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Von Robert Appel, mit Informationen von Hans Versell
Zu den absoluten Pionierzeiten der Fliegerei war das Single Pilot Cockpit die Normalität, und die Navigation wurde durch den Piloten selbst vorgenommen, indem er nach draussen schaute und die Landschaftsbilder mit seinem Kartenmaterial verglich. In Frankreich wurden sogar entlang von Eisenbahnlinien zwischen den Schienen mit grossen Buchstaben die nächsten Haltestellen angezeigt – extra für die Flugzeuge, damit sie nicht mehr im Tiefflug über die Bahnhöfe knattern mussten, um die Ortsanzeige zu lesen… Für die Kurzstrecken über Land war das noch möglich, aber für die Langstrecken, über Wasser, schon etwas schwieriger: Der Job des Flugnavigators wurde geschaffen.
Zu Anbeginn fand die Kommunikation vor allem mit dem damals gebräuchliche Morsesystem statt, und das war die Domäne des Funkers. Mit der Standardisierung des Sprechfunks wurde dieser im Cockpit jedoch überflüssig, der ATC-Sprechfunk den Piloten anvertraut und der Navigationsfunk dem Navigator. Daraus setzte sich seine neue Bezeichnung «NavRo» (Navigator/Radio Operator) zusammen. Die Radionavigation hatte sich im zweiten Weltkrieg rasant entwickelt. Die Zivilluftfahrt konnte davon profitieren und diverse militärische Navigationseinrichtungen und -Methoden übernehmen, und Spezialisten dafür gab es ebenfalls zur Genüge.
Es gab diverse bodengestützte Navigationsmethoden, die nach dem Hyperbel-Prinzip mit fest installierten Funksystemen basierten: Funksignale von drei fixen Standorten, aus deren Kreuzungspunkt die eigene Position errechnet werden konnte. Dazu gehörte das Decca-Navigationssystem, welches während des zweiten Weltkriegs entwickelt wurde und im Langwellenbereich eine kontinuierliche, automatische und relativ genaue zweidimensionale Standortbestimmung (Peilung) erlaubte. Und das LORAN (LOng RAnge Navigation) arbeitete auf der Basis von mehreren gebündelten Sendern, deren Gruppenfolgeintervalle mit ihren Verzögerungszeiten eine genaue Standortbestimmung ermöglichte.
Verlässlicher war dann die VLF (Very Low Frequency)/Omega-Navigation, die nach dem zweiten Weltkrieg aufkam. Ursprünglich wurde diese für die U-Bot Navigation konzipiert, da die langwelligen Strahlen der Erdkrümmung folgen und sogar 80-100 unter dem Meeresspiegel noch gemessen werden können – wo sie für Flugzeuge im Normalbetrieb allerdings weniger relevant sind. Die Navigation bestand auch hier aus der Peilung verschiedener gerichteter VLF-Strahlen aus bekannten Sendeorten: der Kreuzungspunkt dieser Strahlen ergab die genaue Position. Während langwellige Strahlen wie bereits erwähnt der Erdkrümmung folgen, verbreiten sich kurzwellige Strahlen (VHF/UHF) gradlinig. In einer Höhe von zwischen 90‘000 und 150‘000 Metern geraten sie allerdings in den so genannten „Heaviside Layer“ (kein Schreibfehler!), einer ionisierten Luftschicht, welche einen Teil der Strahlen wieder zurück reflektiert, was dann wiederum zu störenden Interferenzen und somit zu fehlerhaften Navigations-Messungen führt.
Der Navigator übte jedoch vor allem dort eine unverzichtbare Rolle aus, wo nicht genügend terrestrische Navigationshilfen – Funkfeuer oder im Meer fest verankerte Funkfeuerschiffe –zur Verfügung standen oder aufgrund ihrer Distanz nicht mehr einwandfrei empfangen werden konnten. Aus Kostengründen versuchte man natürlich, wo immer möglich auf den Navigator zu verzichten, und wählte wo immer eine Route mehr entlang der Küste.
Seine Arbeit verrichtete er mit heutzutage achaisch anmutenden Hilfsmitteln. Auch heute noch ziemlich bekannt ist der Sextant, der vor allem in der Seefahrt lange Zeit das A und O der Navigation war: Mit dem Sternenbild, welches sich aufgrund der Dreidimensionalität nach dem momentanem Standort der Messung veränderte, konnte dessen genaue Position ermittelt werden. Dafür waren die damaligen Transatlantik-Verkehrsflugzeuge (DC4, DC6, DC7, L1049, B377 etc.) mit einer Dach-Glasluke im Cockpit-Bereich ausgerüstet, durch welche der NavRo seine „Sterne schiessen“ konnte. Voraussetzung war natürlich ein klarer Himmel, denn die damaligen Flugzeuge flogen noch in Flughöhen, wo es durchaus noch dichte Wolken geben konnte! Eine Sextanten-Standortbestimmung dauerte 20-30 Minuten, aber erfahrene Navigatoren schafften dies in bereits 7-10 Minuten! Die Stern-Navigation setzte absolute Messgenauigkeit voraus und war deshalb nicht immer sehr verlässlich, und es gibt Stories, in welchem die Piloten den Navigator ans Cockpit-Fenster pfiffen, weil typische Landschafts-Merkmale auftauchten, die gemäss seiner Berechnung dort eigentlich gar nicht hätten sein dürfen. Oder der alte Navigatoren-Witz: An einer Übung bittet der Instruktor seinen Prüfling, die Hände zu falten, weil dieser gemäss seiner Standort-Berechnung gerade in den Petersdom in Rom einfahre…
Daneben gab es auch andere Hilfsmittel, wie z.B. die «Pressure Patterns», bei welchem die Position anhand des herrschenden Luftdrucks, im Vergleich zu den Isobaren-Kurven der aktuellen Wetterkarten, gemessen wurde. Diese Positionsbestimmungen waren jedoch nicht sonderlich genau.
Über grösseren unbewohnten Gegenden, wie z.B. über Afrika, war unter widrigen Umständen auch mal gar keine verlässliche Navigation möglich. Dort zählte dann die Erfahrung der Longrange-trainierten Piloten, die mit Landkarte, Uhr, Kompass sowie errechneten Windkomponenten eine mehr oder weniger verlässliche Flugplanung machen konnten. Allerdings nicht immer: die Balair DC4 HB-ILA zum Beispiel wurde im 1960 Opfer einer vermutlich solchen Navigationsmethode, und so prallte sie zwischen Khartoum und Dakar in der Nacht in einen Berg. Eine Änderung der Flughöhe war zwar für etwas später vorgesehen, aber der Rückenwind stärker als berechnet.
Später konnten dann auch Radar-basierte Navigations-Einrichtungen, z.B. der Doppler-Radar, verwendet werden, und noch die erste Generation von Langstrecken-Jets war damit ausgerüstet. Es funktionierte nach der bekannten Radartechnologie: die nach schräg vorne ausgesendeten Radarsignale wurden von bekannten Hindernissen reflektiert und anhand der verstrichenen Zeit bis zum Wiederempfang die Distanz auf dem Radarschirm sichtbar. Über Wasser war diese Methode jedoch nicht verlässlich, da die Radarstrahlen vom Wasser abgelenkt statt reflektiert werden konnten.
Das Ende für den NavRo
Noch in modernen langstreckentauglichen Flugzeugen wie DC8 oder B707 war zu Beginn ein Navigator Teil der Cockpitbesatzung, aber dass sein Job früher oder später obsolet würde, war bereits absehbar. Endgültig abgelöst wurde der NavRo in den späten 60-er Jahren durch das Aufkommen bodenunabhängiger Navigationssysteme wie das INS (Inertial Navigation System), einer mechanisch-elektronischen Trägheitsplattform, welche ausgehend von der Startposition über ein mehrfaches Kreiselsystem mit Beschleunigungs- und Drehratensensoren die räumliche Bewegung des Flugzeugs und daraus die geografische Position bestimmen konnte. Dieses äusserst empfindliche, aber sehr genaue Navigationssystem kam erstmals in der B747-100 „Jumbo-Jet“ zum Einsatz – und ist heute längst wieder durch neuere Systeme ersetzt worden.
Navigation heute
Die heute angewandten Navigationsmethoden basieren grösstenteils auf Satellitennavigation (GPS, Galileo), in Verbindung mit terrestrischen Signalen wie VOR, NDB, DME. Diese Kombination ermöglicht das RNAV-Verfahren mit dem Festlegen von Waypoints, die im Flight Management System FMS hinterlegt sind. Damit können auch die aus Lärmvermeidungsgründen immer komplizierteren SID’s (Standard Instrument Departures) besser und genauer abgeflogen werden – vollautomatisch natürlich.
Die Kurzbeschreibungen der einzelnen Systeme sind natürlich sehr locker und oberflächlich gehalten; eine ausführliche Beschreibung würde den Rahmen dieses Eintrags sprengen.