Так как же все таки работает TCAS. Часть 1⁠⁠

Привет всем и в частности моим 10-ти подписчикам! Руки таки дошли до написания данной статьи.

Сразу стоит сделать оговорку о том, что я не являюсь разработчиком данной системы и все тонкости работы мне не известны, таким образом я всего лишь эксплуатирую данное изобретение во имя Безопасности полетов. Поэтому здесь и далее изложение о принципе работы будет в объёме необходимом для эксплуатации системы, но, в свою очередь, насчёт эксплуатации могу рассказать подробнее, так как сам являюсь эксплуатантом. Но как вы знаете чукча не писатель...

Определение.

Для понимания стоит сразу начать с определения.

Википедия твой выход:

Система предупреждения столкновения самолётов в воздухе (англ. Traffic Collision Avoidance System, TCAS) — система самолёта, предназначенная для уменьшения риска столкновения воздушных судов. Система обозревает пространство вокруг воздушного судна, обнаруживая другие суда, оборудованные ответчиком системы TCAS. В случае возникновения риска столкновения система предупреждает об этом пилотов.

TCAS произносится как «тикэс».

Принцип работы.

Для работы самолёт должен быть оборудован самолетным ответчиком и самой системой TCAS.

Наглядная функциональная схема:

Поясню, то есть наш TCAS (самолёт слева), работает в сотрудничестве с нашим транспондером или самолетным ответчиком, который в свою очередь обменивается информацией с TCAS’ом другого борта (правый самолёт).

По своим характеристикам TCAS способна обнаруживать конфликтные ситуации в радиусе 30 морских миль (далее - nm). А так же в продольном канале от 30 до 80 nm в зависимости от скоростных характеристик судов и плюс/минус 9900 футов (далее - ft) по высотам.

Для понимания:

TCAS получает данные, передаваемые транспондерами (ответчиками) близлежащих воздушных судов, и использует эти данные для оценки возможных угроз столкновения.

Алгоритм работы.

Первым делом TCAS определяет:

- Курс конфликтного борта, относительно курса нашего самолета.

- Расстояние между нашим и конфликтном самолете, а также скорость расхождения или сближения.

- Относительную высоту конфликтного борта, если он сообщает о своей высоте с помощью транспондера в режиме C или S.

Затем TCAS рассчитывает траекторию движения бортов до возникновения конфликтной ситуации, так называемую точку наибольшего сближения (Closet Point of Approach - CPA) и расчетное время (Time to intercept - TAU) до достижения CPA.

В случае обнаружения TCAS’ом, ситуации при которой есть вероятность столкновения в воздухе, система уведомляет об этом пилотов, используя:

- Аудио и визуальные индикаторы;

- Команды на установку определенных значений вертикальных скоростей, чтобы обеспечить достаточное разделение траектории конфликтных бортов и минимально возможное вертикальное изменение скорости с учетом всех летящих вокруг бортов.

С основами принципа работы разобрались, но как быть когда самолетов вокруг тебя море и за каждым не углядишь. Ведь многие думают, что пятый океан безграничен - как бы не так. Вот скриншот загруженности неба на Европой.

И надо понимать, что каждый из этих бортов должен не угрожая другим бортам: взлететь, выйти из района аэродрома, набрать эшелон, выполнить крейсерский полёт, снизиться с эшелона, войти в район полетов, выполнить посадку. Сложная задача, не так ли?

Именно для этого придумали категорировать все конфликтные борта.

Категории конфликтных ситуаций.

Всего существуют четыре категории конфликтующих самолётов:

- Resolution Advisory (RA) - красный цвет;

- Traffic Advisory (TA) - оранжевый цвет;

- Proximate intruders - бирюзовый цвет;

- Other intruders. -  все что вне остальных зон.

Исходя из этого понятно, что один и тот же конфликтный борт может представлять разные степени угрозы и его «цвет» для нас может меняться с течением времени. 

Это все клёво, но мы то с вами пилоты, нам надо чтобы было информативно удобно и понятно.

Ведь как мы знаем TCAS умеет сигнализировать обо всем пилотам через визуальную и аудио информацию, с этим разберёмся далее.

Информация для пилота.

Как правило, помимо всей кучи другой информации на навигационном дисплее, пилот может видеть следующие значки, касаемо воздушной обстановки вокруг:

Цифра 1.

Конфликтный борт категории Other Intruders.

Выдаваемая информация:

- На навигационном дисплее позиция относительно нашего самолёта.

Условия для появления:

- Нет угрозы столкновения;

- Продольный интервал менее 30 nm;

Информация считываемая с примера:

Борт на 6 часов, ниже нас на 1500 ft, находится в наборе высоты, дистанция чуть больше 5 морских миль.

Цифра 2.

Конфликтный борт категории Proximate Intruders.

Выдаваемая информация:

- На навигационном дисплее позиция относительно нашего самолёта.

Условия для появления:

- Нет угрозы столкновения;

- Конфликтный борт поблизости с нами. Продольный интервал менее 6 nm и вертикальный интервал менее 1200 ft;

Информация считываемая с примера:

Борт на 4 часа, выше нас на 1200 ft, находится в снижении, дистанция 4,5 морских мили.

Цифра 3.

Конфликтный борт категории Traffic Advisory (TA).

Выдаваемая информация:

- На навигационном дисплее позиция относительно нашего самолёта.

- Звуковое оповещение; 

Условия для появления:

- Потенциальная угроза столкновения;

- TAU около 40 секунд;

Информация считываемая с примера:

Борт на 10-11 часов, ниже нас на 500 ft, находится в наборе высоты, дистанция около 7 морских миль.

Цифра 4.

Конфликтный борт категории Resolution Advisory (RA).

Выдаваемая информация:

- На навигационном дисплее позиция относительно нашего самолёта.

- Звуковое оповещение;

- На главном пилотажном дисплее команды на выдерживание определенных значений вертикальных скоростей;

Условия для появления:

- Реальная угроза столкновения;

- TAU около 25 секунд;

Информация считываемая с примера:

Борт прямо по курсу, выше нас на 300 ft, находится в снижении, дистанция 4,5 морских мили.

Самая прелесть системы в том, что будь такая картинка в реальной жизни, то система сделает таким образом чтобы увести нас от столкновения с «красным», при этом не сделав «красными» друге борта в округе.

Теперь разберёмся со звуковым оповещением.

При появлении «оранжевого самолёта» система подскажет пилотам об этом фразой:

“TRAFFIC TRAFFIC”

В случае если «оранжевый» самолёт идёт на таран, он становится «красным» и мы можем услышать четкие команды, которые обязаны незамедлительно выполнять, такие как:

"CLIMB CLIMB" - набирай высоту с вертикальной скорость показанной в «зелёной зоне» на вариометре;

"CLIMB, CROSSING CLIMB" (дважды) - тоже что и выше, но говорится в случае если мы в процессе набора будем пересекать высоту конфликтного борта;

"INCREASE CLIMB" (дважды) - может звучать только после CLIMB сообщения, если вертикальная скорость не достаточна для достижения безопасного вертикального интервала;

"DESCEND DESCEND" - снижайся с вертикальной скорость показанной в «зелёной зоне» на вариометре;

"DESCEND, CROSSING DESCEND" (дважды) - тоже что и выше, но говорится в случае если мы в процессе набора будем пересекать высоту конфликтного борта;

"INCREASE DESCEND" (дважды) - может звучать только после DESCEND сообщения, если вертикальная скорость не достаточна для достижения безопасного вертикального интервала;

"LEVEL OFF, LEVEL OFF" - установи вертикальную скорость равную 0, то есть горизонтальный полет;

"CLIMB CLIMB NOW" (дважды) - может звучать только после CLIMB сообщения, если траектория конфликтного борта изменилась; 

"DESCEND DESCEND NOW" (дважды) - может звучать только после DESCEND сообщения, если траектория конфликтного борта изменилась;

"MONITOR VERTICAL SPEED" - обрати внимание на вертикальную скорость, означает что твоя вертикальная скорость находится в «красной» зоне на вариометре;

"MAINTAIN VERTICAL SPEED, MAINTAIN" - сохраняй вертикальную скорость указанную в «зелёной» зоне на вариометре; 

"MAINTAIN VERTICAL SPEED, CROSSING MAINTAIN" - тоже что выше, но дополнительно уведомляет нас о том, что мы пересекли высоту конфликтного борта;

"CLEAR OF CONFLICT" - конфликт закончился, безопасное удаление обеспечено;

Вероятно у вас остался вопрос о загадочных «красных» и «зелёных» зонах вариометра. Это и является визуальной командой системы на изменение своего вертикального профиля полёта. Сейчас покажу:

Вторая шкала справа и есть вариометр. Где зелёная и красная зона думаю понятно.

Итак, остался ещё один важный момент, с высотой скорости полёта меняются, а в определенный момент вообще становятся числами Маха. В связи с этим становятся актуальными другие значения TAU. Ведь чем быстрее летит самолёт, тем скорее произойдёт опасное сближение. То есть в районе аэродрома на скорости около 200 узлов (далее - kt), TAU в 25 секунд достаточно на исправление ситуации, а на скорости около 900 км/ч на эшелоне, этого времени окажется мало. Именно поэтому значение TAU меняется с высотой, в соответсвии с табличкой:

, где A/C ALT - это наша текущая высота в футах, а Relative Altitude at CPA - относительная высота CPA относительно нас.

Для примера:

Наша высота - FL360 (эшелон полёта 360 или 36000 ft).

TCAS рассчитала что CPA находится 800 ft ниже (или выше - неважно) нас.

В таком случае, мы получим сообщение TA если TAU будет менее 48 секунд.

Интересные факты о TCAS:

- Главный недостаток нынешнего, второго поколения системы в том, что она даёт указания на изменение лишь вертикального профиля полёта, сейчас идут работы над TCAS III (третье поколение) для возможности выдачи команд на развод самолётов, как по вертикали, так и по горизонтали;

- Самая известная катастрофа связанная с невыполнением команд TCAS, произошла 1 июля над Боденским озером, где столкнулись пассажирский Ту-154М и грузовой Boeing 757.

- Нерабочая TCAS не накладывает ограничений на полеты в зоне RVSM.

- Во время TAU включено время реакции пилота и начала выполнения команд равное от 2,5 до 5 секунд, в зависимости от сообщения RA;

Пожалуй на этом закончу, во второй части разберём эксплуатацию системы в условиях штатной и нештатной эксплуатации.

Спасибо всем кто дочитает до конца!

Приятных полетов!