Что такое tcas ta ra
Система TCAS. Предупреждение столкновений самолетов в воздухе.
Здравствуйте, друзья!
Реконструкция столкновения United Airlines Flight 718 и Trans World Airlines Flight 2 над Гранд-Каньоном (США) в 1956 году. Тогда погибло 128 человек.
Проблема столкновения летательных аппаратов в воздухе имеет тот же возраст, что и сама авиация. Несмотря на кажущуюся безбрежность воздушного океана, самолетам всегда было тесно в воздухе. Особенно эта теснота стала заметна с началом бурного развития реактивной авиации, когда и гражданский воздушный флот стал развиваться ускоренными темпами.
Сейчас во многих районах мирового воздушного пространства царит просто настоящее столпотворение :-). Вполне понятно, что чем больше количество участников движения, тем вероятность их неприятной встречи в определенный, столь же неприятный момент времени возрастает.
Посмотрели? Особенно рекомендую взглянуть на Центральную Европу, Германию, район Парижа и Лондона (днем и в вечернее время по среднеевропейскому). И это только те воздушные суда, которые имеют специальное оборудование, позволяющее отслеживать их местоположение.
Проблема столкновений летательных аппаратов в воздухе стала ощутимой еще в 50-х годах. Когда стали происходить летные происшествия с массовой гибелью людей, ICAO (Международная организация гражданской авиации) вплотную занялась этим вопросом. Была разработана концепция, а затем международные стандарты Бортовой системы предупреждения столкновений ( Аirborne collision avoidance system (ACAS) ).
Эта система (в последних ее вариантах и модификациях) обозревает воздушное пространство вокруг самолета, обнаруживает другие воздушные суда, анализирует полученную информацию, выдает ее экипажу, а в случае возникновения опасности столкновения, предупреждает об этом пилотов и выдает необходимые рекомендации к немедленному действию.
В комплект оборудования TCAS входят: компьютерный блок, который просчитывает варианты развития событий и определяет выдаваемые команды, две приемопередающие антенны, устанавливаемые сверху и снизу фюзеляжа (одна из них направленная (сверху), другая всенаправленная ), отдельные антенны для S- транспондеров (о них далее) и дисплей-индикатор в кабине.
Этот дисплей –индикатор выдает информацию о перемещении близколетящих самолетов, а также визуальные команды для предотвращения столкновений ( RA ).
Есть несколько видов индикатора и вариантов его установки. Часто он совмещается с имеющимися дисплеями (например бортового локатора, указателя вертикальной скорости) либо устанавливается отдельно, если кабина была ранее оснащена механическими стрелочными указателями.
Пример совмещенного дисплея TCAS.
Пример дисплея TCAS (монохромный, дополнительный несовмещенный)
Пример совмещенного с локатором дисплея TCAS.
Дисплей системы TCAS II по сути дела совмещает в себе три прибора: указатель вертикальной скорости, прибор обзора воздушной обстановки (метки отслеживаемых самолетов) и командный прибор, выдающий рекомендательные команды к действию.
На всех самолетах гражданской авиации устанавливаются такие приемоответчики. С их помощью диспетчер идентифицирует воздушное судно и имеет возможность следить за его передвижением.
В зависимости от своих конструктивных возможностей и условий использования транспондеры могут работать в различных режимах, и в соответствии с режимом в сигнале, который они выдают, может содержаться различная информация.
В Европе транспондеры, работающие в режиме S бывают двух видов: ELS (Elementary Surveillance) и EHS (Enhanced Surveillance). Различаются по объему выдаваемой информации. EHS гораздо более информативен.
Таким образом транспондер — это как бы «окно в мир» для системы TCAS :-). Однако это окно должно быть соответствующим образом открыто. То есть для того, чтобы TCAS могла правильно оценить обстановку и выработать нужные рекомендации, она должна получить достаточно информации о приближающихся воздушных судах. А это означает, что на них должны быть установлены транспондеры как минимум с режимом работы С (лучше конечно S :-)). Причем запросы в режиме А TCAS не осуществляет и поэтому самолеты, который оборудованы транспондерами только с режимом А она не видит.
Получаемые данные отправляются в вычислительный блок (компьютер), который, объединяя сведения обо всех воздушных судах, вычисляет степень опасности каждого контролируемого самолета по отношению к борту, на котором установлена система TCAS. Формируется как бы виртуальная объемная карта защищаемого пространства вокруг нашего самолета.
Посторонний летательный аппарат, который входит в защищаемую зону, называют самолетом-нарушителем ( на английском intruder ) или конфликтующим самолетом.
Защищаемые зоны по расстоянию, высоте и времени. Время в секундах, расстояние в морских милях.
ТКАС может обнаруживать воздушные суда на расстояниях до 40 миль.
Система TCAS II в отличие от TCAS I выдает не только пассивную информацию о воздушной обстановке, но и прямые рекомендации по устранению возникшей конфликтной ситуации. Система одновременно может отслеживать до 30 воздушных судов и для трех одновременно выдавать команды по разрешению конфликтной ситуации.
Информация от системы TCAS II выдается визуально на индикатор-дисплей в кабине экипажа, а также в звуковом варианте через динамик и наушники СПУ (самолетное переговорное устройство).
Если компьютер системы, анализируя обстановку, обнаруживает возможность возникновения опасного сближения или столкновения, то он, в соответствии со своей программой, определяет необходимый маневр для того, чтобы обеспечить безопасное вертикальное эшелонирование самолетов. Говоря простым языком, чтобы обеспечить их безопасное расхождение по высоте.
Причем при выборе маневра возможен учет характеристик самолетов (их скороподъемности, в частности) и близость их к земле.
Время достижения точки СРА.
Сразу скажу, что система TCAS II определяет действия самолета по предотвращению столкновения только в вертикальной плоскости.
Пример меток, отображаемых на дисплее.
Визуально команды ТА и RA отображаются на индикаторе следующим образом. Отметка самолета–нарушителя, находящегося в зоне ТА, – это желтый кружок, в зоне RA – красный квадрат. Так называемые близкорасположенные самолеты (не нарушители :-)), находящиеся на расстоянии до 6 миль и на высотах до 1200 футов (около 360 м) имеют отметку в виде голубого ромба. А на высотах и расстояниях больше указанных – в виде пустого голубого или белого ромба.
Также при выдаче команды RA на указателе вертикальной скорости секторы шкалы окрашиваются в разные цвета. Красный цвет означает, что в этой зоне находиться нельзя, иначе неминуемо произойдет столкновение. Зеленый цвет обозначает рекомендуемые значения вертикальной скорости для гарантированного предотвращения столкновения.
Индикация и символы на дисплее TCAS (указатель вертикальной скорости VSI). Изображение для удобства можно увеличить.
Корректирующие команды RA (Для более удобного чтения увеличьте изображение). Составил В.Н.Комиссаров.
Вторые выдают рекомендации пилоту по выдерживанию, либо же неиспользованию определенных вертикальных скоростей.
Предупредительные команды RA плюс две команды вертикального реверсирования (Для более удобного чтения увеличьте изображение). Составил В.Н.Комиссаров.
В случае получения пилотом команд RA, его действия должны быть следующими :
-Приступить к выполнению команды не позднее 5 сек с момента ее получения. Если это усиливающая команда (типа Increase climb, Increase descent ) или же выдана команда для изменения направления маневра на противоположный ( Climb, Climb Now, Descent, Descent Now ), то выполнение должно начаться не позднее 2,5 сек.
— Выполнять команду RA даже если она противоречит указаниям диспетчера. Он может быть неинформирован о срабатывании TCAS.
— Не выполнять действий, противоположных указанным в RA.
-Стараться при выполнении команд RA свести к минимуму изменение траектории полета, заданной диспетчером, а после выполнения команд немедленно ее восстановить.
-По возможности быстрее уведомить службу УВД (диспетчера) о своих действиях. Для этого ICAO ввела специальную форму доклада летчика: « TCAS RA (тикас арэй)». Диспетчер при этом подтверждает получение уведомления ответом: « RODGER ».
-В случае, если в момент получения RA поступила какая-либо команда от диспетчера, то пилот докладывает о невозможности ее выполнения в следующей форме: « UNABLE TCAS RA»
-После восстановления исходных условий полета пилот должен доложить об этом диспетчеру службы УВД: « CLEAR OF CONFLICT ».
Пример визуальных корректирующих команд RA.
Пример предупредительных команд RA.
Три коротких видео иллюстрируют выдачу некоторых команд ТА, RA и ТА/ RA с изменением цвета метки на индикаторе:
Он сократился с 600 м до 300 м и у версии TCAS 2-6.0.4 появились потенциальные проблемы, связанные с тем, что при пролете самолетов относительно друг друга с минимальным интервалом эшелонирования может возникать большое количество нежелательных, длительно действующих и не несущих корректной информации команд, как ТА, так и RА. Это занимает внимание экипажа и затрудняет пилотирование.
Версия 7.0 от этого избавлена и выдает в аналогичной ситуации в 40-50 раз меньше команд ТА и в половину меньше команд RА. Эта версия на данный момент полностью соответствует стандартам ACAS.
Однако существует и следующая версия — 7.1. В ней устранены некоторые существенные недочеты предыдущей версии 7.0. Изменена так называемая логика реверсирования команд. Актуальность этого изменения стала совершенно очевидна после известной катастрофы над Боденским озером 1 июля 2002 года, когда столкнулись ТУ-154М («Башкирские Авиалинии») и Boeing-757 (DHL).
Самолет ТУ-154М «Башкирских авиалиний». Подобный ему столкнулся 1 июля 2002 года с Boeing-757 DHL.
Boeing-757-200 DHL-Cargo. Такой же столкнулся с нашим ТУ-154М в катастрофе над Боденским озером 1 июля 2002 года.
Тогда командир ТУ-154М произвел действия, противоположные указаниям TCAS (выполняя команды диспетчера). Система на это никак не среагировала, потому что это была версия 7.0. Скажу немного подробнее о взаимодействии систем TCAS между собой.
Если на обоих конфликтующих самолетах установлены комплекты TCAS, то они взаимодействуют между собой и определяемые маневры самолетам для исключения столкновения всегда имеют противоположные направления. Отрицательный исход возможен в случае, если одно из воздушных судов не выполняет команду или меняет ее направление на противоположное. Таково было положение для версии 7.0.
Пример возможности реверсирования команд RA в версии TCAS 7.1.
В версии 7.1 если система обнаруживает, что другой самолет не выполняет полученную команду, она тут же выдает указание своему самолету изменить направление маневра на противоположное. Причем одновременное принятие одинакового решения комплектами TCAS обоих самолетов невозможно. Это специально предусмотрено логикой вычислительной системы.
Еще одно изменение для версии 7.1 касается уточнения команды “ Adjust vertical speed, adjust ” (AVSA), что значит « Отрегулируй вертикальную скорость ». Она была довольно расплывчатой и часто не способствовала разрешению конфликта, а даже могла его усугубить. Ее заменили на более четкую и определенную “ Level off” («Выводи в горизонт» ) Это хорошо иллюстрируется рисунками.
Примеры неудобства команды “Adjust vertical speed, adjust” в версии 7.0 и ликвидации этого в версии 7.1.
FAA (Федеральное управление гражданской авиации – США) и EASA (Европейское агенство по безопасности полетов – Европа) планируют осуществить полный переход на версию 7.1 в 2014 году.
Пульт управления TCAS фирмы Rockwell Collins.
Пульт управления TCAS фирмы Honeywell.
Для систем различных производителей могут быть добавлены дополнительные режимы. Важно одно. РежимТА/RA должен быть включен с момента выруливания на исполнительный старт и до сруливания с ВПП после посадки. В таком случае будет обеспечена правильная работа TCAS в течение всего полета.
Это новая технология системы передачи данных. Она сейчас активно внедряется в США, Европе и Австралии. В России тоже поставлена задача по ее развертыванию в те же сроки, то есть 2015-2020 годы.
Суть этой системы заключается в том, что каждое воздушное судно (оборудованное системой ADS-B) ежесекундно самостоятельно, не дожидаясь запросов выдает по радиоканалу специфическую информацию о себе, в которую кроме указания своего местоположения (определяется с использованием системы GPS) входит высота, скорость, курс, направление движения по высоте (подъем, снижение), бортовой номер самолета и др.
Приемники этой системы, которые очень просты и малогабаритны могут быть установлены где угодно: у диспетчера, на борту воздушного судна и даже у вас дома :-). Они позволяют отображать на экране движение воздушных судов (причем как в воздухе, так и на земле).
Воздушные суда и наземные станции могут принимать эту информацию примерно в радиусе 150 миль (то есть значительно дальше, чем при радарном методе). Наземные станции комбинируют полученную информацию со сведениями полученными от не ADS-B-устройств (наземных радаров) и снова ее ретранслируют для всех воздушных судов в радиусе своего обслуживания.
По этому же каналу экипаж получает информацию о погоде, о зонах полетов, о наземной обстановке, то есть ту же информацию, что и диспетчер и к тому же минуя его.
Все это позволяет с гораздо большими возможностями и гарантированными результатами преодолевать различные конфликтные ситуации и предупреждать столкновения в воздухе.
Кроме того оборудование ADS-B значительно легче, проще и дешевле, нежели традиционное, а информация общедоступна и бесплатна.
Прогнозируется, что следующие поколения систем предупреждения столкновения в воздухе однозначно будут использовать технологию передачи данных ADS-B и поэтому станут значительно эффективнее.
Примерную картинку, которую можно видеть на экране при использовании системы ADS-B я уже вам показал в начале статьи (то есть здесь).
А пока TCAS II остается самой распространенной системой и останется таковой в ближайшем обозримом будущем. Согласно правилам ICAO она должна быть установлена на все воздушные суда с газотурбинными двигателями массой более 5700 кг и сертифицированных для перевозки более 19 пассажиров.
С целью исправления конфликтной ситуации система выдает команды для эволюций только в вертикальной плоскости. Маневры в горизонтальной плоскости пока остаются для нее невозможными.
Запреты при взлете :
► Сообщение TRAFFIC TRAFFIC Запреты при снижении:
► Команды RA на быстрое снижение Система предупреждения о сваливании (АУАСП), Система предупреждения о сдвиге ветра и Система сигнализации о близости земли (СРПБЗ/EGPWS) имеют приоритет над TCAS. В случае срабатывания этих систем выдача ее команд блокируется.
Диспетчер системы УВД при нынешнем положении дел практически никогда не знает о срабатывании системы TCAS. Обычно он узнает об этом от экипажа, когда действие уже совершилось.
Система при выдаче рекомендаций никогда не учитывает степень исправности летательного аппарата. Например при отказе двигателя, когда характер пилотирования меняется. Не всегда бывают учтены и особенности ЛТХ данного аппарата.
Однако на мой взгляд все же главным недостатком системы TCAS (это, впрочем, относится ко всей авиационной технике и я говорил об этом в статье о безопасности полетов :-)) является то, что конечные действия остаются всегда за человеком. Ему выдаются только рекомендации, хоть и довольно настойчивые :-). А уж как он поступит зависит от него самого. Человеческий фактор всегда маячит где-то на горизонте :-).
Но дело все же сдвинулось в этом плане с мертвой точки. На А-380 впервые появилась система TCAS, способная воздействовать на управление самолета автоматически. На других аирбасах, имеющих электродистанционную систему управления сейчас в таком направлении ведутся плановые доработки.
Что ж, все что ни делается, делается к лучшему.
Все, заканчиваю. Спасибо, что дочитали эту статью до конца. Она получилась суховатой и длинноватой, но такой материал иначе, пожалуй не изложишь :-). Надеюсь вам все же было интересно. Если возникают вопросы, комментируйте, все обсудим, расскажу все, что знаю :-).
777. TCAS
Traffic Collision Avoidance System – Система предупреждения столкновения самолетов в воздухе.
TCAS опрашивает окружающее пространство на предмет наличия иных самолетов, на которых установлены транспондеры. Те транспондеры отвечают, и на основе этих ответов наш TCAS выстраивает трехмерную карту, где отмечены иные ВС, расстояния от них до нас, направления движения и высота. Исходя из этих данных, которые постоянно обновляются, TCAS высчитывает наименьшее расстояние, на котором будут друг от друга наше и иные воздушные суда – «Точку наибольшего сближения».
Если на ином воздушном судне нет транспондера, то TCAS такой самолет не увидит.
Кроме того, вокруг нашего самолета, в зависимости от скорости и высоты, система определяет условное конфликтное пространство. Нахождение иного воздушного судна внутри или поблизости с конфликтным пространством представляет потенциальную угрозу для нашего воздушного судна.
Панель транспондера
XPNDR L или R – выбор транспондера – левый или правый.
ALT SOURCE – выбор источника информации о положении судна, которую будет транслировать транспондер.
NORM – ADIRU (Air Data Inertial Reference Unit). По умолчанию.
ALTN – SAARU (Secondary Attitude And Air Data Reference Unit). Альтернативный источник.
IDENT – принудительная передача в эфир кода ответчика.
Два безымянных селектора служат для набора кода.
И, наконец, главный переключатель режимов:
STBY – отключение ответчика и TCAS. При предполетной подготовке транспондер находится в положении STBY.
ALT RPTG OFF – прибор не транслирует информацию о высоте.
XPNDR – работает только ответчик, TCAS отключен.
TA ONLY – на дисплеях будет показано только движение Traffic Advisory. Никаких визуальных и голосовых рекомендаций не отдается.
TA/RA – нормальный режим работы прибора.
Для отображения всей воздушной обстановки на навигационном дисплее необходимо нажать кнопку TFC на панели EFIS.
Перед взлетом селектор вручную переводится в режим TA/RA и тем самым армируется. Транспондер перейдет в этот режим, как только шасси оторвутся от взлетной полосы.
TFC прекрасно уживается с погодным радаром.
Всего различают четыре типа конфликтного воздушного пространства с точки зрения опасности столкновения: RA, TA, Proximate, Other. Они как матрешки – одно внутри другого. Самое маленькое и самое опасное – RA.
Resolution Advisories
RA – Resolution Advisories – красный уровень опасности – Warning. Это значит, что прогноз расхождения нашего самолета с другим – не очень благоприятный. И за 15–35 секунд до того момента, когда иной самолет окажется в Точке наибольшего сближения, на основном и навигационном дисплеях появится визуальная информация об опасности, а из динамиков будет дана голосовая рекомендация.
На PFD картина выглядит следующим образом:
Эти несвойственные нормальному полету элементы красного цвета показывают опасную зону. Соответственно, по авиагоризонту мы должны снижаться так, чтобы оставаться вне этого усеченного конуса. А на шкале вариометра показана опасная вертикальная скорость, и, стало быть, в нашем примере БЕЗопасная вертикальная скорость начинается где-то от минус 2000 и ниже.
Почти все голосовые рекомендации по избежанию столкновения имеют своей целью побудить пилота следовать данной схеме. В нашем примере мы услышим голосовой сигнал «DESCENT, DESCENT», что означает изменение тангажа и вывод судна из опасного красного конуса.
Таких конусов может быть две штуки одновременно: вверху и внизу. Соответственно, пилот должен удерживать самолет так, чтобы находиться между ними.
Для того чтобы выполнить указания TCAS, необходимо вручную отключить автопилот!
Символы TCAS на навигационном дисплее и голосовые рекомендации рассмотрим чуть ниже.
Traffic Advisories
TA – Traffic Advisories – желтый уровень опасности – Caution. Есть возможность очень опасного сближения.
Предупреждение появится за 20–48 секунд до Точки наибольшего сближения.
Proximate
Proximate – близкий. То есть расстояние до другого ВС не более 6 миль по горизонтали и не более 1200 футов по вертикали. И его курс не представляет опасности для нашего судна. Но мы обязательно обратим на него внимание.
Other
Other – другой. Расстояние до другого ВС более 6 миль по горизонтали и более 1200 футов по вертикали. Совсем не интересен и не опасен.
Символы TCAS на навигационном дисплее
– красный квадрат – Resolution Advisories. WARNING!
– желтый кружок – Traffic Advisories. CAUTION!
– белый ромб – Proximate – «иной» близок, но не опасен.
– пустой внутри белый ромб – Other – не опасен.
– цифра возле символа означает высоту «иного» относительно нас в сотнях футов. Знак «плюс» и цифра, расположенная над символом, значит, что «иной» находится выше нас. Знак «минус» и цифра под символом – под нами.
– если «иной» меняет высоту, и его вертикальная скорость выше 500 футов в минуту, то рядом с символом появится стрелочка, показывающая либо набор высоты (↑), либо снижение (↓).
OFFSCALE TRAFFIC – надпись означает, что опасность существует, но «иной» на навигационном дисплее не виден из-за того, что на EFIS выбран слишком крупный масштаб отображения обстановки.
Символы TCAS на ND не отображаются в режимах VOR Centered, APP Centered и PLAN.
Голосовые команды TCAS
В режиме TA ONLY мы сможем услышать только одну команду: TRAFFIC, TRAFFIC. Услышали – ищем глазами иной самолет.
Все остальные команды доступны в нормальном рабочем режиме – режиме TA/RA, поскольку они являются звуковыми сигналами Resolution Advisories (RA).
CLIMB, CLIMB – нам нужно немедленно набирать высоту в соответствии со схемой, отображаемой на PFD. Вертикальная скорость должна быть примерно 1500–2000 футов в минуту.
DESCEND, DESCEND – необходимо начинать снижение в соответствии со схемой, отображаемой на PFD. Вертикальная скорость должна быть примерно 1500–2000 футов в минуту.
MONITOR VERTICAL SPEED – соблюдайте вертикальную скорость в соответствии со схемой, отображаемой на PFD на шкале вариометра.
MAINTAIN VERTICAL SPEED, MAINTAIN – несмотря ни на что поддерживаем вертикальную скорость в соответствии со схемой, отображаемой на шкале вариометра.
MAINTAIN VERTICAL SPEED, CROSSING, MAINTAIN – то же, что и предыдущее, а слово CROSSING означает, что, следуя указаниям TCAS и схеме на вариометре, самолет будет пересекать текущую высоту иного самолета.
DESCEND, CROSSING, DESCEND и CLIMB, CROSSING, CLIMB – снижаемся или набираем согласно схеме на PFD. Будем пересекать высоту другого самолета. Иной самолет получит противоположную команду.
CLIMB, CLIMB NOW! – немедленно набираем высоту согласно схеме. Вертикальная скорость должна быть примерно 2500–3000 футов в минуту.
DESCEND, DESCEND NOW! – немедленно снижаемся согласно схеме. Вертикальная скорость должна быть примерно 2500–3000 футов в минуту.
ADJUST VERTICAL SPEED, ADJUST – уменьшаем вертикальную скорость, будь то подъем или спуск. Смотрим на шкалу вариометра.
INCREASE CLIMB и INCREASE DESCENT – требуется увеличить скорость набора/снижения.
Самое приятное голосовое сообщение: CLEAR OF CONFLICT – опасность миновала, под конфликтом подразумевается опасность столкновения. Необходимо доложить об этом диспетчеру.
TA/RA включаем только на полосе перед самым взлетом и отключаем, как только мы свернули с полосы после посадки.
Система сигнализации об опасном сближении с землей имеет приоритет над TCAS. Соответственно, сигналы GPWS заглушат сигналы TCAS.