Jak działa wysokościomierz w samolocie?

Ale jak dokładnie działa ten instrument pokładowy i dlaczego piloci nie mogą polegać na zewnętrznych systemach, takich jak GPS czy radiowysokościomierz?

Mierzy on ciśnienie atmosferyczne i na tej podstawie wylicza wysokość nad poziomem morza. Wzrost wysokości oznacza spadek ciśnienia atmosferycznego (nacisku powietrza), gdyż jest go „mniej nad głową” – ten prosty związek jest wykorzystywany do określania wysokości lotu.

Zasadniczo przyjmuje się, że standardowe ciśnienie atmosferyczne wynosi 1013 hPa, co odpowiada wysokości 0 metrów nad poziomem morza (n.p.m.). Z kolei przy 200 hPa urządzenie pokaże 39 000 stóp, czyli około 12 kilometrów. Przyrządy skalowane są w stopach lub metrach w zależności od regionu, w którym operuje samolot.

Ciśnienie atmosferyczne zmienia się w zależności od miejsca na Ziemi oraz warunków pogodowych. Dlatego piloci muszą dostosowywać swoje przyrządy do QNH, czyli ciśnienia lokalnego, zarówno podczas startów, lądowań, jak i lotów na niskich wysokościach.

Wysokościomierze muszą być skalibrowane zgodnie z aktualnym QNH, ponieważ błędne odczyty mogą prowadzić do niewłaściwego oszacowania rzeczywistej wysokości nad ziemią. Przykładowo, w warunkach niskiej temperatury, ciśnienie spada szybciej niż przy standardowych warunkach atmosferycznych. Przy temperaturze -10°C różnica w odczycie wysokości może wynosić nawet 10%. Oznacza to, że mimo iż wysokościomierz pokazuje 1000 stóp, faktyczna wysokość wynosi zaledwie 900 stóp.

Radiowysokościomierz mierzy wysokość nad terenem, a nie nad poziomem morza, przez co jego użycie jest ograniczone do lotów na małych wysokościach i lądowań. Na dużych wysokościach nie ma on sensu, ponieważ odległość od gruntu nie jest kluczowa – liczy się separacja względem innych statków powietrznych. Ponadto, nie uwzględnia on wysokości lotniska, na którym samolot ma lądować, co mogłoby wprowadzać błędne odczyty w trakcie podejścia do lądowania.

W nawigacji lotniczej wyróżnia się dwa kluczowe pojęcia: transition altitude (wysokość przejściowa) i transition level (poziom przejściowy). W Polsce ta pierwsza wynosi 6500 stóp, co oznacza, że poniżej tej wysokości piloci muszą korzystać z ciśnienia lokalnego. Z kolei poziom przejściowy, na którym podczas zniżania przestawia się ciśnienie na lokalne (QNH), to minimum 8000 stóp. W innych krajach wartości te mogą być inne i zawsze trzeba je sprawdzać, są np. na kartach procedur odlotowych (SID) i dolotowych (STAR).

Po przejściu na QNE, piloci operują na tzw. poziomach lotu (flight levels). Przykładowo, FL320 oznacza, że samolot leci na wysokości 32 000 stóp według standardowej kalibracji wysokościomierza. Mimo że piloci komunikują pasażerom, że lecą na wysokości 30 000 stóp, faktyczna wysokość nad poziomem morza może się różnić w zależności od rzeczywistego ciśnienia atmosferycznego. Gdyby pilot w komunikacie do pasażerów powiedział „Proszę państwa, lecimy na powierzchni izobarycznej odpowiadającej wysokości 30 000 stóp według standardowej atmosfery ISA”, byłby bardzo dokładny w swoim opisie, ale pewnie niewielu pasażerów zdołałoby zrozumieć, o co chodzi.

Podczas lotów na dużych wysokościach kluczowe jest zachowanie odpowiednich odstępów między samolotami, które muszą wynosić co najmniej 1000 stóp (ok. 300 m) w przestrzeni RVSM. Wysokości przelotowe są monitorowane przez systemy naziemne w Europie, które sprawdzają, czy dane o wysokości ciśnieniowej (pressure altitude) przelatujących maszyn zgadzają się z tymi, które pokazują ich wysokościomierze. W przypadku nieścisłości linie lotnicze są informowane o konieczności korekty.

Dlatego właśnie kluczowe jest stosowanie QNE zamiast QNH na dużych wysokościach, żeby wszystkie statki powietrzne leciały na tych samych poziomach lotu (np. FL300). Gdyby używały tylko QNH, to przy zmianie pogody i ciśnienia w różnych miejscach trasy, wysokościomierze pokazywałyby różne wysokości dla tych samych poziomów lotu. To mogłoby prowadzić do kolizji, bo samoloty leciałyby bliżej siebie niż powinny.

Chociaż system GPS jest precyzyjny, jego dane nie są używane jako podstawowe źródło informacji o wysokości w lotnictwie. Przyrząd barometryczny jest niezależny od zewnętrznych systemów, co gwarantuje jego niezawodność nawet w sytuacjach awaryjnych, gdy sygnał GPS może być zakłócony. Co więcej, dane GPS nie uwzględniają zmian ciśnienia atmosferycznego i podają wysokość geometryczną, nie barometryczną.