Почему самолёты не сталкиваются: локаторы-роботы
Рельсы для лайнеров
Над решением проблемы «белых пятен», находящихся вне радиуса действия локаторов, специалисты по аэронавигации, перевозчики и регуляторы рынка бьются уже не одно десятилетие. Наземная сеть слежения на базе радаров кругового обзора, фиксирующих все объекты в «своем» секторе неба, и направленных вторичных радиолокаторов (SSR-радаров), идентифицирующих самолеты по отраженному кодированному радиосигналу от транспондера, давно достигла своего физического предела. При солидной дальнобойности в 240 км ее зонтик едва накрывает побережье материков, и всех, кто находится по ту сторону горизонта, связывает с землей только радио.
В 1970-х годах для обеспечения безопасности полетов в океанических районах была разработана динамическая система треков с односторонним движением, конфигурацию которых из-за «джетов» — ураганных воздушных течений на больших высотах — диспетчерским службам приходится менять чуть ли не ежедневно. Треки, в свою очередь, делятся на эшелоны высотой 300? м и шириной 110 км (1 градус по широте). Караваны лайнеров движутся по ним, как по рельсам, раз в десять минут посылая кодированные радиосигналы с GPS-координатами при помощи бортовых систем ACARS (Aircraft Communications Addressing Reporting System).
Изначально ACARS были задуманы для автоматической передачи данных о техническом состоянии судна — от режима работы турбин и давления в гидравлических контурах до функционирования сливных бачков в туалетных кабинах — сервисным службам авиакомпаний. Но с появлением в начале 1990-х спутниковой навигации инженеры Boeing и Airbus имплантировали в «железо» ACARS модули инновационных для того времени систем связи, известных под общим названием FANS (Future Air Navigation System). Помимо автоматической передачи на «вышку» координат, FANS (гибрид GPS-приемника и радиостанции) обеспечивает двусторонний обмен сжатыми текстовыми сообщениями, в том числе через спутники группировок Inmarsat, Globalstar и Iridium в случаях, когда наземная станция слежения находится за пределами дальности ВЧ-связи (200 км).
Более 90% лайнеров, работающих на трансокеанских маршрутах, оборудованы FANS. Тем не менее в условиях непрерывного роста трафика для гарантированного сопровождения лайнеров в удаленных океанических районах функционала FANS уже недостаточно. Сегодня диспетчеры, по сути, не столько управляют трафиком, сколько пассивно наблюдают за ним, фиксируя время появления бортов в контрольных точках маршрута. Десятиминутный интервал связи, в течение которого лайнеры пролетают около 150 км, в принципе не позволяет «земле» принимать оперативные решения. В условиях полета, когда от мгновенной реакции диспетчера и экипажа иногда зависят сотни жизней, десять минут — целая вечность.
Впрочем, даже на базе FANS «многоэтажные» системы треков NATS (в Северной Атлантике) и PACOTS (в Тихом океане) обеспечивают надежный транзит самолетов между континентами. Но из-за слишком широкого эшелонирования емкость небесных хайвеев приближается к критическому уровню. К примеру, треки в ключевых атлантических районах Gander и Shanwick, пропускающие через себя более 36?000 рейсов в месяц, уже забиты под завязку. Авиакомпании вынуждены мириться с ситуацией, хотя полеты по «кривым» коридорам заставляют их сжигать лишнее топливо и терять драгоценное время. По расчетам экспертов службы Nav Canada, только за счет уплотнения эшелонов до половины градуса (55 км между самолетами) и спрямления маршрутов между Старым и Новым Светом перевозчики ежегодно будут экономить $125 млн, или около $300 на рейсе. Для отрасли, в которой норма прибыли составляет чуть больше $6 на пассажирское кресло (в Европе), это солидные деньги.
Уплотнение трафика в «зонах с ограниченной видимостью» FANS на себе не вытянет — в отличие от революционной технологии ADS-B, которая не только сделает небо над океанами прозрачным, но и вытянет на себе всю мировую систему управления воздушным движением из XX века в XXI.
Виртуальный радар
DS-B (Automatic Dependent Surveillance Broadcast) — автоматическая система наблюдения и радиовещания, базирующаяся на точной спутниковой навигации. Фактически это следующая ступень эволюции FANS, хотя их пути разошлись еще на ранней стадии разработки в начале 1990-х. В отличие от системы FANS, которая адресно передает кодированные сигналы станциям слежения, ADS-B два раза в секунду выдает в открытый эфир сжатый 120-битовый сигнал, содержащий код судна, его координаты, скорость и параметры бортовых систем. «Врожденная» особенность ADS-B — автоматическое формирование объемного информационного облака, или виртуального радара, из множества трансиверов ADS-B в зоне покрытия радиосигнала на других воздушных судах и на земле.
В 1999—2006 годах технология ADS-B была успешно протестирована в экстремальных условиях Аляски в рамках проекта Capstone. Использование ADS-B привело к резкому снижению аварийности, связанной с ошибками в навигации, и ощутимой экономии топлива при том, что авиасообщение над труднодоступными территориями штата контролировали всего 11 небольших мобильных ADS-B-станций. В середине 2000-х установка ретрансляторов ADS-B началась в Австралии и некоторых европейских странах, но на промышленном уровне эта технология впервые была внедрена в Канаде.
В 2009 году первые пять наземных станций полностью «перекрыли» пространство над стратегически важным с точки зрения трансокеанских авиаперевозок Гудзоновым заливом, ранее входившим в систему треков NATS, а сегодня ADS-B в треугольнике между Квебеком, Гренландией и Лабрадором покрывает уже весь северо-восток Канады. К 2020 году, считают эксперты Nav Canada, за счет эффективной навигации авиакомпании, летающие над Гудзоновым заливом, сэкономят на топливе почти $400 млн. В 2010 году примеру Канады и Австралии последовали американцы, отдавшие инфраструктуру ADS-B в частные руки. За три года компания Harris сумела не только развернуть «зонтик» ADS-B над всей территорией Штатов, но и выдвинуться далеко в море. К примеру, вышки Harris, установленные на нефтяных платформах, сейчас контролируют пространство над Мексиканским заливом.
Но на самом деле обеспечить надежную аэронавигацию над пустынными регионами можно и без опоры на «землю». Канадская компания Flyht еще в 2005 году вывела на рынок уникальный спутниковый ADS-C (C означает «контрактный», с ограниченным доступом) сервис AFIRS. Контейнер AFIRS весом 3 кг и размером с ноутбук устанавливается в стандартный слот отсека бортовой авионики, и в любой нештатной ситуации — при резком изменении высоты, курса или опасной вибрации судна — мгновенно начинает потоковую передачу данных через спутники Iridium в наземный диспетчерский центр. При этом на земле с помощью AFIRS «на всякий пожарный» формируется виртуальный «черный ящик» каждого рейса.
Сервис, доступный в любой точке планеты, недешев. В $100?000 обходится «железо» системы, и еще по $10?000 нужно выкладывать за минуту использования спутникового канала Iridium.
Из космоса виднее
Компания Aireon, созданная производителем радиоэлектронного оборудования Harris, спутниковым провайдером Iridium и операторами нескольких ключевых районов полетной информации, уже в 2018 году намерена запустить сервис ALERT, после того как все 66 спутников Iridium Next, оснащенных ADS-B-ретрансляторами, будут выведены на низкую околоземную орбиту. Центр обработки данных Aireon будет находиться в ирландском Баллигиррене, «столице» района полетной информации Shanwick.
«Миссия ALERT заключается в мгновенном и бесплатном предоставлении поисково-спасательным службам, операторам полетных районов и авиакомпаниям данных о координатах и траектории любого летательного аппарата, оснащенного ADS-B. ALERT будет функционировать 24 часа в сутки и автоматически отслеживать перемещения всех без исключения воздушных судов с ADS-B в любой точке планеты, включая Антарктику, заявляет президент Aireon Дэн Тома. «Для этого нам не пришлось изобретать велосипед. Все элементы ALERT — ADS-B, мощная наземная сеть ретрансляторов и спутниковая навигация — давно существуют. Мы лишь объединили их в одно целое. По сути, мы предоставляем всем желающим свободный доступ к суперсовременной технологии уровня NextGen».
По оценкам Aireon, с появлением сервиса ALERT до 2030 года авиакомпании, летающие в океанических воздушных районах, благодаря уплотнению эшелонов в системах треков до половины, а затем и до четверти градуса сэкономят на топливе от $6 до 8 млрд. Потенциальная экономия на проведении спасательных операций не поддается расчетам, но если учесть, что в течение двух лет на безрезультатные поиски МН370 уже потрачено более $50 млн, цифры могут получиться не менее впечатляющими. На сегодняшний день подготовка к запуску ALERT движется полным ходом. Летом 2015 года было изготовлено 75 спутников Iridium Next, каждый из которых сможет «свести» с орбиты 1500 воздушных объектов и 81 ADS-B-транспондер Harris, а в ноябре Международный союз электросвязи (ITU) утвердил для систем ADS-B космического базирования частотный диапазон 1090 МГц.
Как знать, может быть, когда-нибудь «всевидящее око» ALERT окутает Землю «умным» ADS-B-облаком, внутри которого будет возможным полностью автономное пилотирование. В любом случае, как только спутники Iridium Next примут первый «сквит» с борта воздушного судна, наш ненадежный мир станет чуть безопаснее.
