В статье рассматриваются особенности назначения систем предотвращения столкновений самолетов в воздухе, применение в отечественной авиации, а также перспективы их развития.
Ключевые слова: воздушное движение, TCAS, воздушная навигация, безопасность полетов.
Больше века назад зародилась авиация. Первые летательные аппараты смогли подниматься только на несколько метров, а пролетать не более двухсот. Но с дальнейшим развитием воздухоплавания небо становится все более загруженным. Появляются все больше аэропортов, а соответственно увеличивается поток воздушного движения. Обеспечивать безопасность должны авиадиспетчеры. Каждый аэродром имел свой состав организации по воздушному движению. Но столкновения в воздухе были и нужно было решать этот проблемный вопрос.
Тогда впервые на самолеты начали устанавливать системы по предупреждению о столкновении. С того момента эти системы установлены на всех современных самолетах. С десяток лет приоритет системы TCAS являлся второстепенным. Команды авиадиспетчера были главнее электроники. Но после катастрофы над Боденским озером, команды системы TCAS носят приоритетный характер.
Назначение систем предупреждения столкновения в воздухе
Система обозревает пространство вокруг воздушного судна, обнаруживая другие суда, оборудованные ответчиком системы TCAS. В случае возникновения риска столкновения система предупреждает об этом пилотов.
Принцип работы заключается в следующем. Для работы самолёт должен быть оборудован самолетным ответчиком и самой системой TCAS. Система одного самолета, работает в сотрудничестве с этим же транспондером или самолетным ответчиком, который в свою очередь обменивается информацией с TCAS другого борта. По своим характеристикам система TCAS способна обнаруживать конфликтные ситуации в 15 км. А также в продольном канале от 15 до 50 км в зависимости от скоростных характеристик судов и 3000м по высотам.
Первым делом TCAS определяет курс конфликтного борта, относительно курса одного самолета. Далее расстояние между двумя самолетами, а также скорость расхождения или сближения. После чего определяется относительная высота конфликтного борта, если он сообщает о своей высоте с помощью транспондера в режиме C или S.
Затем TCAS рассчитывает траекторию движения бортов до возникновения конфликтной ситуации, так называемую точку наибольшего сближения (Closet Point of Approach — CPA) и расчетное время до достижения этой точки
Всего существуют четыре категории конфликтующих самолётов. Немедленное вмешательство (RA) — красный цвет; уведомление об сближение (TA) — оранжевый цвет; ближайшие самолеты — бирюзовый цвет; другие объекты. — все что вне остальных зон.
В комплект оборудования TCAS входят: компьютерный блок, который просчитывает варианты развития событий и определяет выдаваемые команды, две приемопередающие антенны, устанавливаемые сверху и снизу фюзеляжа, другая всенаправленная, отдельные антенны для транспондеров и дисплей-индикатор в кабине.
Для работоспособности данной системы существует транспондер, который содержит несколько режимов работы. На всех самолетах гражданской авиации устанавливаются такие приемоответчики. С их помощью диспетчер идентифицирует воздушное судно и имеет возможность следить за его передвижением.
Первый и самый простой — режим А. Каждому воздушному судну Службой Управления Движением (попросту диспетчером) присваивается свой четырехзначный цифровой идентификационный код (squawk code), в просторечии «сквок». Если код не выдан диспетчером, то используется один из существующих стандартных, например 1200 — код полета по США или 7000 — код полета по Европе.
Этот код пилот вводит в систему через пульт управления транспондером у себя в кабине. Существуют, так называемые спецкоды. Например 7500 — захват самолета, 7700 -аварийная ситуация на борту. При отображении на экране радара диспетчера таких кодов автоматически срабатывает оповещение для диспетчеров.
Информации минимум, что не есть хорошо, поэтому для исправления ситуации был разработан режим С. Здесь уже вместе с кодом в сигнале присутствует информация о высоте полета. Транспондеры, использующие режим А+С, называют RBS или ATC RBS. Такие приемоответчики обязательны при полетах выше 3000 м и в радиусе 12км вокруг больших аэроузлов (аэропортов).
Система TCAS может осуществлять наблюдение за самолетами как в режиме работы транспондеров С, так и в режиме S. Приемопередатчики, работающие в режиме S ежесекундно излучают самогенерируемые сигналы, так называемые сквиттеры. В этом сигнале содержится адрес отправителя. По его данным TCAS адресно отправляет запрос и по полученному ответу определяет дальность, курсовой угол (азимут) и высоту контролируемого самолета.
Получаемые данные отправляются в вычислительный блок (компьютер), который, объединяя сведения обо всех воздушных судах, вычисляет степень опасности каждого контролируемого самолета по отношению к борту, на котором установлена система TCAS. Формируется как бы виртуальная объемная карта защищаемого пространства вокруг нашего самолета.
Посторонний летательный аппарат, который входит в защищаемую зону, называют самолетом-нарушителем (на английском intruder) или конфликтующим самолетом.
Различие системы TCAS II от первых версий
TCAS может обнаруживать воздушные суда на расстояниях до 25 км.
Система TCAS II (рис.1) в отличие от TCAS I выдает не только пассивную информацию о воздушной обстановке, но и прямые рекомендации по устранению возникшей конфликтной ситуации. Система одновременно может отслеживать до 30 воздушных судов и для трех одновременно выдавать команды по разрешению конфликтной ситуации.
Рис. 1. Система TCAS
Информация от системы TCAS II выдается визуально на индикатор-дисплей в кабине экипажа, а также в звуковом варианте через динамик и наушники СПУ (самолетное переговорное устройство).
Данный комплекс оборудован не только всеми иностранными самолетами, но и отечественными такими как Ту204, Ил-96, Сухой «Суперджет» и МС-21. Помимо этого системы предупреждения столкновения установлены дополнительно и на такие самолеты Ту-154, Ан-24, Як-40 и ряд других старых моделей.
Перспективы развития системы TCAS
Развитие авиации не стоит на месте. Поэтому и количество самолетов в воздухе будет увеличиваться. Для обеспечения безопасности полетов, система предупреждения о столкновении должна усовершенствоваться. Это возможно путем улучшения характеристик радаров обнаружения, мощных транспондеров, а также автоматизации по избеганию столкновения путем команд автопилота. В дальнейшем будущем именно автоматика сможет дать команду самолету самостоятельно набирать высоту или снижаться, тем самым разводя два самолета на безопасные интервалы. Уже внедрены команды автопилота для автоматизированной посадки, выбор профиля набора или снижения, а также предотвращение выхода на критические значения угла атаки.
Заключение
Для полного обеспечения безопасности полетов был создан комплекс для предупреждения о столкновении с другим самолетом, тем самым сделав управление движения автоматизированным процессом. Уведомление передается не только на центр управления полетами, но и всем экипажам самолетов. После авиакатастрофы над Боденским озером выполнение команды системы TCAS обязательны к исполнению, даже если команды диспетчера противоречат этой системе. В дальнейшем развитии авиации данные комплексы будут в автоматическом режиме разводить воздушные суда на безопасные расстояния, как по высоте, так и в горизонтальной плоскости.
Литература:
- Introduction to TCAS II version 7.1: U. S. Department of transportation. Federal Aviation Administration от 28.02.2011
- Decision criteria for regulatory measures on TCAS II version 7.1: EUROCONTROL Mode S Programme: Stéphan Chabert & Hervé Drévillon от 25.07.2008
- Collision avoidance on the UKCS (TCAS II): Mark Prior Bristow
- Largest navigation change since radar: part 5, Bjorn Fehrm
