Интеграция БАС в общее воздушное пространство. Часть 1. Мировой курьез

Существенным аспектом организации воздушного движения является знание положения воздушных судов в системе управления воздушным движением (УВД). В настоящее время для этой цели в основном используются методы вторичной радиолокации (ВРЛ).

Локатор сканирует воздушное пространство и измеряет дальность до воздушного судна (ВС). Получив запрос, ВС формирует ответный сигнал, включая в него идентификатор ВС, высоту полета и другие параметры.

Методы ВРЛ являются достаточно сложными и затратными.

В связи с этим в конце прошлого столетия авиационное сообщество стало возлагать большие надежды на так называемое Автоматическое Зависимое Наблюдение радио Вещательного типа (АЗН-В или ADS-B).

АЗН-В представляет собой безрадарный метод наблюдения, при котором ВС автономно, например, при помощи средств спутниковой навигации GPS/ГЛОНАСС, определяет свое местоположение, и по определенному протоколу, зависящему от выбранной линии передачи данных (ЛПД), сообщает в радиовещательном режиме, т. е. всем заинтересованным участникам воздушного движения одновременно о своем положении, без получения подтверждения о принятом сообщении.

Международная организация гражданской авиации (ИКАО) и авиационные администрации всех ведущих стран первоначально рассматривали АЗН-В как основной метод наблюдения, который должен стать обязательным для гражданской авиации на рубеже 2020 г.

АЗН-В обеспечивает наземное наблюдение воздушных судов без использования радиолокационных станций (РЛС); также может обеспечиваться ситуационная осведомленность пилотов либо при прямом взаимодействии борт-борт, либо при передаче на борт информации от наземной системы УВД, в том числе о воздушных судах, необорудованных аппаратурой АЗН-В.

Одновременно, по мере возможности за счёт той же ЛПД стараются обеспечить примыкающие применения (полетно-информационное обслуживание с предоставлением оперативной метеорологической и аэронавигационной информации, навигационное обслуживание в части обеспечения информации о целостности спутниковых навигационных сигналов и дифференциальных поправок, связь пилота по линии передачи данных с диспетчером и/или авиакомпанией, операции по поиску и спасанию и др.).

Всё сказанное выше – как бы теоретическая часть вопроса. Представляет интерес рассмотреть, какие курьёзы – мировой и отечественный – встречает процесс внедрения АЗН-В в авиационную практику.

Мировой курьез

Долгое время основным руководящим документом по линии АЗН-В был документ RTCA DO-242A [1]. Рассматривался плавный эволюционный переход от технологии ВРЛ к технологии АЗН-В.

Обе технологии - ВРЛ и АЗН-В – являются кооперативными, т. е. требуют оснащения бортов: ответчиком вторичного радара для ВРЛ и приёмопередатчиком для АЗН-В.

Однако в целом технология АЗН-В по многим показателям теоретически опережает ВРЛ как в части предоставления различных аэронавигационных услуг, так и прежде всего по экономическим показателям, и потому рассматривалась как будущая замена ВРЛ.

На начальных этапах технологии АЗН-В развивались по различным направлениям, обусловленным использованием различных ЛПД.

В 2003 г. на 11-й Аэронавигационной конференции для начального внедрения было рекомендовано использовать АЗН-В на базе ЛПД расширенного сквиттера (extended squitter) на частоте 1090 МГц - 1090 ES (далее – АЗН-В/1090); тогда же было указано на опасность для такого АЗН-В явления так называемого насыщения/интерференции (наложения сигналов при высокой плотности движения).

В последующем, благодаря усилиям главным образом RTCA США, и EUROCAE Европа, был разработан целый ряд документов, базирующихся на монопольном использовании АЗН-В/1090. К таким документам можно, в частности, отнести:

• Минимальные стандартные эксплуатационные требования к авиационной системе для приложений бортового наблюдения, где в качестве единственного источника данных по наблюдению в наземной системе УВД рассматривалась приёмная станция АЗН-В/1090;
• Документ по безопасности, функциональным характеристикам и взаимодействию функции АЗН-В в воздушном пространстве, не охваченном РЛС; здесь также в качестве источника данных для определения местоположения воздушного судна рассматриваются только данные АЗН-В/1090, и т. п.

Параллельно с разработкой пакета различных документов, ориентированных на данные АЗН-В/1090 Out как на единственный источник данных по местоположению воздушных судов, западная авиапромышленность активно устанавливала на воздушные суда Boeing и Airbus комбинированные аэронавигационные системы, которые наряду с ответчиком вторичного радара и аппаратурой предотвращения столкновений TCAS включали подсистему АЗН-В/1090 Out, и к настоящему времени десятки тысяч гражданских ВС зарубежного производства оборудованы таким видом АЗН-В.

Начало развязки произошло в 2016 году.

К этому времени окончательно проявилось полное отсутствие киберзащищенности функции АЗН-В/1090, определились необходимые мероприятия противостоять этому и соответствующее последующее радикальное увеличение стоимости комплекса мероприятий, связанных с внедрением АЗН-В/1090.

После введения в Руководство по авиационному наблюдению ICAO Doc 9924 поправок по необходимости верификации данных АЗН-В/1090 данными ВРЛ или МногоПозиционных Систем Наблюдения (МПСН, или мультилатерация) положение с наблюдением воздушных судов радикально изменилось.

На заре возникновения АЗН-В оно было призвано в конечном итоге заменить вторичную радиолокацию (ВРЛ), поскольку данные АЗН-В в общем плане намного точнее, имеют более частое обновление, и, что немаловажно, намного дешевле как в части создания, так и в части эксплуатации наземных систем наблюдения.

Кроме того, АЗН-В в общем случае позволяет реализовать наблюдение «борт-борт».

Следует отметить, что в самом начале продвижения АЗН-В авиационное сообщество в лице ИКАО призывало наряду с начальным использованием АЗН-В/1090 развивать другие технологии АЗН-В, поскольку уже на том этапе предвидело явление интерференции/насыщения при интенсивном трафике.

Явление насыщения не заставило себя ждать; в США в районах с интенсивным движением дальность действия АЗН-В/1090 составляет 50-60 км против теоретических 400 км.

Несмотря на явление насыщения, компании Airbus и Boeing продолжали установку комплексов бортового оборудования, включающего АЗН-В/1090.

Национальные провайдеры аэронавигационных услуг продолжали установку наземных станций АЗН-В/1090.

Конкретный шаг был сделан в 2016 году в виде упомянутой поправки в документ ICAO Doc 9924, регламентирующей для наземного наблюдения не систему только с использованием АЗН-В/1090, но систему АЗН-В/1090 + ВРЛ или АЗН-В/1090 + МПСН.

А это уже совершенно другая, отличающаяся более чем на порядок экономика по созданию и эксплуатации.

Если до проявления проблемы кибербезопасности для наблюдений борт-борт предполагалось использовать «любые» данные АЗН-В/1090, то теперь их использование по условиям их верификации возможно только при использовании TCAS, что существенно ограничивает дальность действия и номенклатуру/типы взаимодействующих воздушных судов.

Неясно, как верифицировать АЗН-В/1090 данные над океаном, где т. н. космическое АЗН-В с ЛПД 1090 ES не сможет противостоять спуфингу – посылке ложных сообщений о вымышленных воздушных судах с возможным коллапсом системы УВД.

Тем самым в мировом масштабе по линии АЗН-В фактически имеет место тотальная смена парадигмы: вместо предполагаемого ранее беззаботного использования данных о местоположении ВС с высокой точностью, большей частотой обновления и невысокой стоимостью приходится в целях контроля применительно к наблюдению борт-земля содержать и даже развивать всю предшествующую ВРЛ или МПСН систему наблюдения воздушных судов.

Другими словами, при отсутствии опорных данных ВРЛ или МПСН АЗН-В/1090 становится ненужным, поскольку оно в лучшем случае лишь интерполирует данные ВРЛ или МПСН, но самостоятельной юридической силы не имеет.

Вот уж воистину ирония судьбы: АЗН-В создавалось для того, чтобы фактически заменить ВРЛ, теперь выясняется, что АЗН-В/1090 попросту не имеет права на жизнь без поддержки ВРЛ или МПСН.

Также приходится констатировать, что при взаимодействии борт-борт технические средства в рамках технологии АЗН-В/1090 ограничены аппаратурой TCAS, что существенно уменьшает дальности обеспечения ситуационной осведомлённости (примерно 40 км против возможных 400-600 км) и номенклатуру/типы взаимодействующих ВС.

Ожидания авиационного сообщества на заре возникновения АЗН-В явно превышали фактически существующий в настоящее время потенциал в силу появления и полного проявления не учиты- ваемой ранее проблемы кибербезопасности.

В [4] была показана непригодность АЗН-В/1090 для наблюдения дистанционно пилотируемых авиационных систем (ДПАС) прежде всего по причине необходимости использования ВРЛ или МПСН на наземных станциях дистан- ционных пилотов для той же верификации данных АЗН-В дистанционным пилотом, чего не сможет себе позволить ни одна экономика мира.

Большая группа специалистов из США в течение более 15 лет постоянно работает над улучшением стандарта для АЗН-В/1090; количество модификаций стандарта DO-260, DO-260A, DO-260B уже измеряется двузначной цифрой.

После одной из таких модификаций аппаратуру АЗН-В/1090 пришлось заменить на доработанную по новому стандарту на тысячах воздушных судов гражданской авиации США, находящихся в эксплуатации.

Работа над очередной новой модификацией стандарта DO-260B идёт полным ходом. При всём уважении к задачам наземного наблюдения наибольший интерес для пилотов представляет функция приёма радиовещательной информации на борту, т. н. АЗН-В In.

Именно с её помощью достигается обеспечение ситуационной осведомлённости, когда пилоты видят в воздухе друг друга на бортовых дисплеях, могут получить в реальном времени в цифровом виде информацию о погоде, различные аэронавигационные указания и т. п.

В силу различных причин, прежде всего технических трудностей, официальная программа NextGen внедрения АЗН-В в США с 2020 г. официально предусматривает в качестве обязательной лишь функцию АЗН-В Out, т. е. только наземное наблюдение.

Применения АЗН-В/1090 In отложены на неясный период после 2030-2035 г. г. Согласно концепции FAA США, неоднократно заявленной в ИКАО, полётно-информационное обслуживание FIS-B (погода, аэронавигационные ограничения и др.) не может быть предоставлено с помощью ЛПД 1090 ES; для этой цели определено использование другой вещательной ЛПД - UAT.

Аналогичным образом в части АЗН-В/1090 In обстоит дело в европейской программе SESAR; что касается приёма информации FIS-B, вопрос остаётся неясным, поскольку Евроконтроль однозначно заявил о неприемлемости использования ЛПД UAT в Европе.

Абсолютно бесперспективно для АЗН-В/1090 обстоит дело с обеспечением кибербезопасности, о чём будет сказано в следующий раз.

Завершая рассмотрение мирового курьёза с внедрением АЗН-В на базе ЛПД 1090 ES с полным отказом от первоначальной парадигмы, а также с внедрением примыкающих применений, отметим, что развиваемое в России техническое решение с использованием другой ЛПД – ЛПД VDL-4 (Very high frequency Data Link mode 4), имеющей все необходимые стандарты ИКАО, EUROCAE, европейского института телекоммуникационных стандартов ETSI, позволяет решать многие указанные выше задачи, оправдывая указанные выше ожидания на заре возникновения АЗН-В.

Представляется, что неудачи западной промышленности в области внедрения цифровых технологий передачи данных можно объяснить выбором не совсем удачных с технической точки зрения ЛПД – 1090 ES и VDL-2, в которые вложены значительные финансовые средства, но положение с достигнутыми результатами, особенно в части обеспечения кибербезопасности, оставляет желать лучшего.

Комментарии