在现代航空飞行中，航空应答机（Transponder） 是每架飞机必备的重要设备。无论是地面空中交通管制（ATC）识别飞机，还是飞机间相互通信，应答机都发挥着核心作用。通过应答机，飞机能够向地面雷达和其他飞机广播自身信息，协助安全导航，同时也是应对紧急情况的主要工具。
随着航空技术的发展，应答机从最初的简单标识设备，逐步演变为现代化、复杂的多功能系统。
什么是航空应答机Transponder？
航空应答机是一种安装在飞机上的电子设备，用于与地面雷达和其他飞行设备进行通信。它通过接收地面雷达的询问信号，自动发送回一个包含飞机信息（如位置、高度、识别码等）的应答信号，从而帮助空中交通管制员（ATC）实时监控和管理飞机的飞行。
在现代航空中，应答机不仅用于基本的飞机标识，还通过结合先进的模式（如 Mode S 和 ADS-B），为空中交通提供更加全面和精准的数据支持。
航空应答机的工作原理
应答机的核心原理依赖于二次雷达系统（Secondary Surveillance Radar, SSR），与传统的初级雷达相比，它不仅能够检测飞机位置，还能从飞机应答机中获取具体的信息。
- 询问信号（Interrogation Signal）：
- 地面雷达发送特定频率的询问信号（通常为 1030 MHz），包含识别信息的请求。
- 应答信号（Reply Signal）：
- 飞机上的应答机接收到信号后，自动发送一个应答信号（通常为 1090 MHz），其中包含预设的应答码（Squawk Code）、压力高度及其他相关信息。
- 信号处理与显示：
- 地面雷达接收应答信号后，将数据整合并显示在空中交通管制员的屏幕上，供其实时监控飞机的飞行状态。
航空应答机的模式分类
不同的应答机模式用于传递不同类型的信息。目前使用的应答器模式有多种类型。模式 1 至模式 5 是军用应答器模式，而模式 A、B、C、D 和 S 是民用应答器模式。
模式 B 和模式 D 未使用（仅模式 A、C 和 S 可运行）。
Mode A（基本身份模式）
概述
- Mode A 是最基本的应答机模式，主要用于识别飞机。
- 它不提供高度信息，仅发送一个四位数的 Squawk Code（应答机代码）。
工作方式
- 地面雷达向飞机发送询问信号（Interrogation）。
- 飞机应答机回复一个四位 Squawk Code（例如：1200）。
- ATC 通过 Squawk Code 识别飞机，并将其与飞行计划匹配。
应用场景
- 目视飞行规则（VFR）航班通常使用 Mode A，与 ATC 进行基本通信。
- 一些通航飞机或未配备更先进模式的飞机可能仍使用 Mode A。
局限性
- 无法传输高度信息，限制了 ATC 在垂直方向上的监控能力。
- 缺乏个性化识别，无法直接与飞机的注册号或航班号关联。
Mode C（身份 + 高度模式）
概述
- Mode C 是在 Mode A 的基础上增加了高度报告功能。
- 发送的高度信息基于压力高度（Pressure Altitude），由飞机的静压系统提供。
工作方式
- 飞机的应答机向地面雷达发送 Mode A 的四位 Squawk Code。
- 额外传输飞机的压力高度信息（以 100 英尺为单位）。
- ATC 可以同时监测飞机的水平位置和垂直高度，确保空域分离。
应用场景
- IFR（仪表飞行规则） 飞行的必备功能，确保飞行间隔安全。
- 高密度空域（如机场进近区）要求所有飞机配备 Mode C，以便 ATC 进行垂直分离管理。
- 一些国家要求所有飞行超过特定高度（如美国 10,000 英尺以上）必须配备 Mode C。
局限性
- 无法提供飞机的具体信息（如航班号、机型）。
- 缺乏飞机间的直接通信能力，无法支持现代防撞系统（如 TCAS）。
Mode S（选择性询问模式）
概述
- Mode S（Selective Mode）是现代航空中广泛使用的应答机模式，提供更详细的信息，并支持机对机通信。
- 它解决了 Mode A 和 Mode C 的缺点，可以避免雷达信号干扰，提升通信效率。
工作方式
- Mode S 使用选择性询问（Selective Interrogation），即地面雷达只向特定飞机发送询问信号，减少不必要的应答机广播，降低频道干扰。
- 除了 Squawk Code 和压力高度，Mode S 还提供飞机注册号、航班号和 ICAO 24-bit 地址（全球唯一）。
- 支持 TCAS（空中防撞系统），允许飞机之间直接交换数据，自动避让。
应用场景
- 商用航空：几乎所有现代商用飞机都使用 Mode S。
- 高密度空域：在大型机场和繁忙的空域中，Mode S 帮助 ATC 进行高效空域管理。
- TCAS（防撞系统）：Mode S 支持飞机间的数据交换，使防撞系统更加精准。
局限性
- 依赖雷达系统：仍然需要地面雷达进行数据询问，不能单独提供完整的飞机位置信息。
- 硬件要求高：比 Mode A 和 Mode C 更复杂，成本更高。
除了这三种模式，航空交流中还有一个非常重要的词汇ADS-B(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast） ，它是当前最先进的空中监视技术，不依赖地面雷达，飞机可以直接广播自身信息给 ATC 和其他飞机。ADS-B（广播式自动相关监视）是一项独立功能，与Transponder的基本操作同时运行。如今许多 S 模式应答器都具备 ADS-B 功能，但默认情况下不包含此功能。
ADS-B（自动相关监视广播）
概述
- ADS-B（Automatic Dependent Surveillance-Broadcast） 是当前最先进的空中监视技术，不依赖地面雷达，飞机可以直接广播自身信息给 ATC 和其他飞机。
- 它是全球航空未来发展的核心技术，并逐渐成为强制要求。
工作方式
- ADS-B Out（飞机自动广播信息）：
- 飞机持续广播自身的GPS 位置、高度、速度、航向、垂直速率等详细信息。
- 其他飞机和地面站可直接接收这些数据，无需询问。
- ADS-B In（接收周围飞行信息）：
- 飞机可以接收附近其他飞机的 ADS-B 数据，提高态势感知（Situational Awareness）。
- 飞行员可以看到空域内的实时流量信息，避免碰撞。
应用场景
- 全球空域监控：ADS-B 可在雷达覆盖不到的地区（如海洋上空）提供航班追踪能力。
- 高精度导航：由于依赖 GPS 数据，ADS-B 的位置精度比传统雷达更高。
- 空域效率提升：ADS-B 允许飞机更灵活地调整航线，提高燃油效率，减少空中交通拥堵。
Airspace和Transponder
根据FAA 14 CFR § 91.215，不同的空域对应答器的要求也不同。
- A、B 和 C 类空域：所有飞机必须配备可操作的 C 模式应答器。
- D 类空域：除非空中交通管制另有规定，否则不需要应答器（飞行员只需要在此类空域进行双向无线电通信）。
- E 类空域：应答器要求根据飞机的高度而有所不同：
- 低于 10,000 英尺 MSL（平均海平面）：除非飞机位于距离 B 类机场 30 海里以内，否则不需要应答器。
- 在海拔 10,000 英尺或以上：需要具有高度报告功能的应答器。
应答机代码（Squawk Code）及其用途
Squawk Code 是应答机传递给地面雷达的一组四位数字代码，每位数字范围为 0-7。以下是常见的应答机代码及其含义：
- 1200：标准 VFR 代码，表示飞机处于目视飞行规则。
- 7500：劫机代码，表示飞机受到非法占领。
- 7600：通讯失效代码，表示飞机与 ATC 的正常通信中断。
- 7700：紧急代码，表示飞机发生重大紧急情况。
使用举例：如果飞行员发现通信设备失效（如无线电故障），应立即设置应答机代码为 7600，以便让 ATC 知晓并提供协助。
应答机的操作规则及注意事项
飞行员需熟悉应答机的正确操作，以确保信息准确传递：
- 设置 Squawk Code：
- 根据 ATC 分配的代码输入四位数字，确认无误后启用应答机。
- 切换模式：
- 根据飞行规则和空域要求选择适当的模式（如 VFR 使用 Mode A 或 IFR 使用 Mode C）。
- 报告紧急情况：
- 遇到劫机、通讯中断或其他紧急事件，立即切换至相应的紧急代码。
- 定期维护：
- 确保应答机的连接和传感器（如静压系统）正常工作，避免传递错误数据。
应答机的重要性及未来发展
航空应答机是现代航空不可或缺的设备，它不仅提高了飞行安全，还支持了全球空中交通管理的发展。随着技术的进步，ADS-B 等模式正在逐步普及，为全球航空带来更精准、更高效的监控能力。
在未来，应答机将继续与其他先进系统（如卫星通信、自动导航）整合，进一步提升航空运输的安全性和可靠性，为飞行员和乘客提供更加安心的空中体验。
无论是飞行员还是航空爱好者，了解航空应答机的工作原理和应用场景，不仅能加深对航空技术的认识，也能更好地理解航空安全背后的科学与技术支持。