Система цифровой связи воздушных судов ACARS

Введение

Система цифровой связи воздушных судов

В авиации ACARS (произносится /ˈei//kɑr//z/; аббревиатура от Aircraft Communications Addressing and Reporting System – система адресации и отчетности воздушных судов) – это цифровая система передачи данных для обмена короткими сообщениями между воздушными судами и наземными станциями по радиосвязи в авиационном диапазоне частот или через спутник. Протокол был разработан ARINC и внедрен в 1978 году с использованием формата телеграмм. Позднее SITA добавила больше радиостанций ACARS.

История ACARS

До введения каналов передачи данных в авиации, вся связь между самолетом и наземным персоналом осуществлялась летным экипажем посредством голосовой связи, с использованием либо VHF, либо HF голосовых радиостанций. Во многих случаях передаваемая по голосовой связи информация обрабатывалась специальными радиооператорами и отправлялась в виде цифровых сообщений в систему телетайпа авиакомпании или в последующие системы. Кроме того, почасовая оплата труда летного и кабинного экипажа зависела от того, находился ли самолет в воздухе или на земле, а если на земле – то у выхода на посадку или нет. Летные экипажи сообщали об этом времени голосом диспетчерам, расположенным в разных географических точках. Авиакомпании стремились исключить самоотчетность о времени, чтобы избежать неточностей, будь то случайные или преднамеренные. Это также снизило потребность в радиооператорах для приема этих отчетов. В стремлении снизить нагрузку на экипаж и повысить целостность данных, инженерный отдел ARINC в июле 1978 года внедрил систему ACARS как автоматизированную систему учета времени. Авионику производила компания Teledyne Controls, а первой авиакомпанией-пользователем стала Piedmont Airlines. Изначально аббревиатура расшифровывалась как "Arinc Communications Addressing and Reporting System". Позже она была изменена на "Aircraft Communications, Addressing and Reporting System" (Система связи, адресации и отчетности воздушных судов). Первым стандартом авионики был ARINC 597, который определял блок управления ACARS, включающий дискретные входы от датчиков дверей, стояночного тормоза и веса на колесах для автоматического определения фазы полета и генерации сообщений в формате телеграмм. Он также содержал MSK-модем, который использовался для передачи сообщений по существующим голосовым радиостанциям VHF. Глобальные стандарты для ACARS были разработаны Комитетом по авиационной электронике (AEEC). В первый день эксплуатации ACARS было обработано около 4000 транзакций, но широкое распространение среди крупных авиакомпаний она получила лишь в 1980-х годах. Впоследствии ранние системы ACARS были расширены для поддержки самолетов с цифровыми шинами данных, системами управления полетом и термопринтерами.

Prior to the introduction of datalink in aviation, all communication between the aircraft and ground personnel was performed by the flight crew using voice communication, using either VHF or HF voice radios. In many cases, the voice relayed information involved dedicated radio operators and digital messages sent to an airline teletype system or successor systems. Further, the hourly rates for flight and cabin crew salaries depended on whether the aircraft was airborne or not, and if on the ground whether it was at the gate or not. The flight crews reported these times by voice to geographically dispersed radio operators. Airlines wanted to eliminate self reported times to preclude inaccuracies, whether accidental or deliberate. Doing so also reduced the need for human radio operators to receive the reports. In an effort to reduce crew workload and improve data integrity, the engineering department at ARINC introduced the ACARS system in July 1978, as an automated time clock system. Teledyne Controls produced the avionics and the launch customer was Piedmont Airlines. The original expansion of the abbreviation was "Arinc Communications Addressing and Reporting System". Later, it was changed to "Aircraft Communications, Addressing and Reporting System". The original avionics standard was ARINC 597, which defined an ACARS Management Unit consisting of discrete inputs for the doors, parking brake and weight on wheels sensors to automatically determine the flight phase and generate and send as telex messages. It also contained a MSK modem, which was used to transmit the reports over existing VHF voice radios. Global standards for ACARS were prepared by the Airlines Electronic Engineering Committee (AEEC). The first day of ACARS operations saw about 4,000 transactions, but it did not experience widespread use by the major airlines until the 1980s. Early ACARS systems were extended over the years to support aircraft with digital data bus interfaces, flight management systems, and thermal printers.

Описание системы и ее функции

ACARS как термин относится к комплексной наземной и бортовой системе, включающей оборудование на воздушном судне, наземное оборудование и поставщика услуг. Бортовое оборудование ACARS состоит из оконечных систем с маршрутизатором, который направляет сообщения через подсеть «воздух-земля». Наземное оборудование представляет собой сеть радиоприемников-передатчиков, управляемых центральным компьютером, называемым AFEPS (Arinc Front End Processor System), который обрабатывает и маршрутизирует сообщения. Как правило, наземные станции ACARS принадлежат государственным органам, таким как Федеральное управление гражданской авиации, оперативным центрам авиакомпаний или, в случае небольших авиакомпаний или авиации общего назначения, сторонним сервис-провайдерам по подписке. Обычно государственные органы отвечают за выдачу разрешений, а оперативные центры авиакомпаний – за назначение мест стоянок, техническое обслуживание и потребности пассажиров.

Система обработки почвы

Обеспечение наземной системы является ответственностью либо участвующего поставщика аэронавигационных услуг (ANSP), либо оператора воздушного судна. Операторы воздушных судов часто передают эту функцию на аутсорсинг поставщику услуг связи по каналам передачи данных (DSP) или другому поставщику услуг. Сообщения с воздушных судов, особенно автоматически генерируемые, могут быть предварительно сконфигурированы в зависимости от типа сообщения, чтобы автоматически доставляться соответствующему получателю, равно как и сообщения, инициированные с земли, могут быть настроены для достижения нужного воздушного судна. Оборудование ACARS на борту воздушного судна связано с наземным оборудованием через DSP. Поскольку сеть ACARS построена по образцу сети телетайных соединений типа "точка-точка", все сообщения поступают в центральный пункт обработки для маршрутизации. ARINC и SITA – два основных поставщика услуг, в некоторых регионах существуют и более мелкие операторы. В отдельных регионах действует несколько поставщиков услуг.

События ОООИ

Основная функция ACARS — автоматическое определение и сообщение о начале каждой основной фазы полета, называемой в отрасли событиями OOOI (выезд из ворот, отрыв от земли, посадка на землю и прибытие в ворота). Эти события OOOI определяются на основе данных от датчиков самолета, установленных на дверях, стояночных тормозах и стойках шасси. В начале каждой фазы полета на землю передается сообщение ACARS, содержащее описание фазы полета, время ее начала и другую сопутствующую информацию, такую как количество топлива на борту или пункт отправления и назначения. Эти сообщения используются для отслеживания статуса самолетов и экипажей.

Интерфейс системы управления полетом

ACARS взаимодействует с системами управления полетом (FMS), выступая в качестве системы связи для передачи планов полетов и информации о погоде с земли в FMS. Это позволяет авиакомпании обновлять FMS во время полета и дает возможность экипажу оценивать новые погодные условия или альтернативные планы полета.

Данные о состоянии оборудования и техническом обслуживании

ACARS используется для передачи информации с самолета на наземные станции о состоянии различных систем и датчиков в режиме реального времени. Неисправности и отклонения от нормы также передаются на наземные станции вместе с подробными сообщениями, которые авиакомпания использует для контроля за состоянием оборудования и более эффективного планирования ремонтных и обслуживающих работ.

Сообщения пинг

Автоматические сообщения типа "пинг" используются для проверки соединения самолета со станцией связи. Если устройство ACARS воздушного судна не передавало данные в течение времени, превышающего заданный интервал, наземная станция может отправить запрос "пинг" самолету (непосредственно или через спутник). Ответ на запрос "пинг" свидетельствует об исправности связи ACARS.

Ручная отправка сообщений

Интерфейсы ACARS взаимодействуют с интерактивными дисплеями в кабине пилотов, позволяя летным экипажам отправлять и получать технические сообщения и отчеты на наземные станции и от них, например, запросы информации о погоде, разрешения на полет или сведения о стыковочных рейсах. Ответ от наземной станции также поступает на борт самолета через ACARS. Каждая авиакомпания настраивает ACARS для выполнения этих функций в соответствии со своими потребностями.

Подробности сообщения

ACARS сообщения могут быть отправлены с использованием различных методов связи, таких как VHF или HF, напрямую на землю или через спутник, с использованием модуляции минимального сдвига частоты (MSK). ACARS может отправлять сообщения по VHF, если в текущем районе полета воздушного судна существует сеть наземных станций VHF. VHF-связь распространяется по прямой видимости, и типичный радиус действия составляет до 200 морских миль на больших высотах. В случае отсутствия VHF может быть использована сеть HF или спутниковая связь, при их наличии. Спутниковое покрытие может быть ограничено на высоких широтах (например, при полетах через полюс). + Типичная передача ACARS по VHF. Режим A Воздушное судно B 18722 Подтверждение NAK Идентификатор блока 2 Рейс CI5118 Метка B9 Номер сообщения L05A Сообщение /KLAX. TI2/024KLAXA91A1

Роль ACARS в авиационных авариях и инцидентах

После крушения рейса 447 авиакомпании Air France в 2009 году обсуждалась возможность превращения ACARS в "онлайн-черный ящик" для снижения последствий потери бортового самописца. Однако никаких изменений в систему ACARS внесено не было. В марте 2014 года сообщения ACARS и доплеровский анализ данных спутниковой связи ACARS сыграли очень важную роль в попытках установить приблизительное местоположение рейса 370 авиакомпании Malaysia Airlines. Хотя основная система ACARS на борту MH370 была выключена, вторая система ACARS под названием Classic Aero оставалась активной, пока самолет был запитан, и продолжала пытаться установить связь со спутником Inmarsat каждый час. Блок ACARS на борту Airbus A320 рейса EgyptAir 804 отправил сообщения ACARS, указывающие на наличие дыма в туалетах и в отсеке авионики, перед крушением самолета в Средиземное море 19 мая 2016 года, в результате которого погибли все 66 находившихся на борту. 24 февраля 2021 года блок ACARS рейса South African Airways из международного аэропорта О.Р. Тамбо в Йоханнесбурге в Брюссель отправил сообщение ACARS о "событии "альфа-пол"", которое было активировано, когда система защиты огибающей Airbus A340-600 вмешалась, чтобы предотвратить сваливание самолета при взлете. 19 февраля 2023 года поступило множество сообщений ACARS о большом белом воздушном шаре вблизи Гавайских островов в воздушных коридорах.

Использование ACARS вне авиации

В 2002 году ACARS был добавлен в архитектуру наблюдательной системы NOAA. Таким образом, коммерческие самолеты могут служить источниками данных о погоде для метеорологических служб, использующих их в моделях прогнозирования, передавая метеорологические наблюдения, такие как данные о ветре и температуре, по сети ACARS. NOAA предоставляет оперативные карты погоды.