Введение

Система предупреждения столкновений воздушных судов
Система предупреждения движения и предотвращения столкновений (TCAS, произносится /t//i://k//æ//s/; TEE kas) — это система предотвращения столкновений воздушных судов, разработанная для снижения вероятности столкновений в воздухе (MAC) между самолетами. Она контролирует воздушное пространство вокруг самолета на предмет других воздушных судов, оснащенных соответствующим активным транспондером, независимо от управления воздушным движением, и предупреждает пилотов о присутствии других самолетов, оборудованных транспондером, которые могут представлять угрозу столкновения в воздухе. Это тип бортовой системы предотвращения столкновений, предписанный Международной организацией гражданской авиации для установки на все воздушные суда с максимальной взлетной массой (MTOM) более определенной величины или имеющие разрешение на перевозку более 19 пассажиров. CFR 14, Ch I, часть 135 требует установки TCAS I на самолеты вместимостью от 10 до 30 пассажиров и TCAS II на самолеты, перевозящие более 30 пассажиров. ACAS/TCAS основан на сигналах транспондера вторичного радиолокационного наблюдения (SSR), но функционирует независимо от наземного оборудования, предоставляя пилоту информацию о потенциально конфликтующих самолетах. В современных самолетах с «стеклянной кабиной» дисплей TCAS может быть интегрирован в навигационный дисплей (ND) или электронный горизонтальный индикатор положения (EHSI). В более старых самолетах с «стеклянной кабиной» и самолетах с механическими приборами интегрированный дисплей TCAS, включающий мгновенный индикатор вертикальной скорости (IVSI), может заменить механический IVSI, который показывает только скорость снижения или набора высоты.

Описание системы

TCAS предполагает обмен данными между всеми воздушными судами, оснащенными соответствующим ответчиком (при условии, что ответчик включен и правильно настроен). Каждое воздушное судно, оборудованное TCAS, опрашивает все остальные воздушные суда в заданном радиусе об их местоположении (по радиочастоте 1030 МГц), и все остальные воздушные суда отвечают на эти запросы (по 1090 МГц). Этот цикл опроса и ответа может повторяться несколько раз в секунду.

Типы уведомлений о трафике и разрешении

Тип Текст Значение Необходимое действие TA Трафик; трафик. Самолет-нарушитель вблизи как по горизонтали, так и по вертикали. Попытайтесь установить визуальный контакт и будьте готовы к маневру, если будет выдано RA. RA Подъем; поднимайтесь. Нарушитель пройдет ниже. Начните подъем на RA. Спуск. Спускайтесь. Нарушитель пройдет выше. Начните снижение на RA. Увеличение подъема. Нарушитель пройдет чуть ниже. Поднимайтесь на RA. Увеличение снижения. Нарушитель пройдет чуть выше. Снижайтесь на RA. Снижение подъема. Нарушитель, вероятно, находится значительно ниже. Поднимайтесь с меньшей скоростью. RA Снижение скорости снижения. Нарушитель, вероятно, находится значительно выше. Снижайтесь с меньшей скоростью. RA Подъем; поднимайтесь немедленно. Нарушитель, который проходил сверху, теперь пройдет снизу. Переключитесь со снижения на подъем. Спуск; спускайтесь немедленно. Нарушитель, который проходил снизу, теперь пройдет сверху. Переключитесь с подъема на снижение. RA Поддерживать вертикальную скорость; поддерживать. Нарушитель будет избегнут, если будет поддерживаться текущая вертикальная скорость. Поддерживайте текущую вертикальную скорость. RA Выровнять; выровнять. Нарушитель находится на значительном расстоянии или ослабление первоначального RA. Начните выравнивание. RA Контролировать вертикальную скорость. Нарушитель впереди, в горизонтальном полете, выше или ниже. Оставайтесь в горизонтальном полете. Пересечение. Прохождение через уровень нарушителя. Обычно добавляется к любому другому RA. Действуйте в соответствии с сопутствующим RA. CC Конфликт отсутствует. Нарушитель больше не представляет угрозы. Немедленно вернитесь к предыдущему указанию диспетчера УВД.

TCAS I

TCAS I – это более дешевая, но менее функциональная система, чем современная TCAS II, внедренная для использования в общей авиации после обязательного требования FAA по установке TCAS II на воздушных судах, выполняющих регулярные перевозки. Системы TCAS I способны отслеживать воздушную обстановку вокруг самолета (на расстоянии до 64 километров) и предоставлять информацию о примерном пеленге и высоте других воздушных судов. Она также может выдавать предупреждения о возможном столкновении в виде "Traffic Advisory" (TA). Предупреждение TA информирует пилота о том, что другой самолет находится поблизости, объявляя "Трафик, трафик", но не предлагает никаких рекомендаций по устранению угрозы; пилот самостоятельно решает, как действовать, как правило, с помощью диспетчерской службы. После устранения угрозы система сообщает: "Конфликт разрешен".

TCAS II

TCAS II – первая система, представленная в 1989 году и являющаяся текущим поколением приборного предупреждения TCAS, используемого на большинстве коммерческих воздушных судов (см. таблицу ниже). Самолет US Airways 737 стал первым самолетом, сертифицированным с системой TCAS II производства AlliedBendix (ныне Honeywell). Она обеспечивает все преимущества TCAS I, но также предоставляет пилоту прямые голосовые инструкции по избежанию опасности, известные как "Рекомендация по разрешению" (RA). Предлагаемое действие может быть "корректирующим", предлагая пилоту изменить вертикальную скорость, произнося: "Снижаться, снижаться", "Набирать высоту, набирать высоту" или "Выровнять, выровнять" (что означает уменьшить вертикальную скорость). В отличие от этого, может быть выдана "предупреждающая" RA, которая просто предупреждает пилотов не отклоняться от текущей вертикальной скорости, произнося: "Контролировать вертикальную скорость" или "Поддерживать вертикальную скорость, поддерживать". Системы TCAS II координируют свои рекомендации по разрешению ситуации перед выдачей команд пилотам, так что, если одному самолету предписано снижаться, другому обычно предписывается набирать высоту – максимизируя расстояние между двумя самолетами. Версия 7.0 TCAS II была произведена тремя производителями авионики: Rockwell Collins, Honeywell и ACSS (Aviation Communication & Surveillance Systems; совместное предприятие L3 Technologies и Thales Avionics). После столкновения в воздухе в Уберлингене (1 июля 2002 года) были проведены исследования по улучшению возможностей TCAS II. После значительного вклада и давления со стороны Евроконтроля, RTCA (Специальный комитет SC 147) и EUROCAE совместно разработали пересмотренный документ о минимальных стандартах эксплуатационной эффективности TCAS II (MOPS). В результате к 2008 году были выпущены и опубликованы стандарты для версии 7.1 TCAS II как RTCA DO 185B. Другие изменения в этой версии включают замену неоднозначной RA "Adjust Vertical Speed, Adjust" на RA "Level off, Level off", чтобы предотвратить неправильную реакцию пилотов (предложение об изменении CP115); а также улучшенную обработку корректирующих/предупреждающих объявлений и удаление отображения зеленой дуги, когда положительная RA ослабевает исключительно из-за экстремально низкой или высокой высоты (1000 футов над уровнем земли или ниже, или вблизи верхнего эшелона самолета), чтобы предотвратить неверные и потенциально опасные указания пилоту (предложение об изменении CP116). Исследования, проведенные для Евроконтроля с использованием недавно собранных оперативных данных, показывают, что в настоящее время вероятность столкновения в воздухе для каждого часа полета в европейском воздушном пространстве составляет 2,7 x 10−8, что эквивалентно одному случаю за 3 года. После внедрения TCAS II версии 7.1 эта вероятность будет снижена в 4 раза.

TCAS III

Первоначально обозначенный как TCAS II Enhanced, TCAS III задумывался как расширение концепции TCAS II с включением возможности выдачи рекомендаций по горизонтальному разрешению. TCAS III был «технологией следующего поколения» для предотвращения столкновений, разработка которой велась авиационными компаниями, такими как Honeywell. TCAS III включал технические усовершенствования системы TCAS II и обладал возможностью предоставлять информацию о воздушной обстановке и разрешать конфликты трафика, используя горизонтальные и вертикальные команды маневрирования для пилотов. Например, при встречном сближении одному самолету могли дать команду: «повернуть направо, набрать высоту», а другому – «повернуть направо, снизиться». Это должно было дополнительно увеличить расстояние между самолетами как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях. Горизонтальные команды были бы полезны при конфликте между двумя самолетами, летящими на малой высоте, где может быть мало или совсем нет места для вертикального маневрирования. TCAS III пытался использовать направленную антенну TCAS для определения пеленга на другие воздушные суда и, таким образом, генерировать горизонтальный маневр (например, поворот влево или вправо). Однако, по мнению специалистов отрасли, это оказалось нецелесообразным из-за недостаточной точности направленных антенн TCAS. Считалось, что направленные антенны недостаточно точны для определения точного положения в горизонтальной плоскости и, следовательно, для обеспечения точного горизонтального разрешения. К 1995 году, после многолетних испытаний и анализа, было установлено, что данная концепция неработоспособна с использованием доступных средств наблюдения (из-за недостаточной информации о горизонтальном положении), и что горизонтальные рекомендации по разрешению конфликтов вряд ли будут выдаваться в большинстве сценариев сближения. В связи с этим все работы по TCAS III были приостановлены, и планов по его внедрению нет. Впоследствии эта концепция была развита и заменена на TCAS IV.

TCAS IV

TCAS IV использует дополнительную информацию, закодированную целевым воздушным судном в ответе транспондера Mode S (то есть, целевое воздушное судно кодирует собственные координаты в сигнал транспондера) для формирования горизонтального разрешения к RA. Кроме того, для кодирования требуется надежный источник определения местоположения на целевом воздушном судне, такой как инерциальная навигационная система или GPS. К середине 1990-х годов TCAS IV заменил концепцию TCAS III. Одним из результатов опыта эксплуатации TCAS III стало то, что направленная антенна, используемая процессором TCAS для определения пеленга полученного ответа транспондера, была недостаточно точной для формирования точных координат и, следовательно, безопасного горизонтального разрешения. TCAS IV использовал дополнительную информацию о местоположении, закодированную по каналу связи "воздух-воздух", для формирования информации о пеленге, чтобы точность направленной антенны не имела значения. Разработка TCAS IV продолжалась несколько лет, но появление новых тенденций в области передачи данных, таких как автоматическая зависимая трансляция – широковещание (ADS-B), указало на необходимость переоценки вопроса о том, следует ли интегрировать систему связи данных, предназначенную исключительно для предотвращения столкновений, такую как TCAS IV, в более универсальную систему связи "воздух-воздух" для дополнительных приложений. В результате этих проблем от концепции TCAS IV отказались с началом разработки ADS-B.

Текущее выполнение

Хотя система иногда выдает ложные тревоги, пилоты получили строгие указания рассматривать все сообщения TCAS как достоверные предупреждения, требующие немедленного ответа с высоким приоритетом. Только оповещения и предупреждения об обнаружении сдвига ветра и GPWS имеют более высокий приоритет, чем TCAS. Правила FAA, EASA и большинства других авиационных властей устанавливают, что в случае конфликта между указаниями TCAS RA и инструкциями управления воздушным движением (ATC) указания TCAS RA всегда имеют преимущество. Это в основном связано с тем, что TCAS RA по своей природе обладает более актуальной и полной информацией о ситуации, чем авиадиспетчеры, чьи обновления данных с радаров/транспондеров обычно происходят медленнее, чем запросы TCAS. Эту аварию можно было предотвратить, если бы TCAS мог изменить исходное указание RA для одного из самолетов, обнаружив, что экипаж другого самолета не следует исходному указанию TCAS RA, а выполняет противоречивые инструкции ATC. Эта функция была позднее реализована в версии 7.1 TCAS II. Первоначально планировалось начать внедрение TCAS II версии 7.1 в период с 2009 по 2011 год путем модернизации и переоборудования всех самолетов, оснащенных TCAS II, с целью полной замены версии 7.0 на версию 7.1 к 2014 году. FAA и EASA уже опубликовали Технический стандартный приказ TCAS II версии 7.1 (TSO C119c и ETSO C119c соответственно), действующий с 2009 года, основанный на RTCA DO 185B, который содержит рекомендации по получению одобрения летной годности для систем TCAS II, включая новую версию 7.1. 5 октября 2009 года Ассоциация европейских авиакомпаний (AEA) опубликовала позиционную бумагу, в которой подчеркивается необходимость обязательного внедрения TCAS II версии 7.1 на всех самолетах в приоритетном порядке. 25 марта 2010 года Европейское агентство по безопасности полетов (EASA) опубликовало Уведомление о предлагаемых поправках (NPA) № 2010 03, касающееся внедрения программного обеспечения ACAS II версии 7.1. 14 сентября 2010 года EASA опубликовало Документ ответов на комментарии (CRD) к вышеупомянутому NPA. Кроме того, было предложено внести изменения в стандарт ИКАО, чтобы требовать TCAS II версии 7.1 для соответствия SARP ACAS II. ИКАО разослала поправку для официального согласования государствами-членами, рекомендующую принятие изменения 7.1 TCAS II к 1 января 2014 года для нового оборудования и к 1 января 2017 года для модернизации. Учитывая отзывы и комментарии авиакомпаний, EASA предложило следующие даты для обязательного внедрения TCAS II версии 7.1 в европейском воздушном пространстве: новое оборудование (для новых самолетов) – 1 марта 2012 года, модернизация (для существующих самолетов) – 1 декабря 2015 года. Эти даты являются предварительными и подлежат дальнейшим нормативным процедурам, и не являются окончательными до публикации Правил внедрения. сертифицированный Change 7.1 для своих систем TCAS 2000 и Legacy TCAS II и в настоящее время предлагает обновление Change 7.1 своим клиентам. К июню 2010 года Honeywell опубликовала технический документ с предлагаемыми решениями для TCAS II версии 7.1. Rockwell Collins в настоящее время заявляет, что их системы TCAS 94, TCAS 4000 и TSS 4100, соответствующие требованиям TCAS II, могут быть обновлены до Change 7.1 при его доступности.

Регулирующая ситуация во всем мире

Юрисдикция (Агентство) Классификация воздушных судовРежим ТКАСДата вступления в силу мандатаИндия (DGCA)Самолет с максимальной сертифицированной пассажирской конфигурацией более 30 мест или максимальной грузоподъемностью более 3 тоннТКАС II31 декабря 1998США (FAA)Все коммерческие транспортные воздушные судна с турбинным двигателем, рассчитанные на перевозку более 30 пассажиров (или с MTOM выше)ТКАС II1 января 1994Европа (EASA)Все гражданские транспортные воздушные судна с турбинным двигателем, рассчитанные на перевозку более 30 пассажиров (или с MTOM выше 15 000 кг)ТКАС II1 января 2000Европа (EASA)Все гражданские транспортные воздушные судна с турбинным двигателем, рассчитанные на перевозку более 19 пассажиров (или с MTOM выше 5 700 кг)ТКАС II1 января 2000Гонконг (Управление гражданской авиации)Все воздушные суда в Гонконге, рассчитанные на перевозку более 9 пассажиров (или с MTOM более 5 700 кг)ТКАС II Версия 7.01 января 2000Бразилия (Национальное управление гражданской авиации)Все воздушные суда транспортной категории, рассчитанные на перевозку более 30 пассажировТКАС II Версия 7.01 января 2008Перу (Генеральное управление гражданской авиации)Все гражданские транспортные воздушные судна с турбинным двигателем, рассчитанные на перевозку более 19 пассажиров (или с MTOM выше 5 700 кг)ACAS II (Фактически ТКАС II Версия 7.0)1 января 2005Аргентина (ANAC)Все гражданские транспортные воздушные судна с турбинным двигателем, рассчитанные на перевозку более 19 пассажиров (или с MTOM выше 5 700 кг)ACAS II (Фактически ТКАС II Версия 7.0)1 декабря 2014