Кіріспе

Барлық ауа райына арналған дәл радиолық басқару жүйесі

Микротолқынды қону жүйесі (MLS) – ірі әуежайларда ұшақтарды қонуға көмектесу үшін, соның ішінде «көрінбей қонуға» (blind landings) арналған барлық ауа райына бейімделген дәл радиолық басқару жүйесі. MLS ұшаққа мақсатты ұшу-қону жолағына және қауіпсіз қону үшін дұрыс сырғу бұрышына (glidepath) қашан келгенін анықтауға мүмкіндік береді. MLS аспаптық қону жүйелерін (ILS) алмастыруға немесе толықтыруға арналған. MLS, ILS-ке қарағанда бірқатар операциялық артықшылықтарға ие, оларға жақын жердегі қондырғылармен кедергілерді болдырмау үшін арналардың кең таңдауы, кез келген ауа райында өте жақсы жұмыс істеуі, әуежайлардағы кішкентай «із», сондай-ақ әуежайдың айналасындағы кеңірек аймақтардан ұшуға мүмкіндік беретін кең тік және көлденең «ұстау» бұрыштары жатады. Кейбір MLS жүйелері 1990 жылдары іске қосылса да, кейбір авиациялық агенттіктер күткендей кең таралу орын алмады. Мұның екі себебі болды: (экономикалық) MLS техникалық тұрғыдан ILS-тен артық болғанымен, ұшақтардың жабдықтарына MLS қабылдағыштарын қосуды негіздеу үшін жеткілікті мүмкіндіктер ұсынбады; және (мүмкін жоғарырақ үшінші жүйе) GPS-ке негізделген жүйелер, әсіресе WAAS, әуежайда жабдықтар қажет болмай, ұқсас дәлдікке қол жеткізуге мүмкіндік берді. GPS/WAAS әуежайдың дәл қону тәсілдерін енгізу құнын күрт төмендетіп, бұл шағын әуежайлар үшін ерекше маңызды. Осы себептерге байланысты Солтүстік Америкадағы көптеген MLS жүйелері өшірілді. GPS/WAAS негізіндегі LPV («Локализатордың тік бағыттағы өнімділігі») тәсілдері ILS I санатына ұқсас тік бағыттауды қамтамасыз етеді және FAA жариялаған LPV тәсілдері қазіргі уақытта АҚШ әуежайларындағы ILS тәсілдерінен асып түседі. MLS бастапқыда Еуропаға да қызығушылық тудырғанмен, онда GPS-тің қолжетімділігі туралы алаңдаушылықтар болды, бірақ кең ауқымды орнату орын алмады. Жүйенің одан әрі енгізілуі күмәнді. Керісінше, бірнеше еуропалық әуежайлар EGNOS (WAAS-пен үйлесімді) спутниктік жүйесіне негізделген LPV тәсілдерін енгізді.

Принцип

MLS қону алаңында 5 ГГц жиіліктік таратушыларды пайдаланады, олар жақындап келе жатқан ұшақтарға бағытталған сканерлеулі сәулелерді жіберу үшін пассивті электронды сканерленген тізімдерді қолданады. Сканерленген аймаққа кірген ұшақ сәулелердің келу уақытын өлшеу арқылы өз орнын анықтайды.

Тарих

АҚШ-тағы MLS нұсқасы FAA, NASA және АҚШ Қорғаныс министрлігі арасындағы бірлескен әзірлеме болып табылады, ол ұшу-қону жолағына жақындаған кезде ұшақтың дәл бағытталуын және түсуін қамтамасыз ету үшін жасалған. Ол азимут, биіктік және қашықтық туралы ақпаратты ұсынады, сондай-ақ, қонудан бас тартқан немесе қате қону жасаған жағдайда, ұшақтың қашықтауы үшін "кері азимутты" да қамтиды. MLS арналары әуежай диспетчерлерімен қысқа қашықтықтағы байланыс үшін де пайдаланылды, бұл ұзақ қашықтықтағы жиіліктерді басқа ұшақтарға беруге мүмкіндік берді. Австралияда MLS нұсқасын жобалау жұмыстары 1972 жылы басталды. Бұл жұмыстың көп бөлігін Федералдық азаматтық авиация департаменті (DCA) және Ұлттық ғылыми-зерттеу кеңесінің (CSIRO) радиофизика бөлімі бірлесіп жүзеге асырды. Жоба Interscan деп аталды, ол халықаралық деңгейде қарастырылып жатқан бірнеше микротолқынды қону жүйелерінің бірі болды. 1975 жылы Interscan FAA, ал 1978 жылы ICAO тарапынан қабылдануға тиіс формат ретінде таңдалды. Жүйенің MITAN деп аталған инженерлік нұсқасы Amalgamated Wireless Australasia Limited және Hawker de Havilland компаниялары DCA-ның ізбасары – Көлік департаментімен жасалған келісімшарт бойынша әзірленді және 1970 жылдардың соңында Мельбурн әуежайында (Тулламарин) сәтті көрсетілді. Ақ антенналар 2003 жылға дейін Тулламаринде көрініп тұрды, содан кейін олар демонтаждалды. Бұл алғашқы зерттеулер 1979 жылы Австралияның Сидней қаласында Interscan International Limited компаниясын құруға әкелді, ол кейіннен АҚШ, Еуроодақ, Тайвань, Қытай және Австралияда қолданылған MLS жүйелерін өндірді. Ұлыбританияның Азаматтық авиация басқармасы Хитроу әуежайы және басқа да әуежайларда орнатылған MLS нұсқасын әзірледі, себебі II/III санаттағы ауа райы жағдайында аспаптық жақындау жиілігі жоғары болды. Қолданыстағы аспаптық қону жүйесімен (ILS) салыстырғанда, MLS бірнеше артықшылықтарға ие болды. Антенналар әлдеқайда кішкентай болды және жоғары жиілікті сигналды пайдаланды. Оларды әуежайдың нақты бір жеріне орналастырудың қажеті де болмады, сигналды электрондық түрде "ауыстыруға" болатын. Бұл физикалық тұрғыдан үлкен ILS жүйелерімен салыстырғанда орналастыруды оңайлатты, оларды ұшу-қону жолақтарының соңына және жақындау жолына орналастыру қажет болды. Тағы бір артықшылығы – MLS сигналдары ұшу-қону жолағының соңындағы кең желкен пішіндес аймақты қамтиды, бұл диспетчерлерге әртүрлі бағыттардан жақындап келе жатқан ұшақтарды бағыттауға немесе сегменттелген жақындау бойынша ұшақтарды басқаруға мүмкіндік берді. ILS ұшақты тек бір түзу сызық бойымен бағыттай алатын, ал диспетчерлер ұшақтарды осы сызық бойымен бөлуге мәжбүр болды. MLS ұшақтарға ILS сигналын "ұстау" алдында белгілі бір орбитаға ұшудың қажеті болмастан, олар қазіргі уақытта ұшып келе жатқан бағыттан жақындауға мүмкіндік берді. Бұл әсіресе ірі әуежайларда тиімді болды, өйткені ұшақтарды әуежайға жақын жерде көлденең жағынан жақын орналастыруға болатын. Биіктік бойынша да желкен пішіндес жабу төмендеу жылдамдығының өзгеруіне мүмкіндік береді, бұл MLS-ті тік бұрыштармен ұшатын ұшақтар үшін, мысалы, тікұшақтар, истребительдер және ғарыш кемелері үшін пайдалы етеді. ILS-тен айырмашылығы, әртүрлі сигналдарды тарату үшін әртүрлі жиіліктерді қажет етті, MLS бір жиілікті пайдаланып, азимут және биіктік туралы ақпаратты бірінен кейін бірі таратты. Бұл жиіліктердің қайшылықтарын азайтады, сондай-ақ пайдаланылатын жиіліктер FM хабар таратудан алыс болды, бұл ILS-тің тағы бір мәселесі еді. MLS сонымен қатар екі жүзден астам жеке арналарды ұсынды, бұл бір аймақтағы әуежайлар арасындағы қақтығыстарды оңай болдырмауға мүмкіндік берді. Соңында, ILS-ке қарағанда дәлдік айтарлықтай жақсарды. Мысалы, ILS-пен қолданылатын стандартты DME жабдықтары тек ±1200 фут қашықтықта дәлдік берді. MLS бұл көрсеткішті ±100 футқа дейін жақсартты, оны DME/P деп атады (нақтылығы үшін) және азимут пен биіктікте де ұқсас жақсартулар ұсынды. Бұл MLS-ке CAT III әдістерін өте дәл бағыттауға мүмкіндік берді, ал бұл әдетте қымбат жердегі жоғары дәлдікті радарды қажет етеді. Басқа да дәл қону жүйелеріне ұқсас, көлденең және тік бағыттағы ақпаратты дәстүрлі бағыт ауытқу индикаторларында немесе көп мақсатты кабиналық дисплейлерге енгізуге болады. Қашықтық туралы ақпаратты дәстүрлі DME индикаторлары арқылы көрсетуге және көп мақсатты дисплейлерге енгізуге болады. Бастапқыда ILS 2010 жылға дейін жұмыс істемек, содан кейін оны MLS алмастыратын еді. Бірақ FAA 1980 жылдары GPS-ті қолдауға кіріскен кезде бұл жүйе тек тәжірибелік түрде орнатылды. Ең нашар жағдайда да GPS кемінде 300 фут дәлдік ұсынды, MLS-тен нашар болғанымен, ILS-тен әлдеқайда жақсы. GPS сонымен қатар тек ұшу-қону жолақтарының соңында ғана емес, "әр жерде" жұмыс істеді. Бұл бір навигациялық құрал қысқа және ұзақ қашықтықтағы навигациялық жүйелердің екеуін де алмастыра алатынын, одан да жақсы дәлдік ұсынатынын және жердегі жабдықтардың қажеті болмайтынын білдірді. GPS-тің өнімділігі, атап айтқанда ұшу-қону жолағының жанындағы тік бағыттағы дәлдігі және жүйенің сенімділігі тарихи ICAO стандарттары мен тәжірибелеріне жете алмады. GPS-тің дәлдігін арттыру үшін жердегі станциялардан "түзету сигналдарын" жіберуге болатын, бұл ең нашар жағдайда да дәлдікті шамамен 10 метрге дейін арттырады, MLS-тен әлдеқайда жоғары нәтижелер береді. Бастапқыда бұл сигналдарды коммерциялық радио жиіліктеріндегі қысқа қашықтықтағы FM хабар тарату арқылы жіберу жоспарланған, бірақ бұл қиындық тудырды. Бүгінде ұқсас сигнал Солтүк Американың барлық аймағында коммерциялық спутниктік жүйе арқылы WAAS деп белгіленеді. Алайда WAAS әуе тасымалдаушыларының автоматты қонуы үшін CAT II немесе CAT III стандартты сигналдарды ұсына алмайды (дегенмен WAAS жүйесімен жабдықталған ұшақтардағы Garmin Autoland сияқты төтенше жағдайларда автоматты қону мүмкіндігін қамтамасыз етеді), сондықтан Жергілікті аудандарды күшейту жүйесі (LAAS) қолданылуы керек.

Ғарыш шаттл

Микротолқындық сканерлік сәулелік қону жүйесі (MSBLS) – Ку-диапазонындағы қону және NASA ғарыш кемесінде қолданылатын навигациялық құрал. Ол орбиталық аппаратты ұшудың соңғы екі минутында жерге қонғанға дейін бағыттау үшін қалыптасу, бағыт және қашықтық туралы нақты деректерді қамтамасыз етті. Сигналды әдетте шамамен 28 км қашықтықтан және шамамен 5 км биіктіктен (18 000 фут) пайдалануға болады. NASA қолданған MSBLS орналымдары әр екі жылда бір рет дәлдігіне сертификатталатын. 2004 жылдан бастап Федералдық авиация басқармасы осы тексеруді жүзеге асыру үшін NASA-мен бірлесіп жұмыс істеді. Бұрын тек NASA ұшақтары мен жабдықтары қолданылған. 2004 жылы Кеннеди ғарыш орталығының MSBLS-ін сынау нәтижесінде 5 сантиметрлік дәлдік анықталды. Space Shuttle қонуы 19 градус бұрылыспен басталатын, бұл коммерциялық реактивтік ұшақтардың әдеттегі 3 градус бұрылысынан алты есе тік.

Операциялық функциялар

Жүйені бес функцияға бөлуге болады: жақындау азимуты, кері азимут, жақындау биіктігі, қашықтық және деректер алмасу.

Азимут бағыты бойынша бағыт-бағдар

Азимуттық станция МЛС бұрышы мен деректерін 5031-ден 5090,7 МГц жиілік диапазонындағы 200 каналдың бірі арқылы жібереді және әдетте ұшу-қону жолағының соңғы нүктесінен шамамен 1000 фут (300 м) қашықтықта орналасқан, бірақ орналасқан жерін таңдауда үлкен икемділік бар. Мысалы, гелипорттарда азимуттық хабар таратушы биіктік хабар таратушымен бірге орналастырылуы мүмкін. Азимуттық қамту: Стандартты конфигурацияда ұшу-қону жолағының орта сызығынан екі жаққа кемінде 40 градусқа дейін, биіктік бойынша 15 градусқа дейін және кемінде 20 000 футқа (6 км), ал қашықтық бойынша кемінде 20 теңіз шақырымына (37 км) дейін жетеді (118-суретті қараңыз).

Биіктікті басқару

Биіктік станциясы сигналдарды азимут станциясымен бірдей жиілікте таратады. Бір жиілік бұрыш және дерек функциялары арасында уақыт бойынша бөліседі және әдетте ұшу-қону жолағының басы мен қону аймағы арасында, ұшу-қону жолағының шетінен шамамен 400 фут қашықтықта орналасқан. Биіктікпен қамту азимуттық бағыттау сигналдарымен бірдей әуе кеңістігінде қамтамасыз етіледі: биіктік бойынша кем дегенде +15 градусқа дейін; бүйірлік жағынан, азимуттың бүйірлік қамтуын толықтыру үшін және қашықтық бойынша кем дегенде 20 теңіз шақырымына (37 км) дейін (1-сурет 1 1 9-ды қараңыз).

Қашықтыққа бағыттау

MLS қашықтықты дәл өлшейтін құрылғы (DME/P) навигациялық DME сияқты жұмыс істейді, бірақ кейбір техникалық айырмашылықтар бар. Байрондық транспондер 962-ден 1105 МГц жиілік диапазонында жұмыс істейді және ұшақтың сұрауына жауап береді. MLS DME/P-нің дәлдігі MLS азимут және биіктік станцияларымен қамтамасыз етілген дәлдікке сәйкес ету үшін жақсартылған. DME/P арнасы азимут және биіктік арнасымен жұптастырылады. DME/P-ның бұрыштық функцияларымен жұптастырылған 200 арнаның толық тізімі FAA 022 стандартында (MLS өзара үйлесімділік және өнімділік талаптары) келтірілген. DME/N немесе DME/P MLS-тің ажырамас бөлігі болып табылады және MLS нысандарының барлығында орнатылады, егер рұқсат алынбаса. Мұндай жағдай сирек кездеседі және тек қана шеткерлеген, аз қысымды әуежайларда ғана болады, онда маркерлік маяктар немесе компас локаторлары орнатылған.

Деректер байланысы

Деректерді беру негізгі және қосымша дерек сөздерін қамтуы мүмкін. Барлық MLS қондырғылары негізгі деректерді таратады. Қажет болған жағдайда, қосымша деректерді таратуға болады. MLS деректері азимуттың (және егер берілген болса, кері азимуттың) барлық қамту секторлары бойынша таратылады. Типтік деректерге мыналар жатады: станцияның идентификациясы, азимуттың, биіктіктің және DME/P станцияларының нақты орналасқан жерлері (MLS қабылдағыштарының өңдеу функциялары үшін), жердегі жабдықтардың өнімділік деңгейі; және DME/P каналы мен күйі. MLS идентификациясы – M әрпімен басталатын төрт әріпті белгілеу. Ол халықаралық Морзе кодімен минутына кемінде алты рет жақындау азимуты (және кері азимуты) бойынша жердегі жабдықтар арқылы таратылады. Қосымша деректердің мазмұны: Типтік деректерге мыналар жатады: MLS жабдықтарының 3D орналасуы, бағыттық нүктелердің координаттары, ұшу-қону жолағының жағдайы және ауа райы (мысалы, RVR, көкжиең, биіктік өлшегіш орнатымы, жел, соқтығыс аймағы, желдің жылдамдық өзгерісі).

Болашақ

АҚШ-та FAA 1994 жылы GPS (Wide Area Augmentation System WAAS) пайдасына MLS бағдарламасын тоқтатты. FAA-ның аспаптық ұшу процедураларының тізіміне енді MLS нысандары кірмейді; соңғы екеуі 2008 жылы алынып тасталды. Еуропадағы ерекше пайдалану шарттарына байланысты көптеген елдер (әсіресе нашар көріну жағдайларымен белгілі елдер) ILS-тің орнына MLS жүйесін қабылдайды деп күтілді. Бірақ, шындығында, жалғыз ірі орнатылған жүйе Лондон Хитроу әуежайы болды, ол 2017 жылдың 31 мамырында жұмысын тоқтатты. MLS орнату жоспарланған Франкфурт әуежайы сияқты басқа да ірі әуежайлар оның орнына жер үстіндегі күшейту жүйесі (GBAS) арқылы ұшу тәсілдерін енгізді. GBAS жүйелерінің саны артқан сайын, MLS-тің жаңадан орнатылуы немесе қолданыстағы жүйелердің жалғастырылуы күмәнді болып тұр.