Введение
Свободный полет – это развивающийся метод управления воздушным движением, который не предполагает централизованного управления (например, диспетчеров воздушного движения). Вместо этого части воздушного пространства резервируются динамически и автоматически в распределенном порядке с использованием компьютерной связи для обеспечения необходимого интервала между воздушными судами. Эта новая система может быть внедрена в систему управления воздушным движением США в следующем десятилетии. Однако её потенциальное влияние на функционирование национальной системы воздушного пространства остаётся предметом споров.
Обзор
Свободный полет – это новая концепция, разрабатываемая для замены существующих методов управления воздушным движением посредством использования технологий. Истинный свободный полет устраняет необходимость в диспетчерах управления воздушным движением (УВД), передавая ответственность командиру воздушного судна. Это предоставляет пилоту возможность изменять траекторию полета непосредственно в воздухе. С помощью компьютерных систем и/или УВД пилоты смогут принимать больше решений относительно маршрута полета самостоятельно. Как и в большинстве сложных систем, считается, что распределенное, но согласованное принятие решений более эффективно, чем централизованное управление, характерное для современной системы управления воздушным движением.
История
Свободный полет начался как попытка снизить зависимость от человеческого фактора и повысить зависимость от развивающихся технологий того времени. По мере расширения авиакомпаниями своих парков в 1960-х годах возросла потребность в управлении воздушным движением (ATM). ATM разработал правила полетов по приборам (обычно известные как "IFR") для управления растущим числом воздушных судов. Это помогало контролировать воздушное движение, но требовало значительных затрат времени, усилий и ресурсов на поддержание полетов по правилам полетов по приборам. В 1968 году Федеральное управление гражданской авиации издало Правило для аэропортов высокой плотности, чтобы сократить количество самолетов в конкретном аэропорту. За двадцать лет до этого Крокер Сноу использовал телевизионные камеры для определения своего местоположения во время полета. Он отправлял сигналы самолетам, чтобы они могли получить перспективу со стороны, увидеть окружающую обстановку. Эта идея работала, но была слишком дорогой и непрактичной. В 1960-х годах транспондеры устранили необходимость в использовании телевизионных камер. Другими проблемами, возникшими в авиационной отрасли, стали топливные кризисы ОПЕК и забастовка Профессиональной организации авиадиспетчеров (PATCO) в 1982 году, в результате которой президент Рональд Рейган уволил тысячи авиадиспетчеров. Это показало, насколько уязвимы воздушные перевозки к экономическим факторам. Ключевые компоненты свободного полета были определены в 1971 году менеджером систем United Airlines Уильямом Коттоном, хотя технология для его реализации стала доступна только через два десятилетия. В 1970-х годах система спутниковой навигации GPS была развернута Министерством обороны США, и авиационная промышленность увидела возможность использовать GPS для потенциально более эффективного управления воздушным движением за счет расширенного использования этой возможности в сочетании с автоматизацией, которую она обеспечивала. В 1991 году Международная организация гражданской авиации создала Панель по будущим системам воздушной навигации. Панель разработала описания приложений спутниковых технологий и их использования в управлении воздушным движением. Более значимая роль была отведена "траектории, определяемой пользователем", которая к середине 1990-х годов стала известна как "свободный полет". Первые слушания по вопросу внедрения свободного полета были проведены в августе 1994 года представителем Коллином Петерсоном (демократ от Миннесоты), председателем подкомитета Палаты представителей, обладающего полномочиями по расследованию деятельности FAA. Первая фаза завершилась в конце 2002 года, остальные не были начаты. В 2001 году NASA запатентовало метод и систему автоматизированного инструмента, позволяющего диспетчерам управления воздушным движением на маршруте динамически оптимизировать маршруты самолетов. Реальные приложения свободного полета существуют только в небольшом масштабе в отдельных зонах воздушного пространства, где работают только наиболее хорошо оснащенные самолеты, например, на большой высоте коммерческие авиалайнеры. Существует множество версий свободного полета, разрабатываемых для Системы воздушного транспорта следующего поколения (NGATS). Ожидается, что концепция свободного полета будет постепенно внедряться в течение следующих 20–30 лет по мере развития NGATS, в рамках миллиардных инвестиций в разработку, тестирование, тщательное планирование перехода, обучение и развертывание наземных и бортовых систем всеми типами воздушных судов. Ключевые элементы NGATS включают автоматическую зависимую трансляцию наблюдения (ADS-B) и постоянно развивающееся сетевое информационное приложение, известное как Система управления информацией System Wide или "SWIM".
Подходы свободного полета
Существует несколько направлений развития свободного полёта.
В воздухе
При воздушном заходе ответственность за обеспечение интервалов полностью лежит на пилотах, действующих в условиях саморазведения. Пилот несёт ответственность за обнаружение и разрешение возникающих проблем в полёте. Компьютеры оказывают помощь экипажу в этом вопросе. Информация, такая как сводки погоды или положение других воздушных судов, передаётся от диспетчерской службы (или автоматизированных станций) на борт самолёта, чтобы пилоты могли принять оптимальное решение. Система наблюдения может быть как наземной, так и бортовой. Проблемы, связанные с этим методом, включают в себя обеспечение достоверности информации наблюдения, совместимость различного оборудования, невозможность установки оборудования на малые воздушные суда и вероятность отказа системы. Добиться полной уверенности в контроле всего воздушного движения крайне сложно. Если два самолёта, использующих различное оборудование, сближаются, данные этого оборудования должны быть переданы принимающей стороне вместе с обычной информацией, такой как скорость. Большие самолёты не испытывают проблем с оборудованием, но малые воздушные суда могут столкнуться с трудностями при обмене данными, если им не хватает необходимого компонента. Разумеется, в ситуации один на один решить проблему было бы легко, но при участии нескольких самолётов сложность поиска решения возрастает. И, наконец, в случае отказа системы или ошибки в программном обеспечении самолёт и другие воздушные суда окажутся без информации об обстановке.
Земля
Все данные передаются в органы УВД, и пилот запрашивает определенный маршрут полета. Связь будет осуществляться от воздушного судна к органам УВД, а не между воздушными судами. При таком подходе экипаж не будет обладать полной ситуационной осведомленностью при заходе на посадку. Экипаж не сможет справиться с возникающими неопределенностями или оказать помощь в их разрешении при использовании данной схемы. Если одно воздушное судно не выполнит указание органов УВД, это указание придется повторить, что, в свою очередь, увеличит нагрузку на диспетчеров УВД.
Смешанный фокус
Смешанный подход, представляющий собой сочетание воздушного и наземного методов. AOC первоначально отправляет маршрут воздушному судну и системе управления воздушным движением (УВД). Если экипаж не согласен с маршрутом, он отправляет изменения маршрута в систему УВД и AOC.
Разделение
Разделение воздушного пространства делится на защищенную зону и зону оповещения. В большей зоне, называемой зоной оповещения, система информирует экипаж одним из трех способов о наличии воздушного судна поблизости. Она служит индикатором и лишь предупреждает летный состав. В защищенной зоне пространство должно быть абсолютно свободным от любых посторонних объектов. Это минимально допустимое расстояние сближения. Система должна предупредить экипаж до того, как что-либо приблизится к этой зоне, но если объект все же проникнет в защищенную зону, экипаж выполнит маневр уклонения для предотвращения столкновения.
Метод обнаружения конфликтов с использованием центральной системы автоматизации TRACON
Система автоматизации центра TRACON (CTAS) получает данные о траектории полета воздушных судов, модели атмосферы, характеристиках самолетов и других влияющих факторах. На основе полученной информации система рассчитывает оптимальную траекторию, используя математические уравнения и логические алгоритмы. В настоящее время CTAS применяется в ограниченном масштабе.