A navigálás története a repülés hajnalán

A repülés kezdetén a navigáció nem volt túlbonyolítva, a földi tájékozódási pontok (templomtornyok, hegyek, vasúti sínpályák) használatával nagyszerűen el lehetett boldogulni, ha valaki az indulás előtt a térképet áttanulmányozta. A hosszabb utaknál az iránytű megmutatta merre van észak, és a térképet már magukkal is vihették, így menet közben is változtathatták már bátrabban az repülési irányt. A korai időkben a repüléseket megkönnyítendő még előfordultak kiépített földi útmutatók, amelyek például a legrövidebb utat mutatták, avagy a közeli repterekhez vezethették a gépeket.

1913-ban kiadott ’Küzdelem a levegő meghódításáért’ könyvből származó ábra a földi iránymutatók alkalmazásáról (forrás: Scharekf.hu)

Gyakorlatilag az első világháború idején ezek voltak a lehetőségek, igaz, ott a hosszú lövészárok-rendszerek szintén jól azonosítható tájékozódási pontok voltak. Ezzel együtt éjszaka vagy rossz időben istenkísértés volt a felszállás, köszönhetően annak, hogy a szabad szemmel nem látható horizont nélkül nehéz volt a gép térbeli helyzetének megállapítása, ami miatt már egy kismértékű dőlés vagy bólintás is könnyedén végződhetett az anyaföld karjaiban idejekorán.
A hosszú távú repüléseknél tehát két megoldás volt, a legkézenfekvőbb ha vizuális alapon korrigálták a számított helyzetüket a könnyen azonosítható pontok alapján, mint hegyek, dombok, tavak. Ha éppen voltak. Ha ezek nem voltak adottak, mint például a tengerek felett, akkor viszont nem maradt más, mint a hajózásból átvenni a szextánst, és a Nap illetve a csillagok helyzetére támaszkodni. Ezt a megoldást követték mind a merevszárnyú repülőgépeknél, mind a léghajóknál, ha például óceán-átrepüléseket tettek – így repülték át leszállás nélkül az Atlanti óceánt 1919-ben először egy átalakított Vickers Vimy bombázóval.

Azonban a navigáció még mindig csak a jó látási viszonyok közben volt garantált, úgyhogy valami olyan megoldást kellett találni, amely független az időjárási viszonyoktól. A rádió alkalmazása a navigációban hamar felmerült, a rádió-iránymérők megjelenése rögtön kettős céllal került képbe. Egyfelől az ellenséges rádióadások irányát figyelve meg lehetett állapítani az ellenség irányát (két vevővel és háromszögeléssel pedig ugyebár a távolságát is), másfelől pedig a navigációban is fel lehet használni, egyfajta világítótoronyként. Vagyis hát először fordítva: a léghajó volt a világítótorony (leadta rádión az azonosító jelét, és folyamatos adásra kapcsolt), és a földi rádióállomások „ernyőszerű” irányított antennákat (valójában 16-45, körkörösen elhelyezett különálló antennát) használtak arra, hogy megállapítsák, tőlük milyen irányban van a léghajó. Ezt utána továbbították a léghajónak, amely ha legalább két-három földi bázistól kapott adatokat, meg tudta a saját helyzetét határozni.

Az első világháborúban Németország erre alapozta léghajóinak navigálását, amely ugyanakkor a rádióelektronikai hadviselés egy újabb lépcsője is lett: a francia és brit rádiós felderítők képesek voltak azonosítani a közeledő léghajókat, sőt, néha (a rádiók egyedi sajátosságaiból illetve a rádiós egyedi ütemeivel adott morzejeleit azonosítva) még azonosítani is tudták az egyes léghajókat. Ha a rádiót nem akarták használni, a légvédelem miatt egyre magasabbra kényszerült léghajók lehetőségei is csökkentek, de a felhők felett repülve legalább a szextánssal való helyzet-meghatározás lehetősége megvolt. Éjszaka, jó időben a városok fényei megfelelő támpontot nyújtottak, egészen addig, amíg be nem vezették a kötelező elsötétítést. A helyzet olyan morbid megoldásokat hozott, mint például a megfigyelő kosár alkalmazása, amikor a 3-4 km magasan repülő léghajó egy-másfél kilométerrel maga alá engedett egy kis kapszulát, benne egy megfigyelővel, aki telefonon jelenthette mit lát.

A Zeppelin léghajók megfigyelőkosarát bemutató ábra

A Telefunken tovább tökéletesítette a rádiós helyzetmeghatározási eljárást tehát, hogy az efféle megoldásokra ne legyen szükség. A következő lépcső az volt, hogy adóállomásokat létesítettek, amelyeknél körben 32 antennát feszítettek ki. Minden adás az összes antenna által sugárzott adó-azonosító jellel kezdődött, illetve egy ’startjellel’, ami után az észak felé néző antennával kezdve egyenként sugárzott egymás után a 32 antenna, és a teljes kör fél percig tartott. A léghajón vagy ekkor már nagyobb repülőgépen is a rádiós a ’startjelre’ elindított egy fél perces óraszerkezetet, és amikor legerősebb volt a jel, megállította. Egy iránytű segítségével már tudhatta, hogy merre van észak, és hogy az adóhoz képest merre helyezkedik el. Az adók eltérő frekvencián működtek, így több adó jeléből már elég pontosan meg lehetett határozni a gép helyzetét.

Egy Telefunken-kompasz adótorony, ami egy gyárkéményt használ toronyként

Az első világháború után

Az első komolyabb segédműszerek az 1920-as években jelentek meg, és a működésük igen egyszerű volt, az egyik egy folyadékban lévő buborékkal a dőlésszöget mutatta meg, amelyből kettőt felszerelve már a dőlés és a bólintás irányban is nagyban megkönnyítette, hogy a pilóta a gépet vízszintben tartsa. A repülési magasság mérésére a légköri nyomás alapján dolgozó magasságmérők jelentettek segítséget, ám ezek megbízhatósága viszonylagos volt, és nem ártott figyelembe venni, hogy nem a földtől mért magasságot mutatta, így egy domb- vagy hegyoldal kellemetlen pillanatokat okozhatott.

A sebesség mérésére a légsebesség mérők nyújtottak először lehetőséget, amelyek a gép menetszelének a sebességét mérték. Ám ezeket a szél sebessége becsaphatta, ha például valójában 200km/h sebességgel haladsz (ezt hívhatjuk földsebességnek (ground speed)), de 10km/h sebességű szembeszél fúj, a kijelzett (indikált) sebesség 210km/h lesz. Ez akkor kínos, ha közvetlen számításos elven szeretnéd a helyezteted megállapítani – márpedig a legáltalánosabban használt megoldás még mindig ez volt (és egyébként ma is sokszor előkerül).

Mai szemmel nézve talán kicsit mókásan fest, de az repülésben is a II. világháború ellőtt a vizuális navigációs pontok meglehetősen általánosan voltak használva, és fejlesztve. Az US Air Mail szabvány világítótornyokat (Airways Beacon, kb. Légi útvonal jelzőfény) kezdett el telepíteni egész Észak-Amerikában a főbb városokhoz, hogy éjszaka és kevésbé jó látási körülmények között is tájékozódási pontokat nyújtsanak a repülőgépeknek. A jelzőfény egy igen erős, percenként hatszor körbeforduló fehér fény, illetve piros (következő jelzőtorony) és / vagy zöld (leszállópálya) irányjelző fényekkel, amelyeket már csak közelebbről lehetett észlelni. Egyszerű, évszázados tengerészeti háttérrel bíró megoldás, ráadásul a repülőgépekre egy térképnél és az alapvető navigációs műszereknél (iránytű, esetleg sebességmérő és magasságmérő) több nem kellett, hogy ezek alapján tájékozódjanak, így nem meglepő, hogy az 1930-as évekre már 1500 ilyen jelzőfény volt szétszórva csak Amerikában.

1924-es US Air Mail térkép a San Francisco-New York közötti útvonalról és a főbb leszállóhelyekről,
az Airways Beacon-ok ezek mentén épültek ki először

A probléma persze adott volt, csak jó látási viszonyok mellett lehetett ezeket használni, és igen költséges volt a telepítésük illetve üzemeltetésük. Ráadásul ott, ahol igazán szükség lenne rájuk, a tengerek, lakatlan vidékek felett, ezek sem segítették a helyzetmeghatározást.

Egy Airway Beaconról készült légi fénykép az 1940-es évekből,
a piros nyíl a legközelebbi repülőtér irányát mutatta

Nyilvánvaló volt, hogy a rádiós navigáció a megoldás, csakhogy továbbra sem volt egyértelmű, hogyan. A rádiós iránymérés a már említett, földi telepítésű megoldása Európában valamennyire elterjedt, de nem volt praktikus, és az egyre növekvő légi forgalommal nem tudott lépést tartani. Megoldást az iránymérő gépre telepítése nyújt, és a földön lévő rádióadókkal, amelyek adásait az iránymérővel meg lehet figyelni. Hátránya, hogy a gépen egy gyűrű alakú rádióantennát kell elhelyezni, és nem árt egy külön rádiós, aki a rádióantennát forgatva, a jel ’elhallgatásakor’ (un. ’null’ helyzetben) meghatározza a rádióadó irányát. Kettő vagy több ilyen rádió-jeladó irányának ismeretében pedig már meg lehet határozni a gép helyzetét. Ez a megoldás szinte minden nagyobb hatótávolságú katonai és kereskedelmi gépen megjelent az 1920-as évek után, és csak valamikor az 1950-es évek elején kezdett eltűnni, hogy modernebb megoldásoknak adja át a helyét.

Az a kissé jellegtelen fekete épület volt a Orfordness Körbeforgó Drót nélküli Jeladó

A britek az un. Orfordness Körbeforgó Drótnélküli Jeladó (Orfordness Rotating Wireless Beacon) rendszert tesztelték. Az 1929-ben Orford Ness mellett működésbe lépett rendszer lényege az volt, hogy egy percenként egyszer (vagyis másodpercenként 6°-ot forduló) forgó antenna adott jelet, amikor észak felé nézett, egy ’V’ morze kódot adott le (három rövid és egy hosszú jel), majd újra körbe fordult. A repülőgépen a rádiós arra figyelt, hogy a ’V’ morze kód után hány másodperccel hallgat el, ám ebből két lehetőség jött ki (amikor az antenna a gép irányába, illetve attól 180°-os szögben állt), és noha általában ez nem okozott problémát, de a hibalehetőség benne volt. Ezért később, amikor a forgásban kelet fele mutatott az antenna, egy ’B’ morze kódot (egy hosszú és három rövid) adott le, így már két viszonyítási alap volt, és könnyebb volt meghatározni a helyzetét a gépnek. Egy második jeladót is üzembe helyeztek a Farnborough reptér mellett, és 5 percenként váltották egymást azonos frekvencián (a Farnborough jeladó az észak és a kelet irányba ’G’ és ’W’ morze kódot adta le, hogy ne keverhessék össze őket). Ám az ilyen megoldások nem terjedtek el végül széleskörűen.

A rádiónavigáció új megközelítése volt a Lorenz-rendszer, amelyet a német C. Lorenz AG fejlesztett ki. Célja a rossz időjárási körülmények esetén vagy sötétben való leszállás megkönnyítése, mégpedig úgy, hogy a leszállópályájára vezeti rá a beérkező repülőgépet. A megoldás lényege az, hogy két irányított antennát helyeztek el a leszállópálya végén. A két antenna felváltva, a leszállási irányból nézve a bal oldali a másodperc 1/8-ad részéig adott, majd ez után a jobb oldali adott a hátralévő 7/8-ad másodpercben. A pilóta a rádión figyelte a jeleket, ha rövid jeleket (’pontokat’) hallott, akkor tudta, hogy a középvonaltól balra van, és jobbra kell korrigálnia. Ha hosszú jeleket (’vonalakat’) hallott, akkor tudta, hogy jobbra van a középvonaltól, és balra kell korrigálnia. Ha középen volt, akkor folyamatos jelet hallott. Ez még csak az irányt adta meg, a távolságot nem, így két ’előjelző’ rádióadó is volt, az egyik 3 km-re, a másik 300 méterre, amelyek eltérő modulációval adtak, ezek alapján pedig a megkívánt repülési magasságot is meg tudta már a pilóta. A Lorenz-rendszer gyorsan elterjedt Németországban, és azon kívül is.

A Lorenz-rendszer működési vázlata (Wikipédia)

A cikk még nem ért véget, kérlek, lapozz!