Проблема столкновений летательных аппаратов, находящихся в воздухе, стала наиболее острой ещё в середине двадцатого века. В этот период стремительно развивалось воздухоплавание, и небо становилось всё более загруженным. Росло и количество аэропортов, тем самым увеличивая поток воздушного движения. Обеспечение безопасности полётов легло на авиадиспетчеров, однако избегать столкновений в воздухе удавалось не всегда. Поэтому после ряда авиакатастроф, сопровождавшихся массовой гибелью людей, Международная организация гражданской авиации (ICAO) тщательно занялась данным вопросом. Результатом плодотворной работы стала разработка концепции, а впоследствии и международного стандарта Бортовой системы предупреждения столкновений (Airborne collision avoidance system (ACAS)).
Среди множества разработок, соответствующих данной концепции, наибольшее распространение получила Система предупреждения столкновения самолётов в воздухе, именуемая также TCAS (Traffic alert and Collision Avoidance System).
Данная система была установлена на всех современных авиалайнерах, однако на протяжении длительного времени её приоритет считался второстепенным, команды авиадиспетчера были главнее. И только после авиакатастрофы над Боденским озером команды, поступающие от системы TCAS, стали носить приоритетный характер.
Непосредственно сама система TCAS представляет собой автономную бортовую систему предотвращения столкновений, предназначенную для помощи лётным экипажам в предотвращении столкновений в воздушном пространстве.
В активном состоянии система TCAS обеспечивает защиту от столкновения с другими самолётами, которые оснащены функционирующими ответчиками радиолокационной системы УВД или ответчиком режима S. TCAS позволяет обеспечить безопасное эшелонирование ВС, прогноз траекторий которых показывает вероятность столкновения, и при этом свести к минимуму отклонение или уход от курса полёта, предписанного службой УВД.
TCAS обозревает воздушное пространство вокруг авиалайнера, обнаруживает другие самолёты, производит анализ полученной информации, после чего предоставляет её экипажу.
В случае возникновения угрозы столкновения система предупреждает пилотов и выдаёт необходимые рекомендации к незамедлительным действиям.
Принцип работы системы предупреждения столкновения заключается в следующем: каждый самолёт оборудуется самолётным ответчиком и самой системой TCAS. Система одного авиалайнера производит двусторонний обмен информацией в режиме запрос-ответ с транспондером или самолётным ответчиком и системой TCAS другого борта.
Система TCAS определяет курс конфликтного борта относительно курса своего самолёта, после чего вычисляется расстояние между воздушными судами, а также скорость сближения или расхождения. Если конфликтный борт с помощью транспондера в режиме C или S сообщает о своей высоте, то TCAS определяет его относительную высоту.
В дальнейшем TCAS проводит расчёт траектории движения бортов до возникновения конфликтной ситуации, называемую также точкой наибольшего сближения (Closet Point Approach (CPA)), и времени до достижения этой точки.
Если существует реальная угроза столкновения, система незамедлительно сообщает об этом экипажу и предоставляет рекомендации по выполнению оптимального маневра в вертикальной плоскости во избежание столкновения.
Также для принятия верных решений по избеганию столкновения система TCAS получает сигналы от внутренних систем своего самолёта и располагает данными о его лётно-технических характеристиках.
Работа системы TCAS позволяет сформировать вокруг самолёта защищённый участок воздушного пространства, называемый «зоной столкновения».
Принимая во внимание тот факт, что система TCAS построена по принципу вычисления времени до возможного столкновения, то форма и размеры зоны столкновения постоянно корректируются в зависимости от скорости сближения с другим летательным аппаратом и его относительного пеленга.
Непосредственное оповещение экипажа в случае прохождения траектории полёта конфликтующего борта через зону столкновения осуществляется с помощью средств визуального и речевого оповещения.
Всего существует два вида сообщений, которые выдаёт система TCAS: немедленное вмешательство для устранения конфликтной ситуации (RA) – конфликтующий борт отмечен сплошным красным квадратом и уведомление о сближении (TA) – конфликтующий борт отмечен сплошным оранжевым кругом.
Дополнительно TCAS отмечает ближайшие самолёты сплошным бирюзовым ромбом, а другие объекты воздушного движения пустым бирюзовым ромбом. Под другим объектом понимается какой-либо самолёт с работающим ответчиком, находящийся в пределах дальности отображения дисплея по вертикали и по горизонтали, но не классифицируемый как конфликтующий самолёт или приближающийся самолёт, в отношении которого необходимо выдать сообщение ТА или RA.
При решении задачи ухода от столкновения система способна отслеживать до 50 бортов, которые могут войти в зону столкновения.
В комплект оборудования TCAS входят:
- Электронный блок вычисления;
- Две приёмопередающие антенны;
- Отдельные антенны для S-транспондеров;
- Дисплей-индикаторы в кабине экипажа.
На электронный блок вычисления системы TCAS от соответствующих приборов поступают данные о барометрической высоте, радиовысоте, пребывании самолёта в воздухе или на земле, об убранном или выпущенном шасси, а также от сигнализатора высоты и пульта управления режимами.
Вычислительный блок обычно расположен в приборном отсеке вместе с электронной аппаратурой. Блок отправляет запросы на ответчики других самолётов, тем самым вычисляя их местоположение, отслеживает их траекторию, после чего выводит различные предупреждения и рекомендации на дисплеи VSI/TRA, а также передаёт речевые сообщения пилотам через систему звукового оповещения в кабине.
Две приёмопередающие антенны устанавливаются сверху и снизу фюзеляжа, причём устанавливаемая сверху фюзеляжа является направленной антенной, а снизу – всенаправленной.
S-транспондеры, именуемые также ответчиками режима S, в количестве одного-двух устанавливаются в приборном отсеке для электронной аппаратуры. Данные устройства отвечают на запросы, поступающие в режимах A, C, S от радиолокационных систем службы УВД, а также от других бортов, оборудованных системой TCAS.
Каждый борт с ответчиком режима S имеет свой уникальный адрес, позволяющий ему напрямую обмениваться данными с другими системами. Присвоением адресов конкретному летательному аппарату занимается Международная организация гражданской авиации (ИКАО).
Адрес заносится в запоминающее устройство каждого ответчика режима S, установленного на борту. Используя адресацию, система TCAS напрямую связывается с конфликтующим воздушным судном, с которым ей необходимо скоординировать действия для разрешения конфликтов.
Ответчик режима S также передаёт данные на электронный блок вычисления системы TCAS от датчика барометрической высоты и с пульта управления.
На приборной панели в кабине у каждого пилота установлен дисплей VSI/TRA ((указатель вертикальной скорости (VSI) с дисплеем предупреждений о воздушной обстановке и рекомендаций по устранению конфликтной ситуации (TRA)) для вывода информации TCAS. Этот дисплей интегрируется в систему электронных полётных приборов (Electronic Flight Instrument System).
В аналоговой системе модуль преобразования барометрических данных (Pressure Transducer Module), подключенный к источнику статического давления, как и высотомер, передает на дисплей VSI/TRA электрический сигнал скорости изменения высоты, если компьютер полётных данных не может отобразить сигнал в необходимом формате.
Пульт управления ответчиком режима S и системой TCAS располагается на центральном пульте. Пилот использует пульт управления для определения режима работы TCAS и ответчика режима S, для установки кодов ответа на запросы радиолокатора службы УВД, а также для проверки работоспособности системы в целом.
Режимы работы системы TCAS:
1. Режим работы A. Один из режимов передачи, используемых радиолокационной системой службы УВД, соответствующей стандарту ИКАО. Каждому воздушному судну перед полётом присваивается свой четырёхзначный цифровой идентификационный код (squawk code). Если диспетчерская служба не передала экипажу код, то пилот сам устанавливает в систему через пульт управления транспондером у себя в кабине стандартный код (например, 7000 – код полёта для Европы или 1200 – код полёта для США). Существуют и спецкоды для нештатных ситуаций (например, 7500 – захват самолёта, 7700 – аварийная ситуация на борту). Ввод этих кодов автоматически запускает оповещение для диспетчеров.
В этом режиме на экране диспетчер отслеживает только самолёт, другие данные, в частности данные по высоте, никак не отображаются. Поэтому невозможно составлять рекомендации по устранению конфликтной ситуации, основываясь только на режиме A.
2. Режим работы C. Один из режимов передачи, используемых радиолокационной системой службы УВД, соответствующей стандарту ИКАО, который на запрос передаёт ответ, в котором содержатся данные по высоте, при этос сам ответ в режиме C не содержит идентификационный код самолёта. Поэтому радиолокаторы службы УВД попеременно запрашивают ответы в режиме A и режиме C для того, чтобы получить как идентификационный код, так и данные по высоте полёта. Транспондеры, использующие режим A + C, называют RBS и ATS RBS. Они обязательно должны быть активированы при полётах выше 3000 м. и в радиусе 12 км. Вокруг больших аэроузлов.
Система TCAS, в свою очередь, запрашивает ответы только в режиме C, так как ответы в режиме А не содержат необходимой информации, которую можно использовать для составления рекомендаций по разрешению конфликтных ситуаций.
Дальность до самолёта рассчитывается по времени поступления ответа на запрос. Она представляет собой расстояние самолёта по прямой линии в трёхмерном пространстве, часто именуемое «наклонной дальностью». После получения ответчиком режима C данных по высоте производится корректировка отображаемого расстояния таким образом, чтобы на дисплее была представлена дальность до самолёта по горизонтали.
Отображение на дисплее объектов без указания данных по высоте может ввести в заблуждение. Например, самолёт, идущий крайне низко, о котором нет данных по высоте, будет отображаться на дисплее самолёта, идущего на высоте эшелона полёта и оборудованного системой TCAS, как находящийся в стороне, хотя в реальности он находится практически под самолётом с системой TCAS.
Ответ в режиме C поможет системе TCAS вычислить разницу между собственным самолётом и конфликтующим, что позволит более точно отобразить на дисплее взаимное месторасположение летательных аппаратов.
3. Режим работы S (select). Один из режимов передачи, используемых радиолокатором вторичного наблюдения. Транспондер, работающий в этом режиме, отвечает избирательно, когда запрос поступает именно ему, в то время как ответчики, работающие в режимах A, C, отвечают на любой сигнал.
Каждому самолёту с установленным ответчиком режима S Международная организация гражданской авиации (ИКАО) присваивает уникальный зарегистрированный адрес, по которому можно запросить ответчик напрямую, а также установить ограниченную двустороннюю передачу между самолётом и запрашивающей станцией.
Транспондеры режима S ежесекундно излучают самогенерируемые сигналы, в которых и содержится уникальный адрес.
Получая ответ в режиме S, TCAS определяет дальность, курсовой угол (азимут) и высоту конфликтного самолёта, при этом ответ в режиме S может содержать в себе и дополнительную информацию, такую как скорость, бортовой номер (позывной) и даже GPS-координаты самолёта.
Развитие авиации не стоит на месте, поэтому количество самолётов, находящихся единовременно в воздухе, будет только увеличиваться. Для обеспечения безопасности полётов должна совершенствоваться система предупреждения о столкновении. Для этого постоянно улучшаются характеристики радаров обнаружения, конструируются более мощные транспондеры, автоматизируется процесс избегания столкновения путём команд автопилота. В дальнейшем данные комплексы в автоматическом режиме будут разводить воздушные суда не только по высоте, но по горизонтальной плоскости.
Список литературы
- Верещака А.И., Олянюк П.В. Авиационное радиооборудование. Учебник для вузов. М.: Транспорт, 1996. — 334 с.
- Липин А.В., Олянюк П.В. Бортовые системы предотвращения столкновений воздушных судов : учеб. пособие. СПб. : Академия ГА, 1999. — 232 с.
- Сосновский А. А., Хаймович И. А. Радиоэлектронное оборудование летательных аппаратов : справочник. М. : Транспорт, 1987. — 375 с.
