Система предотвращения столкновений

Система предотвращения столкновений или система предупреждения и предотвращения столкновений (сокращенно TCAS и произносится / t iː k æ s / ; TEE-kas ) - это система предотвращения столкновений самолетов, предназначенная для уменьшения вероятности столкновений в воздухе между самолетами. . Он контролирует воздушное пространство вокруг самолета на предмет наличия других самолетов, оснащенных соответствующим активным транспондером , независимо от управления воздушным движением., и предупреждает пилотов о присутствии других самолетов, оборудованных транспондерами, которые могут представлять угрозу столкновения в воздухе (MAC). Это тип бортовой системы предотвращения столкновений, предписанной Международной организацией гражданской авиации для установки на всех воздушных судах с максимальной взлетной массой (MTOM) более 5700 кг (12 600 фунтов) или разрешенных для перевозки более 19 пассажиров. CFR 14, Ch I, часть 135 требует, чтобы TCAS I был установлен для самолетов с 10-30 пассажирами и TCAS II для самолетов с более чем 30 пассажирами. ACAS / TCAS основана на сигналах приемоответчика вторичного обзорного радара (SSR) , но работает независимо от наземного оборудования, чтобы дать пилоту рекомендации относительно потенциально конфликтующих самолетов.

Комбинированный дисплей в кабине TCAS и EHSI (цветной)

В современных самолетах со стеклянной кабиной дисплей TCAS может быть интегрирован в навигационный дисплей (ND) или электронный индикатор горизонтальной ситуации (EHSI).

Комбинированный дисплей кабины TCAS и FCAS (TA) (монохромный)

В старых самолетах со стеклянной кабиной и самолетах с механическими приборами такой интегрированный дисплей TCAS может заменить механический IVSI (который показывает скорость, с которой самолет спускается или набирает высоту).

Стимул для системы и истории [ править ]

Исследования систем предотвращения столкновений продолжаются, по крайней мере, с 1950-х годов, а авиационная отрасль работает с Американской ассоциацией воздушного транспорта (ATA) с 1955 года над созданием системы предотвращения столкновений. ИКАО и авиационные власти, такие как Федеральное управление гражданской авиации, были побуждены к действиям в результате столкновения в воздухе в Гранд-Каньоне в 1956 году . ^{[1] [2]}

Однако только в середине 1970-х годов исследования были сосредоточены на использовании сигналов бортовых транспондеров ATCRBS в качестве кооперативного элемента системы предотвращения столкновений. Этот технический подход обеспечивает возможность предотвращения столкновений в кабине экипажа, которая не зависит от наземной системы. В 1981 году FAA объявило о решении внедрить концепцию предотвращения столкновений самолетов, получившую название «Система предупреждения о дорожном движении и предотвращения столкновений» (TCAS). Эта концепция основана на усилиях ведомств и отрасли по развитию в области систем предотвращения столкновений на основе радиомаяков и методов связи с дискретной адресацией «воздух-воздух» с использованием форматов сообщений бортового ретранслятора режима S. ^[3]

Спустя некоторое время прототипы TCAS II были установлены на двух самолетах Boeing 727 авиакомпании Piedmont Airlines и выполнялись регулярными рейсами. Хотя дисплеи были расположены вне поля зрения летного экипажа и были видны только обученным наблюдателям, эти испытания действительно предоставили ценную информацию о частоте и обстоятельствах предупреждений и их потенциале для взаимодействия с системой УВД . В рамках последующей программы этапа II более поздняя версия TCAS II была установлена ​​на одноместном самолете Boeing 727 авиакомпании Piedmont Airlines, и система была сертифицирована в апреле 1986 года, а затем одобрена для эксплуатационной оценки в начале 1987 года. Поскольку оборудование не было разработано в полном соответствии со стандартами, система эксплуатировалась только ввизуальные метеорологические условия (ВМК). Хотя система эксплуатировалась летным экипажем, оценка проводилась главным образом с целью сбора данных и их соотнесения с наблюдениями и ответами летного экипажа и наблюдателей. ^[3]

Более поздние версии TCAS II, произведенные Bendix / King Air Transport Avionics Division, были установлены и одобрены на самолетах United Airlines в начале 1988 года. Подобные блоки производства Honeywell были установлены и одобрены на самолетах Northwest Airlines в конце 1988 года. Эта ограниченная программа установки использовала TCAS II. единиц, утвержденных для работы в качестве постоянной системы как в визуальных, так и в инструментальных метеорологических условиях (IMC) на трех различных типах самолетов. Программы оперативной оценки продолжались до 1988 года для подтверждения эксплуатационной пригодности систем ^[3]

Инциденты [ править ]

Внедрение TCAS добавило барьер безопасности, чтобы помочь предотвратить столкновения в воздухе . Однако по-прежнему требовались дальнейшие исследования, уточнения, обучение и меры регулирования, поскольку ограничения и неправильное использование системы по-прежнему приводили к другим инцидентам и несчастным случаям со смертельным исходом, в том числе:

• Авиакатастрофа "Чарки Дадри" в воздухе над Нью-Дели 1996 года ;
• 1999 г. - близкое к столкновению Lambourne с участием Boeing 737-300 и Gulfstream IV . Воздушное пространство над Ламбурном - это зона ожидания Хитроу. Событие примечательно, поскольку оба самолета вошли в зону с разных направлений, что привело к неминуемому лобовому столкновению (положение на час). Уведомление о дорожном движении (желтая метка) почти сразу превратилось в предупреждение о разрешении (красная метка) с прогнозируемым временем столкновения менее 25 секунд. ^[4]
• Инцидент с самолетом Japan Airlines в 2001 году ; где капитан рейса 907 Boeing 747-400 авиакомпании Japan Airlines , 40-летний Макото Ватанабэ (渡 辺 誠Watanabe Makoto ), решил спуститься по приказу авиадиспетчера, когда TCAS приказал летному экипажу набрать высоту, едва не столкнувшись Нисходящий самолет JAL F958 DC-10 по пути из Пусана в токийский аэропорт Нарита .
• Столкновение в воздухе в Уберлингене в 2002 году между Boeing 757 и Tupolev Tu-154 , когда пилоты Tupolev отказались следовать их рекомендациям по разрешению TCAS (RA), вместо этого следовали указаниям авиадиспетчера, в то время как пилоты Boeing следовали своим TCAS -RA, без указания УВД.
• Столкновение в 2006 году между самолетом Gol Transportes Aéreos Flight 1907 ( Боинг 737 ) и Embraer Legacy 600 в 2006 году; транспондер Embraer был непреднамеренно выключен, отключив его собственный TCAS и сделав самолет невидимым для TCAS на борту рейса 1907.
• 2011 Фрибург близкое столкновение, с участием Germanwings Airbus A319, рейс 2529 и Hahn-Air-Lines Raytheon Premier IРейс 201. Авиадиспетчерская служба в Женеве разрешила рейсу 2529 опуститься до эшелона полета 250, но вошла в эшелон полета 280, как обычно, для передачи диспетчеру в Цюрихе. Управление воздушным движением в Цюрихе разрешило рейсу 201 подняться до эшелона полета 270. Это вызвало предупреждение о разрешении для Airbus, чтобы он затонул, а для Raytheon набрал высоту, за которым следовали оба самолета. Через девять секунд Женева дала команду Raytheon опуститься до эшелона полета 260, за которым они следовали сейчас. Это привело к ситуации, когда оба самолета прошли на минимальном расстоянии 100 футов. Вскоре после этого Raytheon опустился ниже, чем Airbus, и TCAS выдал RA на разворот, чтобы Airbus набирал высоту, а Raytheon - тонул. ^[5]
• 2019 г. - близкое столкновение между Boeing 777-328 (ER) и Airbus A320-232 в воздушном пространстве Мумбаи. Boeing AF 253 управляется Air France пролетал из Хошимина в Париже в FL 320 в то время как Airbus EY 290 управляется Etihad Airways летела из Абу - Даби в Катманду в FL 310. После активации TCAS УВД заказал Etihad подняться на эшелон FL330. ^[6]
• Рейс 1515 United Airlines 2019 года ( Boeing 737 Next Generation (737NG) ) и рейс 892 Cathay Pacific ( Airbus A350 XWB ), оба рейса выполняли рейс на подходе к международному аэропорту Сан-Франциско, получили TCAS-RA (Система предотвращения столкновений с дорожным движением. Advisory), и оба благополучно приземлились. ^[7]

Обзор [ править ]

Описание системы [ править ]

TCAS включает связь между всеми воздушными судами, оборудованными соответствующим транспондером (при условии, что транспондер включен и настроен правильно). Каждый самолет TCAS оборудованных опрашивает все другие самолеты в определенном диапазоне приблизительно (их позиции через 1030  МГц радио частоты ), а все другие самолеты ответ на другие ( с помощью опросов 1090 МГц). Этот цикл опроса и ответа может происходить несколько раз в секунду. ^{[1] [2]}

Система TCAS строит трехмерную карту самолетов в воздушном пространстве, включая их дальность (полученную из времени прохождения опроса и ответа), высоту (как сообщает опрашиваемый самолет) и пеленг (по направленной антенне из ответа). . Затем, экстраполируя текущий диапазон и разницу высот на ожидаемые будущие значения, он определяет, существует ли потенциальная угроза столкновения.

TCAS и его варианты могут взаимодействовать только с воздушными судами, у которых есть правильно работающий транспондер в режиме C или S. Уникальный 24-битный идентификатор присваивается каждому воздушному судну, имеющему транспондер режима S.

Следующим шагом после выявления потенциальных столкновений является автоматическое согласование маневра взаимного уклонения (в настоящее время маневры ограничиваются изменением высоты и изменением скорости набора высоты / снижения) между двумя (или более) конфликтующими самолетами. Эти маневры уклонения передаются летному экипажу с помощью дисплея в кабине и синтезированных голосовых инструкций. ^{[1] [2]}

Защищенный объем воздушного пространства окружает каждый самолет с системой TCAS. Размер защищаемого объема зависит от высоты, скорости и курса самолета, участвующего в столкновении. На приведенном ниже рисунке показан пример типичного объема защиты TCAS.

Компоненты системы [ править ]

Установка TCAS состоит из следующих компонентов: ^{[1] [2]}

Компьютерный блок TCAS

Выполняет наблюдение за воздушным пространством, отслеживание нарушителя, отслеживание высоты собственного воздушного судна, обнаружение угроз, определение и выбор маневра с рекомендациями по разрешению (RA), а также формирование рекомендаций. Процессор TCAS использует барометрическую высоту, высоту по радару и дискретные входные данные о состоянии самолета от своего собственного самолета для управления логическими параметрами предотвращения столкновений, которые определяют объем защиты вокруг самолета TCAS.

Антенны

Антенны, используемые TCAS II, включают направленную антенну, которая устанавливается в верхней части самолета, и всенаправленную или направленную антенну, установленную на нижней части самолета. В большинстве установок используется дополнительная направленная антенна в нижней части самолета. Помимо двух антенн TCAS, для ретранслятора режима S также требуются две антенны. Одна антенна устанавливается сверху самолета, а другая - снизу. Эти антенны позволяют ретранслятору режима S принимать запросы на частоте 1030 МГц и отвечать на полученные запросы на частоте 1090 МГц.

Презентация кабины пилота

Интерфейс TCAS с пилотами обеспечивается двумя дисплеями: индикатором трафика и индикатором RA. Эти два дисплея могут быть реализованы разными способами, включая дисплеи, которые объединяют оба дисплея в единый физический блок. Независимо от реализации отображаемая информация идентична. Стандарты как для отображения трафика, так и для отображения прямого восхождения определены в DO-185A. ^[8]

Операция [ править ]

В следующем разделе описывается работа TCAS на основе TCAS II, поскольку эта версия была принята в качестве международного стандарта (ACAS II) ИКАО и авиационными властями во всем мире. ^{[1] [2]}

Режимы работы [ править ]

TCAS II в настоящее время может работать в следующих режимах: ^{[1] [2]}

Ожидать

Питание подается на процессор TCAS и транспондер в режиме S, но TCAS не выдает никаких запросов, и транспондер отвечает только на дискретные запросы.

Транспондер

Приемоответчик режима S полностью готов к работе и будет отвечать на все соответствующие наземные запросы и запросы TCAS. TCAS остается в режиме ожидания.

Только сообщения о дорожном движении

Транспондер режима S полностью готов к работе. TCAS будет работать в обычном режиме, будет выдавать соответствующие запросы и выполнять все функции отслеживания. Однако TCAS будет выдавать только сообщения о трафике (TA), а рекомендации по разрешению (RA) будут запрещены.

Автоматически (сообщения о трафике / разрешении)

Транспондер режима S полностью готов к работе. TCAS будет работать в обычном режиме, будет выдавать соответствующие запросы и выполнять все функции отслеживания. TCAS при необходимости будет выпускать информационные сообщения о движении (TA) и рекомендации по разрешению проблем (RA).

TCAS работает скоординированно, поэтому, когда RA выдается конфликтующему самолету, необходимое действие (например, набор высоты. Набор высоты ) должно быть немедленно выполнено одним из самолетов, в то время как другой получает аналогичное RA в противоположном направлении. направление (например, Descend. Descend. ).

Оповещения [ править ]

TCAS II выдает следующие типы звуковых оповещений:

• Консультации по дорожному движению (TA)
• Консультации по разрешению (RA)
• Без конфликта

Когда выдается TA, пилоты получают команду начать визуальный поиск трафика, вызывающего TA. Если трафик фиксируется визуально, пилоты получают инструкции поддерживать визуальное отделение от трафика. В программах обучения также указано, что нельзя выполнять горизонтальные маневры, основываясь исключительно на информации, отображаемой на дисплее дорожного движения. Допускаются незначительные корректировки вертикальной скорости во время набора высоты или снижения или незначительные корректировки воздушной скорости с соблюдением разрешений УВД. ^[9]

Ожидается, что при выдаче RA пилоты немедленно ответят на RA, если это не поставит под угрозу безопасное выполнение полета. Это означает, что воздушному судну иногда приходится маневрировать вопреки инструкциям УВД или игнорировать инструкции УВД. В этих случаях диспетчер больше не несет ответственности за эшелонирование воздушных судов, участвующих в RA, до тех пор, пока конфликт не будет прекращен.

С другой стороны, УВД потенциально может помешать реакции пилота на RA. Если конфликтующая инструкция УВД совпадает с RA, пилот может предположить, что УВД полностью осведомлен о ситуации и обеспечивает лучшее разрешение. Но на самом деле диспетчер УВД не знает RA, пока пилот не сообщает RA. После того, как пилот сообщает RA, диспетчер УВД не должен пытаться изменить траекторию полета самолета, участвовавшего в столкновении. Следовательно, ожидается, что пилот будет «следовать RA», но на практике это не всегда происходит.

Некоторые страны внедрили "нисходящую линию связи RA", которая предоставляет авиадиспетчерам информацию о RA, размещенных в кабине пилотов. В настоящее время нет никаких положений ИКАО относительно использования нисходящей линии связи RA авиадиспетчерами.

Во время обучения пилотов особое внимание уделяется следующим моментам:

• Не маневрируйте в направлении, противоположном указанному RA, поскольку это может привести к столкновению.
• Сообщите диспетчеру RA, как только это разрешено загруженностью летного экипажа, после ответа на RA. Нет необходимости делать это уведомление до инициирования ответа RA.
• Будьте внимательны к отмене RA или ослаблению RA, чтобы минимизировать отклонения от разрешенной высоты.
• Если возможно, соблюдайте разрешение диспетчера, например, повернитесь, чтобы перехватить дыхательный путь или курсовой указатель, одновременно с ответом на RA.
• Когда событие RA завершено, незамедлительно вернитесь к предыдущему разрешению или инструкции УВД или выполните пересмотренное разрешение или инструкцию УВД. ^[9]

RA происходит в среднем каждые 1000 часов полета на самолетах малой / средней дальности и каждые 3000 часов на самолетах дальнего следования . В своем руководстве по ACAS за декабрь 2017 года Евроконтроль обнаружил, что примерно в 25% случаев пилоты неточно следуют RA. Airbus предлагает опцию TCAS автопилота / управления полетом для автоматического маневрирования. ^[10]

Типы трафика и рекомендации по разрешению [ править ]

Взаимодействие пилота и экипажа во время события TCAS [ править ]

Аспекты безопасности [ править ]

Исследования безопасности TCAS показывают, что эта система повышает безопасность в воздушном пространстве в 3–5 раз ^[12].

Однако хорошо известно, что часть остающегося риска заключается в том, что TCAS может вызвать столкновения в воздухе: «В частности, это зависит от точности сообщаемой высоты самолета, создающего угрозу, и от ожидания того, что самолет, который представляет угрозу, не совершит резкого маневра. это противоречит рекомендациям TCAS по разрешению (RA). Исследование безопасности также показывает, что TCAS II вызовет некоторые критические столкновения в воздухе ... "(См. страницу 7 Введение в TCAS II версии 7 и 7.1 (PDF) во внешних ссылках ниже) . ^{[1] [2]}

Одна из потенциальных проблем с TCAS II - это возможность того, что рекомендуемый маневр уклонения может заставить летный экипаж снизиться в направлении местности ниже безопасной высоты. Недавние требования по включению близости земли уменьшают этот риск. Предупреждения о приближении к земле имеют приоритет в кабине над предупреждениями TCAS.

Некоторые пилоты не знали, как действовать, когда их самолету было предложено подняться на высоту, пока он летел на максимальной высоте. Принятая процедура заключается в том, чтобы как можно точнее следовать RA набора высоты, временно меняя скорость на высоту . Восхождение RA должно быстро закончиться. В случае предупреждения об остановке приоритет будет иметь предупреждение об остановке.

Оба случая уже были рассмотрены версией 7.0 TCAS II и в настоящее время обрабатываются корректирующим RA вместе с визуальной индикацией зеленой дуги на дисплее IVSI, чтобы указать безопасную дальность для набора высоты или скорости снижения. Однако было обнаружено, что в некоторых случаях эти признаки могут привести к опасной ситуации для задействованного самолета. Например, если событие TCAS происходит, когда два самолета спускаются друг над другом для посадки, самолет на меньшей высоте сначала получит RA «Снижение, снижение» , а при достижении очень низкой высоты он изменится на "Выровняйте, выровняйте"RA вместе с зеленой дугой, указывающей пилоту выровнять самолет. Это может привести к тому, что самолет окажется на пути злоумышленника наверху, который спускается на посадку. Для решения этой проблемы было выпущено предложение по изменению. ^[13]

Связь с системой управления дорожным движением (TAS) [ править ]

Технология TCAS оказалась слишком дорогой для малого бизнеса и авиации общего назначения. Производители и органы власти признали необходимость жизнеспособной альтернативы TCAS, поэтому была разработана система Traffic Advisory System. TAS фактически является упрощенной версией TCAS I. Структура системы, компоненты, работа, отображение трафика и логика TA идентичны, но минимальные стандарты эксплуатационных характеристик (MOPS) TAS допускают некоторое упрощение по сравнению с TCAS I: ^{[14] [15 ]}

• Различают оборудование класса A и класса B, где класс A идентичен TCAS I, но устройства класса B работают без отображения трафика, они выдают только звуковые TA, сопровождаемые некоторым визуальным представлением TA.
• Дисплей ТАС может быть монохромным.
• Есть очень незначительные различия в значениях эксплуатационных допусков.
• Устройства TAS могут предоставлять только два уровня рекомендаций: Другой трафик и Уведомления о трафике (TAs). Отображение ближайшего трафика и Proximate Advisories (PA) не являются обязательными, тем не менее, большинство устройств TAS обеспечивают отслеживание ближайшего трафика и используют стандартные символы TCAS I.
• Чтобы гарантировать, что все эффекты помех от оборудования TCAS I поддерживаются на низком уровне, оборудование TCAS I постоянно подсчитывает количество самолетов TCAS в непосредственной близости и снижает их частоту запросов или мощность или и то, и другое, чтобы соответствовать эксплуатационным пределам. Это также верно для оборудования TAS, но производитель может выбрать использование TAS в качестве системы с низким энергопотреблением с фиксированным пределом произведения мощности 42 Вт / сек, и в этом случае требование ограничения помех устраняется.

Следующие документы содержат все различия между TCAS I и TAS:

• минимальные стандарты эксплуатационных характеристик (MOPS) TCAS I описаны в RTCA-DO-197A, ^[14]
• и изменения в этом документе, применимые к системе информирования о дорожном движении (TAS), опубликованы в приложении 1 TSO-C147a (или ETSO-C147a) ^[15]

Несмотря на все это, большинство производителей не используют вышеупомянутые возможности для создания упрощенных устройств. Вследствие рыночной конкуренции многие устройства TAS работают так же, как и TCAS I, с ограничением помех, с использованием символов TCAS I и т. Д., И могут даже иметь лучшие характеристики наблюдения (в диапазоне и отслеживаемых самолетов) и технические характеристики, чем TCAS I.

Связь с автоматическим зависимым наблюдением - трансляция (ADS – B) [ править ]

Сообщения автоматического зависимого наблюдения - широковещательные (ADS – B) передаются с самолетов, оборудованных подходящими транспондерами, и содержат такую ​​информацию, как опознавательные знаки, местоположение и скорость. Сигналы передаются на радиочастоте 1090 МГц. Сообщения ADS-B также передаются приемопередатчиком универсального доступа (UAT) в диапазоне 978 МГц. ^[16]

Оборудование TCAS, которое способно обрабатывать сообщения ADS – B, может использовать эту информацию для повышения производительности TCAS, используя методы, известные как "гибридное наблюдение". В настоящее время гибридное наблюдение использует прием сообщений ADS – B от воздушного судна, чтобы уменьшить скорость, с которой оборудование TCAS опрашивает это воздушное судно. Такое сокращение количества запросов сокращает использование радиоканала 1030/1090 МГц и со временем продлит срок эксплуатации технологии TCAS. Сообщения ADS – B также позволят использовать недорогие (для самолетов) технологии для обеспечения движения в кабине самолета в реальном времени. ^[17] В настоящее время восходящие каналы связи на базе UAT предоставляются на Аляске и в регионах восточного побережья США.

Гибридное наблюдение не использует полетную информацию ADS – B в алгоритмах обнаружения конфликтов TCAS; ADS – B используется только для идентификации воздушных судов, которые можно безопасно опрашивать с более низкой частотой.

В будущем возможности прогнозирования могут быть улучшены за счет использования информации вектора состояния, представленной в сообщениях ADS – B. Кроме того, поскольку сообщения ADS – B могут приниматься на большем расстоянии, чем обычно работает TCAS, воздушное судно может быть обнаружено ранее алгоритмами слежения TCAS.

Идентификационная информация, содержащаяся в сообщениях ADS – B, может использоваться для обозначения других воздушных судов на дисплее кабины (если таковой имеется), создавая картину, подобную той, что увидит авиадиспетчер, и улучшая ситуационную осведомленность. ^{[18] [19]}

Недостатки TCAS и ADS – B [ править ]

Основная продемонстрированная проблема ADS – Bинтеграция протокола - это дополнительная многословность передаваемой дополнительной информации, которая считается ненужной в целях предотвращения столкновений. Чем больше данных передается с одного самолета в соответствии с конструкцией системы, тем меньшее количество самолетов может участвовать в системе из-за фиксированной и ограниченной пропускной способности канала данных (1 мегабит / секунду с 26/64 битами данных для длины пакета битовая емкость пакета формата данных нисходящей линии связи режима S). Для каждого сообщения режима S размером 64 бита служебные данные требуют 8 для тактовой синхронизации в приемнике и обнаружения пакетов в режиме S, 6 для типа пакета в режиме S, 24 для того, откуда он пришел. Поскольку для информации остается только 26, для передачи одного сообщения необходимо использовать несколько пакетов. Предложение ADS – B "исправить" состоит в том, чтобы перейти к 128-битному пакету, который не является принятым международным стандартом.^[16] Любой из подходов увеличивает трафик канала выше уровня, приемлемого для окружающей среды, такой как бассейн Лос-Анджелеса.

Версии [ править ]

Пассивный [ править ]

Системы предотвращения столкновений, которые полагаются на ответы приемоответчика, инициированные наземными и бортовыми системами, считаются пассивными. Наземные и бортовые запросчики запрашивают у ближайших транспондеров информацию о высоте в режиме C, которая может отслеживаться сторонними системами для получения информации о движении. Пассивные системы отображают движение, подобное TCAS, однако обычно имеют дальность действия менее 7 морских миль (13 км). ^{[ необходима цитата ]}

TCAS I [ править ]

TCAS I - более дешевая, но менее функциональная система, чем современная система TCAS II, представленная для использования в авиации общего назначения после того, как FAA предоставило TCAS II для авиатранспортных самолетов. Системы TCAS I могут отслеживать дорожную обстановку вокруг самолета (на расстоянии около 40 миль) и предоставлять информацию о приблизительном пеленге и высоте других самолетов. Он также может генерировать предупреждения о столкновении в форме «Traffic Advisory» (TA). ТА предупреждает пилота о том, что поблизости находится другой самолет, объявляя «Traffic, traffic» , но не предлагает никаких предлагаемых средств; что делать, решать пилоту, обычно с помощью службы управления воздушным движением. Когда угроза миновала, система объявляет «Очистить конфликт» .^[20]

TCAS II [ править ]

TCAS II - первая система, которая была представлена ​​в 1989 году и представляет собой текущее поколение приборов предупреждения TCAS, используемых в большинстве самолетов коммерческой авиации (см. Таблицу ниже). 737 US Airways был первым самолетом, сертифицированным с системой AlliedBendix (ныне Honeywell) TCAS II. Он предлагает все преимущества TCAS I, но также предлагает пилоту прямые голосовые инструкции по избежанию опасности, известные как «рекомендации по разрешению проблемы» (RA). Предполагаемое действие может быть «корректирующим», предлагая пилоту изменить вертикальную скорость, объявив «Снижение, снижение» , «Набор высоты, набор высоты» или «Выравнивание, выравнивание».(имеется в виду уменьшить вертикальную скорость). Напротив, может быть выпущено «превентивное» RA, которое просто предупреждает пилотов не отклоняться от их текущей вертикальной скорости, объявляя: «Контролировать вертикальную скорость» или «Поддерживать вертикальную скорость, поддерживать» . Системы TCAS II координируют свои рекомендации по разрешению проблем перед подачей команд пилотам, так что, если одному воздушному судну дается указание на снижение, другому обычно приказывают набирать высоту, что обеспечивает максимальное расстояние между двумя самолетами. ^{[1] [2]}

По состоянию на 2006 год единственной реализацией, которая соответствует стандартам ACAS II, установленным ИКАО ^[21], была версия 7.0 TCAS II ^[1], выпущенная тремя производителями авионики: Rockwell Collins , Honeywell и ACSS (Aviation Communication & Surveillance Systems; an Совместное предприятие L3 Technologies и Thales Avionics ).

После авиакатастрофы в Уберлингене в 2002 г. (1 июля 2002 г.) были проведены исследования по улучшению возможностей TCAS II. После обширного вклада Евроконтроля и давления, пересмотренный документ о минимальных эксплуатационных стандартах TCAS II (MOPS) был совместно разработан RTCA (специальный комитет SC-147 ^[22] ) и EUROCAE. В результате к 2008 г. стандарты для версии 7.1 TCAS II были выпущены ^[23] и опубликованы как RTCA DO-185B ^[8] (июнь 2008 г.) и EUROCAE ED-143 (сентябрь 2008 г.).

TCAS II версии 7.1 ^[2] сможет выдавать изменение RA при скоординированных встречах, если один из самолетов не следует исходным инструкциям RA (предложение по изменению CP112E). ^[24] Другими изменениями в этой версии являются замена неоднозначного RA «Регулировка вертикальной скорости, Регулировка» на RA « Выравнивание, выравнивание » , чтобы предотвратить неправильную реакцию пилотов (предложение по изменению CP115); ^[25]и улучшенная обработка корректирующего / предупреждающего оповещения и удаления отображения зеленой дуги, когда положительный RA ослабевает исключительно из-за экстремально низкой или большой высоты (1000 футов над уровнем моря или ниже, или около верхнего потолка самолета), чтобы предотвратить неправильное и потенциально опасное руководство пилоту (изменение предложения CP116). ^{[13] [26]}

Исследования, проведенные для Евроконтроля с использованием недавно зарегистрированных операционных данных, показывают, что в настоящее время ^{[ когда? ]} вероятность столкновения в воздухе на каждый час полета в европейском воздушном пространстве составляет 2,7 x 10 ^−8, что соответствует одному столкновению каждые 3 года. Когда будет реализована версия 7.1 TCAS II, эта вероятность снизится в 4 раза ^[26].

Хотя БСПС III упоминается как будущая система в Приложении 10 ИКАО, БСПС III вряд ли будет реализована из-за трудностей, которые существуют в существующих системах наблюдения с горизонтальным слежением. В настоящее время ведутся исследования по разработке будущей системы предотвращения столкновений (под рабочим названием ACAS X). ^[27]

TCAS III [ править ]

Первоначально обозначенный как TCAS II Enhanced, TCAS III был задуман как расширение концепции TCAS II с целью включения консультативных функций горизонтального разрешения. TCAS III - это технология предотвращения столкновений «следующего поколения», которую разрабатывали такие авиационные компании, как Honeywell . TCAS III включил технические обновления в систему TCAS II и имел возможность предлагать рекомендации по трафику и разрешать конфликты трафика с помощью горизонтальногоа также указания пилотам по вертикальному маневрированию. Например, в ситуации лобового столкновения один самолет может иметь указание «повернуть направо, набрать высоту», а другой - «повернуть направо, снизиться». Это будет способствовать дальнейшему увеличению общего эшелонирования между самолетами как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях. Горизонтальные директивы были бы полезны в конфликте между двумя воздушными судами, расположенными близко к земле, где может быть мало места для вертикального маневрирования, если оно вообще есть. ^[28]

TCAS III пытается использовать направленную антенну TCAS для назначения пеленга другому воздушному судну и, таким образом, иметь возможность генерировать горизонтальный маневр (например, поворот налево или направо). Однако промышленность сочла это невозможным из-за ограничений в точности направленных антенн TCAS. Направленные антенны были признаны недостаточно точными, чтобы обеспечить точное положение в горизонтальной плоскости и, следовательно, точное горизонтальное разрешение. К 1995 году годы испытаний и анализа определили, что эта концепция не работает с использованием доступной технологии наблюдения (из-за неадекватности информации о горизонтальном положении), и что горизонтальные RA вряд ли будут задействованы в большинстве геометрий встреч. Следовательно, все работы над TCAS III были приостановлены и планов по его внедрению нет.Позже эта концепция получила развитие и была заменена на TCAS IV.^{[29] [30]}

TCAS IV [ править ]

TCAS IV использует дополнительную информацию, закодированную воздушным судном-целью в ответе приемоответчика режима S (т. Е. Цель кодирует свое собственное положение в сигнал приемоответчика) для создания горизонтального разрешения для RA. Кроме того, на целевом самолете необходим надежный источник информации о местоположении (например, инерциальная навигационная система или GPS ) для его кодирования.

К середине 1990-х годов TCAS IV заменил концепцию TCAS III. Одним из результатов опыта TCAS III стало то, что направленная антенна, используемая процессором TCAS для назначения пеленга принятому ответу транспондера, не является достаточно точной для создания точного горизонтального положения и, следовательно, безопасного горизонтального разрешения. TCAS IV использует дополнительную информацию о местоположении, закодированную по каналу передачи данных воздух-воздух, для генерации информации о пеленге, поэтому точность направленной антенны не будет иметь значения.

Разработка TCAS IV продолжалась в течение нескольких лет, но появление новых тенденций в канале передачи данных, таких как автоматическое зависимое наблюдение - широковещательная передача ( ADS-B ), указывало на необходимость переоценки того, предназначена ли система канала передачи данных для предотвращения столкновений, такая как TCAS IV следует включить в более общую систему линии передачи данных воздух-воздух для дополнительных приложений. В результате этих проблем от концепции TCAS IV отказались, когда началась разработка ADS-B . ^{[30] [31]}

Текущая реализация [ править ]

Хотя система иногда страдает от ложных тревог, теперь пилоты строго следят за тем, чтобы все сообщения TCAS считались подлинными предупреждениями, требующими немедленного и высокоприоритетного ответа. Только обнаружение сдвига ветра и предупреждения и предупреждения GPWS имеют более высокий приоритет, чем TCAS. В правилах FAA , EASA и большинства других стран указано, что в случае конфликта между TCAS RA и инструкциями службы управления воздушным движением (ATC), TCAS RA всегда имеет приоритет (это в основном из-за того, что TCAS-RA изначально обладает более актуальную и полную картину ситуации, чем у авиадиспетчеров, чей радар / транспондеробновления обычно происходят гораздо медленнее, чем запросы TCAS). ^{[1] [2]} Если один самолет следует TCAS RA, а другой - противоречивым инструкциям УВД, может произойти столкновение, такое как катастрофа в Уберлинген 1 июля 2002 года . В этом столкновении в воздухе оба самолета были оснащены системами TCAS II версии 7.0, которые функционировали должным образом, но один выполнял рекомендации TCAS, а другой игнорировал TCAS и подчинялся диспетчеру; оба самолета попали в аварию со смертельным исходом. ^[32]

Эту аварию можно было бы предотвратить, если бы TCAS смогла отменить исходную RA для одного из самолетов, когда он обнаружил, что экипаж другого не следует исходному RA TCAS, а вместо этого противоречит инструкциям УВД. Это одна из функций, которая будет реализована в версии 7.1 TCAS II. ^{[23] [33] [34]}

Первоначально планировалось, что внедрение TCAS II версии 7.1 начнется в период с 2009 по 2011 год с модернизации и дальнейшей установки всех самолетов, оборудованных TCAS II, с целью, чтобы к 2014 году версия 7.0 была полностью прекращена и заменена версией 7.1. FAA и EASA уже опубликовал TCAS II версии 7.1 Технический стандарт Order (TSO-C119c ^[35] и ETSO-C119c, ^[36] соответственно) эффективное с 2009 года, на основе RTCA DO-185B ^[8] и EUROCAE Ed - 143 стандарта. 25 сентября 2009 г. FAA выпустило консультативный циркуляр AC 20-151A ^[37].предоставление рекомендаций по получению одобрения летной годности для систем TCAS II, включая новую версию 7.1. 5 октября 2009 г. Ассоциация европейских авиалиний (AEA) опубликовала документ с изложением позиции ^{[38], в} котором указывается, что необходимо в приоритетном порядке обязать использование TCAS II версии 7.1 на всех воздушных судах. 25 марта 2010 года Европейское агентство по безопасности полетов (EASA) опубликовало Уведомление о предлагаемой поправке (NPA) № 2010-03, касающееся внедрения программного обеспечения ACAS II версии 7.1. ^[39] 14 сентября 2010 г. EASA опубликовало Документ-ответ на комментарий (CRD) к вышеупомянутому NPA. ^[40] Отдельно внесено предложение о внесении поправок в ИКАО. стандарт требует TCAS II версии 7.1 для соответствия SARPS ACAS II.

ИКАО распространила поправку к официальному соглашению между государствами-членами, в которой рекомендуется принять изменение 7.1 TCAS II до 1 января 2014 года для прямой установки и 1 января 2017 года для модернизации. Следуя отзывам и комментариям эксплуатантов авиакомпаний, EASA предложило следующие даты для мандата TCAS II версии 7.1 в европейском воздушном пространстве: передовая подготовка (для новых самолетов) 1 марта 2012 г., модернизация (для существующих самолетов) 1 декабря 2015 г. Эти даты являются предлагаемые даты, которые подлежат дальнейшим регулирующим процессам и не являются окончательными до публикации Правил реализации. ^[26]

Среди производителей систем к февралю 2010 года ACSS ^[41] сертифицировала Change 7.1 для своих систем TCAS 2000 и Legacy TCAS II ^[42] и в настоящее время предлагает обновление Change 7.1 для своих клиентов. ^[43] К июню 2010 года компания Honeywell опубликовала технический документ с предлагаемыми решениями для TCAS II версии 7.1. ^[44] Rockwell Collins в настоящее время объявляет, что их системы, совместимые с TCAS-94, TCAS-4000 и TSS-4100 TCAS II, могут быть обновлены программно до Change 7.1, когда они будут доступны. ^[45]

Текущие ограничения [ править ]

Хотя преимущества для безопасности текущих реализаций TCAS очевидны, полный технический и рабочий потенциал TCAS не используется в полной мере из-за ограничений в текущих реализациях (большинство из которых необходимо будет устранить, чтобы еще больше облегчить проектирование и реализацию Бесплатный полет ) и NextGen :

• Большинство проблем TCAS II, о которых сообщается в Систему отчетности по безопасности полетов (ASRS), включают аномальную или ошибочную работу оборудования TCAS II, отвлечение, вызванное TCAS, конфликты в воздухе, вызванные TCAS, и нестандартное использование TCAS. ^[46]
• Подобно контроллеру, TCAS II использует информацию режима C для определения вертикального разделения другого трафика. Если режим C даже временно предоставит ошибочную информацию о высоте, это может привести к ошибочной консультативной команде разрешения набора высоты или снижения. В отличие от контроллера, TCAS II не может опрашивать летный экипаж, чтобы определить, связана ли проблема с неисправным оборудованием. ^[46]
• Пилоты часто ссылаются на влияние слуха и рабочей нагрузки, связанного с TCAS II, на выполнение обычных обязанностей в кабине. ^[46]
• Во многих отчетах об инцидентах TCAS, полученных в ASRS, утверждается, что реакция пилота на ошибочные команды TCAS способствовала возникновению конфликта, которого изначально не было. Рассмотрим следующее столкновение почти в воздухе (NMAC), где TCAS II RA вполне мог быть вызван высокой скоростью набора высоты авианосца (Y). ^[46]
• TCAS ограничивается поддержкой только рекомендаций по вертикальному эшелонированию, однако более сложные сценарии конфликтов трафика могут быть более легко и эффективно устранены путем также использования маневров бокового разрешения; это, в частности, относится к конфликтам движения с ограниченным высотным разрешением местности или сценариям конфликтов, которые аналогичным образом ограничены вертикальными ограничениями (например, в загруженном воздушном пространстве с RVSM )
• Служба УВД может быть автоматически проинформирована о рекомендациях по разрешению, выпускаемых TCAS, только когда воздушное судно находится в зоне действия режима S или сети мониторинга ADS-B . В других случаях диспетчеры могут не знать о рекомендациях по разрешению на основе TCAS или даже выдавать противоречивые инструкции (если диспетчер УВД явно не проинформирован членами экипажа из кабины экипажа о выданном RA в ситуации высокой нагрузки), что может быть источником путаницы для пострадавших. экипажи, дополнительно увеличивая рабочую нагрузку пилотов. В мае 2009 года Люксембург, Венгрия и Чешская Республика показывают контроллерам RA с нисходящей линией связи.
• В вышеупомянутом контексте в TCAS отсутствуют автоматизированные средства, позволяющие пилотам легко сообщать и подтверждать получение (обязательного) RA для УВД (и намерение соблюдать его), так что голосовая радиосвязь в настоящее время является единственным вариантом для этого, что, однако дополнительно увеличивает рабочую нагрузку пилота и диспетчера УВД, а также перегрузку частот в критических ситуациях.
• В том же контексте ситуационная осведомленность органов УВД зависит от точной информации о маневрировании воздушного судна, особенно во время сценариев конфликта, которые могут вызвать или способствовать новым конфликтам из-за отклонения от запланированного маршрута, поэтому автоматически визуализируют выданные рекомендации по разрешению и пересчитывают дорожную ситуацию в пострадавшем сектор, очевидно, поможет УВД в обновлении и поддержании ситуационной осведомленности даже во время незапланированных, специальных изменений маршрутов, вызванных конфликтами эшелонирования.
• Современные дисплеи TCAS не предоставляют информацию о рекомендациях по разрешению, выдаваемых другим (конфликтующим) самолетам, в то время как рекомендации по разрешению, выданные другим самолетам, могут показаться несущественными для другого самолета, эта информация позволит и поможет экипажам оценить, действительно ли другие воздушные суда (конфликтующее движение) соблюдают с RA путем сравнения фактической скорости (высоты) изменения с запрошенной скоростью изменения (что может быть сделано автоматически и соответствующим образом визуализировано современной авионикой), тем самым обеспечивая важную информацию в реальном времени для ситуационной осведомленности в критических ситуациях.
• Дисплеи TCAS сегодня часто в основном основаны на дальности, поэтому они показывают дорожную ситуацию только в настраиваемом диапазоне миль / футов, однако при определенных обстоятельствах представление «на основе времени» (например, в течение следующих xx минут) может быть более интуитивным. .
• Недостаточная осведомленность о местности / земле и препятствиях (например, подключение к TAWS , включая осведомленность о секторе MSA ), что может иметь решающее значение для создания возможных (неопасных в контексте высоты над землей) и полезных рекомендаций по разрешению (например, предотвращение инструкций по экстремальному снижению, если близко к местности), чтобы гарантировать, что TCAS RA никогда не будет способствовать сценариям CFIT (контролируемый полет в местность).
• Летно-технические характеристики самолета в целом и текущие летно-технические характеристики в частности (из-за активной конфигурации самолета) не принимаются во внимание во время переговоров и создания рекомендаций по разрешению проблем (как это имеет место в случае различий между различными типами самолетов, например турбовинтовыми / реактивными vs. вертолетов), так что теоретически возможно, что выдаются рекомендации по разрешению проблемы, которые требуют скоростей набора высоты или снижения за пределами диапазона нормального / безопасного полета воздушного судна во время определенного этапа полета (т. е. из-за текущей конфигурации воздушного судна). Кроме того, поскольку весь трафик обрабатывается одинаково, нет различий между разными типами самолетов,пренебрежение возможностью использования информации, относящейся к конкретному воздушному судну (летно-технические характеристики), для выдачи настроенных и оптимизированных инструкций для любого заданного транспортного конфликта (например, путем выдачи инструкций набора высоты тем воздушным судам, которые могут обеспечить наилучшую скорость набора высоты, при выдаче инструкций снижения для воздушных судов, обеспечивающих сравнительно лучшее снижение скорости, таким образом, мы надеемся максимизировать изменение высоты в единицу времени, то есть разделение). Например, TCAS может приказать воздушному судну набрать высоту, когда он уже достиг своего служебного потолка для его текущей конфигурации.TCAS может отдать приказ самолету на набор высоты, когда он уже достиг своего потолка для его текущей конфигурации.TCAS может отдать приказ самолету на набор высоты, когда он уже достиг своего потолка для его текущей конфигурации.^[47]
• TCAS в первую очередь ориентирован на экстраполяцию, так как он использует алгоритмы, пытающиеся аппроксимировать четырехмерное прогнозирование траектории с использованием «истории траектории полета», чтобы оценить и оценить текущую ситуацию с воздушным движением в непосредственной близости от самолета, независимо от степени надежности данных и полезность может быть значительно улучшена за счет расширения указанной информации с ограниченным доступом к соответствующей информации о плане полета, а также к соответствующим инструкциям УВД, чтобы получить более полную картину планов и намерений других (маршрутов) движения, так что прогнозы траектории полета больше не будут просто на основе оценок, а скорее фактического маршрута воздушного судна ( план полета FMS ) и инструкции УВД. Если TCAS модифицируется для использования данных, которые используются другими системами, необходимо соблюдать осторожность, чтобы гарантировать, что риски общих режимов отказа достаточно малы.
• TCAS не устанавливается на многих небольших самолетах в основном из-за высоких затрат (от 25 000 до 150 000 долларов США). Например, на многих небольших личных бизнес-джетах в настоящее время по закону не требуется устанавливать TCAS, даже если они летают в том же воздушном пространстве, что и более крупные самолеты, которые должны иметь на борту соответствующее оборудование TCAS. Система TCAS может работать в полную силу только тогда, когда все воздушные суда в любом данном воздушном пространстве имеют на борту правильно работающий блок TCAS.
• TCAS требует, чтобы оба конфликтующих самолета имели транспондеры. Если у одного самолета нет транспондера, он не будет предупреждать TCAS, поскольку информация не передается.

Чтобы преодолеть некоторые из этих ограничений, FAA разрабатывает новую логику предотвращения столкновений, основанную на динамическом программировании.

В ответ на серию столкновений в воздухе с участием коммерческих авиалайнеров Лаборатория Линкольна получила указание Федерального управления гражданской авиации в 1970-х годах участвовать в разработке бортовой системы предотвращения столкновений. В своем нынешнем воплощении система предупреждения о дорожном движении и предотвращения столкновений применяется во всем мире на всех крупных воздушных судах и значительно повысила безопасность авиаперелетов, но значительные изменения в воздушном пространстве, запланированные в ближайшие годы, потребуют существенной модификации системы. ^[48]

ACAS X [ править ]

Набор новых систем под названием ACAS X ^[49] будет использовать эту новую логику:

• ACAS Xa станет прямой заменой TCAS II с использованием активного наблюдения
• ACAS Xo будет системой предотвращения столкновений, настроенной для работы в некоторых в настоящее время сложных эксплуатационных ситуациях, в частности, при близком параллельном заходе на посадку.
• ACAS Xu позволит использовать несколько сенсорных входов и будет оптимизирован для беспилотных бортовых систем.
• ACAS Xp будет разработан для самолетов с только пассивным наблюдением (ADS-B).

Первое запланированное FAA отраслевое совещание было проведено в октябре 2011 года в Вашингтоне, округ Колумбия, чтобы проинформировать производителей авионики о планах развития «ACAS X», включая летные демонстрации, запланированные на 2013 финансовый год. FAA заявляет, что его работа «будет фундаментальной для разработки. минимальных стандартов эксплуатационных характеристик »для ACAS X разработчиком стандартов RTCA. ^[50]

Предполагается, что в случае дальнейшего развития и сертификации ACAS X БСПС X не будет коммерчески доступной до середины 2020-х годов. И, как говорят, на данном этапе неясно, будет ли ACAS X обеспечивать какое-либо горизонтальное разрешение. ^[51]

Нормативная ситуация в мире [ править ]

См. Также [ править ]

• Автоматическое зависимое наблюдение - трансляция
• Сука Бетти
• Система предупреждения о приближении к земле
• Столкновение в воздухе (MAC)
• Портативная система предотвращения столкновений

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

• Веб-сайт EUROCONTROL ACAS
• TCAS II версии 7.1
• Обсуждение TCAS
• AIS-P / TailLight альтернатива TCAS и ADS-B без проблем с TCAS и ADS-B (Dead Link)
• Критическое обсуждение TCAS с использованием гипотетических сценариев злоупотреблений / эксплойтов при использовании TCAS
• Введение в TCAS II версии 7 ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}
• Введение в TCAS II версии 7.1
• Критерии принятия решений для регулирующих мер по TCAS II версии 7.1
• Набор видеоинструментов TCAS User Interface Awareness на Skybrary
• Предотвращение столкновений на UKCS (испытание TCAS II), Марк Прайор (Бристоу)
• Бьорн Ферм (13 июля 2018 г.). «Уголок Бьорна: крупнейшее изменение навигации со времен радара, часть 5» . Лихам Новости .