CC BY
474
УДК 629.067
ПРОБЛЕМЫ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ СТОЛКНОВЕНИЯ ГРАЖДАНСКИХ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ В УПРАВЛЯЕМОМ ПОЛЁТЕ
В.В. ВОРОБЬЕВ, Е.В. МОЗОЛЯКО
По заказу редакционной коллегии
В данной статье рассматриваются проблемы предотвращения столкновений ВС в управляемом полёте, а также пути предотвращения столкновений самолётов.
Ключевые слова: предотвращение столкновений, управляемый полет.
1. Введение
К безопасности полётов гражданских воздушных судов и эффективности решения задач, связанных с её обеспечением в современной авиации, предъявляются чрезвычайно жёсткие требования. В определённой степени возможности экипажа в решении поставленных задач обеспечения безопасности ограничены. Человек в контуре управления способен допускать ошибки, последствия которых могут быть весьма серьёзными. Вместе с тем, полный переход к беспилотной авиации в настоящее время не только невозможен, но и нецелесообразен в силу того, что такие достоинства человека, как способность к интуитивным решениям в сложных заранее непредвиденных ситуациях ещё долгое время не смогут быть в приемлемой степени заменены автоматическими системами.
Однако решение сложных задач в критической ситуации может быть полностью переложено на средства автоматического управления, учитывая состав бортового комплекса и исправность систем в его структуре, этапы полёта, степень опасности траекторного маневрирования, функциональное состояние лётчика.
Приоритетной задачей обеспечения безопасности полётов является предотвращение столкновений гражданских самолётов в воздухе при большой плотности движения. Современные воздушные трассы требуют большой точности самолётовождения, оказывают колоссальную эмоциональную и физическую нагрузку на экипаж в случае возникновения экстренной ситуации. Современные системы, применяющиеся для этой задачи, в зависимости от степени опасности угрозы столкновения с другим воздушным судном, предусматривают уровень предупреждения и уровень предотвращения столкновения в виде звуковых и визуальных команд для директорного управления. Автоматический увод самолёта с опасной траектории движения позволит избежать столкновения самолётов и предотвратить катастрофическую ситуацию.
2. Анализ авиационных происшествий по причине столкновения ВС
В 2010 году с гражданскими воздушными судами коммерческой авиации Российской Федерации произошло 12 авиационных происшествий, в том числе 5 катастроф с гибелью 25 человек. Общее количество авиационных происшествий в коммерческой гражданской авиации и в авиации общего назначения в 2010 году, по сравнению с 2009 годом, при существенном росте перевозок за год, не увеличилось. Показатели безопасности полетов указывают на то, что в последние 10 лет в гражданской авиации сохраняется тенденция повышения безопасности полетов. Вместе с тем, нестабильность показателей по числу погибших в отдельные годы указывает на существующие проблемы в этой сфере.
Основные причины повышения частоты авиакатастроф известны:
- высокая интенсивность воздушного движения, т.е. большая загруженность воздушного пространства самолетами и вертолетами различных классов от больших авиалайнеров до маломестных летательных аппаратов;
- нахождение в воздушном пространстве самолётов, оборудованных различными, а иногда и устаревшими системами самолётовождения.
- износ наземной и бортовой радиоэлектронной аппаратуры.
В настоящее время безопасность полетов обеспечивается системой управления воздушным движением (УВД), физический и моральный износ которой составляет 60-70%. Без принятия кардинальных мер (таких как присутствие на борту автономных систем предотвращения столкновений) это может привести в ближайшие 5-10 лет к еще большому росту вероятности авиакатастроф по причинам, связанным с ошибками персонала служб УВД и экипажей или неблагоприятных погодных условий; столкновений летательных аппаратов друг с другом в воздухе, а также с летательными аппаратами и транспортными средствами, находящимися на взлетно-посадочной полосе.
Однако даже наличие современных средств предотвращения столкновений не может обеспечить заданный уровень безопасности полёта. За последние десять лет произошли десятки случаев опасного сближения самолётов. Наиболее известной стала катастрофа, произошедшая над «Боденским озером» 1 июля 2002 года, когда самолёт Ту - 154 М, выполнявший рейс 2937 «Башкирских авиалиний», столкнулся в воздухе с Боингом-757, рейс DHL 611. Расследованием катастрофы занималась комиссия, созданная немецким Федеральным ведомством по расследованию авиационных катастроф (BFU). Итоговый отчёт был опубликован в мае 2004 года. Комиссия назвала две непосредственные причины столкновения:
- авиадиспетчер не смог обеспечить безопасное эшелонирование между самолётами;
- инструкция снижаться была передана экипажу Ту-154 слишком поздно;
- экипаж Ту-154 продолжил снижение вопреки рекомендации TCAS набирать высоту.
Эта трагедия доказывает необходимость усовершенствования и разработки новых путей предотвращения столкновений.
3. Технические средства предотвращения столкновений
Существует несколько версий системы предотвращения столкновений (СПС) TCAS, которые используются в настоящее время на воздушных судах как отечественной, так и зарубежной гражданской авиации.
Пассивный. Используют лишь ответы самолетных транспондеров, отвечающих на запросы с земли или с других систем самолета.
TCAS I. Первое поколение TCAS. Анализируют ситуацию в радиусе около 40 миль вокруг самолета. Предоставляют приблизительную информацию о направлениях полета и высотах других самолетов. Могут выдавать предупреждение "Traffic Advisory".
TCAS II. Текущее поколение TCAS используется на большинстве коммерческих самолетов. В дополнение к информации, выдаваемой TCAS I, эти системы дают пилоту прямые указания о действиях, необходимых, чтобы избежать столкновения. Указания называются "Resolution Advisory" и подаются в виде голосовых сообщений "descend, descend", "climb, climb", "Adjust Vertical Speed Adjust" (более новый вариант последнего сообщения "Level off"). Также могут выдаваться сообщения "preventive Resolution Advisory", не дающие чёткого указания к действию, но лишь предупреждающие о необходимости следить за вертикальной скоростью: "monitor vertical speed" и "maintain vertical speed".
Системы TCAS II разных самолетов согласовывают решение перед тем, как выдадут указание пилотам, т. е. если система одного самолета даст указание снижаться, то система другого самолета, скорее всего, даст указание увеличить высоту.
После катастрофы над Боденским озером 1 июля 2002 была разработана версия 7.1, которая также может изменять рекомендации, в случае, если один из самолетов не выполнил требования ТСЛБ.
ТСЛ8 III. Разрабатываемое следующее поколение ТСЛБ. Дополнено горизонтальными маневрами.
Система ТСЛБ 2000 непрерывно наблюдает за воздушным пространством вокруг самолета и следит за сигналами ответчиков других самолетов. Путем отслеживания этих ответов составляется прогноз траектории полета каждого обнаруженного самолета, основанный на данных отслеживания. При дополнительной установке и использовании прибора сигнализации тревоги по высоте или другого устройства, подающего входной сигнал по высоте (ЛЯШС 429), движение оборудованного самолета координируется с большей точностью с целью избежать потенциальной конфликтной ситуации. При расчете скорости сближения и времени полета до точки наибольшего сближения система основывается на зависимостях аналитической геометрии.
Если конфликтующий самолет входит в зону предупреждения, то система ТСЛБ 2000 выдает рекомендацию по устранению конфликтной ситуации (ЯЛ), которая может быть либо корректирующей, либо превентивной. Отображаемая на дисплее рекомендация (рис. 1) либо изменяется на рекомендацию по переходу в набор или снижение с указанием рекомендуемой вертикальной скорости, либо изменяется на предостережение экипажа о том, чтобы не изменять текущую вертикальную скорость.
РЬКОМЫ1ЛЛЦИН НО УСТРАНЕНИЮ КОНФЛИКТНОЙ СИТУАЦИИ (КА) ВЫДАЕТСЯ ЗА 15-35 СЕКУНД ДО ПРЕДПОЛАГАЕМОГО ВХОДА КОНФЛИКТУЮЩЕГО САМОЛЕТА В ЗОНУ СТОЛКНОВЕНИЯ
Рис. 1
Системы ТСЛБ 2000 могут быть установлены на самолетах в различной конфигурации. Конфигурации варьируются в зависимости от количества вычислительных блоков ТСЛБ, количества ответчиков режима-Б, а также количества и типов антенн. Система ТСЛБ 2000 включает в себя, по меньшей мере, один, или обычно два, ответчика режима-Б, который установлен в приборном отсеке для электронной аппаратуры.
Этот ответчик отвечает на запросы, поступающие в режиме-А, режиме-С и режиме-Б от радиолокационных систем службы управления воздушным движением, а также от других самолетов, оборудованных системой ТСАБ. Схема взаимодействия системы изображена на рис. 2.
Рис. 2
Каждый самолет, оснащенный ответчиком режима-Б, имеет свой собственный уникальный адрес, который позволяет ему напрямую обмениваться данными с совместимыми системами. Этот адрес присваивает конкретному самолету ИКАО (Международная организация гражданской авиации).
4. Формализованное описание алгоритма предотвращения столкновения самолётов
Для того, чтобы исключить роль человеческого фактора на борту самолета, желательно иметь СПС, алгоритм работы, которой в автоматическом режиме мог бы парировать сложившуюся опасную ситуацию, связанную с опасным сближением самолетов. В общем виде алгоритм работы такой СПС заключается в получении сигналов от бортовых систем о положении самолёта относительно и других объектов в близлежащем пространстве, расчёте момента времени, при котором доверенные СПС управляющие сигналы позволяют уйти от столкновения, построении траектории увода.
Другими словами, в определённый момент времени, когда два самолёта находятся на опасном расстоянии друг от друга, при условии бездействия экипажа, СПС должна автоматически уводить самолёт с опасной траектории.
В результате разрабатываемая модель должна ограничивать деятельность лётчика по управлению ЛА, а также степень его участия в управлении, т.е. последовательно ручное управление ЛА, автоматизированное, автоматическое управление и, наконец, временное выключение пилота из контура управления. Далее следует этап вывода самолёта из опасной зоны с помощью алгоритма увода.
5. Вывод
Существующие средства ТСЛБ полностью удовлетворяют заданным требованиям к безопасности самолётовождения, однако не исключают возможность возникновения опасной
ситуации в случае неправильных действий или бездействии экипажа. Необходима система, которая во взаимодействии с существующими средствами предотвращения столкновений, могла автоматически предупреждать возникновение особой ситуации без участия пилота в контуре управления.
Применение данной системы позволит существенно повысить безопасность полёта при угрозе столкновения самолётов в управляемом полёте.
ЛИТЕРАТУРА
1. Анодина Т.Г., Кузнецов А.А., Маркович Е.Д. Автоматизация управления воздушным движением. - М.: Транспорт, 1992.
2. Кумков С.И. Конфликтные ситуации в пространстве, маневр по вертикали. НИТА №39/2001 ИММ УрО РАН, Екатеринбург, 2002.
3. Кумков С.И. Алгоритмы разрешения конфликтной ситуации. Отчёт о научно - исследовательской работе НИТА №39/2001 ИММ УрО РАН, Екатеринбург 2002.
4. Beylin M. System approach to weapons production in unmanned aviation systems / Beylin M., Burkovsky S. // Management systems, navigation and communication. - 2008. - № 6(2). - Pp. 60 - 61.
PROBLEMS PREVENTING CONFLICTS IN CIVIL AIRCRAFT CONTROLLED FLIGHT
Vorobyev V.V., Mozolyaco E.V.
This article discusses the problem of collision avoidance aircraft in controlled flight, as well as ways to prevent the collision of aircraft.
Key words: prevention of collisions, controlled flight.
Сведения об авторах
Воробьев Вадим Вадимович, 1962 г.р., окончил Харьковское ВВАИУ (1985), доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой безопасности полетов и жизнедеятельности МГТУ ГА, автор более 80 научных работ, область научных интересов - активное обеспечение безопасности полетов воздушных судов.
Мозоляко Евгений Владимирович, 1987 г.р., окончил МГТУ ГА (2011), аспирант кафедры безопасности полетов и жизнедеятельности МГТУ ГА, область научных интересов - активное обеспечение безопасности полетов воздушных судов.
