Loty transatlantyckie: jet stream, trasy i nawigacja oceaniczna
Lot z Europy do Ameryki Północnej trwa 7-9 godzin w jedną stronę i około 8-11 w drugą. Różnica wynika z prądu strumieniowego, o którym za chwilę. Trasa na ekranie w zagłówku wygląda jak prosta linia, ale rzeczywista droga samolotu jest zupełnie inna – i każdego dnia inna.
Dlaczego trasa nie jest prosta
Na płaskiej mapie wydaje się, że z Londynu do Nowego Jorku powinno się lecieć poziomo – wzdłuż tej samej równoleżnicy. W rzeczywistości najkrótsza droga między dwoma punktami na sferze to łuk koła wielkiego. Przebiega on bardziej na północ, niż wskazywałaby zwykła mapa Mercatora – często w pobliżu Islandii lub Grenlandii.
Ale i ten łuk to tylko punkt wyjścia. Rzeczywista trasa uwzględnia jeszcze wiatr.
Prąd strumieniowy i trasy NAT
Na wysokości przelotowej – około 10-12 km – wieje prąd strumieniowy. To wąski strumień powietrza o szerokości kilkuset kilometrów, poruszający się z zachodu na wschód z prędkością 100-300 km/h. Trafienie w niego podczas lotu do Europy skraca czas podróży o godzinę i znacznie zmniejsza zużycie paliwa. Lot pod prąd – z Europy do Ameryki – oznacza stratę czasu i pieniędzy.
Właśnie dlatego trasy przez Atlantyk zmieniają się każdego dnia. System nosi nazwę NAT HLA – North Atlantic High Level Airspace. Codziennie dwa centra kontroli – Shanwick i Gander – wspólnie publikują zestaw tras oznaczonych literami od A do Z. Linie lotnicze wybierają odpowiednią trasę w zależności od kierunku, czasu odlotu i prognozy pogody.
Shanwick Oceanic Control – wspólny organ Irlandii i Wielkiej Brytanii, fizycznie mieszczący się w Prestwick w Szkocji. Nazwa jest złożona: Shannon + Prestwick – historycznie dwa centra dzieliły między sobą zadania, potem je połączono. Shanwick odpowiada za wschodnią część północnego Atlantyku.
Gander Oceanic Control – kanadyjskie centrum w Nowej Fundlandii, obsługuje zachodnią część oceanu. Gander był strategicznym punktem uzupełniania paliwa jeszcze podczas II wojny światowej, kiedy zasięg samolotów nie pozwalał na przekroczenie Atlantyku bez lądowania.
Shanwick i Gander odpowiadają za północne trasy NAT, ale nie są jedynymi centrami nad Atlantykiem. Cały ocean podzielony jest między pięć stref odpowiedzialności. Oprócz tych dwóch północnych są jeszcze trzy:
Reykjavik OACC – islandzkie centrum, zarządza przestrzenią powietrzną nad północną częścią Atlantyku i Morzem Grenlandzkim.
New York OACC – amerykańskie centrum pod zarządem FAA, obsługuje strefę na wschód od wybrzeża USA, na południe od Gander. Przez nie przebiegają trasy ze wschodniego wybrzeża Stanów i Karaibów do Europy.
Santa Maria OACC – portugalskie centrum na Azorach, zarządza środkowym Atlantykiem. Tędy przebiegają trasy z Europy do Ameryki Południowej i Afryki Zachodniej. Azory są jednym z głównych lotnisk zapasowych dla lotów transatlantyckich.
Wszystkie te centra działają bez radarów – nad oceanem ich po prostu nie ma. Pozycje samolotów przekazywane są przez głosowe radio krótkofalowe lub przez satelitę, a załoga ma obowiązek meldować się co 10-40 minut.
Trasy zachodnie (z Europy do Ameryki) ukazują się około 23:00 UTC, wschodnie (w drugą stronę) – około 14:00 UTC. Współrzędne i wysokości za każdym razem są inne. Konkretną trasę załoga poznaje krótko przed odlotem.
Jak działa przestrzeń bez radaru
Nad Atlantykiem nie ma naziemnych radarów. Sygnał po prostu tam nie dociera. Do połowy lat 2010. kontrola ruchu lotniczego opierała się wyłącznie na głosowych meldunkach załogi przez radio krótkofalowe oraz na ścisłych zasadach separacji – samoloty utrzymywały między sobą co najmniej 10 minut odstępu czasowego na tej samej trasie i 60 mil morskich w bok.
Od 2015-2020 roku sytuacja się zmieniła. Większość samolotów dalekiego zasięgu wyposażona jest teraz w system ADS-B – stale nadają swoje współrzędne, które odbierają m.in. satelity sieci Iridium. Pozwoliło to zmniejszyć odstępy i równocześnie wprowadzać nad ocean więcej samolotów.
Na jakiej wysokości i z jaką prędkością leci samolot
Wysokość przelotowa to zazwyczaj 33 000-41 000 stóp, czyli 10-12,5 km. Dokładna wysokość zależy od obciążenia: ciężki samolot na początku trasy nie jest w stanie osiągnąć maksymalnego pułapu – dotrze do niego później, gdy wypali część paliwa. Nazywa się to step climb – samolot wznosi się etapami w miarę jak robi się lżejszy.
Prędkość przelotowa to około 900 km/h względem ziemi przy wietrze w plecy, 800-850 bez niego. Liczba Macha, na którą orientuje się załoga, wynosi zwykle 0,84-0,85. To nie jest maksimum dla danego samolotu, lecz prędkość ekonomicznie optymalna.
Paliwo i lotniska zapasowe
Lot transatlantycki to jedno z najtrudniejszych zadań pod względem planowania paliwa. Samolot zabiera paliwo na trasę, plus zapas na przelot do lotniska zapasowego, plus rezerwę na nieprzewidziane okoliczności. Przy starcie Boeing 777 lub Airbus A350 może ważyć nawet 100-120 ton więcej niż po wylądowaniu – wyłącznie z powodu paliwa.
Lotniska zapasowe dla lotów transatlantyckich to osobny temat. Nad środkiem oceanu najbliższy port lotniczy leży na Azorach (Lajes), w Gander w Kanadzie lub w Reykjaviku. Właśnie dlatego w sytuacjach awaryjnych samoloty lądują właśnie tam – to nie jest przypadkowy wybór, lecz element planu układanego przed odlotem.
Samoloty dwusilnikowe – Boeing 787, Airbus A350, A330 – latają przez Atlantyk według zasad ETOPS (Extended-range Twin-engine Operations). To certyfikat oznaczający, że samolot może znajdować się nie dalej niż X minut od najbliższego lotniska przy pracy jednego silnika. Większość nowoczesnych maszyn ma ETOPS-180 lub ETOPS-240 – czyli może lecieć 3-4 godziny na jednym silniku do lotniska. Bez tego certyfikatu taka trasa byłaby niemożliwa.
Łączność i nawigacja nad oceanem
Nad Atlantykiem nie ma zasięgu sieci komórkowych. Łączność lotnicza odbywa się przez radio krótkofalowe (KF) oraz SATCOM – łączność satelitarną. Załoga okresowo melduje pozycję, wysokość i szacowany czas do następnego punktu – nawet teraz, gdy działa automatyczna transmisja współrzędnych przez ADS-B.
Nawigacja opiera się na inercyjnych systemach nawigacyjnych (IRS) i GPS. IRS nie zależy od zewnętrznych sygnałów – oblicza pozycję na podstawie przyspieszeń, wychodząc od punktu wyrównania przed odlotem. GPS koryguje narastający błąd. Oba źródła działają jednocześnie.
Internet dla pasażerów na lotach transatlantyckich działa przez satelity – najczęściej Viasat lub Inmarsat. Prędkość bywa niestabilna, ale do komunikatorów wystarczy. Nad środkową częścią oceanu zdarzają się przerwy w zasięgu trwające 30-60 minut.
Dlaczego lot na wschód i zachód to dwa różne doświadczenia
Z Nowego Jorku do Londynu samolot leci średnio 6,5-7,5 godziny. W drugą stronę – 8-9,5 godziny. Czasem różnica na tej samej trasie sięga 2 godzin. Wszystko przez prąd strumieniowy: na wschód popycha, na zachód hamuje.
W wyjątkowych przypadkach, gdy prąd strumieniowy jest szczególnie silny, samoloty lecące na zachód obierają kurs znacznie bardziej na południe niż zwykle – dosłownie na szerokości Hiszpanii i Portugalii, omijając ten strumień. Dodaje to trochę kilometrów, ale oszczędza czas i paliwo.
Bo Ziemia jest sferą, a mapa na ekranie to płaska projekcja. Najkrótsza odległość między dwoma punktami na sferze to łuk koła wielkiego, który na płaskiej mapie Mercatora wygląda jak wygięcie ku górze. W rzeczywistości to właśnie jest droga na wprost.
Trasa przez wysokie szerokości geograficzne to właśnie jest “na wprost” – zgodnie z łukiem koła wielkiego. Do tego dochodzi korzystne położenie prądu strumieniowego. To nie jest nadkładanie drogi, lecz geometrycznie najkrótsza trasa plus wiatr w plecy.
Przed odlotem załoga zna kilka lotnisk zapasowych wzdłuż trasy. Najczęściej są to Azory (Portugalia), Gander lub Goose Bay w Kanadzie, Reykjavik w Islandii. W razie potrzeby samolot kieruje się do najbliższego z nich – w zależności od miejsca na trasie zajmuje to od 30 minut do 2 godzin.
GPS nad Atlantykiem działa – satelity nigdzie nie znikają. Ale nawet bez niego samolot korzysta z inercyjnych systemów nawigacyjnych (IRS), które obliczają pozycję na podstawie ruchu i przyspieszeń. Po 7-8 godzinach lotu IRS kumuluje niewielki błąd – GPS go na bieżąco koryguje.
Prąd strumieniowy wieje z zachodu na wschód. Lot z Ameryki do Europy odbywa się z wiatrem w plecy o prędkości 150-300 km/h – samolot porusza się znacznie szybciej względem ziemi. Lot powrotny – pod ten sam wiatr, stąd różnica rzędu 1-2 godzin.
W samym środku Atlantyku, mniej więcej między Azorami a Nową Fundlandią, pod samolotem nie ma ani jednej wyspy przez 1 500 kilometrów w każdym kierunku. To jedyne miejsce na trasie, gdzie do najbliższego lądu jest dalej niż w jakimkolwiek innym punkcie całego lotu.