Перспектива внедрения концепции «свободный полет»
Содержание:
В статье показано, что очередным этапом развития технологий CNS/ATM является свободный полет. Подготовка к этому этапу должна позволить летному и техническому персоналу иметь время для усвоения знаний и приобретения опыта и только потом приступить к функциональному безопасному применению системы.
Ключевые слова: свободный полет; безопасность; организация воздушного движения; контроль; управление
Концепция «свободного полета» (Free Flight - в буквальном переводе с английского - «свободный полет») имеет целью повышение безопасности полетов, пропускной способности воздушного пространства, эксплуатационной эффективности и экономических показателей. Большую роль в содействии достижению этих важных целей играют службы управления воздушным движением (УВД). Они согласно рекомендациям ИКАО определяют характер мер по совершенствованию технологий в области связи, навигации и наблюдения (CNS), призванных обеспечивать работу организации воздушного движения (ATM). Рекомендации ИКАО изложены в качестве концепции CNS/ATM [1, 2, 3].
Растущая конкуренция на рынке воздушных перевозок вынуждает искать пути повышения эффективности использования авиационного транспорта. Результаты всесторонних исследований указывают на огромные резервы, которые можно реализовать при более рациональном построении системы управления воздушным движением. При этом основной задачей является повышение экономической эффективности и безопасности полетов, предоставление участникам воздушного движения большей самостоятельности в выборе оптимальных режимов полета. Концепция «свободный полет» является практической попыткой систематизировать и объединить в единый комплекс средства УВД, появившиеся в последние годы, и имеет основной целью предоставить экипажам воздушных судов (ВС) свободу оперативного выбора траектории движения по маршруту, скорости и профиля полета. При этом автономность, характерная для визуального полета, должна эффективно сочетаться с надежностью безопасного разведения конфликтующих ВС, обеспечиваемой техникой полета по приборам.
По мнению международной организации гражданской авиации и участвующих в разработке проекта авиакомпаний, определяющим фактором успешного внедрения системы должны стать последние достижения в области радиоэлектроники, информатики и автоматики, инженерной психологии. Несмотря на возможные потенциальные сложности, официальные лица и представители авиакомпаний выражают оптимизм относительно предстоящего внедрения концепции. В то же время многие эксперты и официальные лица имеют менее оптимистичную точку зрения и считают, что внедрение концепции может потребовать миллиарды долларов вложений и от 10 до 20 лет работы. Концепция свободного полета охватывает все эксплуатационные режимы системы организации полетов на ближайшие несколько десятилетий. Эта концепция предполагает, что оптимальный эксплуатационный режим в рамках интенсивного воздушного движения обеспечит гарантированное эшелонирование и максимально возможную степень свободы, необходимую для высокой плотности полетов ВС. Система обеспечения режима свободного полета в зависимости от плотности и сложности воздушного движения должна определять, в каком состоянии режим свободного полета следует переводить на обычное управление полетом. С увеличением интенсивности движения возрастает необходимость в обычном управлении полетом. С другой стороны, снижение плотности полетов позволяет иметь большую степень свободы. Интенсивность и сложность воздушного движения существенно зависит от таких факторов как местность, воздушное пространство специального назначения или ограниченное воздушное пространство, метеоусловия и прочих помех полету.
Задачи (роль, функции) диспетчера УВД
Вполне возможно, что свободный полет не являются идеальными. При его внедрении в эксплуатацию необходимо предпринимать поэтапные шаги и оценивать достигнутый прогресс.
Концепция свободного полета породила иллюзорное представление, что любой шаг по отмене ограничений по производству полетов является шагом вперед по пути к режиму свободного полета. Однако становиться очевидным, что для достижения приемлемого уровня безопасности полетов, равно как и прочной экономической базы для деятельности гражданской авиации, некоторыми свободами полета необходимо поступиться и передать их службе УВД. Система УВД функционирует с большей степенью надежности и гибкости, хотя процесс принятия решений и действий остается привязанным к каналу связи по линии диспетчер-пилот и носит ограничивающий характер. Диспетчеры УВД и системы обеспечения УВД осознают потенциальную опасность столкновения ВС. Они принимают решения об эшелонировании воздушного движения и информируют об этих решениях пилотов, от которых требуется выполнение этих решений и соблюдение интервалов эшелонирования. Слабость этого процесса принятия решений и действий состоит в том, что пилот не получает от диспетчера УВД полную информацию о существующей обстановке. В некоторых случаях диспетчер УВД опирается на данные системы наблюдения.
Использование технологий GNSS будет способствовать большей ситуативной ориентации на земле и в кабине экипажа. Это открывает возможности для того, чтобы иметь резервную бортовую систему для принятия решений и действий, касающихся эшелонирования воздушного движения. Это будет реально способствовать устранению недостатков, все еще имеющихся в деятельности наземных систем, и обеспечивать контроль за эшелонированием ВС с помощью бортовых систем в дополнение к наземным системам. Более высокая надежность такой структуры позволит внести ясность в целый ряд сценариев моделирования риска столкновения ВС и будет способствовать созданию более безопасных, гибких и емких условий организации воздушного движения и в этом отношении может быть осуществлено сокращение минимумов эшелонирования ВС согласно RNP и RVSM [4, 5, 6].
Использование технологий CNS/ATM при автономном полете ВС в обычном режиме равнозначно возвращению к одноканальной системе. Тем не менее, такую точку зрения отстаивают некоторые сторонники концепции свободного полета. Пилоты не считают автономный полет обычным эксплуатационным режимом, хотя признают его преимущества при работе в условиях, отклоняющихся от нормы. Автономный режим полета ВС следует рассматривать в качестве резервного варианта, обеспечивающего гарантированное эшелонирование и возможность компенсировать нарушения в работе наземной системы и сети, а также предотвращать отказ в работе системы.
В определенных ситуациях пилоты могут устанавливать безопасные интервалы эшелонирования между ограниченным числом ВС. Хотя было бы неправильно возлагать на пилотов ответственность за эшелонирование воздушного движения, это не означает, что пилоты не могут принимать участие в обеспечении и соблюдении интервалов эшелонирования между воздушными судами (фактически они делают это уже сегодня) и при наличии соответствующих условий и ограничений их роли.
Прежде чем переходить к произвольной или оптимальной прокладке маршрутов, следует проанализировать инфраструктуру воздушного пространства. Нынешние структуры воздушного пространства основываются на маршрутах и контрольных навигационных точках. Если в концепцию свободной прокладки маршрута вносится изменение, то и классификацию воздушного пространства следует надлежащим образом менять.
Внедрение системы CNS/ATM или режима свободного полета не приведет к значительному сокращению небольших минимумов эшелонирования, применяемых в настоящее время в районе аэродрома посадки. Наибольшее сокращение интервалов эшелонирования будет иметь место там, где система CNS/ATM придет на смену не радиолокационному (процедурному) управлению воздушным движением. Существующие в настоящее время большие минимумы эшелонирования в океанических и удаленных не радиолокационных районах устанавливаются с учетом характерных различий между этими воздушными пространствами и районами с местным радиолокационным контролем. Вместе с внедрением минимумов эшелонирования необходимо добиться, чтобы местный радиолокационный контроль был точным, надежным, динамичным, своевременным, чувствительным и гибким. Вместо этого многие системы, применяемые в настоящее время в удаленных районах, являются неточными, хрупкими, ненадежными, статичными, медленными, нечувствительными и негибкими. Чтобы удовлетворить потребности в безопасной, эффективной и гибкой эксплуатации ВС в удаленных районах, действующие в этих районах системы должны в большей степени обладать качествами, присущими радиолокационному контролю. Структура CNS/ATM открывает путь для продвижения вперед в области совершенствования систем организации воздушного движения в удаленном воздушном пространстве за счет спутниковой навигации, а также межбортовой навигации.
Система УВД призвана обеспечивать базовое обслуживание в области эшелонирования воздушных судов. Однако и пилоты могут брать на себя часть ответственности за эшелонирование ВС вместе с диспетчерами УВД (в частности, в отношении краткосрочного или локального эшелонирования) на основе поступающей в летную кабину информации о воздушном положении с надлежащими параметрами по сетям радиосвязи.
Обоснованность такой структуры особенно видна на верхних эшелонах, где уже сейчас в ряде районов мира ВС часто предоставляется свобода в выборе маршрута. Однако структура воздушного пространства, состоящая из воздушных коридоров (трасс), обеспечивает известную степень безопасности и удобства на низких эшелонах, где произвольная прокладка маршрута не может этого обеспечить.
В связи с этим внедряются зоны защиты трасс. Разработанные в [7] зоны защиты касаются всех этапов полета. Так, например, в воздушном пространстве Российской Федерации схемы полета по трассе соответствуют RNP 2,7 или выше. Там, где это необходимо, возможно применение RNP 1. Поперечный и продольный допуски (ХТТ и АТТ) равны величине RNP. Согласно [7] половина ширины зоны RNP определяется формулой 2·ХХТ+BV, где 2·ХХТ – полуширина основной и дополнительной зон, BV - половина ширины буфера. Согласно расчету половина ширины зоны, соответствующей вылетам по RNP 1, равна =2·1,85+0,56=4,26 км (рис. 1).
Увеличить marin052009-001.gif (10кб)
Рис. 1. Поперечное сечение зоны прямолинейного участка, включающей основную и дополнительную зоны. Буферная зона расположена за пределами дополнительной. MOC – минимальный запас высоты над препятствиями
Один из режимов свободного полета предусматривает трех- или даже четырехмерную структуру воздушного пространства, состоящего из локальных зон защиты ВС. Пусть всего требуются четыре зоны (рис. 2). Первая внешняя зона служит для сбора всей «информации» о воздушном движении, которая может стать актуальной, тогда как вторая зона необходима для передачи сигнала «оповещения», чтобы обратить внимание диспетчеров УВД и пилотов на ситуации, которые могут требовать их внимания. Третья зона предназначается для «принятия действий», необходимых для обеспечения защиты находящейся в самом центре (четвертой) зоны. Предлагаемые геометрические фигуры имеют форму почти правильных окружностей. В действительности они должны были бы быть более похожими на фигуры, отображающие концепции точки наибольшего сближения, прослеживаемые в алгоритмах бортовой системы предупреждения столкновений (TCAS) [8, 9].
Интуитивно эксплуатантам известно, что свободный выбор желаемого маршрута полета потенциально может экономить денежные средства. Между любыми двумя точками в атмосфере существует бесконечное число возможных маршрутов, но только один из них представляет собой абсолютную вершину эффективности на любой данный момент. Для достижения максимально возможной экономии средств от свободного полета каждый такой полет должен будет иметь доступ к значительным вычислительным возможностям почти в реальном времени. Чтобы не путаться с современными системами управления полетом и не регулировать их постоянно, необходимо будет иметь в базе данных алгоритмы квази оптимальных схем развода конфликтных ситуаций в сложившейся воздушной обстановке (нажимную кнопку с надписью «свободный полет»).
Увеличить marin052009-002.gif (42кб)
Непосредственные столкновения воздушных судов - не единственная опасность. В целях обеспечения безопасности полета, выполняемого в свободном режиме, необходимо решить проблему, связанную с опасностью попадания воздушного судна в вихревой след другого воздушного судна. Учитывая большие интервалы эшелонирования по маршруту следования ВС, опасность попадания в вихревой след (спутный вихрь, спутная турбулентность) обычно не столь велика. Эта проблема носит более серьезный характер на этапе захода на посадку. Однако согласно RVSM минимумы эшелонирования будут сокращены до 300 м (1 тыс. футов) в вертикальной плоскости. Тогда такую опасность необходимо будет признать и найти пути, как с ней бороться (рис. 3). Спутные вихри образуются позади каждого ВС. Особенно сильные вихри образуются большими широкофюзеляжными судами. В настоящее время решается проблема визуализации спутных следов и других турбулентных образований в атмосфере.
Увеличить marin052009-003.gif (16кб)
Спутниковые системы навигации будут играть ключевую роль в обеспечении воздушного движения по методу «свободный полет». Другими важными элементами, которые находятся либо в стадии разработки, либо уж устанавливаются на самолеты, являются: системы обмена данными, усовершенствованные системы предотвращения столкновений, автоматические системы УВД на маршруте и средства автоматизации радионавигационных систем захода на посадку и посадки. Системы обмена данными позволит диспетчерам передавать на борт самолетов предполетную информацию и разрешение на взлет по каналам обмена данными, а не по речевой связи.
Основная идея концепции «свободный полет» заключается в совершенно новом подходе к управлению воздушным движением, поскольку она вкладывает новый смысл в понятие «полет по приборам». Детальная проработка концепции в настоящее время проводится на уровне государственных комитетов и рабочих групп из представителей авиакомпаний. По результатам анализа промышленные организации приходят к заключению, что с внедрением концепции «свободный полет» необходимо будет изменять основные существующие принципы организации УВД, в соответствии с которыми большинство действий экипажа по управлению полетом должны санкционироваться или задаваться наземными диспетчерскими пунктами. Однако «свободный полет» предоставит экипажам ВС возможность свободно выбирать траекторию полета по маршруту, скорость и профиль, причем даже в большей степени, чем это позволяют правила визуальных полетов или полетов по методам RNAV. В то же время обеспечиваются условия безопасного разведения ВС, устанавливаемые для полетов по приборам. При этом особое внимание уделяется спутниковой навигации с применением наземных, бортовых и космических функциональных дополнений. Возможное вмешательство диспетчеров при этом становится средством, гарантирующим безопасность выполнения полетов и правильное функционирование автоматических систем. Вмешательство диспетчеров может также потребоваться для предотвращения проникновения самолетов в воздушное пространство специального использования, а также во избежание перегрузки аэропорта или зоны подлета к нему. В сущности «свободный полет» позволит освободиться от ограничений, накладываемых системой УВД на условия выполнения воздушных перевозок настолько, насколько это позволят требования безопасности и технический прогресс. Реализация этой концепции станет возможной благодаря широкому использованию спутниковых созвездий, каждое из которых построено на «созвездии» из 24 спутников. Это позволяет экипажу самолета, находящемуся в любой точке воздушного пространства Земли, непрерывно и с высокой точностью определять свое местоположение, не используя информацию от наземных радиомаяков. В настоящее время к действующим спутниковым системам относят GPS и ГЛОНАСС. Разрабатывается еще несколько систем.
Таким образом, устраняется необходимость в негибких и экономически неэффективных наземных системах навигации и обеспечения воздушных трасс, а также в связанных с ними навигационных инфраструктурах. Установить, где находится ВС, аэропорт назначения и время полета до него можно будет не только с помощью GNSS. Подобную информацию можно будет получать также по системе обмена данными от других находящихся поблизости самолетов [10, 11].
Новые организационные и технические решения, связанные с внедрением концепции «свободный полет»
В условиях «свободного полета» наземные диспетчеры, являются организаторами, а не непосредственными руководителями воздушного движения. Они должны руководствоваться скорее тактикой локального эшелонирования (основанной на параметрах местоположения и вектора скорости самолетов) и стратегией эшелонирования (основанной на параметрах траектории полета), подразумевающей выполнение полетов по назначенным маршрутам, с заданными высотами и скоростями полета под непосредственным контролем системы УВД, как это делается сегодня. В графическом виде эшелонирование по концепции «свободный полет» представляется в виде виртуальных движущихся зон вокруг каждого самолета, состоящих из областей пространства: внешних - сигнальных зон и внутренней - защищенной зоны (рис. 2). Геометрические параметры зон зависят от изменяющегося во времени местоположения движущегося самолета. Они отображаются на экране компьютера прогнозирования конфликтных ситуаций, расположенного на рабочем месте диспетчера системы ОрВД. До тех пор пока маршруты полета самолетов проходят на достаточном удалении друг от друга, и внешние сигнальные зоны не соприкасаются, диспетчер (пилот) уверен, что эшелонирование отвечает всем требованиям безопасности полетов, и экипаж волен маневрировать по своему усмотрению. Когда внешние сигнальные зоны соприкасаются, диспетчер (пилот) оценивает скорость и прогнозируемое направление полета конфликтующих (двух, нескольких самолетов) и выдает рекомендации для выполнения требуемых маневров уклонения. Таким образом, внутренним защищенным зонам запрещено соприкасаться.
При существующей организации воздушного движения трассу можно представить в виде трех соосных вложенных друг в друга параллелепипедов (рис. 1):
- внутренний из которых представляет основную защищенную зону с размерами, ограниченными 2σ в поперечном сечении;
- охватывающую внутреннюю дополнительную зону, с размерами в поперечном сечении, изменяющимися в пределах от 2σ до 4σ;
- внешнюю (буферную) сигнальную зону с размерами, превышающими 4σ в поперечном сечении (примеры расчетов зон [7]).
В перспективе предполагается введение иерархии процедур ОрВД, начиная от свободного маневрирования и до управления, в соответствии с традиционными процедурами - в зависимости от динамической плотности конфликтных ситуаций и плана движения ВС в пределах выделенного диспетчеру сектора обзора. В рамках концепции «свободный полет» основной целью является минимизация «принуждающих» процедур управления на уровне требуемого эшелонирования, что позволяет обеспечить безопасность полетов. Радикальное изменение процедур управления требует тщательной гарантии того, чтобы изменения были безопасны, а рабочие нагрузки как экипажей, так и диспетчеров находились в допустимых пределах. Практически потенциальные преимущества могут быть реализованы. Четко определенные и разграниченные сферы ответственности диспетчеров и летчиков, использование защитных и предупреждающих виртуальных зон вокруг летящих caмoлетoв, предотвращение столкновений – вот ключевые элементы проекта «свободный полет». Очевидно, что возможность экипажей менять маршрут, воздушную скорость и высоту будут ограничены в загруженных аэропортах, где такие действия невозможны из-за высокой плотности движения ВС.
Помимо организационных усовершенствований в условиях выполнения полетов, связанных с внедрением «свободного полета», изменения потребуют постепенно ввести ряд технических новшеств. Одно из них - создание семейства систем интегрированного бортового радиоэлектронного оборудования (ИБРЭО), основанное на использовании спутниковой информации с учетом новых требований системы CNS/ATM (комплекс средств связи, навигации и наблюдения для организации воздушного движения) в связи с концепцией «свободный полет». Так как концепция продолжает развиваться, то ИБРЭО, построенное на базе гибких технических решений, позволяет оперативно отслеживать эти изменения и преобразования. По мнению специалистов определяющими для «свободного полета» станут четыре базовых комплекса ИБРЭО, от надежности и целостности работы которых будет зависеть безопасность полетов и экономический успех концепции свободный полет:
- комплекс интегрированных средств связи для обмена данными с диспетчером и другими самолетами о текущем местоположении и направлении движения каждого ВС;
- бортовая навигационная спутниковая система независимого и точного определения местоположения ВС и посадки в автоматическом режиме с использованием наземного (GBAS) и спутникового (SBAS) функциональных дополнений;
- комплекс автоматизированных средств наблюдения и предотвращения конфликтных ситуаций в воздушном пространстве;
- система электронной индикации и отображения информации в кабине, обеспечивающая экипаж информацией о параметрах полета и о его состоянии в ясной, логичной и недвусмысленной форме.
Краткая характеристика направления развития радиоэлектронных комплексов
Комплекс интегрированных средств связи открывает возможность осуществлять обмен данными через радиоканалы. Это новый обеспечивающий способ организации движения в воздушном пространстве. Независимо от того, осуществляется ли связь посредством УКВ связи самолетного адресного ответчика режима S или KB каналов обмена данными, она будет обеспечивать быстрое и надежное взаимодействие, необходимое для того, чтобы сделать «свободный полет» действительно жизнеспособной концепцией. Полностью интегрированная система обеспечивает экипаж цифровой и речевой связью, а пассажиров - телефонной, факсимильной и компьютерной связью. Один из каналов предназначен для обмена данными с экипажем и электронным оборудованием самолета, остальные позволяют пассажирам использовать в полете телефон, факс и информационные каналы связи.
Модульная конструкция системы позволяет каждой авиакомпании заказывать нужную ей конфигурацию, выбирая желаемое количество каналов без изменения базовой аппаратуры. Система соответствует требованиям к перспективным аэронавигационным комплексам. Авиакомпании могут реализовать преимущества автоматического зависимого наблюдения (ADS) посредством интеграции ADS с самолетным ответчиком режима S, KB каналом обмена данными и УКВ системами. Используя ADS, ВС, которое находится в зоне контакта с обычными радиосредствами, может автоматически сообщать УВД о своем местоположении в реальном масштабе времени через спутниковый канал связи. Кроме того, разрабатываются высокочастотные радиосредства обмена данными для работы в КВ диапазоне, которые могут быть добавлены к некоторым установленным на самолетах стандартным радиостанциям, тем самым устранена необходимость установки отдельных информационных модемов и интерфейса связи с ними.
Перспективная высокочастотная система связи, обеспечивающая одновременно как передачу данных, так и обмен речевыми сообщениями, выполняя автоматическую отправку сообщений по цифровому каналу связи, освобождает экипаж от потерь времени и трудностей управления, которые всегда ассоциируются с KB речевой связью. Продолжительный по времени процесс определения и настройки каналов диапазона L автоматизирован. Система подвержена влиянию атмосферных помех в гораздо меньшей степени, чем KB радиостанции, обеспечивающие только речевую связь.
Для успешной работы перспективных систем обмена данными создаются подсистемы и аппаратура, соответствующие имеющимся требованиям и потенциальным изменениям, связанными с развитием свободного полета. Так блок управления каналом обмена данными осуществляет взаимодействие между основными бортовыми радиосистемами (УКВ или спутниковой) и бортовыми подсистемами - такими как система самолетовождения и система сбора и регистрации полетных данных.
Таким образом, комплекс связи являются и источником, и потребителем информации. Он должен быть совместим с архитектурой авиационной телекоммуникационной сети обмена данными (ATN), способной поддерживать взаимодействие с рутером ATN (рутер или маршрутизатор - это устройство, соединяющее подсети обмена данными между собой). Комплекс должен удовлетворять требованиям перспективных систем аэронавигации (система связи, навигации, наблюдения) и АТМ. Его приемопередатчик речевой и цифровой информации должен быть способен работать в полосе частот, уменьшенной до 8,33 кГц, и использовать высокоскоростной протокол обмена данными, который в настоящее время определен для использования в сетях ATN [10].
Использование глобальной спутниковой навигационной системы, состоящей из нескольких созвездий, будет обеспечивать надежное и высокоточное самолетовождение. Это является вторым ключевым техническим элементом в концепции «свободный полет». Поскольку роль приемника системы спутниковой навигации является исключительно важной, разрабатываемые и выпускаемые специализированные приемники, предназначенные для использования в коммерческом воздушном транспорте, обеспечивают всю совокупность технических потребностей навигации в современных условиях. Устройство приемника также должно позволять отслеживать вероятные технические изменения спутниковых созвездий с тем, чтобы иметь возможность выбирать наиболее яркие «звезды» созвездий для определения своего местоположения.
Для обеспечения инструментальной посадки с использованием данных спутниковых системы создаются схемы с применением RNAV и схемы на основе спутниковых систем с наземными и спутниковыми функциональными дополнениями. На этапе прибытия бортовая система работает в режиме района аэродрома. Приемники спутниковой системы функционального дополнения (SBAS) автоматически переключаются с режима маршрута на режим района аэродрома при прохождении первой точки пути маршрута прибытия. Значения допусков на космические элементы (включая элемент управления) и на бортовую систему (включая допуск на вычисления в системе) учитываются в порогах срабатывания сигнализации контроля целостности для систем SBAS [7, 8, 11, 12].
Схемы точного захода на посадку спутниковой системы функционального дополнения (GBAS) в настоящее время основаны на критериях ILS и связаны с характеристиками наземного и бортового оборудования и целостностью, требуемыми для соблюдения эксплуатационных минимумов категории I, приведенных в [7, 8, 9]. Поскольку конкретные критерии для GBAS категории I находятся в стадии подготовки, в основу критериев, положен эквивалентный метод ILS категории I. Требования к заходам на посадку по категориям II и III для включения в Приложение 10 находятся в стадии разработки; на период доработки этих требований будут предоставлены критерии построения схем захода на посадку.
Бортовое радиоэлектронное оборудование обеспечивает авиакомпаниям экономически эффективное решение перехода в ближайшем будущем к использованию метода «дифференциальной» посадки по информации GNSS -приемника. В настоящее время система посадки по приборам (ILS) и GNSS являются основными для автоматической посадки, a микроволновая система посадки (MLS) может быть использована для обслуживания точных заходов на посадку и посадок в будущем. Система MLS обеспечивает выполнение требования для аппаратуры автоматического пилотирования и для автоматической посадки по резервированию каналов. Разрабатываются системы, которые будут обеспечивать выполнение требований по точности, надежности и целостности предъявляемых к «критическим» характеристикам посадки по категории II и III.
Система наблюдения и предотвращения конфликтных ситуаций в воздушном пространстве обеспечивает эшелонирование потоков воздушного движения с требуемым уровнем безопасности полетов. Система наблюдения через объединение функций точной навигации и связи приобретает новое качество. Используя режим автоматического зависимого наблюдения (ADS), реализуемый через спутниковые системы связи, она значительно улучшает осведомленность о воздушной обстановке как на борту самолета, так и на земле [8].
Функциональные возможности ADS и его способность разрешать конфликтные ситуации в воздухе является одним из основных принципов реализации концепции «свободный полет». Систему предупреждения столкновений самолетов в воздухе (TCAS), реализующую безопасность полетов, несомненно, необходимо сохранить в качестве развивающейся системы ОрВД. Возможность системы ТСAS отображать положение других самолетов, оборудованных ответчиками, а также способными в случае необходимости вычислять и «подсказывать» уклонения, значительно повышает степень осведомленности летчика об окружающей обстановке. Система TCAS II предоставляет экипажу самолета разовые рекомендации по разрешению конфликтных ситуаций в воздушном пространстве, обеспечивая тем самым разведение самолетов по эшелонам в соответствии с существующими требованиями безопасности - это набор высоты, снижение или сохранение текущей высоты. В случае непосредственной угрозы система автоматически взаимодействует с системой TCAS II (БСПС) конфликтующего самолета, вторгающегося в защищаемое системой пространство, для выработки корректирующих действий или предупреждающего уклонения. На дисплеях системы электронной индикации показывается положение «нарушителя» с целью установления и сохранения визуального контакта, что повышает уровень безопасности полета.
Система ТСAS II является прекрасным изобретением, поскольку она дает независимое представление об интенсивности воздушного движения и служит независимым каналом для принятия решений и действий в условиях полета по приборам. Эффективность системы TCAS II в предотвращении столкновений ВС заключается в том, что она представляет собой независимый резервный прибор контроля за воздушным движением. Назначение системы TCAS II состоит в том, чтобы вмешаться и не допустить столкновения ВС, когда не работает активный, основной канал связи. Система TCAS II упоминается не для того, чтобы подсказать еще один способ, позволяющий обеспечить эшелонирование УВД, а для того, чтобы проиллюстрировать тот аргумент, что наличие нескольких приборов контроля за воздушным движением повышает надежность системы в целом [11, 12].
В настоящее время разрабатывается система TCAS III, способная разводить конфликты ЛА в трех мерном пространстве, как это показано на рис. 4.
Увеличить marin052009-004.gif (29кб)
Система отображения навигационной информации, полученной через линию обмена данными, предполагается интегрировать в единую систему отображения информации в кабине экипажа. Методы обработки и простота отображения информации, разрабатываемые в рамках концепции «свободный полет» должны значительно упростить процедуры работы и подготовку экипажей. Система дисплеев отображает окружающую навигационную обстановку в режиме «карта» намного информативнее, чем плановый навигационный прибор, размещенный на многих современных самолетах. Система индикаций может обеспечивать отображение дополнительных сообщений и выдачу предупреждающих сигналов. Для удовлетворения требований работы с перспективной системой ОрВД разработаны дисплеи, которые имеет среднее время наработки между отказами 12000 часов, что примерно в четыре раза больше, чем у электромеханических приборов. Кроме того, стоимость нового дисплея меньше стоимости дисплеев на электронно-лучевых трубках (ЭЛТ).
В заключение следует отметить, что внедрение концепции «свободный полет» открывает возможность весьма значительно экономить полетное время и топливо. По мнению экспертов в области воздушных перевозок, авиакомпании теряют значительные средства из-за недостатков, присущих существующим системам УВД, связанных с диспетчерскими задержками, опозданиями рейсов, задержками самолетов у терминалов, ожиданием в очереди на взлет, назначением невыгодных эшелонов и неоптимальных трасс полета. Авиакомпания в настоящее время включает эти затраты в статью основных расходов. Ожидаемая экономия благодаря внедрению концепции и введению программ по выделению трасс полетов с учетом информации о преимущественном направлении ветра, а также за счет применения компьютерной программы, которая одновременно оптимизирует траекторию, скорость и высоту полета самолета в зависимости от текущих погодных условий и загруженности трассы. В дополнение к ежегодной экономии на эксплуатационных расходах концепция «свободный полет» предлагает наиболее эффективный по стоимости способ модернизации существующей перегруженной инфраструктуры УВД, что подразумевает изменение акцентов в самом понятии «управление» воздушным движением и введение понятия оптимальная организация воздушного движения.
Вместе с тем переход от нынешних систем к режиму свободного полета и технологиям CNS/ATM требует тщательной подготовки, как технических средств, так и личного состава, который будут участвовать в этой работе. Такая подготовка должна позволить персоналу иметь время для усвоения необходимых знаний и приобретения опыта работы в новых условиях. Пока концепция «свободный полет» далека от своего практического осуществления. Однако она представляет собой проект, который может привести к революционным изменениям в системе организации и управления воздушным движением.
1. Добавление В. Dos. 9623, FANS (II)/4, Монреаль. 1993
2. Одиннадцатая аэронавигационная конференция. Dos. 9828, AN-Conf/11, Монреаль. 2003
3. Форман П. М. Предлагаемый режим «свободного полета» вызывает у пилотов авиакомпаний разных стран ряд вопросов, требующих ответа. / Доклад на 37-й ежегодной конференции Международной федерации ассоциаций диспетчеров УВД, г. Тулуза, Франция. 1998
4. Руководство по требуемым навигационным характеристикам (RNP) ИКАО. Dos. 9613. 1999
5. Руководство по применению минимума вертикального эшелонирования в 300 м (1000 фут) между ЭП 290 и 410 включительно. ИКАО. Dos. 9574. Второе издание. 2002
6. Федеральные правила использования воздушного пространства Российской Федерации. М.: Воениздат. 1999 (ФП ИВП)
7. Производство полетов воздушных судов. Том II .Построение схем визуальных полетов и полетов по приборам. Doc. 8168. ИКАО, 2006
8. Авиационная электросвязь (радиационные средства). Изд. четвертое Т. I. ИКАО. Ноябрь, 2006
9. Авиационная электросвязь (радиолокации и предупреждения столкновений). Изд. четвертое Т. IV. ИКАО. Июль 2007
10. Аралов Г. Регулировщики московского неба // Гражданская авиация.2007. № 8
11. Марьин Н. П. Оценка уровня безопасности полетов (TLS) в процессе внедрения навигационных характеристик (RNP) и минимума вертикального эшелонирования (VSM) // Проблемы безопасности полетов. 2005. № 9
12. Марьин Н. П. Оптимальное управление полетом летательного аппарата при сохранении (соблюдении) уровня безопасности // Проблемы безопасности полетов. 2006. № 7
Prospect of introducing the concept «free flight»
N. P. Marjin (State scientifically research institute «Aeronavigation»)
In the article it is shown that sequential development stage of technologies CNS/ATM is freedoms ache the flight. Preparation for this stage must allow flying and operating personnel to have a time for mastering of knowledge and acquisition of experience and only then to approach the functional safe application of a system.
Keywords: free flight; safety; organization of air traffic; conflict; control