Научная статья на тему 'Оперативное информирование экипажей воздушных судов об опасных метеоявлениях в районах арктических посадочных площадок'

Оперативное информирование экипажей воздушных судов об опасных метеоявлениях в районах арктических посадочных площадок Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
486
78
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ОПАСНЫЕ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ / ЗОНДИРОВАНИЕ АТМОСФЕРЫ / ИЗМЕРИТЕЛЬ ПРОФИЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ / МЕТЕОСТАНЦИЯ / ПОСАДОЧНЫЕ ПЛОЩАДКИ / ОБЛЕДЕНЕНИЕ / ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ В ПОЛЕТЕ / HAZARDOUS METEOROLOGICAL PHENOMENA / ATMOSPHERIC SOUNDING / TEMPERATURE PROFILE METER / WEATHER STATION / LANDING AREAS / ICING / INFORMATION SERVICE IN FLIGHT

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Кораблев Юрий Николаевич

Метеорологическое обеспечение авиации является необходимым элементом комплексной системы организации воздушного движения, т. к. неверная метеорологическая информация об опасных метеоявлениях оказывает значительное влияние на уровень безопасности полетов и на все аспекты деятельности управления воздушным движением. В настоящее время в России на государственном уровне принят ряд решений, в соответствии с которыми осуществляется широкомасштабная программа по развитию инфраструктуры районов Крайнего Севера и Арктики, освоению территорий, побережья Северного морского пути, разработке месторождений полезных ископаемых. Климат Арктики один из самых суровых на Земле. Неустойчивость метеорологической обстановки выражается в резком изменении направления и скорости ветра, понижении высоты облачности, быстром натекании тумана с моря на побережье. Сильные ветры вызывают снежную пургу и поземку, летом под влиянием мощного циклона возможно резкое повышение температуры воздуха. Эти природные факторы в своей совокупности создают сложные, порой экстремальные климатические условия, которые приводят к возникновению опасных для авиации метеорологических явлений. Эти явления носят труднопрогнозируемый и значительный по силе воздействия характер. Выполнение взлетно-посадочных операций в Арктике, как правило, связано с повышенным риском. Это обуславливается тем, что временные аэродромы и посадочные площадки имеют минимальную оснащенность в плане аэродромного оборудования, на них почти или полностью отсутствует метеорологическое обеспечение, нет статистических данных об особенностях погоды в месте совершения взлета и посадки. Проблема обслуживания посадочных площадок заключается в использовании устаревшего оборудования, нехватке или невозможности постоянного проживания в районе площадки обслуживающего персонала. Учитывая изложенные выше факты, для эффективного и безопасного использования авиации в Арктическом регионе необходимо максимально автоматизировать процессы получения, обработки и доведения до экипажей данных о метеорологической обстановке в районе посадочной площадки и на маршруте полета. В статье рассматривается необходимость использования автоматизированных систем сбора, обработки и передачи метеоинформации для информирования экипажей воздушных судов, осуществляющих взлетно-посадочные операции в районах самолетных и вертолетных посадочных площадок Арктической зоны, о состоянии приземного слоя атмосферы и высотах, на которых возможно обледенение.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Кораблев Юрий Николаевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

OPERATIONAL NOTIFYING AIRCRAFT CREW ABOUT DANGEROUS METEOROLOGICAL PHENOMENA IN THE ZONES OF ARCTIC LANDING SITES

Meteorological support for aviation is an essential element of an integrated system for air traffic management as incorrect meteorological information about hazardous meteorological conditions has a significant impact on the level of flight safety and on all aspects of air traffic management. At present, a number of decisions have been taken at the state level in Russia, according to which a large-scale program is being implemented to develop the infrastructure of the Far North and the Arctic regions, the development of territories, the coast of the Northern Sea Route, and the development of mineral deposits. The climate of the Arctic is one of the severest on Earth. The instability of the meteorological situation is expressed in a sharp change in the wind direction and speed, a decrease in the height of the cloud cover, the rapid inflow of fog from the sea on the coast. Strong winds cause a snowstorm and drifting snow, in summer, under the influence of a powerful cyclone, a sudden increase in air temperature is possible. These natural factors together create adverse, at times extreme climatic conditions, which lead to the emergence of meteorological hazards dangerous to aviation. These phenomena are difficult to predict and significant in terms of impact. Making landing and takeoff in the Arctic, as a rule, is associated with an increased risk. This is due to the fact that temporary aerodromes and landing sites have minimal aerodrome equipment, meteorological provision is almost completely or partially not available, there are no statistical data on weather peculiarities at the place of take-off and landing. The problem of servicing landing sites is the use of outdated equipment, lack or inability of permanent maintenance staff residing in the area. Taking into account the above facts, for effective and safe use of aviation in the Arctic region, it is necessary to automate as much as possible the processes of obtaining, processing and reporting to the crews data on the meteorological situation in the area of the landing site and on the flight route. The article discusses the need to use automated systems for collecting, processing and transmitting meteorological information to inform crews of aircraft carrying out take-offs and landings in the areas of aircraft and helicopter landing areas of the Arctic zone about the state of the surface layer of the atmosphere and the altitudes where icing is possible.

Текст научной работы на тему «Оперативное информирование экипажей воздушных судов об опасных метеоявлениях в районах арктических посадочных площадок»

Vol. 21, No. 05, 2018

Ovil Aviation High Technologies

УДК 551.:629.130

DOI: 10.26467/2079-0619-2018-21-5-137-149

ОПЕРАТИВНОЕ ИНФОРМИРОВАНИЕ ЭКИПАЖЕЙ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ ОБ ОПАСНЫХ МЕТЕОЯВЛЕНИЯХ В РАЙОНАХ АРКТИЧЕСКИХ ПОСАДОЧНЫХ ПЛОЩАДОК

Ю.Н. КОРАБЛЕВ1

1АО «Концерн «Международные аэронавигационные системы», г. Москва, Россия

Метеорологическое обеспечение авиации является необходимым элементом комплексной системы организации воздушного движения, т. к. неверная метеорологическая информация об опасных метеоявлениях оказывает значительное влияние на уровень безопасности полетов и на все аспекты деятельности управления воздушным движением. В настоящее время в России на государственном уровне принят ряд решений, в соответствии с которыми осуществляется широкомасштабная программа по развитию инфраструктуры районов Крайнего Севера и Арктики, освоению территорий, побережья Северного морского пути, разработке месторождений полезных ископаемых. Климат Арктики - один из самых суровых на Земле. Неустойчивость метеорологической обстановки выражается в резком изменении направления и скорости ветра, понижении высоты облачности, быстром натекании тумана с моря на побережье. Сильные ветры вызывают снежную пургу и поземку, летом под влиянием мощного циклона возможно резкое повышение температуры воздуха. Эти природные факторы в своей совокупности создают сложные, порой экстремальные климатические условия, которые приводят к возникновению опасных для авиации метеорологических явлений. Эти явления носят труднопрогнозируемый и значительный по силе воздействия характер. Выполнение взлетно-посадочных операций в Арктике, как правило, связано с повышенным риском. Это обуславливается тем, что временные аэродромы и посадочные площадки имеют минимальную оснащенность в плане аэродромного оборудования, на них почти или полностью отсутствует метеорологическое обеспечение, нет статистических данных об особенностях погоды в месте совершения взлета и посадки. Проблема обслуживания посадочных площадок заключается в использовании устаревшего оборудования, нехватке или невозможности постоянного проживания в районе площадки обслуживающего персонала. Учитывая изложенные выше факты, для эффективного и безопасного использования авиации в Арктическом регионе необходимо максимально автоматизировать процессы получения, обработки и доведения до экипажей данных о метеорологической обстановке в районе посадочной площадки и на маршруте полета. В статье рассматривается необходимость использования автоматизированных систем сбора, обработки и передачи метеоинформации для информирования экипажей воздушных судов, осуществляющих взлетно-посадочные операции в районах самолетных и вертолетных посадочных площадок Арктической зоны, о состоянии приземного слоя атмосферы и высотах, на которых возможно обледенение.

Ключевые слова: опасные метеорологические явления, зондирование атмосферы, измеритель профиля температуры, метеостанция, посадочные площадки, обледенение, информационное обслуживание в полете.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время в России на государственном уровне принят ряд решений, в соответствии с которыми осуществляется широкомасштабная программа по развитию инфраструктуры районов Крайнего Севера и Арктики, освоению территорий, побережья Северного морского пути, разработке месторождений полезных ископаемых. В 2013 году Президентом Российской Федерации утверждена «Стратегия развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечения национальной безопасности на период до 2020 года»1. Одним из приоритетных направлений этой стратегии является комплексное социально-экономическое развитие региона.

Однако суровые климатические условия Арктики в значительной мере препятствуют созданию там инфраструктуры и освоению обнаруженных больших запасов минеральных ресур-

1 Стратегия развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечения национальной безопасности на период до 2020 года: утв. Президентом Российской Федерации 13.02.2013 г.

Ovil Aviation High Technologies

Vol. 21, No. 05, 2018

сов Арктики. В условиях низкой плотности автомобильных и железных дорог особенно важно поддерживать и развивать наземную инфраструктуру воздушного транспорта, прежде всего для обеспечения мобильности постоянно проживающего населения, а также трудовых ресурсов, которые работают в основном вахтовым методом.

В Государственном реестре гражданских аэродромов по состоянию на 2018 год на территории Арктической зоны Российской Федерации зарегистрировано 73 аэродрома. Из них только 27 имеют искусственное покрытие, остальные являются грунтовыми аэродромами2. Основным видом транспорта, обеспечивающим доставку продовольствия, грузов, почты и людей от узловых аэропортов в труднодоступные, осваиваемые районы является региональная авиация: вертолеты, малые и средние самолеты. При освоении новых месторождений, закладке новых населенных пунктов, а также военных баз на начальном этапе их строительства создаются новые самолетные и вертолетные посадочные площадки. На территории Арктической зоны Российской Федерации находятся 266 посадочных площадок , в том числе:

- посадочных площадок для самолетов - 44;

- посадочных площадок для вертолетов - 222.

В пределах Арктической зоны 80 % пассажиров перевозится малой авиацией на местных воздушных линиях, оставшиеся 20 % - региональной. В Арктической зоне малой авиацией выполняется более 50 % от всех местных авиаперевозок в стране. Более 80 % арктических местных перевозок являются социально-значимыми и субсидируются государством.

В настоящее время на местных авиалиниях Арктической зоны эксплуатируются как новые, так и устаревшие самолеты: Ан-2, Ан-3, Ан-28, Ан-38, Ан-74, Ан-140, Як-40, Як-42, L-410UVP-E, ATR-42, ATR-72, DHC-6-400, DA40NG и вертолеты: Ми-8 (Ми-14, Ми-17), Ми-26, Ми-2, Ка-26, Ка-226, Ка-32, AW139с.

Выполнение взлетно-посадочных операций в Арктике, как правило, связано с повышенным риском. Это обуславливается тем, что временные аэродромы и посадочные площадки имеют минимальную оснащенность в плане аэродромного оборудования, на них почти или полностью отсутствует метеорологическое оборудование, нет статистических данных об особенностях погоды в месте совершения взлета и посадки. Проблема обслуживания посадочных площадок заключается в нехватке квалифицированных метеорологов, синоптиков и невозможности их постоянного проживания в районе аэродромной площадки.

Учитывая изложенные выше факты, для эффективного и безопасного использования авиации в Арктическом регионе необходимо максимально автоматизировать процессы получения, обработки и доведения до экипажей данных о метеорологической обстановке в районе посадочной площадки и на маршруте полета.

ОПАСНЫЕ МЕТЕОЯВЛЕНИЯ В АРКТИЧЕСКОЙ ЗОНЕ

Климат Арктики - один из самых суровых на Земле. Зимой в Арктике усиленно действуют циклоны. Те, которые приходят со стороны Атлантики, несут частые ветры, обильные осадки и большую облачность, вследствие этого погода очень изменчива: под влиянием мощного циклона возможно резкое потепление на 7-10 градусов. Неустойчивость метеорологической обстановки выражается в резком изменении направления и скорости ветра, понижении высоты облачности, быстром натекании тумана с моря на побережье. Это вызвано

2 Государственный реестр аэродромов и вертодромов гражданской авиации Российской Федерации [Электронный ресурс] // Федеральное агентство воздушного транспорта: официальный сайт. Режим доступа: https://www.favt.ru/reestry-aerodromy-vertodromy (дата обращения: 15.06.2018).

3 Региональная авиация России и СНГ 2015: V Международная конференция [Электронный ресурс] // Центр стратегических разработок в гражданской авиации. Режим доступа: http://aviacenter.org/regionalnaya-aviaciya-rossii-i-sng-2015 (дата обращения: 15.06.2018).

Vol. 21, No. 05, 2018

Oivil Aviation High Technologies

влиянием больших водных пространств, близостью теплых и холодных течений. Сильные ветры (до 30-40 м/с) зимой вызывают снежную пургу и поземку [1].

Эти природные факторы в своей совокупности создают сложные, порой экстремальные климатические условия, которые приводят к возникновению опасных для авиации метеорологических явлений. Эти явления носят постоянный, труднопрогнозируемый и значительный по силе воздействия характер.

В районах самолетных и вертолетных посадочных площадок Арктики часто возникают опасные для авиации метеоявления [2, 3, 4]:

- сильный ветер у земли;

- сильная турбулентность;

- сдвиг ветра;

- град, смерч, шквал, ледяной дождь;

- низкая облачность;

- плохая видимость при тумане, снеге, метели, снежной пурге, поземке;

- обледенение;

- гололед;

- низкая температура воздуха.

В связи с особенностями природы, которые характерны для полярных районов, полеты в этом регионе осуществляются по особым правилам. Экипажи воздушных судов имеют специальную подготовку, однако резкая изменчивость погоды затрудняет выполнение полетов по маршрутам, и в особенности взлет и посадку, даже для опытных летчиков. Наиболее повторяющимися являются такие метеоявления, как низкая температура, сильный ветер, обледенение и туманы. Для самолетов и вертолетов, которые применяются на местных авиалиниях, такие метеоявления являются чувствительными, т. к. могут приводить к критическому снижению видимости, значительным ветровым нагрузкам, динамическому давлению и вибрации воздушного судна. Обледенение наиболее вероятно на высоте нулевой изотермы. Оно происходит преимущественно в переохлажденных капельно-жидких облаках и осадках при температуре воздуха от минус 3 до минус 12 °С и зависит от скорости полета воздушного судна. Около 90 % случаев обледенения возникает при воздушной скорости до 600 км/ч (максимальные интенсивность и повторяемость соответствуют интервалу скоростей 400-500 км/ч).

Наиболее характерно возникновение обледенения воздушных судов на этапе захода на посадку и при следовании по глиссаде. Это является наиболее опасным событием, т. к. экипаж не всегда в состоянии принять меры по парированию возникающих ограничений. Для вертолетов обледенение представляет еще большую опасность. Особенно опасно нарастание льда на лопастях несущего винта вертолета, так как происходит очень быстро и неравномерно и приводит к резким колебаниям лопасти, которые передаются всей конструкции вертолета и вызывают большие вибрации ее частей [4, 5].

Для прогнозирования опасных явлений, в том числе и обледенения, требуется информация о профиле температуры. К тому же знание профиля температуры является крайне необходимым для регистрации температурных инверсий.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОФИЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА ПРИ ВЫЯВЛЕНИИ И ПРОГНОЗИРОВАНИИ ОПАСНЫХ МЕТЕОЯВЛЕНИЙ

Одним из важных факторов, определяющих динамику развития атмосферных процессов в приземном слое, является профиль температуры. Профиль температуры, с одной стороны, определяет характер устойчивости атмосферы, что влияет на развитие процессов вертикального перемешивания и, как следствие, приводит к возникновению зон турбулентности, восходящих/нисходящих потоков.

Ovil Aviation High Technologies

Vol. 21, No. 05, 2018

Согласно оперативным испытаниям методов прогноза зон возможного обледенения воздушных судов (ВС), выполненным в ГУ «Гидрометцентр России» в период с 1 апреля по 31 декабря 2009 года, максимальная вероятность обледенения ВС наблюдалась в сравнительно узких интервалах температуры и относительной влажности (от 5 до минус 10 °С и больше 85 % соответственно) [5], хотя обледенение ВС может наблюдаться в широком интервале отрицательных температур, но вне этих интервалов вероятность обледенения резко снижается. При этом зависимость от относительной влажности представляется более сильной: именно при относительной влажности ЯН больше 70 % наблюдалось 90,6 % всех случаев обледенения.

Исходя из данных о профиле температуры, выделяя диапазоны высот, в которых температуры и влажность воздуха находятся в указанных выше пределах, можно прогнозировать возможность обледенения самолета в этих областях. Кроме этого, профиль температуры непосредственно влияет на тягу двигателя самолета и наличие температурной инверсии, является фактором, от которого напрямую зависит безопасность выполнения взлетно-посадочных операций.

Профиль температуры также оказывает влияние на развитие в приземном слое адиабатических процессов, которые связаны с образованием и рассеиванием туманов, развитием облачности и водно-кристаллической структуры облаков, а также процессами обледенения воздушных судов.

В Руководстве по сдвигу ветра на малых высотах4 описываются условия, когда сдвиг ниже струйного течения может быть значительным и пропорциональным мощности инверсии, при этом максимум ветра обычно наблюдается на высоте ниже 500 м, что соответствует высотам этапов взлета и посадки. На рис. 1 показаны варианты наблюдаемых профилей температуры с инверсиями. Профили № 1 и 4 соответствуют случаю приподнятой инверсии с различной высотой слоя инверсии, профиль № 2 - приземной инверсии, а профиль № 3 - приподнятой инверсии с приземной изотермией.

Рис. 1. Профили температуры с инверсиями Fig. 1. Temperature profiles with inversions

4 Руководство по сдвигу ветра на малых высотах. Doc. 9817. AN/449 / Международная организация гражданской авиации. Montreal; Quebec; Canada, 2005.

Vol. 21, No. 05, 2018

Oivil Aviation High Technologies

Температурная инверсия представляет опасность для взлетающих самолетов, так как при входе воздушного судна в вышележащие слои более теплого воздуха снижается тяга двигателей, а скорость полета уменьшается. Поэтому для восстановления заданной скорости на той же высоте в условиях повышения температуры необходимо увеличивать мощность работы двигателей для обеспечения требуемых взлетных характеристик.

Следствием наличия инверсии является снижение вертикальной скорости набора высоты при увеличении температуры (рис. 2). Например, при увеличении температуры на 10° вертикальная скорость уменьшается от 10 до 15 %.

С другой стороны, на выполнение посадки самолета может оказать существенное отрицательное влияние наличие сверхадиабатического профиля температуры в приземном слое (когда градиент возрастания температуры с уменьшением высоты существенно выше, чем для адиабатически уравновешенной атмосферы). В этом случае при попадании самолета в область резкого повышения температуры на посадочной глиссаде приведет к непредвиденному значительному падению тяги, следствием которого будет снижение высоты полета самолета, что может привести к катастрофическим последствиям в условиях малых высот (рис. 3).

Рис. 2. Влияние приподнятой инверсии на траекторию взлета самолета Fig. 2. The effect of the raised inversion on the trajectory of the aircraft takeoff

Рис. 3. Влияние сверхадиабатического профиля температуры на траекторию посадки самолета Fig. 3. Influence of super adiabatic temperature profile on the trajectory of the aircraft landing

Oivil Aviation High Technologies

Vol. 21, No. 05, 2018

Таким образом, наличие сильных приземных инверсий температуры может оказывать существенное влияние на безопасность выполнения взлетно-посадочных операций. Возможность измерения профиля температуры приземного слоя атмосферы обеспечивает повышение уровня надежности идентификации опасных метеорологических явлений в районе аэродрома.

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЗОН ОБЛЕДЕНЕНИЯ, РАДИАЦИОННОГО ТУМАНА, СДВИГА ВЕТРА НА ОСНОВЕ ДАННЫХ КОМПЛЕКСА НАЗЕМНОГО ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОЙ СТРАТИФИКАЦИИ

В районе посадочной площадки для обеспечения безопасных операций взлета и посадки необходимо иметь возможность получения достоверных данных о текущем и предстоящем в ближайшее время состоянии приземного слоя атмосферы. Для задач мониторинга таких опасных метеорологических явлений локального масштаба, как конвективная турбулентность, обледенение, туманы в районе посадочной площадки, необходимо применение комплекса аппаратуры наземного дистанционного зондирования температурной стратификации (КДЗТС). Такой комплекс должен обеспечить систему наблюдений и прогноза данными с высокой временной (до 5 минут) и высотной степенью разрешения. В состав комплекса должны входить метеостанция (МС), система измерения профиля температуры (СИПТ), устройство обработки данных (УОД).

МС за счет наличия в своем составе датчиков атмосферного давления, температуры воздуха, влажности воздуха, направления и скорости ветра, видимости обеспечивает контроль следующих метеорологических параметров:

- атмосферного давления;

- температуры воздуха;

- относительной влажности воздуха;

- скорости ветра;

- направления ветра;

- видимости текущей погоды.

Комплексирование данных контактного (МС) и дистанционного (СИПТ) мониторинга атмосферы повышает качество идентификации таких опасных метеоявлений, как зоны обледенения, и дает возможность адекватного прогноза условий возникновения радиационного тумана, сдвига ветра и турбулентности в приземном слое [6].

Комплексирование данных СИПТ ^ГРТ) и МС (MS) решает несколько задач. Первая из них - обеспечение самокалибровки СИПТ. Для этого УОД принимает данные о температуре окружающей среды Т1ос, измеренные МС. Модуль обработки данных УОД производит сравнение температуры, которая поступает от МС и от СИПТ при дистанционном зондировании на высоте установки датчика температуры, Т^(Н = 0). На основании разницы Т1ос - Т^(Н = 0) модуль обработки данных УОД передает калибровочные коэффициенты в СИПТ, которая осуществляет корректировку весовых коэффициентов, используемых при вычислении профиля температуры по данным об измеряемой яркостной температуре. Вторая задача - прогнозирование зон обледенения по данным о профиле температуры. Как отмечалось ранее, вероятность обледенения воздушного судна максимальна в интервалах температуры от минус 5 до минус 10 °С при относительной влажности более 85 % [7].

Таким образом, для прогнозирования зон обледенения необходима информация о профиле температуры, которая предоставляется СИПТ, и данные о профиле влажности, оценка которого может быть получена на основании данных о влажности, которая поступает от датчика влажности МС.

По измеренной величине относительной влажности ЯН1ос модуль прогнозирования зон обледенения УОПД выполняет восстановление профиля влажности на основании эмпирических

Том 21, № 05, 2018_Научный Вестник МГТУ ГА

Vol. 21, No. 05, 2018 Civil Aviation High Technologies

зависимостей RHloc(H), а затем на основании измеренного профиля температуры Tdist(H) и RHloc(H) определяет диапазон высот, в которых выполняются критерии зон обледенения (рис. 4).

МС T(H=0), RH%(H=0), P(H=0),W(H=0) RH%(H=0) -> Температурная идентификация зон обледенения

W(H=0) Восстановление профиля влажности RH%(H)

СИПТ T(H) -► Идентификация зон обледенения Hmin...Hmax по данным RH%(H), T(H)

Рис. 4. Комплексирование данных МС и СИПТ для идентификации зон обледенения Fig. 4. Complexation of MS and SIPT data for identification of icing zones

Решение задачи прогнозирования радиационных туманов также возможно за счет ком-плексирования данных МС и СИПТ. Условия возникновения радиационного тумана определяются совокупностью критериев значения градиента температуры, влажности и скорости ветра.

Радиационные туманы образуются над сушей и над районами сплошных льдов как следствие выхолаживания подстилающей поверхности путем излучения. Возникновение радиационных туманов происходит при ясном небе и небольшом (до 2 м/с) ветре (рис. 5).

Рис. 5. Комплексирование данных МС и СИПТ для прогнозирования условий возникновения тумана Fig. 5. Complexation of MS and SIPT data for fog conditions prediction

В табл. 1 приведен перечень опасных для авиации метеоявлений, которые позволит выявить указанный выше комплект оборудования.

Oivil Aviation High Technologies

Vol. 21, No. 05, 2018

Таблица 1 Table 1

Перечень опасных для авиации метеоявлений The list of dangerous weather phenomena for aviation

Тип ОМЯ Воздействие на ВС Возможность обнаружения, прогнозирования

Конвективная турбулентность Болтанка, конструктивные повреждения ВС возможно

Струйные течения низкого уровня Возможны трудности при взлете и приземлении возможно

Сильное обледенение Ухудшение аэродинамических характеристик ВС. Возрастание веса и неравномерность центровки. Ухудшение обзора. Проблемы с выпуском/уборкой шасси возможно

Град Повреждение обшивки самолета, лопастей пропеллера и турбин, скольжение на ВПП возможно

Осадки Снижение видимости, попадание воды в кабину, отсек двигателя, асимметричное торможение, выкатывание за пределы ВПП возможно

Твердые осадки Снижение видимости. Ухудшение аэродинамических характеристик ВС. Скопление в гондоле двигателя. Ухудшение торможения. Затенение огней ВПП возможно

Туман Сильное снижение видимости Создание сложных условий для посадки возможно

Туман Дымка Мгла Метель Снижает видимость, дает ложное представление о горизонтальной видимости на аэродроме (может достигать больших площадей в этом случае представляет опасность, также опасно в горной местности) возможно

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Внезапное временное усиление ветра Сдвиг ветра, вызывающий трудности при взлете и посадке возможно

СПОСОБЫ ПЕРЕДАЧИ НА БОРТ ВОЗДУШНОГО СУДНА ИНФОРМАЦИИ О МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКЕ В РАЙОНЕ ПОСАДОЧНОЙ ПЛОЩАДКИ

В настоящее время в связи с развитием вычислительной техники, улучшением ее характеристик, таких как скорость вычисления, снижение массогабаритных характеристик, появилась возможность использовать широкий спектр программного обеспечения, устанавливаемого на портативные устройства. Интерфейс портативных вычислительных устройств на данный момент позволяет интегрировать/коммутировать широкий спектр разнообразных приборов между собой, что существенно расширяет возможности и способы решения разнообразных за-

Vol. 21, No. 05, 2018

СМ! Aviation High Technologies

дач. Развитие технологий связи привело к качественному росту пропускной способности каналов связи, что позволяет в короткие сроки передавать большой объем данных на удаленные портативные устройства.

Для передачи данных о метеорологической обстановке в районе посадочной площадки наиболее целесообразно опираться на существующую технологию сервиса информационного обслуживания в полете - FIS (Flight information services), который способен обеспечить регулярный доступ к обновляемой метеорологической (MET) информации. Данная технология позволяет в зависимости от способа доведения информации осуществлять адресную в контрактном режиме (FIS-С) или широковещательную доставку сообщений (FIS-B)5.

Система передачи информации FIS-B использует односторонний вещательный протокол. Он является «односторонним» в том смысле, что информация передается только от сервера к принимающему воздушному судну без необходимости для этого судна требовать эту информацию от сервера и подтверждать ее получение. Это типичный «безадресный» способ в том смысле, что информация, предоставляемая сервером, не адресуется конкретному летательному аппарату, а передается для полезного использования любому соответственно оборудованному аппарату, который может оказаться в зоне покрытия. Эти характеристики определяют вещательный протокол, хорошо пригодный для большинства летательных аппаратов в зоне приема. К тому же простота этого протокола ведет к снижению стоимости как бортовой авионики, так и наземной инфраструктуры. Предоставление полетной информации FIS-B рекомендательного характера для пилотов позволит повысить их осведомленность о полетных условиях. Данная информация не будет носить характер команд и будет направлена на безопасное проведение полетных операций в соответствии с существующими правилами. Используя эту информацию, экипажи получат возможность заранее прогнозировать свои действия в условиях сложной метеорологической обстановки. Технология FIS-B обеспечивает автоматическое поддержание актуальной метеорологической информации, поскольку данные FIS автоматически удаляются при получении новой версии либо когда истекло время актуальности этих данных. Таким образом, гарантированно снижается информационная нагрузка на экипаж по обработке неактуальной информации.

Технология FIS-B включает в себя три взаимосвязанных элемента:

1) наземные компоненты, предназначенные для сбора, обработки и хранения информации AIS и МЕТ;

2) телекоммуникационные компоненты, предназначенные для передачи на земле и приема на борту ВС цифровых данных (линия передачи данных «земля - борт»);

3) бортовые компоненты, предназначенные для хранения, обработки, представления информации AIS и МЕТ бортовым приложениям и экипажу.

Универсальность технологии позволяет организовывать транспортировку данных различных типов, укладывающихся в канальные ограничения максимальных размеров блоков.

Для передачи данных по технологии FIS-B сможет использоваться аппаратура автоматического зависимого наблюдения вещательного типа (АЗН-В), которая является основой будущей системы организации воздушного движения, строящейся на принципах CNS/ATM с широким использованием технологий спутниковой навигации, цифровой связи и наблюдения [8].

ИКАО разработаны рекомендации по совершенствованию каналов связи. Предусмотрен поэтапный переход к использованию более современных методов передачи данных. Такими являются режимы передачи данных в ОВЧ-диапазоне 1090ES и VDL-4. Использование для реализации АЗН-В двух технологий в стандарте ИКАО (1090ES/VDL4) предоставляет максимальное возможное разделение технологий по классам ВП и районам полетов. Каналы передачи данных 1090ES предназначены для пользователей верхнего воздушного пространства класса А на вы-

5 FIS-B and How Does it Work [Электронный ресурс] // The Balance Careers. Режим доступа: https://www.thebalance.com/what-is-fis-b-282560 (дата обращения: 15.06.2018).

Научный Вестник МГТУ ГА_Том 21, № 05, 2018

Civil Aviation High Technologies Vol. 21, No. 05, 2018

сотах более 8100 м и аэродромного воздушного пространства класса С6. VDL-4 предназначена для внеаэродромного воздушного пространства класса С на высотах до 4200 м и класса G в районах интенсивной авиационной деятельности. ЛПД VDL-4 является универсальной и обеспечивает не только работу АЗН-В («Out» и «In»), но и ряд других функций в радиовещательном режиме типа TIS-B, FIS-B, A-SMGCS, DGNSS.

В рамках реализации «Программы внедрения средств вещательного автоматического зависимого наблюдения в Российской Федерации (2011-2020 годы)» в 2016 году с положительными результатами реализован пилотный проект в Ямало-Ненецком автономном округе «Ямал-АЗН». Для организации каналов связи использовались комплекты отечественного оборудования, состоящие из наземных станций АЗН-В VDL-4, бортового и мобильного оборудования. В рамках этого проекта ведутся работы по практическому применению технологии АЗН-В специалистами АО «Газпром». На ряде вертолетов установлены бортовые станции АЗН-В VDL-4, имеется практический опыт использования наземного сегмента.

Таким образом, становится очевидным, что в Арктической зоне для повышения осведомленности пилотов о полетных условиях в районе посадочных площадок целесообразно оснастить их КДЗТС. Для передачи информации на борт воздушного судна использовать элементы технологии FIS-B, базирующейся на ЛПД АЗН-В VDL-4. Это позволит в режиме, близком к реальному времени, вести мониторинг метеорологической обстановки и передачу на борт воздушного судна информации об актуальной метеорологической обстановке.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Роль и место местных авиалиний в Арктике с каждым годом растет. В целях оперативного информирования экипажей воздушных судов о фактической погоде в районе посадочной площадки необходимо вести регулярные метеорологические наблюдения, сбор и анализ метеорологических данных. Для повышения достоверности этих сведений данные наблюдения необходимо вести непрерывно. С целью исключения человеческого фактора, а также в связи с трудностями в обеспечении непрерывного пребывания людей в районах арктических посадочных площадок необходимо максимально автоматизировать процессы сбора, обработки и предоставления экипажам воздушных судов метеорологической информации о фактической погоде в районе посадочной площадки. Современные способы дистанционного зондирования атмосферы в сочетании с комплексным подходом к обработке данных позволяют заблаговременно выявить предпосылки возникновения таких опасных для авиации метеоявлений, как обледенение и радиационные туманы. Данные о направлении и скорости ветра на малых высотах, а также информация о состоянии метеообразований позволят дать дополнительные данные об опасных метеоявлениях в районе посадочной площадки. Для повышения достоверности и оправдывае-мости прогнозов необходимо расширять сеть полярных станций, производить их оснащение автоматизированными средствами метеорологического наблюдения. При формировании требований к метеоаппаратуре, размещаемой в Арктике, необходимо особое внимание уделять ее устойчивости к сложным метеорологическим условиям и возможности функционировать в энергосберегающем режиме. Современные средства передачи данных позволяют создавать надежные каналы связи для доставки оперативной метеоинформации на борт воздушного судна. Наиболее целесообразно использовать для этих целей принятую в ИКАО технологию FIS-B и линии связи стандартов 1090 ES и VDL-4. В перспективе представляется целесообразным рассмотреть возможность дистанционной активации функции передачи метеоинформации при подлете воздушного судна к посадочной площадке по каналу «борт - земля», а также дистанци-

6 Minimum Aviation System Performance Standards for Automatic Dependent Surveillance - Broadcast. DO-242A. (ADS-B) / Radio Technical Commission for Aeronautics.

Vol. 21, No. 05, 2018

Civil Aviation High Technologies

онному включению и выключению наземного оборудования, в частности посадочных огней вертолетной площадки. При интеграции метеооборудования со средствами связи типа «Гонец», Globalstar, Inmarsat возможность прогнозирования метеоявлений не только в Арктических районах, но и по всему миру возрастет многократно, т. к. данные наблюдений можно будет обработать на мощных вычислительных средствах, применить для расчетов современные прогностические модели. Экипажи воздушных судов получат дополнительную метеоинформацию, и за счет этого возрастет их ситуационная осведомленность. Таким образом, оперативное предоставление метеоинформации в автоматическом режиме позволит значительно повысить безопасность совершения взлетно-посадочных операций в Арктической зоне.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Шерстюков Б.Г. Климатические условия Арктики и новые подходы к прогнозу изменения климата // Арктика и Север. 2016. № 24. С. 39-67.

2. Баранов А.М. Авиационная метеорология / Н.И. Мазурин, С.В. Солонин, И.А. Янковский. Л.: Гидрометеоиздат, 1966. 281 с.

3. Акселевич В.И., Мазуров Г.И., Хайруллин К.Ш. Гидрометеорологические опасности Арктики и методика их мониторинга // Ученые записки Забайкальского государственного университета. Сер. Физика, математика, техника, технология. 2017. Т. 12, № 4. С. 29-37.

4. Мазуров Г.И., Нестерук В.Н. Метеорологические условия и полеты вертолетов. СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. 254 с.

5. Шакина Н.П. О результатах испытания метода прогноза зон возможного обледенения воздушных судов / Е.Н. Скриптунова, А.Р. Иванова, И.А. Горлач // Информационный сборник No. 37. Результаты испытания новых и усовершенствованных технологий, моделей и методов гидрометеорологических прогнозов. М.; Обнинск: ИГ-СОЦИН, 2010. С. 142-153.

6. Болелов Э.А. Комплексная обработка метеоинформации в аэродромных мобильных комплексах метеолокации и зондирования атмосферы / Ю.Н. Кораблев, Н.А. Баранов, С.С. Демин, А.А. Ещенко // Научный сборник ГосНИИ ГА. 2018. № 20(331). С. 82-92.

7. Баранов Н.А., Турчак Л.И. Оценка риска обледенения воздушных судов по данным температурного зондирования атмосферы // Материалы ХХ Юбилейной Международной конференции по вычислительной механике и современным прикладным системам (ВМСППС'2017) 2017. М.: МАИ, 2017. С. 732-734.

8. Бочкарев В.В., Кравцов В.Ф., Крыжановский Г.А. Концепция и системы CNS/ATM в гражданской авиации. М.: Академкнига, 2003. 415 с.

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРЕ

Кораблев Юрий Николаевич, заместитель главного конструктора АО «Концерн «Международные аэронавигационные системы», соискатель кафедры технической эксплуатации радиоэлектронного оборудования воздушного транспорта МГТУ ГА, korablevyury@yandex.ru.

Civil Aviation High Technologies

Vol. 21, No. 05, 2018

OPERATIONAL NOTIFYING AIRCRAFT CREW ABOUT DANGEROUS METEOROLOGICAL PHENOMENA IN THE ZONES OF ARCTIC LANDING

SITES

Yury N. Korablev1

1PC "Internationalaeronavigation systems", Moscow, Russia ABSTRACT

Meteorological support for aviation is an essential element of an integrated system for air traffic management as incorrect meteorological information about hazardous meteorological conditions has a significant impact on the level of flight safety and on all aspects of air traffic management. At present, a number of decisions have been taken at the state level in Russia, according to which a large-scale program is being implemented to develop the infrastructure of the Far North and the Arctic regions, the development of territories, the coast of the Northern Sea Route, and the development of mineral deposits. The climate of the Arctic is one of the severest on Earth. The instability of the meteorological situation is expressed in a sharp change in the wind direction and speed, a decrease in the height of the cloud cover, the rapid inflow of fog from the sea on the coast. Strong winds cause a snowstorm and drifting snow, in summer, under the influence of a powerful cyclone, a sudden increase in air temperature is possible. These natural factors together create adverse, at times extreme climatic conditions, which lead to the emergence of meteorological hazards dangerous to aviation. These phenomena are difficult to predict and significant in terms of impact. Making landing and takeoff in the Arctic, as a rule, is associated with an increased risk. This is due to the fact that temporary aerodromes and landing sites have minimal aerodrome equipment, meteorological provision is almost completely or partially not available, there are no statistical data on weather peculiarities at the place of take-off and landing. The problem of servicing landing sites is the use of outdated equipment, lack or inability of permanent maintenance staff residing in the area. Taking into account the above facts, for effective and safe use of aviation in the Arctic region, it is necessary to automate as much as possible the processes of obtaining, processing and reporting to the crews data on the meteorological situation in the area of the landing site and on the flight route. The article discusses the need to use automated systems for collecting, processing and transmitting meteorological information to inform crews of aircraft carrying out take-offs and landings in the areas of aircraft and helicopter landing areas of the Arctic zone about the state of the surface layer of the atmosphere and the altitudes where icing is possible.

Key words: hazardous meteorological phenomena, atmospheric sounding, temperature profile meter, weather station, landing areas, icing, information service in flight.

REFERENCES

1. Sherstyukov, B.G. (2016). Klimaticheskie usloviya Arktiki i novye podhody k prognozu izmeneniya klimata [Arctic climatic conditions and new approaches to the forecast of climate change]. Arctic and North, no. 24, pp. 39-67 (in Russian)

2. Baranov, A.M., Mazurin, N.I., Solonin, S.V. and Yankovsky, I.A. (1966). Aviatsion-naya meteorologiya [Aeronautical meteorology]. Leningrad: Gidrometeoizdat, 281 p. (in Russian)

3. Akselevich, V.I., Mazurov, G.I. and Khayrullin, K.Sh. (2017). Gidrometeorologicheskie opasnosti Arktiki i metodika ikh monitoringa [Hydrometeorological Hazards of the Arctic and Methodology for their Monitoring]. Scholarly Notes of Transbaikal State University. Ser. Physics, Mathematics, Engineering, Technology, vol. 12, no. 4, pp. 29-37. (in Russian)

4. Mazurov, G.I. and Nesteruk, V.N. (1992). Meteorologicheskie usloviya i polety ver-toletov [Meteorological conditions and helicopter flights]. St. Petersburg: Gidrometeoizdat, 254 p.

5. Shakina, N.P., Skriptunova, E.N., Ivanova, A.R. and Gorlach, I.A. (2010). O re-zultatakh ispytaniya metoda prognoza zon vozmozhnogo obledeneniya vozdushnykh sudov [On the results of testing the forecast method for zones of possible icing of aircraft]. Informatsionnyy sbornik No. 37. Rezultaty ispytaniya novykh i usovershenstvovannykh tekhnologiy, modeley i metodov gidro-meteorologicheskikh prognozov [Information collection No. 37. Results of testing new and improved technologies, models and methods for hydro-meteorological forecasts]. Moscow, Obninsk: IG-SOTSIN, pp. 142-153. (in Russian)

Vol. 21, No. 05, 2018

Civil Aviation High Technologies

6. Bolelov, E.A., Korablev, Y.N., Baranov, N.A., Demin, S.S. and Eshchenko, A.A.

(2017). Kompleksnaya obrabotka meteoinformatsii v aerodromnykh mobilnykh kompleksakh meteolo-katsii i zondirovaniya atmosfery [Complex processing of meteorological information in aerodrome mobile complexes of weathering and sounding of the atmosphere]. Scientific Bulletin of The State Scientific Research Institute of Civil Aviation (GosNII GA), vol. 20, no. 331, pp. 82-92. (in Russian)

7. Baranov, N.A. and Turchak, L.I. (2017). Otsenka riska obledeneniya vozdushnykh sudov po dannym temperaturnogo zondirovaniya atmosfery [Assessment of the risk of icing of aircraft based on temperature sounding of the atmosphere]. Materials of the 20th Jubilee International Conference on Computational Mechanics and Modern Applied Systems (VMSPPS'2017). Moscow: MAI, pp. 732-734. (in Russian)

8. Bochkarev, V.V., Kravtsov, V.F. and Kryzhanovskiy, G.A. (2003). Kontseptsiya i sis-temy CNS/ATM v grazhdanskoy aviatsii [Concept and CNS/ATM systems in civil aviation]. Moscow: Akademkniga, 415 p. (in Russian)

Yury N. Korablev, Deputy Chief Designer of JSC "International Aeronavigation Systems Concern", applicant of the Air Transport Radio-Electronic Equipment Maintenance Chair, Moscow State Technical University of Civil Aviation, korablevyury@yandex.ru.

INFORMATION ABOUT THE AUTHOR

Поступила в редакцию Принята в печать

16.06.2018 18.09.2018

Received

Accepted for publication

16.06.2018 18.09.2018

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.