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).