古语说：“海阔凭鱼跃，天高任鸟飞。”其实这只是一种浪漫的想象。各类的飞鸟都有自己在空中飞行的活动范围。乌鸦与麻雀的活动范围不过几十千米，燕子，天鹅等候鸟可以按季节做长达几千千米甚至更远的迁徙，但它们的飞行高度和飞行路线几乎从来都是不变的。飞机的情况与鸟类有些相似，某些小型的通用飞机只在几百千米的范围内活动，航线上的大型飞机可以在全世界范围内飞行，但是它们的飞行路线和飞行高度也是受限制的。事实上不管是鸟也好，飞机也好，谁也不能在天空中随心所欲地乱飞。为什么偌大的天空不能让飞机自由翱翔呢?原因有以下几方面：首先是各种飞机都具有不同的性能，适合这些飞机飞行的高度是不相同的。例如，大型喷气客机在起飞之后，它必须迅速升高到7000米以上的高空，在这个高度上飞行既省油而且还飞得快，但最高不能超过13000米。再往上飞，它的发动机能力就不够了。中小型飞机的活动范围在7000米以下。超音速客机的飞行高度在13000～18000米之内。第二个重要原因是飞机不论在天上如何飞，最终必须回到机场上，飞机的活动以机场为中心。在机场的上空飞机的密度最大，有起飞的，有降落的，还有从上空通过的。在这种空中交通如此繁忙的空间内，如果飞机各行其是任意飞的话，必然会发生拥挤碰撞事故，历史也曾有过这样的事故记载。因此在机场上空划出特定的区域，在这个区域中飞行的飞机必须严格遵守规定，按照空中交通管制员指定出的路线飞行。第三即使在远离机场的空域中，为了随时能掌握飞机的情况，给飞机驾驶员提供必要的气象、地形、导航等信息，以保障飞机安全飞行，飞机也必须在划定出的航路上飞行。航路相当于地面上的公路，有一定的宽度限制。飞机在这样一条不宽的通道中飞行，必然要遵守一定的交通规则才行。为了保证军事航空对空域的需要，还要划出一定的空域做为禁区或军事管制区。这样一来，虽然天空很广阔，但留给民航飞机活动的空间就十分有限了。来源：中国民航局

自1957年人类向太空发射了第一颗人造卫星之后，一种新的导航方法被引进到民航业，那就是迅速发展的卫星导航系统。现在这种导航系统从导航设施一直到地面组织管理在技术上均已比较成熟，估计在10～20年内将会全面取代现在的无线电导航系统。在卫星导航系统中，主要的无线电导航台站由地面挪到1000千米以上的高空去了，其优点是无线电波的传播基本不受地面气象、地形等因素的影响，台站的建立也不受地理条件的限制，距离也不受限制，因此可以很容易地建立起一个全球导航系统。目前使用最成功的卫星导航系统当属美国人建造的全球定位系统(GPS)。这个系统由三部分组成。第一部分是人造卫星，它由21颗卫星组成。这些卫星运行在高度为20000千米的6条圆形轨道上。每颗卫星12小时绕地球飞行一周。它们运行的路线覆盖了从南纬630到北纬630的地球上的大部分地区。卫星发射两种频率高于l000兆赫的无线电波，和光线一样直线传播，精确度高而且不受干扰。卫星轨道的设计能保证在其所覆盖的区域之内的每一点上，在大部分时间内能同时看(接收)到4个以上的卫星。系统的第二部分是地面上一系列的卫星管理站。它们的作用是跟踪、遥测和管理卫星，还要把精确的时间及其他信息传送给卫星。第三部分就是使用者手中的接收机，它在收到4个卫星发来的信号后，测定出这4个卫星的信号传送到接收地点所用的时间(这一时间从卫星所在的位置可以计算出来)，这样每颗卫星就可以对应于测量点建立一个方程式，4颗卫星建立4个方程式。其中的4个未知数是使用者所在的位置的三个坐标(x陀)和飞机的速度。在这个方程中的重要参数是时间。用无线电波传播的速度与时间相乘就得出距离。无线电传播的速度为每秒30万千米。如果时间相差千万分之一秒，距离就会差30米。因此这个系统对时间精度的要求就非常高，要求是在两千年内误差不足l秒!现在GPS接收机的使用很广泛，甚至已经普及到汽车及探险队员的手中。但是把它用做民航的主要导航手段还需时日。原因是卫星导航系统是由美国国防部开发的军用系统，它只是部分开放给民用。若要把它作为国际民航的通用导航系统，不少国家心存戒心，担心一旦发生政治纠纷或战争时，国家的民航系统将会受制于人。此外美国政府人为地把供民用的GPS的精度由l6米降低为l00米。这样的精度作为远程导航是足够的，但要为飞机在机场进近、降落、起飞各阶段做精密导航还是不够的。世界有关各国正在通过国际民航界的一致努力，期望在10～15年内建立一个由国际组织管理的，精度达到要求的全球卫星导航系统。此后飞机将在全球的任何地点都能得到精确的卫星导航，安全地进行飞行活动，这将是导航技术的第二次大飞跃，现在使用的大部分无线电导航设施那时将退居二线转成为辅助设施。来源：中国民航局 

惯性导航系统在20世纪60年代后开始进入民航。它由陀螺仪和加速度计组成。陀螺仪可以测量出飞机在各个方向角速度的变化，它的构造原理与地平仪相同。加速度计是用来测量飞机在各个轴直线方向上速度的变化。加速度计的构造原理不算复杂。当人在面朝前方乘车时，如果车辆迅速起动，人就会被一个力压到座椅靠背上。如果车辆急刹车，人的身体又会被抛向前方，这些都是加速度的作用。把一个质量块用弹簧和飞机结构连在一起，此质量块和它下面的支持面如果摩擦极小，可以自由移动的话，那么当飞机减速时，质量块向前运动，弹簧会被压缩；飞机加速时，质量块后移，弹簧就被拉长。测量此时弹簧的长度就可以算出加速度的大小。相对飞机的三个轴分别安装三个专用的加速度计，这样就可以测出飞机在每个轴方向上的加速度。根据物理定理和数学运算得知，如果知道了物体每一时刻的加速度，只要再知道了它的起始速度就能得出任一时刻的速度。如果知道物体出发的位置，运用数学公式可以得出此物体离开出发点的距离。用三个加速度计和三个陀螺仪组成了惯性测量系统，把飞机在它的三个轴上的角度变化率(角加速度)和加速度分别测出来，再用计算机对这些数据进行运算就能得出飞机在任一时刻的速度、姿态的数据。进一步就可以算出飞机已飞行的距离、方向和实际的位置。并且计算机还可以提前为飞机算出应该采用什么样的航向、速度以使飞机按照预先设定的航线飞行。惯性导航系统不依赖地面设施的帮助，飞机可以用它实现自主导航。惯性导航系统依靠在初始的位置上把以后得到的数据不断加上去来得到所需的数据，因此初始的位置数据如果不精确，以后所得出的一系列数据就都不准确。为了防止这种失误，飞机在起飞前必须在机场把当地的数据(经、纬度等)准确无误地输入系统，并对惯性导航的各种数据予以校准。惯性导航在数学运算方面，主要是使用连续相加(积分)的办法，如果每一个数据出现一点微小的误差，经过多次相加，累积起来，最后得出的数据将会与真实情况出现很大的误差，这是它长期得不到实用的主要原因。其实在飞机出现前l50年，英国物理学家牛顿就用这种方法计算出行星运行的轨道位置。可是在飞机发明后的几十年，惯性导航仍未能用到航空上去，主要因为当时这种仪器的制造精度不够而且也缺乏能准确快速运算的计算机与之配套所致。如今惯性导航仪的误差已缩小到飞行l0000千米只有不到400米的程度。当今飞机在飞越大洋和大面积的无人区时，惯性导航是最为广泛使用的有效导航手段。在有航路的地区，惯性导航的精确度不如vOR—DME系统，此外惯性导航系统设备的价格也比较昂贵，目前仅在大中型飞机上装备有这种导航设备。来源：中国民航局

飞机在广袤的天空中飞行，它是怎样在天上认路的呢?经历了漫长的发展过程，导航学问世而且逐渐成熟了。导航学就是指引飞机和船只认路的学问。早期飞机依靠地面标志和地图去认路，此时飞机不能飞得太高，驾驶员必须用双眼盯住地面，搜索标志物。有些标志容易辨认，如塔、铁路、河流等。但有些标志就看不清了，如文字标志等。有时飞机驾驶员是利用航空地图来认路的，航空地图与普通地图不一样的地方是在这种地图上标出了许多空中可以识别的地面标志物。这种早期的导航方法叫目视导航。以后，随着时间向后推移，飞机飞得越来越快，越来越高。目视导航在多数情况下应付不了了。于是驾驶员的手头除了地图外又添加了时钟和计算尺(或计算器)两种工具。时钟要求走时精确，可靠性强；计算尺(或计算器)则是经过专门设计的，有关人士把飞机飞行所用的速度、距离、角度之间的关系编制成相应的计算步骤和程序刻画在计算尺上，驾驶员在使用时，只要知道其中一个数据就可以用这种计算尺迅速得出相应的其他数据。驾驶员在选定的航线上飞行，利用时钟可以知道已飞行了多少时间，由速度表知道飞行速度，这样就可以算出在航线上已飞行过的距离。从地图上找出航线上标明的航路点，由速度算出到达这点的时间，届时从机上向下看找到这个航路点标志，就可以确认飞机正在预定的航线上飞行。那时在大飞机上设有导航员，他的主要任务就是根据地图、飞行速度、时间和其他信息算出飞机所在的位置和为了到达目的地飞机应该采取的飞行路线。这种方法叫做推测导航。以上介绍的这两种导航手段，目前在小型飞机上仍在使用，大中型飞机一般不用，只在某些特殊紧急情况下才使用。航空与航海有某些相似之处，比如蓝天和大海都是浩渺无际，茫茫一片。空中导航于是就从海上导航借鉴了一些方法。磁罗盘的使用就是其中之一。磁罗盘的指针指向地球的磁极，地球的磁轴和地轴并不重合，磁南极、磁北极和真正的南北极相距l000千米左右。利用磁罗盘测出的方向叫磁方向，这种方向的北方叫磁北。地极的北方叫真北，真北方向叫真方向。真方向与磁方向之间偏差的角度叫做磁差。飞机上的铁制零件和磁场会影响磁罗盘发生指向偏差，这个偏差叫做罗差。飞在出厂前由制造厂家测量出罗差，驾驶员在飞机上使用罗盘时得到的读数要加上罗差才能得到磁方向，再加上磁差就得到真方向。在航空地图上都标有各地的磁差。实际上飞机在飞行中大量使用的是磁航向。在中低纬度地区，磁方向与真方向的偏差不大。只有到了离极地很近的高纬度地区，磁差才变得很大。一般在南北纬60度以上的地区飞行，磁方向就不能使用了。无线电进入飞机，使导航方法发生了革命性变化。驾驶员和地面的飞行管制人员可以用无线电互相通话。这种通话使用2个不同的无线电波段。在200千米范围之内用甚高频通信，这种电波的频率在1 18兆赫到135兆赫之间，直线传播，可以有很多频道。这种通讯方式用在机场附近的繁忙的空中交通空域里，而这个区域正是管制员需要处理问题最多的地方。对于超过200千米的通讯联络，使用高频通讯。高频电波和短波广播电台使用着同样范围的频率，这种电波在天空和地面间来回反射可以传播上千千米，但是频道少、通讯质量不太稳定，用于飞机和远距离的地面台站的联系。有了以上介绍的这两种通讯方法，地面和空中就建立起双向联系，管制员就能够及时地知道飞机的位置、高度等情况。他可以给驾驶员下达指令，提供导航信息，指导飞机的飞行。来源：中国民航局

假如你乘飞机从美国旧金山飞回北京，虽然飞行时间仅用了十几个小时，但日子却跳过去一天，无形中丢了一天，这一天哪里去了?17世纪末，一些人由英国出发越过大西洋，又横穿了美国大陆，最终到达太平洋的东岸。他们在此遇到了由欧洲出发向东走，通过西伯利亚又跨过白令海峡的俄国探险队。这两拨人之间发生了一场争论，英国人的日期比俄国人多了一天。双方都有确凿的记录为证，谁也说服不了谁。最后这场争论由俄国圣彼得堡的科学家给出了答案：原来双方的记录都没错，问题出在这两批人共同完成了绕地球一圈的旅行，等于替地球转了一圈，如果按照后来国际的统一规定，英国人的记录日期就是对的，俄国探险家就是错的。在上面介绍区时的概念时，大家已经知道在同一时刻内，世界不同地区之间的时间可以相差24小时，也就是整整一天。问题出来了，这一天究竟应该从哪里开始，也就是从哪一条经线开始呢?在开始的那条经线记录时间为0时(也就是子夜12时)，开始了新的一天，由它向西的地方会依次迎来这新的一天。这条经线的地球另一面上， 此时太阳高照， 正是前一天的中午12时，而由此再向西去，则是前一天的下午或晚上。转了一圈再回到开始的那条经线，在线的东边，时间仍为子夜l2时(也就是0时)，可这是前一天的子夜l2时，新开始的一天比这条经线的东边整整晚了一天。这样就必须定出一条经线做为全球日期的起始线，大家才好记录日期。这条线叫做日界线或国际日期变更线。线的两侧日期相差一天，为了方便同一块陆地上的人使用同一日期，这条线最好不要穿过有人居住的大片的陆地。于是有关人士就把这条人为的日期变更线基本定在180°的经线上，这条线在太平洋上，除了无人居住的南极洲外，只穿过很少的陆地，为了避开这些半岛或岛屿，这条线在白令海峡和太平洋南部共有三处弯曲。因为有了日期变更线的缘故，所以日期变更线西面的日期比东面的日期要多一天。当你乘飞机从中国向东飞到美国时，日期要减一天，反之，当你返回中国时，日期又要加一天。现在我想你一定明白了这失去的一天是怎么一回事了。来源：中国民航局

时间是一个看似简单而又十分复杂的概念。长久以来，时间被认为是一个绝对的永恒的流逝过程。直到2°世纪初，在科学家对光速的研究中，这种时间观念碰到了意料之外的困难，后来由天才的物理学家爱因斯坦揭开了时间的奥秘。原来时间并不是绝对的，时间是和运动相连的；运动改变，时间也会改变，时间由运动来度量。我们的祖先很早就找到了以地球的运动作为度量时间的标准。在北半球的某一地点，连续两次在正南方对准太阳也就是地球转动一周所经过的时间称为1天。把1天等分为24份， 每份叫1小时，1小时再被分成60份，每I份又可分成60秒。这种计时方法就是按照地球的自转建立起来的时间系统。1天是从子夜的。点起始，太阳在正南方时为l2点，再过l2个小时又回到0点。为了避免上下午和黑夜白天的混淆，航空业通用24小时制，用13点、l4点代替下午I点、下午2点的说法。早在两千多年以前，我国先民已经发现在不同地区太阳出现在正南方的时间是不同的，东部地区的太阳经过正南方的时间比西部地区早，用现在的地球坐标来描述即地球上经度不同的两个地方时间不同。在小范围内时间不同这一差别所造成的麻烦还不突出。l6世纪以后，新大陆被发现，地球的海上航行开始了。当时钟表已经普遍用于计时，人们发现从英国到中国香港的海上航行，按时钟计算的时间总要比在当地用太阳计算的时间少8个小时，即轮船到达香港按钟表的指针表示出的时间是上午8点，可是此时香港上空的太阳却已偏西了，当地已经是下午4点，糊里糊涂地就丢失了8个小时。而当轮船从香港返回到英国时，这8个小时又神奇地补回来了。经过研究，科学家才弄清楚了在不同经度上以太阳为基准确定的时间都是不相同的。经度相差1°的两个地方，时间就差4分钟。以当地的太阳运行所确定的时间叫地方时。在小范围内，地方时差别不是很大，例如北京与天津的地方时相差仅54秒，这时地方时还可以使用。但在相隔较远的两个地区，各用各的地方时，这问题可就大了。为了协调这种差异，召开了国际会议制定了国际区时制，把地球划分成不同的区域，每个区域使用统一的时间。会议决定把地球表面按经度处理，每相差l5°，时间就相差l小时。以l5°做为一个区域，每区的中央经度称为标准经度，这个经度的东边7．5°和西边7．5°之间构成一个时区，在这个时区内都使用中央经度的时间，这种时间被称为区时。0°经线向东7．5°和向西7．5°之间称为0时区。从0时区向东称为东区，从东1区一直排列到东12区；向西为西区，从西1区排列到西l2区。东西l2区相互重合是一个时区，其标准经度是180°。有了时区制使全世界各地区的时间统一为24小时的标准时间，每2个相邻时区的区时之差正好是l小时，使用起来十分方便。使用区时固然给大范围的活动和时间换算带来极大的方便，但是对于像中国这样的大国，疆域辽阔，东西横跨5个时区，时间相差5小时，在组织各种国内的活动时，使用区时却很不方便。于是我国中央政府就选定了以首都北京所在的东8区的区时作为全国各地统一使用的标准时间，这就是北京时间。准确一点说，东8区的标准经度是l20°，北京在120°以西3°41’，北京的地方时比东8区的区时(北京时间)晚l5分钟。使用北京时间在国内各地旅行非常方便，旅客的手表不用随地点不同而经常拨动。但在横向距离北京较远的一些地区，使用北京时间在生活中也有不便之处。比如在乌鲁木齐，夏天到了晚上l0点，太阳还高挂在西方的天空，而冬天早晨9点太阳还未升起，因此当地群众的作息时间还要按照当地的区时适当调整。并不是所有的大国国内都使用统一的时间，例如美国国土横跨5个时区，各区分别使用当地的区时。当旅客做横越美国东西部的旅行时，他还需要多次拨动手表才行。现代飞机的飞行速度不断增加，航空活动也与日俱增。使用区时制有时也会不方便。举一个明显的例子：超音速飞机的飞行速度可以和地球转动的速度一样快，用这种速度追着太阳飞，在整个飞行过程中，将会出现日不落的景象。用区时制计算，这架飞机上的时间几乎固定不变，这一现象显然和利用时间的长短来衡量运动距离长短的要求产生了矛盾。于是就出现了世界时，它把地球看做一个区域来计算时间，以0区的时间做为标准时，也叫世界时，或者叫格林尼治时间。科学不断进步，科学家发现地球的转动并不均匀，有时快一点有时慢一点，每一天可能相差几分钟。在高速飞行时，一秒钟之差飞行距离就可能相差几百米，因此在航空业中需要使用一种更精确的时间。20世纪初发现了原子共振现象，原子振动频率的稳定性和精确性都超过了地球转动。用原子共振制成的钟叫原子钟。用原子钟所测出的地球自转一周的平均时间是23小时56分04秒。用原子钟来度量时间的精确度比普通的时间系统要准确许多倍，上千年不差一秒。但这种计时与用太阳计时每天可能相差几分钟，长期积累下来就和世界时出现较大的差别，于是又使用了闰秒的办法来协调原子钟计时与世界时的差别，这种计时的系统叫做协调世界时，缩写是UTC。它的精确度远高于世界时，它们之间的报时差别在任何时间都不会超过一秒钟。国际民航组织规定全世界民航业统一使用协调世界时。来源：中国民航局