После новостей от 28 декабря 2014 года повсюду говорили о потерянном контакте с самолетом Airbus A320-200, выполняющим рейс QZ8501 Малазийской бюджетной авиакомпания AirAsia (компания AirAsia является перевозчиком из Малайзии, в то время как самолет, который исчез с радаров, относится к ее индонезийскому подразделению). Все, что мы знаем о полете с номером рейса QZ8501, это информация, представленная на рис. 1.

 Рис. 1 [1] История полета QZ8501 с Airbus A320-200

Капитан рейса из Индонезии в Сингапур, ответственный за 6 членов экипажа и 155 пассажиров на борту, запросил разрешение от диспетчеров воздушного движения, чтобы изменить курс, в связи с плохими метеоусловиями. Пытаясь избежать грозовой бури, самолет Airbus A320 внезапно исчезает с радаров у побережья острова Явы с 162-я людьми на борту.

Подобные случаи, на примере полета крупнейшей бюджетной авиакомпании в Азии, указывают на наличие проблем в отслеживании воздухоплавательных средств, когда они находятся над большими водными бассейнами, и заставляют лучших специалистов в области авиации искать решения, которые помогут достичь большей безопасности полетов.

2. Обслуживание и анализ проблем современной авиации 

Открытие цели (под целью подразумеваются самолеты, ракеты, корабли, люди и другие движущиеся или неподвижные объекты), определение ее координат и параметров движения осуществляется с использованием радиотехнических устройств, так называемых радиолокационных станций (радиолокаторов) или просто радаров [2]. Предназначение таких устройств основывается на открытии объекта и определении его координат через генерирование, распространение и прием радиосигналов. Радиолокационные станции (РЛС) и объекты находятся в прямом взаимодействии, и тем самым осуществляется открытие, определение координат и передача этой информации для последующих действий по обработке и использованию [3].

В Болгарии наличные следующие радиолокационные средства по обслуживанию воздушного движения: три аэропортных радиолокационных комплекса в городах Бургас,  Варна и София; два маршрутных радиолокационных комплекса, расположенные в Вырбишком перевале и на Черной вершине; один маршрутный вторичный моноимпульсный радиолокатор в Пловдивском аэропорту [4].

РЛС в аэропортах обслуживают зону подхода (самолеты на взлете и посадке) высотой около 300-400 метров. Маршрутные РЛС занимаются наблюдением самолетов с высоты в 400 метров. Они делятся на два вида: первичная (пассивная) РЛС и вторичная (активная) РЛС. Первичная вещает радиосигнал, который достигает поверхность самолета и отражается от нее, отраженный сигнал принимается и по его форме и времени определяется местоположение самолета. Вторичная РЛС работает совместно с транспондером – приёмо-передающим устройством, которое расположено на самолете и служит для отправки сигнала в ответ на полученный сигнал. Активная РЛС вещает закодированный сигнал с запросом к транспондеру самолета, а тот в свою очередь отвечает, также передавая закодированный сигнал, в котором содержится целостная информация о полете. Без этого вида радиолокации самолеты на экранах перед руководителями полетов будут видны лишь как точки.

Существенные проблемы заметны в правилах расположения радиолокационных станций: они должны быть построены только на поверхности земли  и располагаться на не более 400 км одна от другой. В современной радиолокации используется многорадарное отслеживание, в то время как наблюдение осуществляется с многих РЛС с перекрытием сигнала, что обеспечивает более точную информацию о местоположении летательного аппарата.

Так как авиация развивается с огромной скоростью и приобретает большую популярность  как самый надежный и быстрый вид транспорта, воздушное пространство страдает от огромного количества воздухоплавательных средств, а большое количество самолетов затрудняет определение местоположения каждого из них. В связи с этим введены ограничения относительно минимального расстояния самолетов друг от друга (правило сепарации).

Как видно из примера с самолетом Airbus A320, описанным во введении настоящей статьи, еще одной проблемой современной авиации являются метеорологические явления, которые способствуют смущению и искривлению транслируемых и отраженных сигналов, и в таком порядке приводят к необратимым последствиям для пассажиров.

Из анализа особенностей работы радиолокационных станций и проблем, связанных с отслеживанием самолетов, можно сделать вывод о том, что классические связи с радиолокационными станциями надежны, но всё же они нуждаются в дополнительной технологии, которая позволит осуществление наблюдения за самолетами в труднодоступных районах.

 3. Автоматическое зависимое наблюдение-вещание

Автоматическое зависимое наблюдение-вещание, сокращенно ADS-B, представляет технологию, внедряющуюся сегодня по целому миру.

 Рис. 2 [5] Схема системы ADS-B

Аббревиатура ADS-B (Automatic Dependent Surveillance – Broadcast) расшифровывается как: Automatic – работает автоматически и не требует вмешательства оператора; Dependent – зависит от системы GPS и от системы управления полетом (Flight Management System); Surveillance – обеспечивает наблюдение за самолетом подобно радарным системам; Broadcast – обеспечивает широковещательную непрерывную радиотрансляцию данных всем самолетам и наземным станциям. [6].

Сегодня эта система очень популярна на территории США и России. Она позволяет пилотам в кабине самолета и диспетчерам на наземном пункте видеть движение воздушных судов на экране компьютера без использования традиционных радаров.

3.1. Реализация технологии ADS-B

 В основу системы входит ADS-B оборудование, которое при его установке на самолете каждую секунду передает по радиоканалу свою точную позицию в течение всего полета.

Система ADS-B обеспечивает точное картографирование движения воздухоплавательного средства на экраны радара, передает в реальном времени метеорологическую информацию пилотам и целому авиа трафику, а при запросе от наземных радаров – горизонтальную и вертикальную скорость самолета, высоту, курс, вид воздухоплавательного средства, его номер и номер полета.

Технология реализует один простой принцип: «Каждый видит каждого», что позволяет предотвращать конфликтные ситуации в полете.

3.2. Системы обслуживания, входящие в концепцию ADS-B

Концепция ADS-B включает в себя четыре системы обслуживания [7].

Первая, конечно же, это сама система ADS-B, суть которой состоит в том, что каждое воздухоплавательное средство передает сообщения с данными, которые принимаются другими самолетами или наземными станциями для диспетчерских потребностей.

Вторая система – это ADS-R (Automatic Dependant Surveillance-Rebroadcast) для ретрансляции данных ADS-B для UAT (Universal Access Transceiver) и обратно [8]. Самолеты оборудованные UAT (чаще всего это легкомоторная авиация и старые самолеты) видят самолеты оборудованные ADS-B и наоборот.

Эти две системы обслуживания относятся к системам слежения и сопровождения, а FAA (Federal Aviation Administration) относит их к очень важным для диспетчерских целей.

Третья система – это TIS-B (Traffic Information Service-Broadcast), позволяющая самолетам, которые оборудованы ADS-B приемниками, видеть другие летящие вблизи самолеты, которые в свою очередь системой ADS-B не оснащены. Наземные радарные системы следят за объектами в воздухе, передавая информацию о них системам UAT и ADS-B, а она появляется на экранах в кабинах пилотов и таким образом дает представление о воздушном пространстве.

Четвертая система – это FIS-B (Flight Information Service-Broadcast), позволяющая пилотам получать в графическом виде целостную аэронавигационную и метеорологическую информацию о полете, что способствует своевременному предупреждению об ограничениях полета.

 Рис. 3 [9] Пример представления воздушного пространства системой ADS-B TIS

3.3. Основные классы ADS-B оборудования

ADS-B оборудование можно разделить на три основных класса.

К первому классу относятся ADS-B IN приемники, которые принимают ADS-B данные, но не могут передавать данные другим самолетам или наземным станциям. Такой приемник получает как информацию о движении воздухоплавательного средства, так и погодную информацию. В настоящее время FAA ограничило работу системы ADS-B так, что наземные станции будут передавать данные только тогда, когда примут информацию хотя бы от одного ADS-B транспондера самолета, переданного в радиусе обслуживания. Таким образом, самолет с ADS-B приемником может и не «видеть» данные трафика, если другие самолеты в зоне обслуживания также не оборудованы ADS-B транспондерами и не передавали данные ADS-B. В отличие от этого метеорологическая информация всегда доступна для ADS-B приемников, которую они получают от наземных станций.

Ко второму классу относятся ADS-B OUT трансмиттеры, передающие ADS-B данные, а также имеющие функцию привлечения FAA ADS-B наземных станций, переключая их в режим передачи трафика воздухоплавательного средства в зоне их действия.

К третьему классу относятся ADS-B транспондеры, которые как передают, так и принимают ADS-B данные.

3.4. Преимущества системы ADS-B перед наземными РЛС

Система ADS-B имеет много преимуществ перед наземными радиолокационными станциями. Она более дешевая, а вместе с тем имеет большую скорость обновления данных и высокую точность. ADS-B система состоит от сети относительно простых радиостанций – просты в установке и использованию по сравнению с радарами, требующими обслуживания как механики так и оборудования обработки сигналов.

Система обеспечивает полное покрытие территории, что является еще одним ее важным преимуществом: ADS-B оборудование можно устанавливать в районах, где использование радарного оборудования не представляется возможным (напр., ADS-B оборудование установлено на  нефтяных вышках в Мексиканском заливе, что существенно повышает безопасность и эффективность воздушного движения над этим районом).

Стоит также отметить, что в отличие от радарной системы, где время обновления информации составляет 12 секунд, что определяется скоростью поворота антенны радара, ADS-B система предоставляет информацию о самолете каждую секунду.

ADS-B имеет высокую точность определения координат, что позволяет уплотнить траффик и сделать его более эффективным в районах где налично большое движение самолетов.

Для пилотов система ADS-B также имеет достаточно много преимуществ [10]. Благодаря этой системе пилоты видят на экранах в кабинах информацию о движении самолета (местоположение, скорость, курс, высота) в таком же виде, в каком ее видят и диспетчера на своих экранах. Вооружившись этой информацией, зная свое положение относительно других воздухоплавательных средств, получая информацию об ухудшении времени и перелете над неблагоприятной местностью, пилоты лучше владеют ситуацией в полете. Изображенная на экранах пилотов полетная ситуация дает возможность минимизации  временных интервалов, уменьшение нагрузки терминалов и более эффективное планирование операций по загрузке и заправке самолета.

4. Выводы

Из того, что было сказано в данной статье об автоматическом зависимом наблюдении-вещании, выводы о данной технологии могут быть обобщены  следующим образом:

система управления воздушным движением нуждается от внедрения ADS-B, потому что наземные радары являются громоздкими и дорогими, а дальность их обхвата зависит от местности, метеорологических условий и имеет ограничения по  дистанции;

диспечера нуждаются от внедрения ADS-B, потому что она позволяет более эффективно строить маршрут, повышает безопасность полета, предоставляя улучшенные услуги по маршрутизации самолетов, а также для пилотов в кабине есть налична очень полезная информация о времени и движении других воздухоплавательных средств.

Заключение

Наземные радиолокационные станции обеспечивают надежную связь с воздушными судами, но современная авиация, безусловно, нуждается в дополнительной технологии, которая позволит осуществление мониторинга самолетов и в труднодоступных районах. ADS-B является системой, предназначенной для контроля и управления воздушным  трафиком, которая способна уверенно расширить традиционные радарные системы.

После анализа проблем, связанных с отслеживанием самолетов, предлагается решение, которое основано на постепенном переходе всех авиарейсов, выполняемых в Болгарии и за рубежом, к авиационной радиоэлектронике на основе использования спутниковой технологии  для наблюдения за воздухоплавательными средствами.

Благодарность

Автор благодарит Научно-исследовательский сектор при Техническом университете – Софии за финансовое содействие в публикации  доклада (договор № 152ПД0028-04).

Воздушные перевозки являются одним из наиболее быстрорастущих и развивающихся видов транспорта в мире. Однако с ростом количества перевозок возрастают и риски возникновения авиационных происшествий. Человеческий фактор является одним из наиболее важных организаторских элементов безопасности полетов. В работе рассматриваются вопросы роли человеческого фактора в обеспечении безопасности воздушных перевозок. Человеческий фактор является одним из самых важных факторов, который влияет на безопасность полетов. Под человеческим фактором понимается влияние личностных, культурных, организационных и общественных факторов на поведение человека в процессе выполнения работы. Любая ошибка или несоответствие в решении человека может привести к неблагоприятным последствиям.

Основными причинами возникновения авиационных происшествий связанными с человеческим фактором являются:

• Ошибки экипажа и лиц организации воздушного движения в экстремальных ситуациях;
  
• Нарушение протоколов и стандартов безопасности;
  
• Ошибки и недостатки в обучении и подготовке экипажа и лиц организации воздушного движения;
  
• Усталость и напряжение из-за большой продолжительности монотонной работы в течении рабочей смены.
  

Существует три этапа решения задач по организации безопасности полетов:

1. Выявления факторов риска;

2. Постоянный сбор и анализ полетной информации, а также данных об условиях эксплуатации воздушного судна;

3. Оценка выявленных факторов риска и разработка мер по предотвращению авиационных происшествий.

Анализ практических случаев показал, что риски, связанные с человеческим фактором, могут быть сведены к минимуму путем внедрения новейших технологий и программ тренировок для экипажей и лиц организации воздушного движения, в частности обучение на симуляторе. Для теоретической подготовки создаются учебные компьютерные классы. Также для инженерно-технического персонала разрабатываются интерактивные действующие учебные стенды для более углубленного изучения функционирования систем самолета и тренажеры процедур технического обслуживания. Тренажеры предназначены для отработки задач по поиску и устранению неисправностей, отработки процедур наземного обслуживания самолетов повторяют реальный самолет, функционирование его систем, обеспечивая максимальное приближение к реальным условиям. Обучаемый должен нажать на необходимые кнопки, провести реальное тестирование, изучить документацию, выполнить все необходимые процедуры и, в результате, устранить неисправность.

С помощью подходящих и качественных тренировок, у летчиков и диспетчеров может быть выработан определенный набор навыков, которые позволят им поддерживать психо-физическую устойчивость на высоком уровне и обеспечить безопасные и комфортные условия полета для пассажиров.

Для того, чтобы наглядно убедиться в важности проблемы человеческого фактора проанализируем количество авиационных происшествий в период с 1960 года по 2010 год.

В 1960-е года более 60% авиационных происшествий связаны с ошибками экипажа воздушного судна и 21% происшествий произошли по причине отказа авиационной техники. В 1980-х годах произошло резкое снижение авиационных происшествий по вине экипажа и лиц организации воздушного движения, по причине начала изучения влияния человеческого фактора на безопасность полетов и с появлением средств объективного контроля.

В дальнейшем, появление высокоавтоматизированных систем воздушных судов повлекло за собой рост авиационных происшествий по причине человеческого фактора. Данные системы повлияли на повышение надежности авиационной техники, но уменьшили потребное количество членов летного состава, что повлекло за собой увеличение количества ошибок экипажа, связанных с высокой интенсивностью деятельности по управлению высокоавтоматизированными системами воздушных судов. Данная статистика наглядно показана на рисунке 1 [2].

Рисунок 1. Количество авиационных событий за период с 1960 года по 2010 год

С усовершенствованием авиационной техники и оборудования повышается значение влияния человека. В связи с этим возрастает и уровень его ответственности в полёте, цена допускаемых ошибок, появляется необходимость оперативной и объективной оценки возможных появлений аварийных ситуаций. Реальность показывает, что реакция пилотов зависит не только от их знаний и доведенных до автоматизма навыков, но и от их опыта.

Существуют случаи, когда подготовленные специалисты умышленно не выполняют необходимые требования безопасности полётов. Пилоты с небольшим опытом, обычно используют все свои силы и способности для решения поставленной задачи. Это говорит о том, что существуют пока трудно выявляемые и прогнозируемые факторы, оказывающие влияние на правильность человеческого решения. Они связаны напрямую с морально-психологической подготовкой отдельного человека и для их понимания необходимы новые исследования логики поведения людей.

В Российской Федерации было введено новое законодательство, которое определяет наказание для виновных в авиационных происшествиях, связанных с ошибками человека. Это стимулирует лётный состав и лица организации воздушного движения поддерживать высокий уровень знаний в своей сфере деятельности. В целом, все эти меры позволяют существенно уменьшить количество авиационных происшествий, происходящих из-за ошибок человека, и обеспечивают безопасность пассажиров и сотрудников авиакомпаний.

Согласно правилам, летные экипажи должны работать в соответствии с графиком – плановой таблицей, которая должна соответствовать нормам международного регулирования. Эта таблица предусматривает ограничение на количество часов работы лётного состава, а также ограничения по количеству смен и дней отдыха. Эти нормы регулируют и учитывают количество часов в неделю и месяц, которые летчик может провести на борту самолета. Чтобы предотвратить авиационные происшествия, связанные с усталостью летчиков были разработаны нормы налёта и отдыха, которые указаны в Федеральных авиационных правилах производства полетов государственной авиации (приказ Министра обороны №275 от 24 сентября 2004 года)
[1]:

Статья 70. При перелетах воздушных судов с одним управлением стартовое время экипажа не должно превышать днем 10 часов, а ночью – 8 часов.

Статья 72. Максимальный налет летчика с применением систем ночного видения в летную смену не должен превышать 3 часов.

Статья 73. Для отдыха летного состава должны быть предоставлены профилактории или специально оборудованные комнаты отдыха перелетающих экипажей.

Статья 74. Экипажам, выполняющим длительные беспосадочные полеты продолжительностью более 12 часов, предоставляется предполетный отдых не менее 10 часов

Статья 75. Летному составу накануне дня полетов должен предоставляться отдых для сна не менее 8 часов.

Соблюдение норм труда и отдыха является необходимым условием для обеспечения безопасности и комфорта пассажиров, а также здоровья и психической устойчивости летчиков. Контроль лётного состава за соблюдением норм является одной из основных задач в авиации, которая должна обеспечиваться высоким уровнем профессионализма и ответственности со стороны руководящего состава.

Исходя из приведенного анализа, можно определить основные направления работы по улучшению системы безопасности воздушных перевозок:

• Улучшение программ тренировок, которые должны включать сценарии экстремальных ситуаций.
  
• Внедрение новейших технологий в области управления воздушным пространством и проектирования воздушных судов.
  
• Расширение сферы использования обучения на симуляторе для действительных условий полетов.
  
• Повышение качества и стандартов медицинской проверки членов экипажей.
  
• Осуществление надлежащего контроля со стороны государства.
  

Человеческий фактор является важным элементом в обеспечении безопасности полетов. Но существуют ошибки, связанные с человеческим фактором, которые не могут быть полностью исключены. Риск можно свести к минимуму путём улучшения системы и качества обучения экипажа, изучения руководящих документов, применения новейших технологий. Подобные улучшения являются ключевыми для обеспечения безопасности полётов.