Наше деловое партнерство www.banwar.org

Авіаційна електроніка виконує роль головного помічника пілота з моменту запуску двигунів літака і до його зупинки в аеропорту призначення.

Виникнення доплерівського ефекту: на приймач, розташований попереду літака, від нього приходить сигнал з частотою більшою, ніж у передавача; приймач позаду літака повинен бути налаштований відповідно на меншу частоту.

<

>

ГЛОБАЛЬНА ОРГАНІЗАЦІЯ ПОВІТРЯНОГО РУХУ

В даний час громадянська авіоніка розвивається в рамках проекту CNS / ATM, що реалізується під егідою Міжнародного комітету організації авіаційних повідомлень (ІКАО). Він був заснований в 1944 році зі штаб-квартирою в Монреалі. У його завдання входять, зокрема, розробка міжнародних стандартів в галузі цивільної авіації, підвищення безпеки польотів, узагальнення досвіду підготовки кадрів.

Назва CNS / ATM є абревіатурою з перших букв англійських слів, які виражають суть концепції громадянської авіоніки на сучасному етапі. Одна його половина розшифровується як Сommunications, Navigation, Surveillance, що в перекладі означає "зв'язок, навігація, спостереження"; інша - це Air Traffic Management, тобто "організація повітряного руху". Інакше кажучи, авіоніка, ведучи спостереження, встановлюючи і підтримуючи зв'язок, здійснюючи навігацію, сприяє організації повітряного руху.

Зазначений проект є найбільшим і найдорожчим в історії цивільної авіації, він вже зараз дав потужний імпульс розвитку нових технологій. В результаті різноманітні суду будуть рухатися в повітряному просторі вільно, як це зараз відбувається, наприклад, на автомобільному транспорті, де рішення приймають самі водії на основі аналізу інформації про інших учасників руху.

У чому ж причини появи такого масштабного задуму?

В НЕБІ СТАЛО ТЕСНО

Кількість польотів у останнім часом сильно зросла, і інтенсивність повітряного руху продовжує збільшуватися. Існуючі наземні і бортові інформаційні засоби просто не в змозі забезпечити необхідний рівень безпеки польотів. Додатково ускладнює ситуацію система правил польотів, жорстко розділяє повітряний простір на зони, або ешелони. Ешелон - це якийсь тунель з незримими стінками, і екіпаж у польоті не має права виходити за них. Ешелонування повітряного простору зараз здійснюють виключно наземні диспетчерські служби, передаючи один одному летить повітряне судно, як естафетну паличку.

Подібна технологія вкрай ускладнює організацію польотів бурхливо розвивається останнім часом так званої малої авіації, або авіації загального призначення. Використовуваний термін "мала авіація" досить умовний і зазвичай застосовується для легких і середніх повітряних суден, злітна маса яких становить 0,5-10,0 т, здатних перевозити від 2 до 19 чоловік на відстані 200-2500 км. Засобами малої авіації користуються для повітряних перевезень в особистих цілях, проведення господарських робіт, повітряного моніторингу і патрулювання, навчально-тренувальних та демонстраційних польотів і т. Д. Як видно з перерахованих завдань, що вирішуються малої авіацією, основна її відмінна риса - нерегулярність польотів.

На жаль, Росія за кількістю використовуваних засобів малої авіації і по організації їх польотів далеко відстає від більшості розвинених країн. Причина цього - "закостенілі" технології організації руху, які передбачають використання авіоніки старих поколінь, що не відповідає концепції CNS / ATM. Але навіть передові авіаційні компанії не можуть поки отримати всі вигоди з нових технологій. Втрати від неефективного використання повітряного простору оцінюються в світі сумою, що перевищує 3,5 млрд доларів на рік.

Своїм виникненням концепція CNS / ATM багато в чому зобов'язана появи супутникових систем навігації та зв'язку. Космічні апарати разом з наземними засобами складуть вичерпну систему зв'язку і навігації. Авіоніка, яка втілює в собі ідеї концепції CNS / ATM, надасть практично необмежені можливості літати за оптимальними маршрутами, економити паливо, збільшувати пропускну здатність повітряного простору та забезпечувати високу безпеку польотів.

Три іпостасі ГРОМАДЯНСЬКОЇ авіоніки

Як вже зазначалося, система CNS / ATM передбачає обов'язкове поєднання трьох компонентів: зв'язку, навігації та спостереження. Архітектура першого компонента повинна будуватися так, щоб зв'язком були забезпечені різні групи людей, так чи інакше пов'язаних з польотом повітряного судна. По каналах зв'язку повинні проходити інформація для ОВС, здійснюватися оперативний (пілот-диспетчер) і адміністративний (диспетчер-диспетчер) контроль польоту. Крім того, треба дозволити пасажирам користуватися цими каналами для телефонних переговорів з абонентами на землі або з пасажирами інших літаків.

Гідним прикладом переваг подібної системи зв'язку стала поведінка пасажирів одного з літаків, захоплених терористами 11 вересня 2001 року в США. По мобільних телефонах вони отримали інформацію про те, що сталося з вежами-близнюками. Усвідомивши, яка доля їх чекає, і зрозумівши, що втрачати їм нічого, люди кинулися на терористів і роззброїли їх. Таким чином вдалося запобігти ще один теракт.

Авіаційного зв'язку притаманний ряд особливостей, які заважають їй працювати ефективно і які потрібно враховувати при проектуванні відповідних пристроїв:

джерела сигналів постійно переміщаються в просторі, що призводить до появи доплерівського зсуву частоти (несуча частота сигналу у наближається або віддаляється літака буде вищою або нижчою, ніж номінальна). Хоча навіть у самих швидкісних літальних апаратів догляд частоти невеликий, бортова апаратура має таку точність, що доплеровское зміщення заважає стабільного зв'язку;

бортові передавачі мають невисоку потужністю;

антенно-фідерні пристрої повітряних суден мають низьку ефективність у зв'язку з їх обмеженими розмірами;

умови на борту повітряного судна (вібрація, перепади тиску і температур) обумовлюють жорсткі умови експлуатації засобів зв'язку;

з'являються перешкоди у вигляді відбитих від поверхні Землі радіохвиль з додатковим доплеровским зміщенням частоти.

Існуючі системи авіаційного зв'язку, в тому числі цифровий (для передачі даних, що доповнюють мовні повідомлення пілотів), можна поступово нарощувати, додаючи нові канали в міру виникнення потреби в них.

При організації подібної мережі вирішальну роль будуть грати космічні супутники зв'язку. Зараз цю мережу все частіше називають авіаційним або "небесним" Інтернетом. Оскільки Інтернет є найяскравіше і послідовне втілення мережевих технологій, то система зв'язку в рамках CNS / ATM повинна базуватися на тих же принципах. Недарма і літак вже вважається "інформаційним вузлом в небі".

Другою функцією авіоніки, яка реалізується в рамках концепції CNS / АТМ, є навігація. Крім виконання традиційних для навігаційних систем функцій авіоніка сьогодення і майбутнього допоможе зменшити розміри ешелонів і тим самим значно підвищити пропускну здатність повітряного простору. Як у випадку з авіаційної зв'язком, найбільш універсальними і перспективні ми виявляються супутникові системи навігації.

В даний час в світі діють Глобальна система визначення місцезнаходження GPS (Global Position System), офіційно належить уряду США, але використовувана в міжнародному масштабі, і вітчизняна Глобальна навігаційна супутникова система ГЛОНАСС. Надалі, можливо, буде сформована Глобальна супутникова навігаційна система GNSS (Global Navigation Satellite System). Вона дозволить з високою точністю відслідковувати маршрут будь-якого літального апарату в усьому повітряному просторі планети, що недоступно поки чинним навігаційним засобам.

Крім того, поєднуючи функції GNSS з новими технологіями в галузі зв'язку, вдасться подолати ряд інших проблем, пов'язаних з обмеженими можливостями пілотів і наземних диспетчерів. Апаратура на борту літака буде з великою швидкістю отримувати з землі інформацію в цифровому вигляді і тут же направляти її в комп'ютер. Відпаде необхідність в переговорах між бортом і землею і, отже, впадуть мовні бар'єри - стандартні повідомлення можна без праці перевести в вид, зрозумілий людині незалежно від його національності. Ця інформація дозволить оперативно коригувати план польоту і управляти рухом по маршруту.

Авіоніка нових поколінь надасть учасникам повітряного руху практично весь спектр навігаційних послуг, включаючи, звичайно, точне визначення місця розташування повітряного судна з використанням інформації як із супутників, так і від наземних джерел, особливо при польотах по найбільш напруженим маршрутами і в районах аеропортів.

Більш того, представляється все більш реальним відмова від руху по строго регламентованим коридорах і перехід до так званим вільним польотам по найбільш вигідним траєкторіях. Ідею вільних польотів висунули в США, і зараз ця концепція активно освоюється в Європі в областях з високою щільністю населення.

Вільний політ забезпечує економію палива і часу за рахунок більш гнучкого розподілу учасників руху за маршрутами і повітряним ешелонів, а також за рахунок вибору більш коротких маршрутів і зменшення затримок в очікуванні посадки. Гнучкий план польоту формується на основі поточної навігаційної інформації і стандартних процедур, а також з урахуванням типових схем польоту, що зберігаються в навігаційної комп'ютерній базі даних повітряного судна, а саме:

схеми вильоту та прибуття за приладами;

схеми переходу з однієї ділянки маршруту на інший;

схеми заходу на посадку;

відомості про злітно-посадочних смугах;

схеми заходу на друге коло і польоту в зоні очікування;

інформація про авіаційні трасах і маршрутах авіакомпаній;

методи побудови плану польоту;

порядок обміну даними між бортом і землею;

способи "ручний" корекції плану польоту, наприклад за проміжними пунктами маршруту;

порядок обліку різноманітних обмежень і введення їх в план польоту.

Розробляючи план польоту, потрібно спрогнозувати його траєкторію і відповідно витрата палива. При розрахунку траєкторії визначаються оптимальні висоти і швидкості польоту, очікувані моменти проходження проміжних пунктів маршруту c оцінкою кількості залишається палива і з урахуванням динаміки літака. Ці дані через підсистему адресації, що входить в систему зв'язку, літак передає на землю, а звідти отримує інструкції, як оптимізувати параметри польоту.

У реалізацію плану входять також наведення літака на посадкову смугу і управління ним аж до посадки, а також автоматична або ручна настройка на радіонавігаційні засоби.

Поки при польотах над великими водними просторами і важкодоступними районами суші, де немає засобів радіолокації, за авіаційними засобами стежать тільки за повідомленнями пілотів, що передаються по каналах мовного зв'язку. На решті частини маршруту за літаком ведеться спостереження радіолокації. У цивільній авіації до останнього часу використовували традиційні (первинні) радіолокатори. Принцип їх дії полягає в реєстрації відбитих від летить об'єкта короткохвильових імпульсів, випромінюваних локатором. При цьому ідентифікувати об'єкт без додаткової інформації неможливо: це може бути цивільний або військовий літак, великий птах або навіть НЛО. Військові вже давно користуються так званими вторинними локаторами, що використовують систему розпізнавання "свій-чужий". Такі ж локатори пропонується застосовувати і в цивільній авіації. Тут, правда, всі об'єкти відносяться до "своїм", і, прийнявши імпульс, літак відразу посилає у відповідь всі дані про себе, включаючи висоту, швидкість і курс.

Позиціонування за допомогою супутникової навігаційної системи і первинних і вторинних радіолокаторів в поєднанні із засобами цифрового зв'язку утворює основу третього компонента концепції CNS / ATM - спостереження. При цьому передбачається, що роль наземних радарів для спостереження буде поступово зменшуватися.

За допомогою спостереження диспетчер контролює витримування безпечних інтервалів в ешелонах, організовує ефективне використання повітряного простору та допомагає пілотові зробити політ безпечним. Більш того, з повітряного судна в автоматичному режимі періодично передається вся інформація про його стан (не тільки місце розташування, швидкість і напрямок руху, а й запаси палива, режими роботи двигунів і навіть поведінку пасажирів).

Оскільки будь-який радар має похибкою у визначенні координат, то відомості, отримані з борту і, отже, надзвичайно достовірні, дозволяють на землі приймати більш обґрунтовані рішення. При цьому на дисплеях диспетчерів літак виглядає так само, як при спостереженні за ним за допомогою радара. Така технологія отримала назву автоматичного залежного спостереження, оскільки результати спостережень "залежать" від даних, що надходять з повітряного судна.

Повіривши в непогрішність залежного спостереження, американці у багатьох випадках стали відмовлятися від застосування радарів і були за це жорстоко покарані в пам'ятний день 11 вересня. Терористи відключили радіопередавачі і тим самим зробили літаки "невидимими" з землі.

Впровадження ж системи залежного спостереження в Росії дуже актуально, оскільки з його допомогою, як зазначалося, можна оцінювати стан повітряного простору в регіонах, не забезпечених радіолокаторами. А таких місць у нас дуже багато: на величезних просторах з суворими кліматичними умовами практично не живуть люди. Разом з тим саме там можна прокласти найкоротший і, отже, найбільш перспективні міжнародні повітряні маршрути, що зв'язують бурхливо розвиваються економічні центри Південно-Східної Азії з містами Північної Америки і Європи.

Отже, система спостереження за літаком із застосуванням сучасних засобів авіоніки повинна передбачати:

автоматичну передачу з борта повітряного судна інформації про його місцезнаходження і планованих маневрах;

розширений режим роботи вторинного оглядового радіолокатора;

наявність бортової системи попередження зіткнень (TCAS).

Розширений режим має на увазі, що локатор може запитувати все обладнані відповідаю щей апаратурою повітряні судна, а також посилати адресні запити конкретним літакам і обмінюватися з ними цифровою інформацією, тобто виконувати роль каналу передачі даних.

Про бортових системах попередження зіткнень в повітрі (TCAS) наполегливо заговорили після катастрофи 1 липня 2002 року з літаком "Башкирських авіаліній", в результаті якої загинули діти. Подібні системи розводять літаки, що знаходяться в небезпечній близькості один від одного. Якщо небезпечно наблизився літак обладнаний відповідачем, то система за допомогою запитів і відповідей визначить його місцезнаходження, відобразить порушника на екрані електронного дисплея і в разі необхідності видасть рекомендації по маневру ухилення. Система значно підвищує ступінь обізнаності пілота і знімає з нього частину навантаження в польоті.

Однак американські і європейські, в тому числі і російські, пілоти по-різному розставляють пріоритети: при суперечливих вказівках наземного диспетчера і TCAS американці дотримуються рекомендацій автомата, а європейці слухаються диспетчера. Подібна неузгодженість і стала причиною трагедії.

ЛІТАТИ економічність і С МЕНШИМ РИСКОМ

Таким чином, авіоніка, здійснюючи функції спостереження і навігації, дозволяє ефективніше експлуатувати повітряний транспорт: більш строго дотримується розклад польотів, знижуються витрати на паливо і на зарплату екіпажам, літаки втрачають менше часу на руління, можна користуватися прямими або найліпшими (ортодроміческое) маршрутами, в тому числі що проходять через Північний і Південний полюси, за оптимальними траєкторіями обходити райони з несприятливими метеоумовами. Оптимізуючи характеристики польоту, пілоти можуть тепер не літати по строго визначеними маршрутами, а гнучко змінювати їх, економлячи час і паливо.

До важливою перевагою авіоніки, що утворюється відповідно до концепції CNS / ATM, відноситься її "бесшовность", тобто електронне обладнання можна модернізувати безперервно, без "зміни поколінь". Нові технології авіаційних перевезень не виключають застосування колишньої авіоніки організації повітряного руху, хоча перспективними, а в майбутньому єдиними, оголошені супутникові системи. При цьому користувачі авіоніки CNS / ATM отримують ряд істотних переваг:

її робоча зона охоплює всю поверхню земної кулі;

тривимірне визначення місця розташування і вектора швидкості відбувається в реальному масштабі часу, тобто практично миттєво;

система зв'язку, навігації та спостереження має необмежену пропускною спроможністю і високою помехозащищенностью;

навігаційна бортова апаратура коштує відносно недорого;

є можливість автоматично вести літак, вибираючи оптимальні траєкторії з дотриманням норм поздовжнього, бокового та вертикального ешелонування на всіх етапах польоту, включаючи посадку;

гарантований надійний і якісний обмін даними між бортом і наземними службами;

забезпечується безпека польотів, незважаючи на підвищення інтенсивності повітряного руху;

знижуються експлуатаційні витрати, економиться паливо, зменшуються навантаження на екіпаж.

Однак вартість проекту CNS / ATM, як говорилося вище, дуже висока, і рівень економічного розвитку багатьох держав, очевидно, не дозволить впровадити його одночасно на всій земній кулі. Та цього й не потрібно. Важливо лише, щоб були забезпечені плавні переходи між сусідніми районами польотної інформації. Іншими словами, при перетині кордону між простором, де діє CNS / ATM, і областю, де застосовуються старі засоби стеження, дані про політ повітряного судна не повинні відрізнятися. Зараз же трапляється, що в момент "передачі" диспетчером літака своїм сусідам той як би стрибком змінює ешелон.

Мабуть, в найближчій перспективі повітряні простори в межах державних або регіональних кордонів будуть в законодавчому порядку оголошені зонами загального користування для національних магістральних і вантажних авіаперевізників, місцевої авіації і авіації загального призначення, а також для військово-повітряних флотів. Модернізація національних засобів організації повітряного руху призведе до поступового повсюдного впровадження системи CNS / АТМ, як тільки властиві нової концепції переваги стануть доступні більшості представників повітряного флоту тієї чи іншої країни.