飛機在GPS發明之前如何測量速度和高度？

01-07

比如二戰時期的戰鬥力？

測量飛機速度與高度，一直也是靠測量大氣壓力（動態與靜態壓力），就算是現今的飛機也不例外。簡言之，飛機從不會用GPS作為量度速度與高度的主要手段。

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在進一步解釋儀器的工作原理前，首先要澄清一點：為何不用GPS測量速度與高度。

如果單是從航管的角度來說，GPS的確是能滿足測量絕對速度的。不過，對飛機來說，最重要的速度並非對地速度（地速，Ground Speed），而是對空氣的速度（空速，Airspeed），因為飛機是依靠保持一定速度，讓空氣流過機翼而產生升力的，如果空速不夠，流過機翼的空氣不能保持暢順而出現亂流，這樣會令飛機不能產生足夠升力，飛機就會下墮，甚至墮毀。

而高度就更複雜了，首先不同機場的標高各不相同，高地的機場，海拔較高，氣壓明顯也低得多，而且就是在海平面，也會因為天氣變化而出現氣壓的改變（我們也知道，晴天時氣壓一般較高，而低氣壓往往與惡劣天氣有關）。還有，世界各地地勢不同，就是同一氣壓（一般可以理解成同一高度），你飛過太平洋，與飛過喜馬拉雅山脈，相對於表面的距離已經有天淵之別。除非能配合機載的地勢資料庫，單用GPS也不能準確提供飛機高度的數據（當然，GPS不能測量氣壓）。這些因素也會影響高度計的設置，之後會提到。

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好了，我們先從空速談起。

皮託管（Pitot Tube）是一條在機頭往前伸出去的小管子，流動的空氣會進入管子，連接到空速計的機械。為了保證進入的空氣少受亂流影響，皮託管會伸出幾身以外一段距離。

不過流入管子的空氣，除了有空氣流動帶來的動態壓力，還有由大氣壓力而起的靜態壓力。為了抵消靜態壓力，空速計的模組也會通過機身上的小透氣孔，與外界的空氣相連。這樣會使空速計的機械內外，也會受到同樣的靜態壓力，這樣就可以將靜態壓力造成的影響抵消，因此就可以測到飛機的速度。

就這麼簡單？NO！其實還有一些問題要解決。

因為飛機一般也在高空巡航（例如超過五千米），空氣的壓力與密度也會隨之降低，就算飛機實際的飛行速度一樣，在高空巡航測得的空速，會明顯比在接近地面時要低很多。這是什麼概念？例如在10,500米，機外溫度為-60度時，通過皮託管測量的速度（指示空速，Indicated Airspeed或IAS）可能是280節，但經過校正後的實際空速（True Airspeed，TAS）卻達到480節。

除了空氣密度造成的誤差，高速空氣流進皮託管，也會發生一些壓縮，這樣會稍微提升動態壓力，令讀數偏高；幸好一般來說，這種誤差在巡航高度，也是小到可以忽略的。

對於噴射機來說，由於指示空速的誤差，一般會用另外的方式表示速度，就是用實際空速與飛行高度的音速之比，也就是一般所謂的「馬赫」（Mach）。取決於不同飛機的設計、天氣情況、載重、燃料消耗等情況，一般噴射民航機的巡航速度，會在0.75至0.9馬赫之間。

然後就是高度計（Altimeter）。相比之下，高度計的原理就比較簡單，主要是根據外面空氣的大氣壓力來測量高度。

高度計的模組中，有一個半真空的氣囊，當飛機爬升，機外氣壓下降，氣囊會膨脹，移動機械，並顯示在儀錶上（或由電子器件偵測移動變化，轉變為電腦能用的數據）。不過當中也有一些需要注意的地方，在設置的時候需要特別留意。

高度計是依據「標準大氣壓力」校準的，即是在機外氣壓為1013.2毫巴或29.92英寸水銀柱時，儀錶會顯示0（標準海平面）。巡航中的飛機，高度計也會按這一標準校準的。雖然說，天氣常常變化，而不同地方的海平氣壓，也不可能常常保持在標準（所以嚴格來說，飛機在航程中，離開地面或海面的絕對高度，總會有一定變化），但是由於巡航中的飛機，全部都會以標準大氣壓力校準高度計，所以飛機之間仍可維持準確的分離（只少對於幾十公里範圍內的飛機來說是如此）。

明眼的朋友一定會看到其中的問題了，那就是機場標高（Elevation）不可能會在海平面上的（就算是近海的一般也有數米到十數米的標高，山區的機場就更不用說了），所以在較低高度，高度計會以出發機場（或目的機場）當時的氣壓來校準，當飛機爬升到一個特定高度（稱為「過渡高度」，Transition Height），就會改為以標準海平面氣壓校準；反之，當飛機進近，下降到過渡高度以下（英語稱這種下降時用的過渡高度為Transition Level），高度計就改以目的機場的氣壓校準。

當然了，氣壓的變化，可能會導致高度計的顯示不穩定（雖然現代飛機的電腦可以對這種不穩定作出修正）；另外，在進近時（特別在山區），由於離開地表相對接近，氣壓高度計並不能準確反映飛機當前離開地面還有多遠，一旦失誤，飛機撞山了就。。。（而這樣的事情也真的發生過&>_&<）

這時候就需要另一種高度計輔助，就是無線電高度計。通過向正下方發出無線電波，並量度回波回來的時間，就可以即時知道地面離飛機有多遠。這種高度計非常準確，準確程度比氣壓高度計更高。

但是，如果用無線電高度計來量度高度，在巡航時就會發生一個大問題：飛機會因為離開地面的距離不同，而會上上下下，造成不穩定與乘客不適不在話，也會造成航管混亂，對飛行安全會帶來隱患。所以無線電高度計只會在離開地面較接近時才會使用，例如2500英尺，即600多米左右。

哪裡能查所有機場的QNH？