Systémy zabezpečenia a riadenia Systémy zabezpečenia a riadenia leteckej prevádzky IIleteckej prevádzky II

ACAS / TCASACAS / TCAS

Ing. Ľubomír FÁBRY, PhD.Ing. Ľubomír FÁBRY, PhD.

www.fabryatc.netwww.fabryatc.net

http://web.tuke.sk/lf-klp/Fabry%20Lubomir/http://web.tuke.sk/lf-klp/Fabry%20Lubomir/

Ing. Ľubomír FÁBRY, PhD.Ing. Ľubomír FÁBRY, PhD.

www.fabryatc.netwww.fabryatc.net

http://web.tuke.sk/lf-klp/Fabry%20Lubomir/http://web.tuke.sk/lf-klp/Fabry%20Lubomir/

História a vývoj protizrážkových systémov

Modernizácia prostriedkov RLP, ako i palubného vybavenia lietadiel umožňovala zvládať kvantitatívny nárast prevádzky i pri zachovaní pomerne vysokej miery bezpečnosti. No aj napriek tomu sústavne pretrvávalo a aj pretrváva určité riziko možnej zrážky lietadiel vo vzduchu a tým pádom ku vysokým stratám materiálnych hodnôt a ľudských životov. Práve z tohto dôvodu už v 50-tych rokoch bol započatý vývoj určitého zariadenia, ktoré by umožňovalo i pilotom a nie len príslušníkom RLP, získať dostatok informácii o okolitej prevádzke a tak zabrániť zrážkam. Vyvíjaný systém dostal názov ACAS ( Airborne Collision Avoidance System – palubný proti zrážkový systém). Nutnosť takého zariadenia bola vyvolaná a bohužiaľ i potvrdená zrážkami lietadiel vo vzduchu v rokoch 1956,1978 a 1986 v USA. Na základe týchto zrážok inicioval Federálny letecký úrad (FAA) vznik zariadenia, ktoré by bolo schopné varovať posádky lietadiel pred možnou kolíziou a súčasne vydávať jednoduché pokyny pre vyhnutie sa tejto prevádzke. Bol zahájený vývoj zariadenia TCAS ( Traffic alert and Collision Avoidance System). Celý tento systém bol vyvinutý a vyrobený v USA a mal niekoľko verzií. Ako prvá verzia vznikol TCAS I, ktorý bol vlastne len ekvivalentom zariadenia ACAS I a teda nespĺňal potrebné požiadavky pre komplexné spracovanie dát a ich kompletný prenos užívateľom, ale bol prvým krokom pre vývoj a výrobu systému TCAS II ( ACAS II ) , ktorý už je schopný vykonávať väčšinu operácií na zaistenie bezpečnosti.

V súčasnosti prebieha vývoj zariadenia TCAS III , ktoré doposiaľ ešte neexistuje a pravdepodobne v blízkej budúcnosti ani nebude práve vzhľadom na jeho zložitosť a pretrvávajúce technické a prevádzkové problémy. Vzhľadom na poskytované možnosti zariadením TCAS II sa toto stalo povinným palubným vybavením a v súčasnosti je využívaná jeho verzia 7.0. Od 30 decembra 1993 je toto zariadené povinné v USA pre všetky civilné turbínové lietadlá s kapacitou väčšou ako 30 cestujúcich. V Európe je povinným vybavením zariadenie ACAS II od 1.1.2000 ( 30.9.2001) pre všetky civilné turbínové lietadlá s kapacitou väčšou ako 30 cestujúcich, alebo ktorých vzletová hmotnosť je viac ako 15 000 kg , so zmenou legislatívy od 1.1.2005 kde sú tieto hranice znížené na viac ako 19 cestujúcich, alebo hmotnosť 5 700 kg.

Podľa noriem ICAO sú tieto proti zrážkové zariadenia označované len ako ACAS v troch verziách podľa informácii vydávaných pilotom lietadiel. Zariadenie ACAS I, len informuje o konfliktnej prevádzke, čiže vydáva len tzv. Traffic Advisory (TA). ACAS II , je už zložitejší systém a okrem varovnej informácie TA vydáva pri splnení určitých podmie-

nok aj príkaz, respektíve doporučenie ku zmene vo vertikál-nom smere. Tento príkaz je označovaný ako Resolution Advisory (RA) . O systéme ACAS III nie sú doposiaľinformá-cie o jeho implementácii do prístrojového vybavenia niektoré-ho lietadla okrem testovacej verzie, ale mal by v režime RA vydávať pokyny ku zmene letu vo vertikálnej i horizontálnej rovine.

Schéma palubného vybavenia a jeho technický popis

V oblasti vybavenia a technických možnosti bude následné zameranie orientované na systém TCAS II verzie 7.0. Celý komplex systému so všetkými hlavnými a spolupracujúcimi zariadeniami sa nachádza na palube lietadla a skladá sa z nasledujúcich častí:

Jednotka TCAS II vykonáva prehľadávanie priestoru v okolí lietadla, vypočítava trať potenciálnej konfliktnej prevádzky pri ktorej zistení určuje spôsob vertikálneho manévru ku vyhnutiu sa a zároveň generuje rady na vyhnutie.

Prepojenie na rádio výškomer je určené ku zabráneniu vydania RA ak je lietalo v blízkosti zemského povrchu, alebo na vyhodnotenie informácie či iné zaznamenané lietadlo sa nenachádza na zemi.

Prepojenie na palubný počítač , slúži na získavanie údajov o tlakovej výške

Dve antény systému TCAS, ktorých umiestnenie je nad a pod trupom lietadla, kde nad trupom sa nachádza smerová anténa. Tieto obe antény sú oddelené od antény odpovedača, ale plne s ňou spolupracujú. Toto oddelenie je nutné, aby nedošlo ku samo- sledovaniu a tým ku generovaniu varovaní od vlastného lietadla. Dopyt ako aj odpovede sú na rovnakých frekvenciách ako SSR a to 1030 MHz a 1090 MHz.

Prepojenie s odpovedačom módu S, zabezpečuje koordináciu RA s inými lietadlami a to hlavne z dôvodu, aby pri vydávaní RA nedošlo ku vytvoreniu konfliktnej prevádzky z ďalším lietadlom, ktoré v danom časovom úseku nie je a ani by nebolo konfliktné.

Ovládací panel TCAS , ktorý je začlenený do panelu odpovedača umožňuje nastaviť tri módy činnosti:* Stand by – TCAS je vypnutý* TA only – systém bude vydávať iba varovania o konfliktnej

prevádzke * Automatic – normálna prevádzka, kedy je systém plne funkčný a vydáva TA a RA

Reproduktor, informuje osádku lietadla o všetkých vydávaných pokynoch zariadením, vrátanie spresnenia vertikálneho manévru pri pokynoch RA

Zobrazenie, môže byť aplikované do samostatnej zobrazovacej jednotky TCAS, alebo integrované do niektorého z vybratých prístrojov EFIS ( Electornic Flight Instrument System) a slúži na zobrazenie príslušných údajov.

Princíp činnostiSystém TCAS je navrhnutý tak, aby pracoval nezávisle na všetkých navigačných systémoch lietadla ako aj systémoch používaných na poskytnutie letových prevádzkových služieb. Hlavnou činnosťou je dopyt na okolité odpovedače a s tým výpočet a odhad rizika kolízie. Všetky odpovede sú spracovávané a výsledkom je zobrazenie prevádzky s jej šikmou diaľkou, relatívnou výškou (ak je súčasťou odpovede) a smerom. Ak sú vzájomne narušujúce lietadlá vybavené TCAS II, prebieha komunikácia medzi nimi, aby vzájomne koordinovali vydané RA. Vnútorná logika TCAS II (CAS- Collision Avoidance System) je založená na dvoch základných kritériách:

Výškové ohraničenie / úroveň citlivosti (Altitude bands/Sensitivity level) , ktoré vlastne definuje vertikálny ochranný priestor a čas reakcie / čas varovania ( time-to-go/ warning time). Veľmi dôležitou vlastnosťou systému je, že pracuje na základe časových kritérií a nie vzdialenostných ,teda čas reakcie a nie diaľka reakcie, z niekoľkých po sebe nasledujúcich odpovedí ktoré sú porovnávané, spracované a je vypočítavaný čas na dosiahnutie bodu zblíženia CPA ( Closet Point Of Approach) s iným lietadlom a to podielom vzdialeností a vzájomných rýchlostí približovania vo všetkých smeroch. V normálnej prevádzke CAS funguje v jedno sekundovom režime ( 5s v redukovanom prehľadávaní) a vykonáva testy na vzdialenosť a výšku, čím vlastne prepočítava rýchlosť priblíženia všetkých lietadiel v dosahu na to, aby prepočítaval časy do bodov možných zblížení CPA. Ak je lietadlo vybavené i kódovaním výšky, CAS prepočítava aj výšku lietadla v CPA a tieto údaje sú dodávané jednotke vydávajúcej pokyny TA a RA, ktorá ich vyhodnocuje a vydá príslušný príkaz. Celý systém vlastne pracuje na základe porovnávania vzájomných testov a ak sú vzdialenostné aj výškové hodnoty dosiahnuté, vydá TCAS II varovanie, závislé od veľkosti týchto hodnôt. Vydáva vlastne dva druhy varovaní, spomenuté už v predchádzajúcej časti, kde pokyn TA pomáha osádke pri vizuálnom vyhľadávaní konfliktnej prevádzky a zároveň pripravuje osádku ku možnosti RA a pokyn RA predstavujúci radu na vykonanie vertikálneho manévru ku vyhnutiu.

Základným testom, ktorý je vykonávaný, je test vzdialenostný, ktorý je vlastne podielom vzdialenosti a rýchlosti približovania a ak je výsledok menší ako 48s systém vydá informáciu TA . Ak je výsledok menší ako 35s systém vydá pokyn RA. Aby sa predišlo priblíženiu na malú vzdialenosť, v prípade malej rýchlosti približovania, systém kontroluje aj diaľkové parametre a ak je diaľka menej ako 1,3 NM vydáva informáciu TA a ak sa diaľka zmenší pod 1,1 NM vydáva pokyn RA.

Jednotlivé vzdialenostné testy je pre názornosť vhodnejšie predložiť v grafickej podobe.

Princíp činnosti

Ďalším testom je test výškový a vypočítava čas na dosiahnutie spoločnej hladiny a to podielom relatívnej výšky medzi lietadlami a relatívnou vertikálnou rýchlosťou. Ako náhle dôjde ku zisteniu času menšiemu ako 48 s systém vydá informáciu TA a v momente zníženia času pod 35 s je vydaný povel RA, ale s tým, že lietadlo ktoré udržiava letovú hladinu sa časová hodnota na vydanie povelu RA znižuje na 25 s. Aby sa predišlo priblíženiu na malú vzdialenosť v prípade malej vertikálnej rýchlosti priblíženia systém opätovne kontroluje vzájomné výšky a v momente dosiahnutia rozdielov výšok menších ako 850 ft je vydaná informácia TA a pod hodnotu 700 ft je vydaný pokyn RA.

Princíp činnostiJedným s problémov pri výškovom teste je vplyv turbulencie, ktorá môže spôsobiť odchýlenie lietadla smerom ku inému na susednej letovej hladine s vysokou okamžitou vertikálnou rýchlosťou a následne vydaniu TA alebo RA . Z toho dôvodu ak je vertikálna rýchlosť nižšia ako 1000 ft / min od povolenej letovej hladiny (CFL) je zabránené vydaniu RA a súčastne sa minimalizuje vydanie TA. Zároveň TCAS II verzia 7.0 sa snaží vyhnúť vydaniu povelu pre stúpanie RA klesajúcim lietadlám a naopak.

Ak TCAS II vydá pokyn RA, začne prepočítavať vhodný vertikálna manéver na dosiahnutie minimálnej vertikálnej hodnoty minutia, čo je približne 600 ft. Aj počas vertikálneho manévru sú všetky hodnoty sústavne prepočítavané a upravované tak aby vyhnutie bolo čo najbezpečnejšie a v prípade potreby je vydávaný opravený povel ku zvýšeniu, alebo zníženiu počiatočných hodnôt, alebo ku ich celkovým zmenám.

Princíp činnostiPodľa následnej tabuľky je možné porovnať nastavené hodnoty pre vyhodnocovanie prevádzky.

VýškaÚroveň citlivosti

Sekundové hodnoty Hodnoty v NM

TA RA TA RA

0 – 1000 ft 2 20 - 0,30 -

1000 – 2350 ft 3 25 15 0,33 0,20

2350ft – FL050 4 30 20 0,48 0,35

FL050 – FL100 5 40 25 0,75 0,55

FL100 – FL200 6 45 30 1,00 0,80

> FL200 7 48 35 1,30 1,10

Všetky druhy varovaní sú však závislé aj od vzájomného vybavenia konfliktných lietadiel. Ak odpovedač konfliktného lietadla nespĺňa podmienky ICAO, alebo je vypnutý nedôjde ku žiadnemu varovaniu. Informácia TA je aktívna, ak konfliktné lietadlo má odpovedač spĺňajúci normy a príkaz RA je iniciovaný ak toto lietadlo vysiela aj informácie o výške.

Zobrazenie informáciíKu zobrazeniu informácií sa používajú symboly, ktoré sú tvarovo a farebne rozlíšené, aby došlo ku ich jednoznačnému pochopeniu. Sú zobrazené v relatívnych polohách k vlastnému lietadlu a vertikálne údaje sú zobrazené tiež relatívne v stovkách stôp a predstavujú vlastne rozdiel výšky medzi vlastným a iným lietadlom. Šípka zobrazujúca vertikálny pohyb iného lietadla sa zobrazuje ak je rýchlosť klesania, alebo stúpania viac ako 600 ft / min. Zobrazovaný rozsah je možné nastaviť v rozmedzí od 4 NM do 30 NM. Jednotlivé symboly predstavujú následnú prevádzku:

Modrý kosoštvorec bez výplne predstavuje inú prevádzku ( Other traffic )

Modrý kosoštvorec s výplňou predstavuje prevádzku v blízkosti ( Proximate traffic )

Žltý vyplnený kruh predstavuje prenikajúcu prevádzku, informácia TA ( Intruding traffic )

Červený štvorec predstavuje ohrozenie, príkaz RA ( Threat )

Pilot musí vykonať manéver s určenou rýchlosťou stúpania ( zelené pole )

Okrem grafických informácií systém TCAS II vydáva aj informácie v hlasovej forme, ako už bolo spomenuté v predchádzajúcej časti. Jednotlivé druhy hlasových správ sú predložené vo forme tabuľky.

Typ informácie alebo pokynuTyp informácie alebo pokynu Pre klesaniePre klesanie Pre stúpaniePre stúpanie

TA Traffic, traffic Traffic, traffic

Počiatočné preventívne RA Monitor vertical speed Monitor vertical speed

Opravné RA Descend , descend Climb, climb

Zväčšenie parametra RA Increase descend,Increase descend

Increase climb,Increase climb

Zmenšenie parametra RA Adjust vertical speed, adjust Adjust vertical speed, adjust

Zmena povelu RA Descend, descend N O W Climb, climb N O W

RA s križovaním výškyDescend, crossing,descend,descend, crossing, descend

Climb,crossing, climb,climb, crossing, climb

RA pre udržiavanie vertikálnej rýchlostiMaintain vertical speed maintain Maintain vertical speed maintain

RA pre udržiavanie vertikálnej rýchlosti s križovaním výšky

Maintain vertical speed, crossingmaintain

Maintain vertical speed, crossingmaintain

RA pre zníženie vertikálnej rýchlostiAdjust vertical speed, adjust Adjust vertical speed, adjust

Ukončenie RA Clear of conflict Clear of conflict

Máte nejaké otázky ??