Если в процессе установившегося снижения при заходе на посадку воздушное судно резко переходит в набор высоты, это значит, что либо экипаж прервал заход и начал «уходить на второй круг», либо вы стали участником того самого случая, о котором пойдет речь.

Речь пойдет о войсках средствах радиоэлектронной борьбы и бортовой системе предупреждения столкновений. А точнее о воздействие РЭБ на данные бортовые системы и о том, какая ситуация происходит на сегодняшний день при выполнении полетов в гражданской авиации.

Бортовая система предупреждения столкновений

Самолеты с газотурбинными двигателями, у которых максимальная взлетная масса свыше 5700 кг или на борту которых разрешена перевозка более 19 человек при выполнении полетов в условиях сокращенных интервалов эшелонирования (RVSM), должны быть оборудованы бортовой системой предупреждения столкновений (БСПС).

(п. 5.78 в ред. Приказа Минтранса России от 16.11.2011 N 284)

Самолеты с газотурбинными двигателями, максимальная взлетная масса которых превышает 15000 кг или на борту которых разрешен провоз более 30 человек, при полетах в условиях сокращенных интервалов эшелонирования (RVSM) должны быть оборудованы бортовой системой предупреждения столкновений (БСПС); (в ред. Приказа Минтранса России от 16.11.2011 N 284)

Большинство воздушных судов, эксплуатируемых в линейной авиации, используют систему TCAS (Traffic Collision Avoidance System). На сегодняшний момент это второе поколение TCAS II, версия 7.1. В том числе я и мои коллеги эксплуатируют именно её.

В обозримом будущем инженеры планируют третье поколение системы TCAS, которая будет обеспечивать уклонения как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях.

Назначение и описание TCAS

Попробую относительно коротко, но подробно рассказать о системе на примере самолёта Airbus семейства A320 (т.к. крайние 12 лет эксплуатирую именно этот летательный аппарат).

Система оповещения о воздушном движении и предотвращения столкновений (TCAS):

• Обнаруживает и отображает информацию об окружающих воздушных судах, оснащенных транспондером.

• Рассчитывает и отображает возможные угрозы столкновений.

• Выдает команды на изменение вертикальной скорости для предотвращения столкновений.

Компоненты системы TCAS (кратко)

Система включает в себя одноканальный компьютер, две антенны, два транспортера УВД (управления воздушного движения) в режиме S (предоставляет ответ по высоте и расширенный сквиттер), один активный, другой в режиме ожидания.
Транспондеры обеспечивают взаимодействие и связь между воздушным судном и судами-нарушителями (конфликтными бортами), оснащенными системой TCAS. Панель управления TCAS.

Возможности обнаружения конфликтных бортов ограничены: система видит воздушные суда, которые находятся в 30 морских милях по обе стороны от вас, и приблизительно от 30 до 80 морских миль в продольном направлении (в зависимости от конфигурации самолета и внешних условий). А также в пределах максимального диапазона высот 9900 футов выше и ниже вашего самолета.

TCAS может отслеживать до 40 самолетов (60 самолетов для TCAS установленном на самолете Airbus A380) одновременно и отображать 8 наиболее опасных конфликтных бортов.

Система TCAS периодически опрашивает транспондеры окружающих воздушных судов, и использует эти данные для оценки возможных угроз столкновения:

• Пеленг конфликтных бортов относительно пеленга вашего воздушного судна.

• Расстояние между воздушным судном и конфликтными бортами (путем измерения времени, прошедшего между запросом и ответом), а также скорость их сближения.

• Относительную высоту конфликтных бортов, если они сообщают о своей высоте через транспондер в режима C или S.

Фаза обнаружения

TCAS обнаруживает окружающие воздушные суда, регулярно прослушивая сквиттеры от транспондеров режима S окружающих воздушных судов.

Сквиттеры от транспондеров режима S бывают двух типов: короткие (56 бит) и расширенные (112 бит). Короткий сквиттер содержит 24-битный адрес воздушного судна и цифровой позывной.

Расширенный сквиттер содержит помимо прочего: долготу, широту, барометрическую высоту, высоту по GPS, статус наблюдения, перемещение, траекторию, идентификационный номер воздушного судна, номер рейса, категорию воздушного судна, GPS-скорость, вертикальную скорость и т. д.

Система TCAS использует короткий сквиттер (также называемый сквиттером обнаружения) от транспондера режима S. TCAS прослушивает короткие сквиттеры от транспондеров режима S окружающих воздушных судов с целью их обнаружения. Окружающие воздушные суда идентифицируются по их 24-битному адресу.

Когда TCAS обнаруживает новый самолёт (т.е. новый 24-битный адрес, полученный через сквиттеры обнаружения), начинается выборочный опрос и отслеживание этого нового самолёта (серия запросов и ответов). Этот обмен данными позволяет обновить относительную высоту, дальность и пеленг для каждого самолёта, а также определить изменения дальности и высоты.

Частоты используемые при данном процессе 1030 мГц и 1090 мГц. Транспондер принимает на 1030 мГц, а передает на 1090 мГц. TCAS же наоборот:

Координация маневров между воздушными судами

Первое воздушное судно, обнаружившее потенциально опасную ситуацию, вычисляет направление манёвра уклонения и сообщает его другому воздушному судну. Другое воздушное судно учитывает эту информацию и, в свою очередь, вычисляет направление манёвра уклонения в противоположном направлении.

Может случиться, что два воздушных судна одновременно обнаруживают и одновременно передают сообщения о координации с манёврами уклонения в одном и том же направлении. В этом конкретном случае воздушное судно с наибольшим 24-битным адресом меняет направление своего манёвра уклонения на противоположное.

Оценка угрозы столкновения

TCAS рассчитывает траекторию конфликтного борта, точку кратчайшего сближения (CPA) и расчетное время (TAU) до достижения CPA.

TAU (от греческого символа τ) — это отношение расстояния между двумя воздушными судами к сумме их скоростей.

Пороги срабатывания маневров и классификация угроз

Категории обнаружения воздушных судов-нарушителей

В зависимости от рассчитанного значения TAU, система классифицирует конфликтные борта следующим образом:

Важно отметить: чтобы оценить и классифицировать возможные угрозы столкновения, система TCAS делит пространство вокруг самолета на следующие четыре зоны (названия оставлю на оригинальном языке, так будет честно):

Маневр уклонения

Если судно-нарушитель становится угрозой, система TCAS рассчитывает манёвр уклонения, чтобы избежать риск столкновения. Два воздушных судна начинают процедуру координации, обмениваясь координационным запросами и координационными ответами.

Если система TCAS обнаруживает, что траектория движения нарушителя может представлять угрозу столкновения, она активирует:

• Звуковую и визуальную сигнализацию.

  

• Специальную индикацию вертикальной скорости (зеленной и красный «бэнды» справа на дисплее), по которой пилот должен выполнять маневр для обеспечения достаточного разделения траекторий между своим самолетом и самолетом-нарушителем. На наиболее современных самолетах этот процесс выполняется автоматически, что вызывает ряд проблем, но об этом расскажу позже.

  

Что происходит при маневре уклонения от столкновения?

Во-первых: TCAS никогда не выдаст команд на маневр если у конфликтного борта нет ответа по высоте (транспондер либо выключен, либо в отличном режиме от режима C или S). В этом случае мы получим отображение азимутных меток в режиме “traffic advisory” и звуковую сигнализацию в кабине (см. выше).

Во-вторых, вариантов развития несколько!

• Маневр начинает автоматическая система управления полетом.

• Маневр начинает пилот, если автоматическая система не установлена или работает неадекватно некорректно.

• Маневр не начинается вовсе и сигнализация TCAS игнорируется (вариант пожалуй самый худший на первый взгляд, но при работе РЭБ он имеет место быть).

Маневр автоматической системы управления полетом

Режим TCAS армируется (режим готовности) при срабатывании режима TA (traffic advisory), даже если оба автопилота и директорная система отключены. В этом случае автопилот и директорная система самолёта остаются отключенными.

Режим TCAS может дизармироваться в случае наступления следующих событий:

• Отмена режима TA (traffic advisory), индикация конфликтного судна становится белого цвета на навигационном дисплее и переходит в режим “Proximate”.

• Включается активный режим RA (resolution advisory), автопилот выполняет маневр уклонения.

• Режим TA запрещается при наступлении некоторых условий (условия описывать не буду, т.к. к делу они особого отношения не имеют)

Если вышеперечисленные условия не наступили, TCAS переходит в активный режим RA, и если автопилот был включен выполняет маневр автоматически, пилоты в этом случае следят за параметрами полета и докладывают о маневре службе управления воздушным движением.

И все бы хорошо, но есть одно но! Автопилот не обеспечивает той реакции на событие, которую обеспечивает пилот в ручном режиме полета. Плавные перегрузки, компенсация инерции, комфорт для вестибулярного аппарата экипажа и пассажиров.

Расскажу случай из своей практики:

Заход на посадку в Домодедово мы выполняли после векторения по курсу (на навигационную точку DUPIZ см. карту). Для визуализации: зеленая стрелка наш самолёт, желтый кружок и красный квадрат - конфликтные борты.

Диспетчер задал высоту для снижения и уже разрешил заход на посадку на полосу 14 правая (тогда еще 14 правая, сейчас она 13 правая, т.к. сменилось магнитное склонение). Воздушное судно в установившемся снижении с вертикальной скоростью порядка 800 футов/минуту, автопилот включен.

Хронология событий TCAS-случая в автоматическом режиме:

1. Армирование системы и переход в режим TA, спровоцировала желтая метка.

2. Переход системы в активный режим RA через доли секунды после армирования. Спровоцировала красная метка (на 8 часов). Кстати, что примечательно, скорость метки во много раз выше скоростей в гражданской авиации.

3. Выдача команд TCAS на выполнение маневра уклонения автопилотом. Звуковая сигнализация «CLIMB, CLIMB NOW!», т.е. необходимо перевести самолёт из снижения в набор высоты.

4. Выполнение маневра автопилотом с недопустимой задержкой (более 5 секунд, это требуется от пилота).

5. Как следствие: отключение автопилота и продолжение выполнения маневра посредством перехода на ручное управление.

А теперь к сути

Как многие уже догадались азимутальные метки, которые спровоцировали наш маневр уклонения были ложными.

Конечно времени размышлять, настоящие это «железки», или «имитация» у пилота нет. Выполнить процедуру экипаж обязан в любом случае, но к чему это все может привести?

В том заходе на посадку в Домодедово это привело к нерасчетному профилю снижения по высоте. В итоге времени и удаления, чтобы «догнать» профиль снижения хватило. Посадка была выполнена штатно, но могло быть и иначе.

Ложные азимутальные метки во вторичной локации, «самолеты которых не существует» далеко не случайность и не баг, а следствие работы РЭБ.

Случай из практики коллег:

Выполнение взлета в московском Внуково. Срабатывание маневра TCAS RA в фазе набора высоты с выпущенной механизацией (закрылки, предкрылки) на малых скоростях. Увеличение вертикальной скорости, угла тангажа и угла набора в соответствии с командами TCAS.

Далее сценарий следующий: вертикальная скорость растет, воздушная скорость падает. Угол атаки увеличивается.

Airbus A320 (в нашем случае это был A321NX) обладает рядом систем защиты (“Flight control protections”). Одна из таких защит называется “High angle of attack protection”, т.е. система начинает работать при углах атаки близких к критическим. Выход на такие «протекшены» это очень «тревожный звоночек». Проще говоря, гражданские самолеты и закритические углы атаки — вещи несовместимые и заканчиваются катастрофами. Позитивный момент заключается в том, что эта система не позволит свалить самолёт и исключит авиационную катастрофу. Но это Airbus, на более «традиционных» самолётах таких систем нет и выводы можно сделать соответствующие.

Конечно, в нашем случае все обошлось без выходов на защитные режимы, пилоты героически справились с ситуацией и безопасно продолжили полет.

Случай в Башкортостане:

Помните, в начале статьи я писал, что:

TCAS может отслеживать до 40 самолетов (60 самолетов для TCAS установленном на самолете Airbus A380) одновременно и отображать 8 наиболее опасных конфликтных бортов.

Так вот, в Башкирии есть НПЗ (нефтеперерабатывающий завод) и его необходимо защищать в том числе и посредством РЭБ.

Проблема в том, что рядом с ним расположен гражданский аэропорт. А в пределах диспетчерского узла генерируется «рой» из ложных азимутальных меток. Из них только 40 отслеживается системой TCAS. И все бы хорошо, вот только 41-я метка может оказаться реальным самолетом.

Получается, что-то вроде DoS-атаки, в следствии которой общая надежность системы и достоверность данных уменьшаются, а экипаж воздушного судна теряет ситуационную осознанность.

Цепная реакция

Давайте пофантазируем. Пусть действия происходят не в московском узловом диспетчерском районе и не в Уфе и вообще не в России.

Перенесемся в Штаты, в Куинс, Нью-Йорк. Мы заходим на посадку в международном аэропорту имени Джона Кеннеди. Плотный авиационный трафик, строгие интервалы, все работает точно и слаженно, как швейцарские часы. Но в какой то момент на известных нам частотах начинают передавать сигналы, которые несут «квази-сквиттеры».

На навигационных экранах у пилотов появляются ложные метки, TCAS’ы воздушных судов начинают процедуру координации, воздушное пространство переполняется сотнями пар «запрос/ответ». Начинаются спровоцированные маневры уклонений, которые по цепочке провоцируют новые маневры, но уже между втянутыми в хаос реальными воздушными судами. Вы только представьте какова энтропия?

От фантазий к реальности

Еще один не маловажный факт, что все эти манипуляции достаточно сильно отвлекают экипаж от выполнения остальных предписанных операционных процедур.

Таким образом пилоты могут отвлечься и превысить, например, максимальную скорость по уборки механизации или проигнорировать команду диспетчера УВД и нарушить схему захода, либо войти в запретную зону и т.д. А если все это происходит в сложных метео-условиях? Или при других неблагоприятных факторах полёта?

Ошибки пилотирования и воздушной навигации всегда имеют накопительный эффект. На этот счет было написано немало книг, и выпущено много правил, а правила в авиации, как известно пишутся «кровью».

Модель «Швейцарского сыра» (модель кумулятивного действия) применяется в авиации для анализа и обеспечения безопасности в сложных системах. Концепция была предложена психологом Джеймсом Ризоном в 1991 году в книге «Человеческая ошибка». 

Итог

Я ни в коем случае не осуждаю мероприятия, проводимые войсками РЭБ по защите стратегически важных объектов нашей необъятной Родины. В сложившейся ситуации они действительно необходимы, но безопасность в жертву безопасности — это парадокс.

По итогам хочется сказать, что проблема до сих пор остается открытой для обсуждения.

Airbus не выпустил ни одного бюллетеня на тему «TCAS/РЭБ». Насколько я знаю, авиационные власти рекомендаций и комментарий по действиям в данной ситуации так же не дают. Некоторые аэропорты предупреждают экипажи по средством вещания в АТИС информации о работе РЭБ. Возможно, службы аэронавигационной информации выпускают NOTAM-телеграммы. Но эти меры носят лишь информационный характер и не могут исключить влияния данной ситуации на безопасность полетов.

Виктор Ермилов

skydriver.pro

Список используемых источников и литературы:

• Flight Crew Operating Manual Airbus A320

• Flight Crew Techniques Manual Airbus A320

• Getting to grips with surveillance Issue I - May 2009 Flight Operations Support & Services

• Федеральные авиационные правила «Подготовка и выполнение полётов в гражданской авиации Российской Федерации» (ФАП №128)

• Airborne Collision Avoidance System (ACAS) Manual (Doc 9863)

• Procedures for Air Navigation Services — Air Traffic Management (Doc 4444)