Деконфликтинг для беспилотников

ДЕКОНФЛИКТИНГДЛЯ БЕСПИЛОТНИКОВ

С приходом в авиацию беспилотных авиационных систем (БАС) многообразие операций существенно расширилось. Появилось множество операций БАС в нижнем ВП и на очень малых высотах. В том числе с использованием очень компактных авиационных платформ, которые внешне часто выглядят как игрушки, но таковыми не являются. С учетом большого количества новых операций беспилотных воздушных судов (БВС) на очень малых высотах целесообразно говорить и о деконфликтинге между БВС и объектами на земле. О подходах к предупреждению конфликтов в воздухе и управлению рисками рассказывает Владислав Владленович Шифрин, советник генерального директора НИЦ «Аэроскрипт».

ЧТО ТАКОЕ ДЕКОНФЛИКТИНГ

Под деконфликтингом в аэронавигации традиционно понимают комплекс барьеров (технологических и нормативных) на пути к столкновению в воздухе. Барьеры формируют, начиная от планирования использования воздушного пространства и вплоть до последних секунд до столкновения. Барьеры, согласно ИКАО, классифицируются в зависимости от фазы полетной операции: на стратегические до взлета, стратегические во время полета и тактические. Стратегические во время полета еще называют предтактическими.

МЕСТО ДЕКОНФЛИКТИНГА В УПРАВЛЕНИИ РИСКАМИ

Деконфликтинг – это часть процесса управления рисками в авиации. Можно предложить два подхода к процессу управления рисками (применительно к БВС):

Первый подход исходит из потребностей пользователей ВП – необходимо организовать использование ВП с заданной интенсивностью операций/полетов, уровнем рисков операции, сложностью организации ВП, и обеспечить другие эксплуатационные требования. Формулируются и оцениваются риски, требования к мерам смягчения. Создается система смягчения рисков, соответствующая требованиям. Выполняется мониторинг рисков, вносятся коррективы в систему, или вводятся эксплуатационные ограничения.

Второй подход берет за основу технологические возможности: «У нас есть некоторые технические решения, которые позволяют снижать риски. Давайте мы их внедрим и посмотрим, что будет. Интенсивность операций, их сложность, допустимый уровень рисков отдельных операций сформулируем на основе экспертного мнения. Будем мониторить фактический уровень рисков и вводить новые ограничения, если мы не достигаем целевого уровня безопасности».

В обоих подходах деконфликтинг – это меры по смягчению рисков. Для того, чтобы объективно оценить эффект от деконфликтинга, необходимо сформулировать числовые характеристики, которые характеризуют его эффективность. В первом подходе также необходимо оценить исходный (несмягченный) уровень рисков. Также необходимо сформулировать, что такое приемлемый уровень рисков.

Первый подход можно условно назвать цифровым подходом, а второй – аналоговым.

Деконфликтинг не обеспечивает абсолютного отсутствия столкновений и опасных сближений в любых условиях. Он имеет конечные характеристики и только в определенных условиях эксплуатации.

СВЯЗЬ ДЕКОНФЛИКТИНГА И УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

С приходом в авиацию беспилотных авиационных систем (БАС) многообразие операций существенно расширилось. Появилось множество операций БАС в нижнем ВП и на очень малых высотах. В том числе с использованием очень компактных авиационных платформ, которые внешне часто выглядят как игрушки, но таковыми не являются.

Существующие технологии связи, навигации, наблюдения (CNS), которые составляют технологическую основу для обеспечения безопасности пилотируемых полетов, и правила полетов (их всего два типа) для многих типов новых операций больше не применимы или неэффективны.

На сегодняшнем этапе зрелости отрасли возникла необходимость сегментирования ВП на типы так, чтобы одновременно обеспечить безопасность и эффективность. Например, использовать диспетчерское обслуживание для полностью автономных операций (без человека в контуре управления БВС) технически невозможно (скорее нецелесообразно, технически можно всё), так как автономные БВС не могут воспринимать голосовые указания диспетчера. Это пример крайнего случая. Но можно привести и множество других аргументов. Таким образом, есть необходимость провести границы между эксплуатационными окружениями БВС. В каждом из них использовать оптимальные с точки зрения безопасности/эффективности технологии, ограничения и правила полетов.

Компромисс между безопасностью и эффективностью полетов достигается на основе риск-ориентированного подхода.

КАК ТЕХНОЛОГИЧЕСКИ ОБЕСПЕЧИВАЕТСЯ ДЕКОНФЛИКТИНГ

В разных эксплуатационных окружениях технологически по-разному. Если стоит задача интеграции БАС в существующее контролируемое ВП, то БВС должны быть оборудованы бортовыми средствами связи, навигации, наблюдения и предупреждения столкновений в воздухе. Одним из фундаментальных требований к такой авионике – совместимость с уже существующими средствами. Все протоколы взаимодействия бортовых систем между собой и с наземной инфраструктурой управления воздушным движением строго стандартизированы на международном уровне. Технические средства подлежат сертификации.

Новые эксплуатационные окружения, такие как полеты на очень малых высотах, городская аэромобильность, региональная аэромобильность (и другие) в основном не имеют обременения в интероперабельности. Для таких операций целесообразно говорить о новых правилах полетов с использованием высокоавтоматизированных систем информационного обеспечения полетов. Участие человека в таких операциях не будет (или будет сведено к минимуму), когда для этого будут обеспечены (соответствующие рискам) технологические решения.

Такие операции называют цифровым полетом, а правила полетов – правилами цифрового полет (ПЦП/DFR). Наряду с существующими правилами полетов по приборам (ППП/IFR) и правилами визуальных полетов (ПВП/VFR) правила цифрового полета будут легитимизированы и, как ожидается, по мере развития технологий и цифрового права будут постепенно вытеснять другие нормы. В новых эксплуатационных окружениях с точки зрения минимизации затрат целесообразно использовать уже существующую радиотехническую инфраструктуру, как специализированную, используемую для управления воздушным движением, так и общего назначения. Однако делать это надо крайне ответственно.

Например, использование технологии наблюдения за пилотируемыми ВС на частотах 1090/1030 МГц для большого количества малых БВС может перегрузить радиоканал и привести к деградации систем наблюдения в «большой» авиации. Или использование мобильных сетей может не обеспечить требуемых характеристик связи и наблюдения. Инструментом для принятия окончательного решения является риск-ориентированный подход, который должен найти компромисс между эффективностью и безопасностью.

В целом, представляется, что в новых эксплуатационных окружениях высоких рисков должны быть разработаны новые системы наблюдения/навигации с учетом опыта многих десятилетий в «большой» авиации, но на новом технологическом уровне.

КАК ЦИФРОВЫЕ ПРАВИЛА СВЯЗАНЫ С ДЕКОНФЛИКТИНГОМ

Деконфликтинг в широком смысле распределяет ответственность между участниками воздушного движения. Цифровые правила полетов определяют, какая информация и кому направляется, в каком случае какая ответственность наступает. Тот, кому она предназначена, должен на нее реагировать: он должен или может ее использовать.

Еще есть типы операций в зависимости от уровня автоматизации управления ВС: пилотируемые, дистанционно пилотируемые, автономные с разной степенью участия человека. Соответственно меняется субъект, получающий информацию и несущий ответственность за ее использование. Тип информации также варьируется.

С точки зрения деконфликтинга можно говорить о цифровых правилах воздушного движения (ЦПВД). По аналогии с ПДД: кто кому должен уступать, какая информация для этого должна использоваться (знаки, светофоры, разметка).

Какие данные должны использоваться для выработки информации деконфликтинга, и с каким качеством. В каких случаях данные не пригодны для использования, или есть ограничения при использовании. Какие признаки качества данных должны формировать источники данных: навигационные системы и системы наблюдения в случае тактического деконфликтинга. Какие и чем оборудованные БВС допускаются в новый класс ВП, в котором действуют цифровые правила воздушного движения.

При самом высоком уровне автоматизации человек отсутствует в процессе полета. Тогда ответственность распределяется между провайдером сервисов ПЦП (качество информации), производителем автономного БВС (правильная реакция на информацию), экплуатантом, регулятором (формирует сертификационные требования) и сертифицирующим органом (подтверждает соответствие технических средств сертификационным требованиям).

ТАКТИЧЕСКИЙ ДЕКОНФЛИКТИНГ

Тактический деконфликтинг (ТД) – термин, который обозначает информационный сервис, призванный обеспечить безопасные интервалы между ВС и начинающий работать за 2 минуты до ближайшей точки сближения.

Информация сервиса ТД (СТД) может быть предназначена для разных потребителей в зависимости от распределения ответственности за эшелонирование (выдерживание безопасных интервалов) и предупреждение столкновений в воздухе. Например, в контролируемом ВП на этапе эшелонирования информация СТД предназначена для диспетчера, который формирует голосовые указания для пилота или текстовые сообщения посредством цифровой линии передачи данных диспетчер-пилот (CPDLC).

Когда время до столкновения уменьшается до 30..60 сек на оборудованном пилотируемом ВС начинает срабатывать рекомендация бортовой системы предупреждения столкновений (ACAS/TCAS II) или рекомендация системы Detect&Avoid (DAA) на оборудованном беспилотном ВС. В момент срабатывания ответственность за предупреждение столкновение переходит к пилоту, который должен следовать рекомендации. Информация ACAS/TCAS/DAA также относится к сервису ТД, но связана непосредственно с конечной фазой предупреждения столкновения.

В ВП, где действуют правила цифрового полета, диспетчер управления воздушным движением не предусмотрен. СТД формирует оповещения и рекомендации по маневрированию для внешнего пилота, если операция является дистанционно пилотируемой. Для автономных операций (без участия человека в контуре управления БВС) рекомендация формируется напрямую для системы управления БВС.

Таким образом, сервис ТД реализуется разными техническими средствами и предназначен для разных потребителей в зависимости от правил полетов, распределения ответственности, уровня автоматизации (роли человека) при управлении ВС.

Тактический деконфликтинг, пожалуй, является наиболее наукоемким элементом из всех барьеров деконфликтинга. Он включает в себя два основных компонента: систему наблюдения/навигации и алгоритмы деконфликтинга. Кроме этого, важно понимать в каких эксплуатационных ограничениях можно на него рассчитывать. Иными словами, ТД работает со всеми остаточными рисками, которые не были разрешены предыдущими барьерами.

Здесь мы опять приходим к понятию эксплуатационного окружения, которое определит какие технологии наблюдения могут быть задействованы, какие риски являются приемлемыми, какие остаточные риски имеются, в каком виде должна формироваться выходная информация, кто ее потребитель.

Для контролируемого ВП с 1990-х годов в эксплуатации находится бортовая система предупреждения столкновений (TCAS II), которая стандартизирована на уровне ИКАО (ACAS II). Ее разработка началась еще в 1950-х годах. Эта система явилась прототипом для современных систем обнаружения и предотвращения столкновений (DAA), которые находятся в процессе стандартизации и экспериментального применения.

Стандарты на такие системы опираются на огромный пласт «старых» стандартов, в первую очередь, систему вторичной радиолокации, автоматического зависимого наблюдения (АЗН-В) и протоколы координации маневров. Как и большинство других аэронавигационных технологий системы DAA (в США получили название ACAS-X) разрабатываются в США и затем стандартизируются на уровне ИКАО.

В тех эксплуатационных окружениях, где нет обременения совместимостью, «степень стандартизации» существенно ниже. Например, стандарт на систему DAA для «меньших» БВС (ACAS-sXu) практически не содержит зависимостей от других стандартов. Это та технологическая ниша, где отечественная наука и промышленность еще может успеть на отъезжающий поезд.

Стоит также отметить, что в отличие от других стандартов, которые полностью открыты, стандарты на семейство систем ACAS-X частично закрыты разработчиком – RTCA (радиотехнический комитет по аэронавигации США). Предлогом для этого являются соображения безопасности (полетов). Однако, в сегодняшней обстановке такой подход может использоваться и как элемент технологического сдерживания.

В любом случае, по опыту других технологий, стандарты будут еще много лет претерпевать изменения. При их использовании для производителя должна быть обеспечена возможность получать соответствующие обновления.

Возврат к списку