מד גובה

מד גובה (באנגלית: Altimeter) הוא מכשיר המשמש למדידת מרחק אנכי של אובייקט אחד ביחס לאובייקט אחר או נקודת ייחוס מוגדרת. סוגי המדידה השונים מתמקדים בשני נתוני גובה עיקריים: גובה מעל פני הים - נמדד לרוב על ידי מדידת לחץ אוויר יחסי ("גובה ברומטרי"). מדידת גובה מפני שטח מוגדר אחר (מוצק בדרך כלל), לרוב על ידי שידור גל כלשהו כלפי מטה ומדידת זמן ההחזר. מדי גובה שימושיים בעיקר בתעופה ומהווים נתון טיסה עיקרי ואחד ממחווני הטיסה הקריטיים. מד גובה ברומטרי מודד לחץ גוש האוויר בו נמצא החיישן ובעזרת חישוב הפרש הלחץ יחסית ללחץ ייחוס יכול לחשב גובה יחסי שכן הלחץ משתנה עם השינוי בגובה בצורה ליניארית וניתנת לחיזוי. לחץ האוויר יורד כאשר הגובה עולה בקצב של 100 הקטופסקל (hPa) לכל 800 מטר, או אינץ' אחד של כספית (in/Hg) לכל 1,000 רגל קרוב לגובה פני הים. המכשיר מאפשר מדידת גובה מדויקת יחסית ללחץ ייחוס שנקבע על ידי המשתמש. סוגי חיישני מדידה ללחץ אוויר אנלוגיים המשתמשים באנרואיד – קפסולת מרוקנת מאוויר הבנויה מסגסוגת בריליום ונחושת. האנרואיד (לרוב, מספר קפסולות המותקנות אחת על גבי השנייה) מתרחב או מצטמק כתוצאה משינויים מזעריים בלחץ החיצוני. המד מחובר למערכת פיטו־סטטית המחוברת לחרירי לחץ בגוף כלי הטיס המספקים את הלחץ החיצוני. האנרואיד מניע זרוע שמחוברת אליו המסובבת גלגלי שיניים המזיזים מחוגות. מכיוון שהקשר בין הגובה ללחץ האוויר הוא לא מוחלט ומשתנה בתלות בתנאים אטמוספיריים נוספים, צריך לקבוע לחץ ייחוס. זה מתבצע על ידי התאמת המיקום של האנרואיד או מיקום הזרוע המחוברת אליו או לחלופין על ידי כיוון גלגלי השיניים בדומה לשעון מכני. את לחץ הייחוס ניתן בדרך כלל לראות בחלונית קולסמן. מדידי לחץ ספרתיים משתמשים בחיישני לחץ אלקטרוניים המודדים את השינוי בגוף סיליקון המצטמק או מתפשט עם שינוי בלחץ החיצוני. בניגוד למדי גובה אנרואידיים החישוב של הגובה מבוצע תוכנתית. נתון הגובה הספרתי מאפשר שילוב נתון זה במחשב נתוני האוויר שבשילוב עם מדידת טמפרטורה ונתוני אוויר נוספים מסוגל לתת מדידות מדויקות יותר ולשלב נתונים אלה לשיפור דיוק מערכות ניווט אינרציאליות. כמו כן זה מאפשר שילוב תצוגות והצגת נתונים אלה בצגים רב־תכליתיים וצגי טיסה מרכזיים. בתעופה מד הגובה משמש ככלי מרכזי להטסה וניווט בכללי טיסת ראייה ומכשירים. מכיוון שהלחץ המקומי משתנה בתלות בהרבה גורמים אטמוספיריים ועם הזמן, בשביל לספק מדידה מדויקת שתאפשר טיסה בגובה מדויק, מכיילים את המד יחסית למדידה שמבוצעת בתחנה מקומית, לרוב במרכז הבקרה או בשדה התעופה שטסים בשטחם. לרוב מכיילים את הלחץ ככה שהמד יראה גובה יחסית לגובה פני הים הממוצע לפי למודל אטמוספירה סטנדרטית בינלאומית (ISA), נתון שנקרא QNH. ניתן גם לכייל את המד כדי שיראה גובה מעל הקרקע, בדרך כלל בשדה שמעוניינים לנחות בו – נתון המכונה QFE, אם כי שימוש זה הרבה פחות נפוץ, במיוחד לאחר הופעת מדי גובה אלקטרוניים המודדים את גובה מעל פני השטח ישירות (ראה מד גובה מכ"ם). בגבהי טיסה גבוהים המאפיינים ניווט ארוך טווח בגובה רב, טיסה על פי לחץ מקומי הופכת להיות בעייתית מאוד שכן המטוס צפוי לעבור באזורים מרובים בהם הלחץ המקומי ישתנה ולכן המדידה המקומית המבוצעת במרכז הבקרה לא תהיה רלוונטית לכלי טיס עצמו ומרכז הבקרה יצטרך לנהל אתרי מדידה מרובים, במקרה ומרכז הבקרה או צוות האוויר טועים והכיול של מד האוויר לא משתנה בהתאם המטוס יטוס על האיזובר (קו גובה בו הלחץ לא משתנה) שהגובה שלו בפועל יכול לעלות ולרדת באלפי רגל לאורך המסלול, ולכן יקשה מאוד לשמור על הפרדה בטוחה בין כלי טיס הטסים באותו הנתיב האווירי אבל בגבהים שונים. בשביל לחסוך סיבוכים אלו מעל גובה מסוים, המוגדר על ידי רשות התעופה המקומית (בדרך כלל בגבהים של בין 10–11 אלף רגל) עוברים לשימוש בלחץ סטנדרטי — 1,013.25 הקטופסקל או 29.92 אינץ' כספית (לפי מודל האטמוספירה הסטנדרטית). אזור הטיסה הזה מכונה רוּם טִיסָה (באנגלית: Flight Levels). שיטה זאת מקלה על צוותי האוויר ומרכזי הבקרה בשמירת הפרדה בטוחה בין כלי הטיס, שכן גם אם הגובה המעשי של כלי הטיס מעל מפלס הים הוא לא מדויק ומשתנה לאורך הנתיבים, הרי שהמטוסים הטסים באותו אזור יטוסו לפי אותה השגיאה ולכן קוטן הסיכון שהם לא יוכלו לשמור על הפרדה בטוחה. כמו כן זה מגדיל את ניצלות הדלק של כלי הטיס ומקל על הניהול וחישובי הניווט שלו שכן צוותי האוויר יצטרכו להתאים את הניהוג של כלי הטיס הרבה פחות אחרי שהם מקזזים את הגאי המטוס וקובעים את הכוח של המנועים. ערך מורחב – צניחה חופשית בצניחה, מד הגובה נחשב לאחד האמצעים החשובים ביותר אחרי המצנח עצמו, המחווים לצנחן על מהירותו, על הגבהים ותורמים לבטיחות. בשל כך יש מספר אמצעי מדידה מרובים הזמינים לצנחן: מדי גובה ברומטריים, אנלוגיים ודיגיטליים המתלבשים על פרק כף היד. אלטימטרים קוליים ואלטימטרים ויזואליים מגבים המייצרים התראות בגבהים מוגדרים מראש. ערך מורחב – טיפוס הרים בניווט בטיפוס הרים, לעיתים מפה טופוגרפית לבדה אינה יעילה לאיתור המיקום עקב צפיפותם של קווי הגובה בתיאור טופוגרפי של אזורים תלולים. מד גובה ברומטרי, ביחד עם המפה הטופוגרפית, יכול לסייע באיתור המיקום המדויק. הוא אמין ולעיתים קרובות מדויק יותר מאשר מקלט GPS למדידת גובה. GPS יכול להיות לא זמין למשל כאשר נמצאים בתוך קניון עמוק, או שאינו יכול לספק גובה בלתי מדויק כאשר יש שיעור שגיאה של מספר מטרים אבל שינוי הגובה בהר במספר המטרים הללו הוא משמעותי. מכיוון שהלחץ הברומטרי משתנה עם מזג האוויר, מטפסי הרים צריכים לכייל באופן תכוף את מד הגובה שלהם כאשר הם מגיעים לנקודת ציון ידועה בה הגובה מוכר, למשל, כאשר הם מגיעים לפסגה המסומנת על מפה טופוגרפית. ערך מורחב – מד גובה אלקטרוני מד גובה אלקטרוני מודד גובה על ידי מכ"ם — שידור גלי רדיו כלפי מטה ומדידת הזמן שלוקח לגלים לחזור למשדר. האמצעי הזה מודד גובה מעל פני השטח (בראשי תיבות: מעפ"ש) משמש בתעופה כמכשיר למדידת גובה בטיחות מהקרקע בטיסות בתנאי מכשירים ובמיוחד בשלבי הנחיתה, כעזר למסוקים בטיסה בקרבת תוואי השטח ובריחוף. משמש גם בתעופה ובחלל (על ידי לוויינים) ככלי למדידה של גובה פני השטח לטובת סיקור ומיפוי גאוגרפי וגאולוגי ואף על ידי חלליות למיפוי של עצמים שמימיים. ערך מורחב – GPS GPS מסוגל לתת קריאת גובה על ידי חישוב נתונים מארבעה לוויינים לפחות, כאשר בשביל לקבוע מיקום דו־ממדי מספיק שלושה לוויינים. מדידת גובה GPS לרוב אינה מדויקת מספיק לניווט יעיל, אבל שימושי למערכות שלא צריכות קריאת גובה מדויקת כזאת דוגמת מצלמות ביון וכדומה. בשימושים אחרים קריאת גובה מה־GPS מהווה נתון משני או גיבוי לקריאה יותר מדויקת, לרוב גובה ברומטרי. עם זאת נתוני GPS מייצרים את נתיב הטיסה בשיטת ניווט LNAV שהיא שיטת ניווט המכווינה לגישה לא מדויקת לנחיתה — הצפויה להפוך לגישה ויזואלית לפני שלב הגישה הסופית ולכן לא דורשת דיוק גובה מחמיר. ערך מורחב – לידאר לידאר משמש כמכשיר למדידת גובה ומיפוי גאולוגי וכן סייסמולוגיה ויערנות על ידי כלי טיס ולוויינים וכמכשיר למיפוי גופים שמימיים על ידי וחלליות. השיטה מדויקת יותר ממדידת גובה מכ"ם מסוגלת לראות ולמדוד עצמים שלא מזוהים במכ"ם כגון עצים וצמרותיהם, ומקלה על מיפוי תלת־ממדי. ערך מורחב – אולטרה סאונד מידת גובה אולטרה סאונד משתמשת בגלי קול בדומה לעטלפים בשביל מדידת גובה. השיטה נוסתה בשנות ה־20 על ידי צבא ארצות הברית לטובת מדידת גובה מפני השטח אבל לא נכנסה לשימוש מעשי, כיום מערכות מדידת גובה אלקטרוני משמשות לתפקיד זה. מחווני טיסה כללי טיסת מכשירים מדיה וקבצים בנושא מד גובה בוויקישיתוף מד גובה, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)