摘要：民航飛機(jī)上裝載的氣象雷達(dá)是飛機(jī)預(yù)測(cè)和感應(yīng)前方天氣的重要機(jī)載系統(tǒng)，其原理是向前方發(fā)射電磁波，根據(jù)計(jì)算回波頻率偏差量探測(cè)前方帶水分的天氣,包括雨水、湍流、濕的冰雹、風(fēng)切變等氣象條件。同時(shí)氣象雷達(dá)電磁輻射也是所有從事飛機(jī)維修、機(jī)組等相關(guān)人員關(guān)心而又無法避免的問題。
關(guān)鍵詞：氣象雷達(dá)、電磁輻射、危險(xiǎn)區(qū)域
前言：在民航的日常運(yùn)行保障工作中，對(duì)于氣象雷達(dá)電磁輻射的影響從新員工入職學(xué)習(xí)開始到每次涉及的維修工作中總是會(huì)圍繞其討論，大家對(duì)氣象雷達(dá)電磁輻射的認(rèn)識(shí)也不盡相同，民航圈有說法氣象雷達(dá)電磁照射后生女兒的概率大幅上升，甚至傳言有更加嚴(yán)重的后果。那么這些傳言的可信度到底有多少呢？結(jié)合近期COLLINS(柯林斯)WXR-701X型氣象雷達(dá)廠家的培訓(xùn)以及前期學(xué)習(xí)收集的相關(guān)材料進(jìn)行匯總，與大家進(jìn)行交流：
一、電磁輻射的定義：
電磁輻射是向周圍空間傳播能量的電磁波。電磁輻射的能量大小與電磁波的頻率高低有關(guān)，電磁波的頻率越高，波長(zhǎng)越短，其攜帶的能量就越大。電磁波的頻率由低到高依次為：無線電波、微波、紅外光、可見光、紫外光、X射線、γ射線。
在電磁波譜中，根據(jù)電磁輻射的能量大小，可將電磁輻射分為電離輻射和非電離輻射。波長(zhǎng)小于100nm的電磁輻射屬于電離輻射，如X射線、γ射線，這些電磁波攜帶的能量足以破壞分子化學(xué)鍵，能夠使物質(zhì)電離，對(duì)人體組織的危害較大。對(duì)于日常生活中利用到的電力、無線電、微波等屬于非電離輻射，由于其處于電磁波譜中頻率相對(duì)低、波長(zhǎng)相對(duì)長(zhǎng)的一端，它們的光子能量比較低，并不能使物質(zhì)原子或分子產(chǎn)生電離，其對(duì)人體的影響主要是使分子運(yùn)動(dòng)加劇，使機(jī)體產(chǎn)熱增加而升溫，原理與曬太陽相似。
二、機(jī)載氣象雷達(dá)：
較早的氣象雷達(dá)使用拋物面天線和磁控管，發(fā)射功率達(dá)1000W以上,輻射較強(qiáng)。比如：上世紀(jì)60年代末期裝備在蘇聯(lián)空軍米格25飛機(jī)，屬于老式火控雷達(dá)（不同于民航氣象雷達(dá)），其發(fā)射峰值功率大約在600KW左右，平均發(fā)射功率在500W左右。而現(xiàn)代客機(jī)新型氣象雷達(dá)普遍采用平板縫隙天線頻率合成技術(shù)，平板天線發(fā)射圓錐形波束，峰值功率與平均功率也都大大降低。
以我司目前B757-200飛機(jī)安裝的為COLLINS WXR-701X型氣象雷達(dá)（件號(hào)為622-5132-1XX/6XX）為例，晶體振蕩器的峰值功率輸出僅約為125 W，使用頻率為X波段的9345 MHz（9.3GHz），波長(zhǎng)3.2cm，脈沖長(zhǎng)度設(shè)置在2到20微秒之間（具體取決于所選量程范圍）。脈沖重復(fù)頻率為180或1440 pps，采用平板天線，雷達(dá)發(fā)出的波束為3.5°發(fā)散角的圓錐體，對(duì)飛機(jī)前方進(jìn)行180°掃描。天線重6磅(2.7kg)，寬28英寸。天線發(fā)射的能量主要集中在主瓣寬度內(nèi)，由于天線的方向性強(qiáng)、增益大，使得雷達(dá)發(fā)射功率大大降低，電磁輻射也同樣大大降低。
三、雷達(dá)輻射的危險(xiǎn)區(qū)域：
3.1、FAA標(biāo)準(zhǔn)：
FAA在1980年頒發(fā)AC 20-68B(機(jī)載氣象雷達(dá)地面操作的防輻射安全建議)其中提到人體耐受氣象雷達(dá)電磁輻射的平均能量密度應(yīng)不大于10mW/cm2該數(shù)據(jù)已被世界許多工業(yè)組織接受,并成為人體耐受雷達(dá)輻射的標(biāo)準(zhǔn)。
根據(jù)AC 20-68B的附錄1,雷達(dá)輻射安全距離的確定需計(jì)算并比較兩個(gè)數(shù)值取其中較大的值作為安全距離。其中:
為天線到近場(chǎng)區(qū)/遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)交叉點(diǎn)的距離,為天線到10mW/cm2能量密度處的距離式中,G(p)為換算后的天線增益;為雷達(dá)波長(zhǎng),單位為米(m);P為發(fā)射平均功率，單位為瓦(W);的單位均為米(m)；
以B757-200飛機(jī)安裝的為COLLINS WXR-701X型氣象雷達(dá)為例,該雷達(dá)的主要參數(shù):工作頻率為9.345 GHz,峰值功率為125W,平均功率為0.84W-8.4W,天線尺寸為28in,增益為34.5 db（把以db單位的天線增益G(db)換算為功率比形式的天線增益G(p)，換算公式為：。
可以由以上數(shù)據(jù)計(jì)算出:
所以安全距離取Rs值即4.34 m。也就是說，這個(gè)雷達(dá)在工作時(shí)（非PWS模式下），只要距離天線超過4.34米，所受到的輻射就小于10mW/cm2。那么按照FAA的標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)輻射強(qiáng)度是人體可以接受的。
3.2、國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)
我們國(guó)家為電磁輻射制訂了安全限度標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)就是GB8702-1988②，按照國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，職業(yè)性電磁輻射暴露標(biāo)準(zhǔn)為：Pd=f/1500（其中f為電磁波頻率）。
由上述我們可知雷達(dá)的工作頻率為：9345 MHz，則國(guó)內(nèi)職業(yè)性暴露標(biāo)準(zhǔn)為Pd=f/1500=9345/1500=6.23W/m2=0.623mW/cm2。
安全距離，其中P為發(fā)射平均功率，單位為毫瓦(mW)；G(p)為換算后的天線增益；Pd為職業(yè)性暴露標(biāo)準(zhǔn)，單位為mW/cm2；r的單位為cm。則按照職業(yè)性暴露標(biāo)準(zhǔn)0.623mW/cm2計(jì)算出：。
可以理解為距離機(jī)載雷達(dá)天線超過17.39米就能滿足國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的電磁輻射職業(yè)性暴露要求。
3.3、飛機(jī)維護(hù)手冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)：
波音B757手冊(cè)AMM34-43-03中對(duì)于更換部件后的測(cè)試要求如下：
1.禁止在機(jī)庫(kù)內(nèi)或在雷達(dá)天線周圍50英尺(15米)范圍內(nèi)有人員情況下操作氣象雷達(dá)，這些情況會(huì)對(duì)人員造成傷害。
2.禁止在燃油泄露或加油期間50英尺(15米)范圍內(nèi)操作氣象雷達(dá)。氣象雷達(dá)在50英尺(15米)范圍內(nèi)運(yùn)行可能引起火災(zāi)或爆炸，火災(zāi)或爆炸可能造成人員嚴(yán)重傷亡或設(shè)備損壞。
3.確保在雷達(dá)工作時(shí)，飛機(jī)前方180度區(qū)域、300英尺（91米）范圍內(nèi)沒有大型金屬物體，大型金屬物體包括機(jī)庫(kù)、大型車輛或其他飛機(jī)。如果大型金屬物體在此，可能會(huì)損壞機(jī)載氣象雷達(dá)收發(fā)機(jī)。當(dāng)氣象雷達(dá)在測(cè)試模式下工作時(shí)，此情況不適用。
3.4、雷達(dá)廠家標(biāo)準(zhǔn)
如右圖，柯林斯廠家對(duì)于WXR-700X雷達(dá)廠家標(biāo)準(zhǔn)解讀如下：
1.設(shè)備已經(jīng)進(jìn)行了研究以確定微波輻射場(chǎng)的安全暴露水平。為了提供一個(gè)實(shí)用的安全系數(shù)，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)規(guī)定了人員暴露6分鐘或更長(zhǎng)時(shí)間的最大水平為10 mW/cm2。
2.美國(guó)聯(lián)邦航空局AC 20-68B制定的輻射危害等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了10 mW/cm2的最大允許輻射暴露安全水平。需要注意的是，本規(guī)范是針對(duì)高功率、磁控管式氣象雷達(dá)系統(tǒng)編寫的，并不直接適用于低功率、低占空比、ARINC 708特性的氣象雷達(dá)。但大多數(shù)符合ARINC 708特性的氣象雷達(dá)涉及時(shí)不超過這個(gè)輻射水平，可以認(rèn)為涉及人類暴露的操作是安全的。
3.WXR-700X氣象雷達(dá)系統(tǒng)的計(jì)算最大平均功率密度(發(fā)生在天線近場(chǎng))為3.0 mW/cm2。在所有測(cè)試和各種公式的使用中，WXR-700X氣象雷達(dá)系統(tǒng)在天線近場(chǎng)范圍內(nèi)產(chǎn)生的平均功率密度遠(yuǎn)低于10 mW/cm2標(biāo)準(zhǔn)。
四、總結(jié)及建議：
1.正常情況下，現(xiàn)代新型氣象雷達(dá)的電磁輻射強(qiáng)度低于各個(gè)國(guó)家或結(jié)構(gòu)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)，也意味著被輻射后，人體可以通過身體內(nèi)部的調(diào)節(jié)予以恢復(fù)。但是從事與飛機(jī)直接相關(guān)工作的人員畢竟存在長(zhǎng)期被雷達(dá)輻射的風(fēng)險(xiǎn)，除工作需要外，盡量避免氣象雷達(dá)在地面工作。
2.對(duì)于機(jī)組來說，起飛前和落地后應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照飛行手冊(cè)和程序關(guān)閉氣象雷達(dá)或置于“TEST”位且在本機(jī)或周圍飛機(jī)加油/抽油時(shí)禁止操作。
3.當(dāng)飛機(jī)在地面上且不使用期間，天線應(yīng)微微向上傾斜(正5°或更高)。這將保護(hù)收發(fā)機(jī)內(nèi)部的接收限制器和前置放大器免受機(jī)場(chǎng)地面和軍用飛機(jī)雷達(dá)等其他可能產(chǎn)生的過高的功率輸入，導(dǎo)致收發(fā)機(jī)本體故障。
4.作為維修人員，在進(jìn)行氣象雷達(dá)相關(guān)的檢查和測(cè)試時(shí)，應(yīng)當(dāng)遵守AMM手冊(cè)要求，確認(rèn)一定范圍內(nèi)無人員和其他障礙物，如需操作測(cè)試，可應(yīng)將俯仰角向上打一個(gè)角度，避免誤照地面的工作人員。