Đường băng song song và giao nhau: vì sao sân bay xếp đường băng như vậy

Sân bay xếp đường băng song song khi cần tăng công suất, và xếp đường băng giao nhau hoặc chéo nhau khi gió ở đó đổi hướng nhiều, buộc phải có đường băng nằm ngược gió theo nhiều hướng. Hai đường băng song song chỉ cho hai máy bay hạ cánh cùng lúc một cách độc lập khi tim của chúng cách nhau ít nhất 1.035 m theo chuẩn ICAO; gần hơn thì phải phối hợp, và công suất chỉ tăng một phần. Cấu hình đường băng vì thế là quyết định quan trọng nhất của một sân bay, gần như không sửa được sau khi đã xây.

Gió quyết định hướng: hệ số sử dụng 95%

Máy bay cất và hạ cánh ngược gió. Gió thổi ngang đường băng (gió cạnh) càng mạnh thì càng khó giữ máy bay thẳng tim đường, và mỗi loại máy bay có giới hạn gió cạnh riêng. Vì vậy, bước đầu tiên khi quy hoạch sân bay là thu thập số liệu gió nhiều năm và vẽ "hoa gió".

Phụ ước 14 của ICAO yêu cầu số lượng và hướng đường băng phải cho hệ số sử dụng không dưới 95%, nghĩa là ít nhất 95% thời gian trong năm có đường băng dùng được với gió cạnh không vượt mức cho phép. Mức gió cạnh tham chiếu:

Ở nơi gió chủ yếu theo một trục, như phần lớn sân bay Việt Nam chịu gió mùa đông bắc và tây nam, một hướng đường băng là đủ. Ở những nơi gió đổi hướng thất thường theo mùa, như một số vùng ở Mỹ, Bắc Âu hay ven biển có gió biển gió đất, sân bay phải có thêm đường băng theo hướng khác.

Các kiểu cấu hình cơ bản

Một đường băng

Đơn giản nhất, rẻ nhất. Một đường băng dùng chung cho cả cất và hạ cánh có thể phục vụ chừng 40–50 lượt cất hạ cánh mỗi giờ nếu có đủ đường lăn thoát nhanh và kiểm soát viên giỏi. Sân bay London Gatwick thường được nhắc là sân bay một đường băng bận rộn hàng đầu thế giới, có giờ đạt khoảng 55 lượt. Nhược điểm: đường băng đóng (sửa chữa, sự cố) là cả sân bay đóng.

Hai hoặc nhiều đường băng song song

Cách phổ biến nhất để tăng công suất. Nội Bài, Tân Sơn Nhất, Đà Nẵng đều có hai đường băng song song. Atlanta có năm, Los Angeles có bốn chia hai cặp hai bên nhà ga. Công suất tăng bao nhiêu phụ thuộc gần như hoàn toàn vào khoảng cách giữa hai tim đường băng (xem mục dưới).

Đường băng giao nhau

Hai đường băng cắt nhau, thường thành hình chữ X hoặc chữ V. Ưu điểm: phủ được nhiều hướng gió. Nhược điểm: khi dùng cùng lúc, máy bay ở đường này phải chờ máy bay ở đường kia qua điểm giao, công suất giảm và việc điều hành phức tạp. Ở Mỹ có phương thức "hạ cánh và dừng trước giao điểm" (LAHSO), cho máy bay hạ cánh trên một đường băng cam kết dừng trước điểm giao để đường băng kia vẫn dùng được, với điều kiện thời tiết và loại máy bay phù hợp.

Chữ V mở

Hai đường băng hướng khác nhau nhưng không cắt nhau, đầu gần nhau, toả ra như chữ V. Khi gió nhẹ, có thể dùng cả hai cùng lúc theo hướng "toả ra" từ đỉnh chữ V mà không xung đột. Khi gió mạnh từ một phía, chỉ dùng đường băng ngược gió.

Khoảng cách giữa hai đường băng song song: con số đáng tiền nhất

Hai đường băng song song sát nhau tốn ít đất, nhưng máy bay trên hai đường băng có thể ảnh hưởng nhau qua xoáy đầu cánh (luồng xoáy để lại sau máy bay) và qua rủi ro lệch khỏi hướng tiếp cận. Chuẩn ICAO (Phụ ước 14 kết hợp với quy định phương thức không lưu) đưa ra các mức khoảng cách tối thiểu giữa tim hai đường băng song song có thiết bị:

Với đường băng không thiết bị, khoảng cách tối thiểu nhỏ hơn nhiều: khoảng 210 m cho mã số 3, 4. Nhưng khoảng cách đó chỉ dùng khi phi công nhìn thấy nhau bằng mắt.

Ví dụ: hai đường băng quá gần

Sân bay San Francisco có hai cặp đường băng song song mà mỗi cặp chỉ cách nhau khoảng 230 m (750 ft). Khi trời quang, máy bay hạ cánh từng cặp gần như song hành bằng mắt; khi sương mù tràn vào vịnh, gần như chỉ một đường băng của mỗi cặp dùng được cho hạ cánh, công suất giảm mạnh và chuyến bay trễ hàng loạt.

Tân Sơn Nhất cũng có hai đường băng song song gần nhau, tim cách nhau khoảng 365 m, nên không khai thác độc lập được. Đó là một trong những lý do khiến sân bay này không thể tăng công suất mãi dù có thêm nhà ga, và là lý do cần tới sân bay Long Thành.

Đường lăn vòng qua đầu đường băng

Khi có hai đường băng song song và nhà ga nằm ngoài cùng một phía, máy bay hạ cánh ở đường băng xa phải băng qua đường băng gần để về nhà ga. Mỗi lần băng qua là một lần kiểm soát viên phải dừng cất cánh, và là một cơ hội cho nhầm lẫn.

Lời giải là đường lăn vòng qua đầu đường băng (end-around taxiway): một đường lăn chạy vòng qua phía ngoài đầu đường băng gần, thấp hơn mặt đường băng để máy bay đang lăn không lọt vào mặt phẳng cất cánh của máy bay khác. Atlanta đưa vào khai thác đường lăn kiểu này năm 2007, sau đó Dallas Fort Worth và một số sân bay khác cũng làm. Máy bay lăn xa hơn vài km nhưng không phải chờ băng qua đường băng.

Những sân bay đã "nắn" cấu hình

Vì cấu hình đường băng gắn chặt với đất đai, đổi cấu hình là việc hàng chục năm:

• Chicago O'Hare từng có nhiều đường băng chéo nhau theo ba trục khác nhau, công suất bị giới hạn vì giao điểm. Chương trình hiện đại hoá khởi động từ năm 2005 chuyển dần sang hệ chủ yếu là các đường băng song song đông tây, phần lớn hoàn thành vào đầu thập niên 2020.
• Amsterdam Schiphol có sáu đường băng chạy nhiều hướng, vừa để phủ gió vừa để chia tiếng ồn; đường băng mới nhất (Polderbaan, mở năm 2003) nằm xa thành phố, máy bay lăn tới mất cả chục phút.
• Denver được thiết kế từ đầu (mở năm 1995) theo kiểu chong chóng: các cặp đường băng song song bắc nam và đông tây xếp quanh khu nhà ga, để sân bay mở rộng ra mọi phía mà không cần băng qua đường băng.

Long Thành và những sân bay mới

Sân bay Long Thành (Đồng Nai) được quy hoạch với tới bốn đường băng khi hoàn chỉnh, xây theo nhiều giai đoạn. Giai đoạn đầu có một đường băng dài 4.000 m. Đất cho các đường băng tương lai được giữ sẵn từ đầu, điều mà Tân Sơn Nhất, nằm lọt giữa thành phố, không còn có được.

Ai muốn tự quan sát có thể mở ảnh vệ tinh của các sân bay lớn và đo khoảng cách giữa các đường băng. Nhìn hình học là đoán được sân bay đó được thiết kế cho gió, cho công suất hay chịu ràng buộc bởi đất đai.