨情仇。

可是飛行員並不能抗拒管制員的管制。管制員的管制權威是由民航法直接授權的。但是有趣的是,機長仍有權做最後的決定,可是要違反管制的指示,僅止於基於化解立即的危險才能為之。聽似極端權威的管制員,其權威性已經因為時代大有不同,現在都是以「飛航服務(ATS)」為前提,為顧客(航空公司)盡量著想是大家共同的理念,只是有時真的很難兩全其美就是。

飛航管制是基於飛航安全的需要慢慢建立起來的,而設備也逐漸從簡單的旗幟、燈號到無線電和雷達、電腦的運用。整個管制系統也考慮了空域需求、人的能力極限和裝備的能力,建立起一套完整的權責劃分系統。

在飛航安全建立的同時,管制員也必須讓航機的運作有秩序,並且運用各種精確的計算和管制手段讓空域達到最大的使用能量,可是,安全和效率理論上是背道而馳的,管制員卻必須把他們同時考慮在一起,其實也因此造成了管制員很大的壓力來源,以及和飛行員之間的爭端。在怎麼樣,「安全Safety」、「有序Organize」和「快捷Expeditious」都是航管服務的三大目標。

現在的航管,大致上分為「機場管制」、「近場管制」和「航路管制」。



攝影/蔡聖龍

機場管制(AERODROME CONTROL):

顧名思義,就是管制機場的空域。現在的機場設計,航機都是從固定的跑道上起降,不管機場有幾條跑道,航機就只能在這長達3至四公里(就大型機場而言)的長條型區域上做起降的操作,為了防止航機在跑道上衝突,也就必須對他們實施順序的管制。

相同的,機場從航站停機坪後推開始,就已經處處陷阱,廣大的機場場面,複雜的滑行道和其上操作的眾多航機、車輛都共用著這座機場的每個部分,爭先恐後的飛行員如果不加以管制,那就會和咱們大馬路一樣恐怖。尤其駕駛艙視野很狹隘,管制員代替飛行員的眼睛,為他們做好和其他航機間的隔離以及順序的安排。

前面提到的兩個管制作為,管制跑道的就是呼號帶著”TOWER’的機場管制席(Local control、LC,有些國家稱之Runway Control)。後者則負責跑道以外機場內的其他操作區(操作區:指機場內供航空器起飛、降落及滑行之區域,但不包括停機坪。)的交通管制,稱為地面管制席(Ground Control、GC)。這兩個席位都設置在塔台上,從居高臨下的視野以目視的方式管制航機的運作。

機場管制席是塔台上危險性較大的一個席位,由於航機都在較大的速度狀態,因此判斷也必須較為精確,能否在連續降落的航機間插放離場航機,都是必須依照航機的速度、天候因素等眾多因素審慎考慮做出的決定。除了跑道,機場從地面以上3000呎、5浬半徑的空域也屬於塔台的管制範圍。在機場航線(Traffic Pattern)上操作的目視飛行(VFR)航空器或目視進場(Visual Approach)航空器又要如何跟儀器進場(Instrument Approach)航機做順序的安排,也都是機場管制席必須要具備的能力。

地面管制席在大型機場常是一個很令人頭大的席位。眾多的航機要在錯綜複雜的滑行道上滑行,地面管制必須給予滑行路線指示(Taxi route instructions),有限的空間必須要獲得最大的運作能量,排排站的停機坪怎麼後推(pushback)可以讓操作又安全又迅速?緩慢的拖行航機(Aircraft under tow)如何跟滑行的航機安排順序,在場面上四處穿越的車輛(Ground Vehicle)如何和航機達成安全的隔離,地面管制的壓力即來自於此。萬一加上天候不佳,能見度不良,又沒有適當的場面雷達設備輔助時,地面管制的工作則更是吃重了。有些大型機場甚至增設了機坪管制席(Ramp/Apron Control),航機後推是由機坪管制決定,後推完成後讓航機滑行至特定的檢查點交管給地面管制席,如此可以減輕地面管制的壓力,在新東成田機場,美國的洛杉磯都有這樣的設計,因為飛機實在太多了。

在塔台上另外有一個席位,他並不是真的在管制航機的運作,但是只要儀器飛航(IFR)的航機在後推前都必須經過這一關,那就是許可頒發席(Clearance Delivery、CD)。儀器飛行的航機在送出飛行計畫後,向管制單位CD席申請航管許可(ATC clearance)後,他的飛行計畫就算是開始生效,管制單位也會依照航機的計畫提供相關的管制和守助的服務,萬一航機飛航途中突然無線電通信失聯,航機還是可以依照他所獲得的許可繼續前往他被許可前往的許可限制點(Clearance Limit)。同時,在使用雷達管制的空域內,許可頒發席也會給予航機一組雷達識別碼(Beacon Code),這個號碼就代表這架飛機,在航機起飛前設定在飛機的詢答器(transponder)上,起飛後雷達管制員就可以藉由這組電碼對航機做識別,進而提供相關的雷達服務。

儀器飛行航機從機場起飛,首先會跟CD席聯絡,取得航管許可後,向GC席申請後推和滑行,等到接近跑道頭,GC席會將航機交管給LC席,由LC席決定起飛的時機,等到上天之後,視空域狀況,就交給離/近場管制單位(departure/approach control),或是區域管制中心(Area Control/Center Control)


終端離/近場管制(Terminal Departure /Approach Control):

所謂終端,就是指接近機場的周邊。這是一個航機密度極高,而且路線錯綜複雜的一個區域,管制範圍通常為60海浬,高度由1200FT至20000FT。在這個區域內,離場航機離開機場,順著標準儀器離場程序(SID)爬升至航路,同時,到場航機則四面八方而來,順著標準儀器到場程序(STAR)下降,並且匯集至機場。由此可以想像離到場航機是如何地交錯爬下,如果SID和STAR之間又沒有特別將路線區隔,航機間的衝突機會將會大增。而大量到場的航機都必須最後依序降落在同一條跑道上,為了安全和秩序,近場管制就必須負起隔離(Separation)排序(Sequencing)的責任。由於航機下降至低高度時各個階段的操作數值不一,也因此造成管制上很大的難處所在,而空域不大,必須在有限的空間內引導航機以7至10浬的間距排隊進場,兩架飛機帶的太近,可能前機來不及脫離跑道,後機已經快降落而必須重飛(Go Around),或是使塔台無法將離場航機穿插在兩架降落航機之間起飛而造成離場航機的地面延誤。帶的間距太大則對空域是個浪費,所有航機都會增加飛行的時間,進而成為操作成本增加的元兇。由此可見,近場管制所要求的精準是多麼地錙銖必較,而維持精準效率的同時,又必須要兼顧標準的雷達隔離標準,困難度高,壓力也很大。看過電影空中塞車(Pushing Tin)嘛? 紐約TRACON就是近場管制單位。

並不一定所有的終端都設有近場台,主要還是視該區域空域的航情量而定。繁忙的終端區域設有終端雷達近場管制台(TRACON、簡稱近場台),並且以轉速較快(雷達更新率比較高,通常約6秒一次)的機場搜索雷達(ASR)作為搜索工具,好讓管制員能掌握航機最即時的動態。更繁忙的機場會將離場和到場分開,而新增一個專門管制離場航機的DEPARTURE席位,但是基本上任務內容是相同的。

一個終端管制區域並非只有一個雷達席位,台北近場台的大圓形範圍中,就細分為中正、松山東、松山西、桃園軍機和新竹軍機五個雷達席位,各有各的管制空域範圍,席位的劃分是視航情需求而定的,有時合併,有時甚至多開席位解決過多的航機,以紓解雷達管制員的工作壓力,進而達到安全的目標。

未設有近場台的終端機場,有的則由區域管制中心提供近場管制的服務(例如馬公、金門),有的則是根本沒有近場管制,雷達服務到某個區域即終止,由航機自行目視飛往目的地(例如望安、七美)。


航路管制(Enroute Control):

當航機一路爬升脫離離/近場管制台的空域時,就會交給航路管制。通常航路管制即由俗稱的區管中心(area control center)負責,他們負責排除近場台空域以外的航路週邊空域。航機爬升至巡航高度平飛後,航路管制員會監視著航機間的動態。航機並非固定高度不變,在到達預計爬高或下降的高度時,航機就會請求改變高度以到達較經濟的空層或是準備進入到場階段。由於高高度航機性能較差,航機爬下速率都很慢,因此航路管制員就必須判斷是否能夠允許。

同時,由於區域管制中心都是和相鄰國家的管制中心相連,過境或飛出國境的航機在兩個管制中心間都有協議的隔離標準,通常是以時間計。例如兩架A1航路上同高度飛往香港的飛機,通過ELATO的時間就必須要有至少5分鐘的間隔,若是兩架同高度經由B348航路通過POTIB至馬尼拉飛航情報區的航機,甚至需要15分鐘的間距,而這個時間還會因為前後航機的速度差異而必須做增減的調整。因此,當航機要求更改巡航高度時,航路管制員也必須兼顧這個協議,盡可能配合航機的要求,基於先到先服務的原則,適度安排航機到最適當的空層。右圖攝影/fabg

如果高空天氣一變壞,航路管制員可頭大了,飛機到處閃天氣,更是造成航路管制的壓力。航路管制範圍通常大到可以百海浬計,航路雷達通常12秒一轉,更新率較近場台使用的機場搜索雷達來的慢,而高空航機飛行速度又很快,密密麻麻的光點看起來並不比四處爬下的近場台來的輕鬆。有些區域甚至已經超出航路雷達200海浬的範圍,此時就只能運用非雷達管制(Non Radar/MANUAL CONTROL),以兩架飛機通過某定點的時間差達成前後隔離(Lateral Separation),或不同航路的左右隔離(Horizontal Separation)和不同高度的垂直隔離(Vertical Separation)並利用飛行員的位置報告(Position Report)來完成管制了。台北飛航情報區內是全雷達涵蓋,所以並不需要這樣的管制,當航機飛到南中國海或是太平洋時,當地的航路管制員就意需運用這類管制手段。但是拜科技之賜,管制員駕駛員間資料鏈路(CPDLC)的科技,讓航機可以自行即時發送位置報告,經由電腦在螢幕上模擬航機的位置,這種狀似雷達的顯示讓管制員可以讓大洋上的航機清晰可見,東京區管的洋上管制和澳洲都已經採用這種技術,大大減輕了航路管制員的困難度。

航機從塔台、近場台一路爬升至航路後,不同飛航情報區的航路管制員一路將航機交管給下一個區管中心,直到接近機場時,下高度並交管給相關的終端管制,最後會回到塔台的手上,並由地面管制帶領至機坪,完成一趟飛航任務。一架航機的安全運航,可是被全球無數管制員百般呵護照料下達成的呢!


飛航資料席(Fight Data):

上面說到的管制單位內,也都還細分著大大小小的管制員等級,從總理整體運作和決策的督導(Supervisor)、數個席位之間的協調員(Coordinator),到各個管制員外,還有一批很重要的,就是飛航資料席(Flight Data)。飛航資料席通常由管制員輪流兼管,編制較大的單位會由助理管制員或是一些並非管制編制的人員擔任。由於管制是一個團體合作,因此團隊間就有相關資訊必須傳遞。資料席便負起這個任務,必須收集並且傳遞相關的飛航情報給相關單位。情報的獲得和傳遞對於管制是非常重要的,假設一架緊急遇難的航機情報傳遞錯誤,那將會造成管制員引導上的錯誤判斷,是非常危險的。


通訊追蹤(Flight Follow)

之前都提到儀器飛行的航機,那麼目視飛行(VFR)的呢?目視飛行是依賴駕駛員眼睛看著地貌,以推測或是直接隨地標來進行導航,除了特定空域(如B類、C類空域)之外,目視飛行航機必須自行保持相關航情的目視隔離,但是廣大的天空要看到一架飛機其實並不容易,因此就有所謂的飛航通訊追蹤(Flight Follow)的服務。目視飛行航機常常低於雷達的搜索範圍,因此只能藉由語音在特殊的位置報告點報告,並且告知下一個預計報告的時間和位置。通訊追蹤會依據航機的位置提供週邊相關航情的資訊,並且持續追蹤航機的動態,如果預計報告的時間到了卻未收到報告後五分鐘就必須採取相關的行動此即守助服務(Alerting Service)(飛航及管制辦法 第六十三條 三、負責目視飛航通訊追蹤之單位於目視飛航小型航空器預計通過位置報告點五分鐘後或預計到達時間三十分鐘後,未獲得位置報告或降落資料時,應即實施通信搜索,並於完成通信搜索或通信搜索開始後十五分鐘仍未獲得該航空器確實消息時,即應通知有關單位採取搜救行動。)左上圖/高雄通訊追蹤(守望)席  蔡聖龍/攝


 

在台灣由於幾乎全區都涵蓋在管制空域內,非管制空域也都由軍方戰管單位管理,因此所有航機幾乎都在掌握之下,但是如美國如此廣大的區域,有很多空域是可以自己悶著頭飛而不需要跟管制單位連絡的(我跟朋友就幹過這種事,還在茫茫的HAZE之中),只要視自己的飛航種類在特定的空域就有不同的管制服務,航管員並非時時盯著你,天空還是開放的,只不過,並不能真的就悶著頭飛,這時候,才應該把頭抬的高高地看著機窗外,隨時做好目視隔離才是。

飛航管制是一門很複雜的學問,他牽涉到很多飛航法規的問題,也因此衍生出很多飛行員與管制員間權利義務的差異,抬頭看看蔚藍的天空,有可能就存在著不同服務性質的空域劃分。那些複雜的事情,就留給管制員們去傷腦筋吧,大家,大致知道管制世界的輪廓,能理解、看得懂就已經很厲害了!當然,管制員也都隨時隨地那裡,只要需要,波道調一調,呼叫一下,我想不會有管制員會棄你於不顧的!