ГЕОДЕЗИЯ, АДРЕНАЛИН, ЕНТУСИАЗЪМ

alexandrov_b@abv.bg

„Освободете полосата за кацане незабавно!“ – най-омразната за мен команда от авиодиспечера на контролната кула по време на тежките нощни измервания на пистата за излитане и кацане…Минути след това над главите ни се плъзва гладко с ревящ шепот корема на гигантския товарен самолет „Руслан“, кацайки на летище Бургас. От толкова близо машината изглежда потресаващо голяма, а заедно с придружаващия я грохот, изпълващ пространството се получава нещо подобно на кадри от „Империята отвръща на удара“… Задължението ни е да сме на минимум 60 метра от бетонната полоса докато трае кацането и маневрата на всеки самолет, бил той и двумоторен комар. А това пък значи да тичаме през глава заедно с тежкия триангулатор, тринога и още куп дреболии, подобно на филм за бомбардировките…Тичаш приведен с багажите, а над главата – самолет на около 5-6 метра…След 5 минути отново крос, но в обратна посока – към пистата, светкавично центриране и хоризонтиране, начало на мерене, студ, напрежение…и отново „онзи глас“, с добре омръзналата ми команда. И пак тичане. С няколко думи това представлява работата по определяне на астрономичен азимут на пистите за излитане и кацане на гражданските летища. Пропуснах една „дребна“ подробност – всички тези акробатики се изпълняват нощем, тъй като измерванията се правят чрез измервания по астрономичен способ.

Цялата отговорност за сложните измервания в зимни условия беше поета от двама преподаватели от УАСГ – гл.ас. д-р Борислав Александров и ас. Йордан Йорданов, както и един специалист от БАН.

Но нека първо да уточним защо се налагат тези полудесантни действия на полосата за излитане и кацане.

Безопасността на авиационните полети изисква достатъчно надеждни специализирани съоръжения, които да осигуряват процесите на излитане и кацане на самолетите. Най-съществен елемент на един летищен комплекс се явяват пистите за излитане и кацане (ПИК), основното изискване за които е да бъдат подходящо обезепечени в навигационно отношение, за осигуряване на най-сложните фази на полета – излитането и кацането. Пистите обикновено са ситуирани съобразно спецификата на района, на базата на дългогодишни данни за метеорологичните особености и според  релефа на местността.

В процеса на полета се взима предвид информацията от магнитните компаси, разположени на борда на машините, макар че понастоящем основната роля в навигационно отношение се пада на GPS системите. При обезпечаване на пистите магнитният азимут се показва в двата края на пистата, като изобразяването му е с точност до 5⁰. Така се наричат и краищата на всяка една полоса за излитане и кацане – прагове, със съответният азимут, изписан само до десетки градуси. Например пистата на летище София е ситуирана така: Праг 27 и Праг 09, което означава азимути на оста съответно 270⁰ и 90⁰, със споменатата вече точност от 5⁰. Така читателят лесно може да се ориентира, че пистата е изградена в направление „изток-запад“. От навигационна гледна точка, в техническата документация, пистите са обозначават със своя азимут, който бива истински и магнитен, различавайки се помежду си със стойността на магнитното склонение.

Схема на ПИК на летище София

С течение на годините магнитното склонение се натрупва и идва момент, в който изобразеното число за магнитния азимут не съответства на истинското и тогава се налага промяната му. За целта се извършват прецизни наблюдения за определяне на астрономичния азимут, както и точни магнитни измервания за установяване на магнитното склонение. При сравнението на резултатите, ако се налага, се извършва корекция на обозначените на праговете азимути. Тези корекции се отразяват в техническата документация на летището и се разпространяват до всички авиодиспечерски служби по света.

Нека да отделим и необходимото внимание на самата писта и нейните технически параметри (тук става дума за старата писта на летище София). Дължината й е 2800 метра, при използваема ширина 45 метра. За ориентация е изградена сложна система от светлини, разположени по краищата на пистата. Входно-ограничителните светлини са 12 на брой и са в зелен цвят, страничните са през 60 метра, двустранно насочени, а осевото осветление са жълти лампи през 30 метра. В последните 300 метра светлините са само червени и ограничават пистата. В началото на полоса 27 има светлинен килим, с цел  обозначаване  зоната  на  кацане. Самият  светлинен  килим  представлява  няколко  реда  вкопани  в  бетона  лампи.

Снижението за кацане се извършва под ъгъл 3⁰, което визуално се контролира от светлинна система тип РАРI. Тази система е  комбинация от бели и червени секторни  светлини. Ако при снижаването самолетът слезе на ъгъл по-малък от 3⁰, пилотът  вижда  червени светлини. Ако  е  на ъгъл, по-голям  от 3⁰, вижда  бели  светлини.

На разстояние 900 метра преди пистата на полоса 27 се  намират  насочващите светлини, които служат за насочване на подхода, а на полоса 09 са само  300 метра. Поради тази причина при лоши метерологични условия и лоша видимост кацането се извършва само на полоса 27.

Пистата за излитане и кацане е оборудвана с радиосредства за насочване и точен подход при кацане като системата ILS (Instrument Landing System), инсталирана само на полоса 27.

За да разберем как се извършват измерванията за определяне на азимут първо трябва да припомним какво представлява астрономичният азимут.

Под астрономичен азимут на земен обект се разбира ъгълът между меридианната равнина и вертикалната равнина, минаваща през топоцентъра и обекта, отчитан в геодезията от северната точка на хоризонта към изток, юг и запад.

Определянето на астрономичен азимут А на направлението от точка В₁ към точка В₂ се състои в измерване на хоризонталния ъгъл а-а_*между обекта и светилото и определяне на азимута на светилотоА_* за този момент.

А = А_*+(а-а_*)

Ако от отчета към звездата а_*се извади азимутът на звездата А_*се получава отчета а_Nза северната точка на хоризонта:

а_N= а_* – А_*

От отчета към обекта а се изважда отчетът за северната точка на хоризонта и се получава азимутът на обекта:

А = а – а_N

Отчетът към звездата трябва да се поправи заради наклона i на хоризонталната ос. Трябва да се има предвид, че ако е наблюдавано Слънцето към отчета a_* трябва да се добави влиянието на видимия му радиус R_O. Тогава формулата се преобразува в:

Тук наклонът i на хоризонталната ос се смята за положителен, ако левият край на хоризонталната ос е по-висок. Тъй като наблюдаваните земни обекти са приблизително на хоризонта се приема i.ctgz ≈ 0. Ако z не е близо до 90°, то a ще трябва да се коригира с i.ctgz, като хоризонтално-осовата либела ще трябва да се отчита и при наблюдението на земния обект.

Измервания от прага на пистата

Най-общо методите за определяне на астрономичен азимут могат да бъдат  разделени на метод за определяне на азимут от измерени зенитни разстояния и метод  за определяне на азимут от часов ъгъл (известно време) на небесни светила.

Определяне на астрономичен азимут А на направление от дадена точка се състои в измерване на хоризонталния ъгъл между обекта и една звезда и определяне на азимута на звездата А^* за този момент.

За определяне на астрономичния азимут на пистата за излитане и кацане е избран методът, при който се определя азимут по Полярната звезда при известно време. Основание да бъде избран този метод дават неговите съществени  преимущества, които  могат да бъдат резюмирани по следния начин:

• Полярната звезда е със звездна величина m = 2.1, незалязваща за цялото Северно полукълбо и може да бъде наблюдавана, както през цялата нощ, така и рано сутрин преди изгрев Слънце;
• Методът е достатъчно прост и елегантен, както при извършване на самите наблюдения, така и при тяхната обработка;
• При използване на подходящ инструмент за наблюдение (теодолит триангулатор) и уред за измерване на време (хронометър), методът удовлетворява поставените изисквания за точност;
• Грешката, която се прави при определяне на времето (момента на наблюдение на звездата) не оказва съществено влияние върху точността на определения азимут;
• Най-подходящите условия за определяне на време от часов ъгъл на небесно светило са когато то е около полюса, в най-голяма дигресия или около хоризонта.

Наблюденията на Полярната звезда се извършват на вертикална нишка, като ширината  φ, видимите координати на звездата – ректасцензията  a  и  деклинацията  d,  се считат за известни, а моментът на наблюдение U се отчита.

Определя се момента на наблюдение, освободен от  хода на хронометъра:

u = U + ΔU

 и  момента  на  наблюдение  по  местно  звездно  време  s.

s = m + S₀ + μm – mλ

където:

m = M + λ  е  местно  средно  време

М – Световно  време (Гринвичко  средно  време)

λ – астрономична  дължина

S₀– звездно  време  за  0 часа  Световно  време

μ – коефициент  за  преход  от  средно  към  звездно  време

Часовият  ъгъл  на  Полярната  звезда  се  определя  от  разликата:

t = s – α

Азимутът на Полярната звезда се определя по формулата:

Азимутът на земния обект се получава за всяко положение на инструмента – кръг ляво и кръг дясно по формулата:

А_об = а_об – [(a^* + i^* ctgz^*) – A] 

където:

а_об и a^* са отчетите по хоризонталния кръг съответно към земния обект и Полярната  звезда;

i^* – наклон  на хоризонталната ос на инструмента;

z^*– зенитно разстояние на Полярната  звезда.

Астрономичните наблюдения за определяне на азимута са извършени с теодолит WILD T2 с директна точност на отчитане 1^сс, която напълно  задоволява  поставените  изисквания  за  точност.

За  отчитане моментите на наблюдение на Полярната звезда е използван морски хронометър с директна точност на отчитане половин секунда. За извеждане хода на часовника на морският хронометър е сверяван на всеки кръгъл час – 12 часа преди и след извършване на наблюденията.

Наблюденията за определяне на астрономичен азимут Полярната звезда се извършват в следната последователност:

1.   Насочва се зрителната тръба на инструмента към земния обект и се отчита хоризонталния кръг – а_об^Кр.л.

2.   Насочва се зрителната тръба на инструмента към Полярната звезда и се отчита времето по часовника U, хоризонтално осовата либела и хоризонталния кръг – а_об^Кр.л;

3.   Обръща се инструмента при кръг дясно;

4.   Насочва се зрителната тръба на инструмента към Полярната звезда и се отчита времето по часовника U, хоризонтално осовата либела и хоризонталния кръг – а_об^Кр.д;

5.   Насочва се зрителната тръба на инструмента към земния обект и се отчита хоризонталния кръг – а_об^Кр.д;

Определянето на ширината и дължината на праговете на пистата за  излитане  и  кацане са определени с GPS  приемник  Garmin, осигуряващ  точност  по  положение  от около 5 m., т.е. точност  по-малка от една дъгова секунда.

При изискванията за точност на  астрономичния азимут, разликата между  астрономическите и геодезическите (елипсоидни) ширина и дължина  е несъществена.

Магнитометрични измервания

Контрол на разликите между правите и обратни азимути.

Изменението на азимута при придвижване по геодезическа линия (върху  елипсоида), изразено чрез линеен елемент DS и представено чрез крайни нараствания  се дава с формулата:

където N е нормалният  радиус  на  кривина.

За да бъдат приведени астрономичните към геодезически азимути, се правят  корекции заради:

• Надморска височина (наделипсоидна височина) на наблюдаваната точка
• Заради дължина на геодезическата линия между две точки
• Заради отклонението на отвеса в точката на наблюдение.

От трите корекции, съществена в случая е само последната, тъй като стойностите на другите са по-малки от секунда.

В  таблиците са дадени разликите между правите и обратни азимути получени от наблюденията и изчислени по представените формули.

Координати  на  праговете  на  пистата  за  излитане  и  кацане  на  летище  София

Табл.1

Астрономични  азимути на  пистата  за  излитане  и  кацане  на  летище  София

Табл.2

Сравнение  на  разликите  между  правите  и  обратни  астрономични  и  елипсоидни  азимути

Табл.3

Тази методика на работа беше използвана напълно успешно през 2001 година при определяне правите и обратни азимути на шест граждански летища у нас – София, Пловдив, Варна, Бургас, Горна Оряховица и Русе. Получените резултати бяха анализирани съвместно с магнитометричните измервания и беше направена окончателна оценка на съответствието на азимутите и обозначенията на праговете. От нея стана ясно, че изобразените цифри на праговете на всички писти за излитане и кацане показват коректно азимутите и не се налага за този момент промяната им.

Така бяха успешно приключени тези много отговорни и крайно тежки измервания, извършени при зимни условия – отрицателни нощни температури, почти винаги гъста облачност и често излитащи и кацащи самолети.

И макар, че цялата дейност беше извършена безвъзмездно, за изпълнителите остана онова особено чувство на удовлетворение за прекрасно свършена екстремна работа, както и мисълта, че сме дали всичко от себе си за да могат хиляди пасажери спокойно да наблюдават от високо, в креслата на самолета, приближаващата се писта за кацане. Значи сме били полезни за хората с нашите: геодезия, адреналин и ентусиазъм…