Общие сведения о БСПС.

1.1.1. Предпосылки разработки БСПС. Историческая справка.

В течение многих лет интенсивность воздушного движения продолжает расти. Внедрение современных систем управления движением ВС позволило справиться с этим ростом, сохранив при этом необходимый уровень безопасности полётов. Однако опасность столкновений в воздухе попрежнему сохраняется. Поэтому разработка эффективных бортовых систем предотвращения столкновений ВС в воздухе являлась целью авиационных специалистов многих стран.

В Советском Союзе магистральные ВС гражданской авиации оснащались радиолокационными станциями типа РПСН, в которых на кабинном индикаторе отображались эхо-сигналы (отметки) ВС, летящих навстречу при максимальном удалении 50 км. Информация об опасном движении появлялась поздно, и решение об избегающем манёвре должны были принимать сами пилоты. Это обусловило низкую эффективность подобных систем. В 70-е годы в Советском Союзе разрабатывалась БСПС «Эшелон» импульсного типа (об этом подробнее см. [2, 3]). Она предна­значалась для выявления угрозы столкновения и определения взаимно скоординированных манёвров ВС в вертикальной плоскости по уклонению от столкновения. В этой системе воздушное пространство вблизи ВС разделялось на три зоны: опасную, границы которой располагались с интервалом по высоте ±160 м относительно текущей высоты ВС, а также нижнюю и верхнюю зоны предупреждения страницами от 160 до 660 м вверх и вниз относительно текущей высоты ВС. Каждое ВС излучает кодированный сигнал запроса, содержащий информацию о текущей высоте полёта. На ВС, принимающих эти сигналы запроса, вычисляется высотное разделение. Логика работы БСПС «Эшелон» была такова, что если разность высот между ВС соответствует опасной зоне (±160 м), то ответный сигнал используется для выработки рекомендации о манёвре. Если же разность высот между ВС соответствует зоне предупреждений, то ответ содержит сообщение о нахождении ВС в верхней или нижней зоне. В том случае, когда разность высот по модулю превышает 660 м, ВС на запрос не отвечает. По ответным сигналам на запрашивающем ВС измеряется расстояние и скорость сближения, рассчитывается временной интервал (т) до прогнозируемого столкновения и, наконец, определяется вид и момент начала манёвра уклонения от столкновения. Для формирования решения о целесообразном виде манёвра с запрашивающего ВС передаются данные о числе и типе степеней свободы этого ВС, содержащие информацию о возможности набора или снижения и о том, каково рекомендуемое направление маневрирования, чтобы отклонение от текущей траектории было минимальным. В результате измерений и автоматического радиообмена информацией на кабинных индикаторах ВС заблаговременно (т * 30 с) отобразится команда на выполнение скоординированного манёвра. Для работы БСПС «Эшелон» необходима связь с системой воздушных сигналов ВС для получения информации о высоте полёта, радиолокационным ответчиком и кабинным громкоговорителем для подачи звуковых команд. Однако идеи, заложенные в отечественной БСПС, в связи с экономическим кризисом в 90-е годы не были реализованы на практике.

В США на объединённом совещании Комиссии по радиотехнике для аэронавтики (RTCA) в 1955 году было впервые выдвинуто требование к электронной промышленности по разработке БСПС для гражданских ВС, которая должна была дополнить наземную систему УВД в зонах радиолокационного контроля и гарантировать безопасное разделение ВС в воздушном пространстве вне зон радиолокационного контроля. Столкновение двух крупных ВС над Большим каньоном в 1956 году уско­рило разработку БСПС. Масштабы и сложность проблемы, а также тре­бования к БСПС были определены после проведения исследований в период с 1956 по 1960 годы. Они показали, что функционирование БСПС должно быть основано на использовании взаимодействующей бортовой аппаратуры так называемого кооперативного типа, которая должна определять взаимное расположение и отслеживать взаимное перемещение ВС, а также оценивать степень опасности их столкновения. В 1959 году была сформирована консультативная группа по вопросам предупреждения столкновений ВС в воздухе. В конце 1960-х годов несколько американских фирм (Minneapolis-Honeywell, McDonnell-Douglas и др.) приступили к разработке аппаратуры БСПС. Эти системы являлись запросноответными с частотно-временной синхронизацией. Для каждого ВС назначался определённый промежуток времени в несколько миллисекунд в каждом односекундном периоде для передачи своих радиосигналов, содержащих информацию о текущей высоте в цифровом коде. В такой синхронизированной системе моменты передачи и приёма сигналов в точке приёма точно определены, поэтому может быть рассчитано расстояние между ВС. При обеспечении высокой стабильности радиочастот по их изменениям в точках приёма радиосигналов в соответствии с эффектом Доплера определялась скорость сближения ВС. Таким образом, наличие информации о дальности, скорости сближения и относительной высоте после соответствующих расчётов позволяло определить степень угрозы столкновения. Подобные системы вырабатывали предупреждения об опасности, когда отношение дальности к скорости изменения дальности становилось меньше установленного порогового значения - 30 с. Эта логика впервые представлена доктором Джоном С. Мореллом в 1956 году (цит. по [35]). Проведённые лётные испытания показали, что при высокой плотности воздушного движения в аэродромных зонах неприемлемо высока вероятность «ложных тревог».

В 1974 году началась разработка принципиально новых БСПС, работа которых была основана на использовании бортовых ответчиков вторичной радиолокации ATCRBS, использовавшихся к этому времени только для работы с наземными вторичными радиолокаторами УВД. Наибольший эффект подобные системы имели при использовании режима «С» с передачей в ответном сигнале информации о высоте ВС. Однако при высокой плотности движения возникают синхронные помехи и искажения дальномерной информации, обусловленные наложением ответных сигналов от многих ВС, особенно если они находятся на приблизительно одинаковом удалении от ВС с БСПС. Для борьбы с ними были предложены различные приёмы: пространственная селекция путём направленных запросов, ступенчатое изменение мощности запросных сигналов - методика «шёпот - крик». В это же время была предложена логика БСПС, характерной чертой которой являлась возможность маневрирования только в вертикальной плоскости для уклонения от столкновения. Данная логика была положена в основу вычислительного устройства, моделировавшего реальные условия функционирования системы УВД в районе Чикаго и Ноксвилла. Кроме того, имитировалась кабина ВС, где проводилась предварительная оценка времени реагирования пилота на консультативную и командную информацию БСПС и рассматривались различные способы отображения информации.

В июне 1981 года было объявлено о решении приступить к реализации концепции предотвращения столкновений ВС в воздухе, названной TCAS. Идея базировалась на предыдущих разработках БСПС и на методе дискретно-адресных сообщений, использующих новые форматы сигналов вторичной радиолокации режима «S». Система TCAS обеспечивала до­полнительные возможности, а именно:

- защиту от столкновений при высокой плотности воздушного движения;

- вспомогательное отображение отметок множества потенциально опасных ВС, представляющее экипажу консультативную информацию;

- выдачу пилоту рекомендаций по уходу от столкновения путём маневрирования ВС в вертикальной плоскости;

- возможность предупреждения пилота о присутствии в опасной близости ВС с ответчиками без кодирования высоты (режим «А»),

Разработка системы TCAS II в рамках программы Федерального авиационного управления США началась в 1981 году. В течение 80-х годов результаты оценок эксплуатационных характеристик системы, прово­дившихся авиакомпаниями, способствовали постепенному совершенст­вованию оборудования TCAS II, завершившемуся созданием версии 6.0 этой системы.

В апреле 1989 года ICAO приняла решение о проведении эксплуа­тационной оценки системы TCAS II во всемирном масштабе, с тем, чтобы определить рабочие характеристики и выявить возможные проблемы. Предложенные по результатам оценки работы TCAS II усовершенствования привели к разработке и выпуску в 1993 году версии системы 6.04а. После внедрения этой модификации системы были проведены дополнительные испытания и эксплуатационные оценки, которые привели к усовершенствованной версии 7.0. Она была одобрена в декабре 1997 года и стала доступной в начале 1999 года. Наиболее значительными усовершенствованиями являются следующие:

- совместимость с полётами, выполняемыми с сокращенным минимумом вертикального эшелонирования (RVSM);

- отслеживание ВС по высоте с интервалом дискретизации 25 ft вместо 100 ft для режима ATCRBS;

- уменьшение числа вариантов речевых сообщений с целью повышения надёжности их восприятия экипажем и адекватности реагирования на них;

- фильтрация рекомендаций по разрешению угрозы столкновения по критерию расстояния пролёта ВС в горизонтальной плоскости.

Таким образом, TCAS II представляет собой итог более чем 30-летней работы авиационных специалистов по разработке жизнеспособной и эффек­тивной БСПС, дополняющей возможности пилота по предотвращению опас­ных сближений ВС в воздухе.

Параллельно с разработкой оборудования TCAS Международная организация гражданской авиации приступила в начале 80-х годов к под­готовке Стандартов и Рекомендуемой практики использования БСПС. Эта система была официально признана ICAO 11 ноября 1993 года. Определение БСПС приведено в Приложении 2 [26], а её использование регламентируется положениями PANS-OPS [27] и PANS-RAC [25]. В ноябре 1995 года были утверждены Стандарты и Рекомендуемая практика (SARPs) для систем БСПС II, которые изложены в Приложении 10 [1]. Разработаны также стандарты минимальных эксплуатационных характеристик (MOPS), опубликованные Радиотехнической авиационной комиссией США [6].

30 декабря 1993 года впервые было введено требование об обязательном оснащении воздушных судов БСПС (TCAS II) для полётов в воздушном пространстве США. Системой TCAS II должны быть оснащены все ВС с турбореактивными двигателями, перевозящие более 30 пассажиров. Начиная с этого времени число магистральных ВС, оснащённых системой TCAS II и выполняющих полёты в европейском воздушном пространстве, продолжало расти, хотя требование об обязательной её установке в Европе не было введено. Однако дальнейшие исследования и эксплуатация продемонстрировали выгоды в направлении повышения безопасности полётов, получаемые от внедрения системы TCAS II.

В 1995 году Комитет Евроконтроля по управлению утвердил политику и график введения в Европе требования об обязательном оснащении ВС системой БСПС II. Утверждённый график предусматривал следующее:

- с 1 января 2000 года все гражданские ВС с неподвижным крылом и турбореактивными двигателями с максимальной взлётной массой свыше 15 000 кг или максимальным количеством пассажирских мест свыше 30 должны быть оснащены системой БСПС II;

- с 1 января 2005 года все гражданские ВС с неподвижным крылом и турбореактивными двигателями с максимальной взлётной массой свыше 700 кг или максимальным количеством пассажирских мест свыше 19 должны быть оснащены системой БСПС II.

Требование об обязательном наличии на борту системы БСПС II было введено также во многих других государствах, включая Австралию, Аргентину, Египет, Китай, Индию, Чили, Японию и другие.

Происшедшее в 1996 году в воздушном пространстве Индии столкновение между принадлежавшим Саудовской Аравии самолётом Boeing-747 и казахстанским самолётом Ил-76 ТД побудило ICAO внести предложение о поэтапном введении с 2003 года во всемирном масштабе требования об обязательном оснащении системой БСПС II всех ВС, включая грузовые и военно-транспортные.