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5G风波让美国航班大乱 缘起何处影响几何?

来源:民航资源网 作者: 李瀚明 2022-01-19 16:38:45

专业分类航务与运行

  

  美国航空业持续了三个月之久的5G风波,最后在今天以运营商成功在美国48州大部分地方部署5G结束。为此,美国内外各航空公司需要根据NOTAM调整机队运行计划,一时半会搞得全世界的民航业都不安生。在北京时间19日的下午,各家美国内外的航空公司陆续调整。阿联酋航空、全日空、日本航空、印度航空、英国航空、国泰航空、大韩航空和中华航空等或取消了飞往美国多个目的地的航班,或通过调整机型尽可能降低影响。

  本文将简单回顾美国航空业和电信业对5G的思考。由于民航资源网的读者都是专业人士,因此我们不对争论进行讨论。

  C Band和无线电高度计的可能干扰

  无线电高度计(Radio Altimeter)使用频率在4.2GHz到4.4GHz之间的调频信号探测距离。通过周期性变化信号并计算“发送的信号”和“收到的信号”的频率差,可以计算出信号来回的时间,从而计算距离。

  为了能够在复杂的无线电环境中收取到4.2GHz到4.4GHz之间的信号,无线电高度计使用带通滤波器(Bandpass Filter)过滤信号后。对于带通滤波器而言,其具有两个截止频率,能够将输出信号的能量削减到输入信号的一半以下(-3分贝)。

  但是,由于无线电高度计的发射功率始终有限,因此如果地面具有功率远大于此的发射台,即使削减到一半,也可能对无线电高度计造成干扰。干扰因素可见于ITUM.2059中的指引(https://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/m/R-REC-M.2059-0-201402-I!!PDF-C.pdf):

  因为所有无线电高度仪天线必须要指向地球表面,使得系统容易受到进场期间发射的所有可能干扰源的影响。由于它们位于飞机上,高度仪天线无法利用对地球表面上很多可能干扰源进行遮挡或屏蔽。相反,它实际上可以在所有可能的辐射源从建筑物中泄露和从在何建筑之外工作的装置直接发射时“看到”它们。

  这种干扰具有三种可能的特征:

  1.接收器过载--接收到大量地面无关的干扰信号;

  2.灵敏度下降--无法及时反馈高度的变化;

  3.虚假的高度--干扰信号导致频率计算错误,从而高估离地高度。

  美国联邦通信委员会(FCC)这一次所批出的5G频段是3.7GHz到3.98GHz,并保留了3.98GHz到4.2GHz作为保护频段。根据FCC和波音的研究,大多数的无线电高度仪应该能在这一保护频段的保护下正常工作;但是,FAA认为很多较老的无线电高度仪可能会受到负面影响。

  无线电高度计的失效可能对美国民航带来灭顶之灾

  这一次FAA指出的主要问题(https://www.faa.gov/sites/faa.gov/files/2021-12/FRC_Document_AD-2021-01169-T-D.pdf)在于无线电高度计受到干扰时无法作为精密进近(尤其是ILS CAT II/III级别的高等级精密进近)的高度指示。

  与CAT I(最低200英尺)接受使用通过气压高度计判断的DA不同,CAT II(最低100英尺)和CAT III(最低可低至0)的精密进近要求使用通过无线电高度计判断的DH/RA。因此,如果无线电高度计不可靠的话,飞机的精密进近能力将大打折扣。

  这种折扣对于美国民航而言是致命的--作为易受暴风雪和暴雨影响的国家,美国(尤其是美国北部)是世界上部署CAT II和CAT III最多的地方之一(另一个最多的地方是容易受到大雾影响的西欧)。在全世界共228座拥有至少一条ILS CAT III跑道的机场中,美国有68座机场(西欧有102座,日本有8座,中国只有4座)。这68座机场涵盖了美国九成以上的民航交通--乘客要么从这里出发,要么到达这里。

  对于美国机场而言,ILS CAT II等高等级精密进近几乎是在感恩节和圣诞节等冬季运输旺季期间的漫天暴雪下保障航班正常率的唯一技术手段。在美国三大航空公司的总部中,位于最北端,每年冬天必下暴雪的芝加哥奥黑尔机场(ORD/KORD)在五条东西向跑道上都部署了双方向ILS CAT III系统,是世界上最大规模的ILS CAT III部署之一;而位于相对温暖的南方的达拉斯沃斯堡机场(DFW/KDFW)和亚特兰大杰克逊机场(ATL/KATL),也在三条用于降落的跑道上部署了双方向ILS CAT III系统。

  因此,美国各航空公司对于这一次的议题异常关心--如果部署在3.7-3.98GHz频段的5G信号真的干扰到了无线电高度计,那么对于美国民航业的冬季准点率可能是致命的。我们为客户的评估显示,客户在芝加哥奥黑尔机场的准点率可能要降低10-17个百分点(取决于冬天的天气),足以影响每年超过500万名旅客。

  不过,无线电高度计还有别的影响飞机的地方。例如FAA于2022年1月14日向世界各国的同行重申(https://www.faa.gov/sites/faa.gov/files/2022-01/CAN-2022-01.pdf),波音787基于无线电高度计的接地判断机制可能因无线电干扰而无法在接地后及时正常启动推力反向器和扰流板,从而可能导致飞机冲出跑道。

  对美国航空业和中美运行的影响

  此事毫无疑问把美国各地的签派员搞得头大,但对美国客货航空业的影响毫无疑问是致命的。FAA现在仅批准了两款装备在部分波音73/4/5/67、MD-10/-11和空客A31/2/3/50飞机上的无线电高度计(它们被实验室证明不会造成干扰),但一方面波音777和787这两款大型宽体客机没有获得许可,另一方面ERJ和CRJ等小型支线客机也没有获得许可。

  因此,在美国国内航线上,不但支线航线首当其冲,甚至不少干线航线都会受到显著影响--例如来往纽约拉瓜迪亚机场和华盛顿里根机场之间的航班,受限于跑道长度原因多由支线飞机执行,这些航班是必然受到影响的。

  而国际航线和货机的影响更为严重而分化。美国三大航中,以777和787作为主力国际机队的美国航空和联合航空方寸大乱,而保有A350和A330的达美航空几乎完全不受影响。而货机方面,联邦快递作为世界最大的777F用户,其受到的影响也可想而知;而反过来以747-8作为主力远程机队的UPS则躲过一劫。

  同时,世界各国飞往美国的777和787航班也会受到影响。正如文首所说,外国航空公司正在大幅度调整他们的赴美航班,力求在情况明了前避免任何不安全因素。因此,在FAA搞定事情之前,来往美国的航班还会混乱好一阵子。

  不过值得庆幸的是这并不是系统性问题--同样大规模使用精密进近的欧洲国家,由于5G使用较低的频段(3.4GHz-3.8GHz)而逃过一劫。同理,中国民航不大可能出现类似的问题--中国5G也不使用这一次事件涉及的3.98GHz左右的频段。因此,我们还是可以安心地在机场候机楼里使用5G服务的。

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