VHF omnidirectional range в естественной среде обитания
Подготовка материала: Михаил (Airbus driver)
Разберём вопрос в гражданской авиации: каким образом строится маршрут для полётов из аэропорта А в аэропорт Б. Что влияет на «прокладку» маршрута полёта, кто и как может повлиять на уже составленный маршрут и каким образом диспетчера узнают об всем этом безобразии.
Обсудим, как летит самолёт, на что ориентируется, что из полёта планируется на земле, а что нет. Например, если впереди гроза, то нужно же как-то обходить очаг. Флайтплан можно подать с воздуха прямо диспетчеру ОрВД. Мало кто про это знает, кто такое делал у нас в стране — единицы. На деле для этого есть другие процедуры.
Но для начала давайте совершим краткий исторический экскурс по опредёленным авиадисциплинам для лучшего понимания всей этой авиационной legacy, накопленной поколениями. Опять же, напомню вам — гражданская (да и в принципе вся) авиация — это одна из самых консервативных областей деятельности, что продиктовано в первую очередь фокусом на безопасности полётов (не путать с авиационной безопасностью — всякие САБ и иже с ними).
Времена пионеров авиации, к сожалению, давно прошли.
А вот здесь классный материал про то, как посадить самолёт.
Дисклеймер: я действующий пилот Airbus семейства 320. Соответственно, некоторые моменты, описываемые далее, будут привязаны именно к данному типу самолетов. И да, я не имею отношения к инженерно-авиационной службе и службе ОрВД (организации воздушного движения), поэтому уж простите возможные огрехи в описании матчасти.
Как всем прекрасно известно, Земля в приближении похожа на слегка сплюснутый с полюсов шар (если говорить более сухим языком, то это эллипсоид вращения, но вообще, если уж говорить совсем правильно то земля — это геоид). Исходя из данного упрощенного предположения давным-давно была придумана геодезическая система координат, которая позволяет задать координаты произвольной точки на земной поверхности через долготу и широту места в градусах относительного нулевого меридиана.
Геодезическая
система координат в действии
Но как обычно, legacy и здесь не подкачало и в зависимости от выбранных параметров эллипсоида вращения мы имеем небольшой зоопарк, состоящий из:
СК 42, она же референц-эллипсоид Красовского. Изобретение как
не трудно догадаться 1942 года, основная ее идея — минимальные
искажения при картографических измерениях на 1/6 части суши. Были
косметические апгрейды в виде СК 63, но суть происходящего
(референц-эллипсоид) осталась прежней.
WGS 84, здесь
все просто: используется в спутниковой системе GPS, и является
«единой системой для всей планеты».
ПЗ 90,
основное предназначение которой — обеспечения орбитальных полётов и
решения навигационных задач. По сути, российский аналог WGS 84.
Весь мир сейчас использует систему WGS 84, авионика на всех современных самолетах рассчитана именно на внесение координат в данной системе. Повторюсь, что система координат ПЗ 90 почти не отличается от WGS 84 (скажем так, отличается некритично для самолётной навигации) и периодически встречается в Российских сборниках аэронавигационной информации (AIP, Aeronautical Information Publication). В конце 90х в нашем AIPе была каша из координат в системах СК 42, WGS 84 и ПЗ 90, что придавало особую пикантность при выполнении полета.
Теперь, когда мы умеем определять координаты точки А и точки Б на поверхности Земли, нам необходимо найти линию кратчайшего расстояние между ними. Для этого в навигации существуют два понятия:
Интересные факты:
Одной из причин катастрофы Ту-134 под Петрозаводском в 2011 году
стало то, что штурман в сложных метеоусловиях использовал
GPS-навигатор, введя в него координаты торца полосы с
аэронавигационного сборника в системе СК 42, что довольно прилично
отличалось от координат в системе WGS 84. Результат к
сожалению предсказуем.
Например, при трансатлантических полётах, часто задают вопрос:
почему самолёт вылетая из Москвы в тот же Нью-Йорк летит через
Англию, Гренландию и север Канады, ведь так же дольше? Краткий
ответ: это потому, что самолёт летит по ортодромии. Развернутый
ответ: самолёт летит по кратчайшему пути между точками. Проверить
это, кстати, очень просто: взять глобус и приложить нитку от Москвы
до Нью-Йорка, при этом кратчайший маршрут пройдёт именно по
описанным выше местам. А то, что мы видим на экранах в салоне
самолёта — это проекция эллипсоида вращения на плоскую поверхность,
которая вызывает существенные искажения размеров около полюсов.
Сравните, например, площади Гренландии и Австралии на
такой карте и в Википедии.
Теперь, когда мы научились определять координаты произвольной точки на поверхности земного шара и строить между ними линии кратчайшего пути и линии, при полёте по которым угол между осью самолёта и меридианом будет постоянным, попробуем построить воздушную трассу. Но есть один нюанс — для того, чтобы самолёт мог лететь по этой трассе, всегда необходимо знать текущее местоположение самолёта с заданной точностью. По мере развития науки и техники были внедрены различные способы решения данной проблемы, по которым мы пробежимся чуть дальше.
Опять же, на заре авиации полёты были визуальными, а знание координат аэропортов на карте не сильно помогало в вопросах навигации. Летали примерно так: «после взлёта на юг идем вдоль автомобильной дороги, увидев железную дорогу уходим налево и выдерживаем курс ххх градусов 5 минут. Далее, над озером поворачиваем направо…». Где-то в годах 30-40-х из-за бурного развития техники появилось понятие радионавигации и как результат стали появляться наземные радиомаяки (они же приводные радиостанции, NDB — Non directional beacon), которые устанавливались например на аэродромах или отдельных точках пути. Да, по сути, NDB — это передатчик с круговой диаграммой направленности. В сочетании с АРК (автоматический радиокомпас), установленном на самолёте, это позволяло выполнять полёты либо на, либо от привода. Поэтому именно первые приводы легли в основу первых воздушных трасс в классическом их понимании. Но из-за особенностей данного оборудования, местоположение самолёта можно было определить только по двум и более приводам с довольно большой погрешностью.
Вторым этапом развития систем радионавигации стало изобретение VOR (VHF omnidirectional range) устанавливаемых обычно в комплекте с DME (Distance measuring equipment). VOR-маяк позволял определить с довольно высокой точностью радиал — угол между направлением на магнитный север, проходящим через VOR и направлением на самолёт. DME — определить дальность от самолёта до маяка. Теперь уже по одному VOR/DME, зная радиал и удаление, можно было более точно определить местоположение самолёта. Особенно бурный рост VOR’ов был в США в 1970-1980-х, когда почти вся территория США была покрыта сетью VOR’ов. При этом маяки устанавливались в отдельных точках воздушной трассы и всегда была возможность контролировать одновременно два радиала от одного VOR’a к другому. До сих пор, при полётах в США в нижнем воздушном пространстве актуален как никогда термин Victor airway — полёт по трассе, заданной двумя VOR’ами.
Всё это позволило сильно упростить задачи навигации, позволяя осуществлять полностью приборные (без визуальной ориентировки) полёты на довольно большой территории. Но в тоже время поддержание всей наземной инфраструктуры регулярно вставало «в копеечку».
Дальнейшее появление GPS (или правильнее говорить GNSS — Global Navigation Satellite System), позволило определять местоположение самолёта независимо от наличия наземных радиосредств. Как результат — появление нового класса воздушных трасс, которые задавались произвольными координатами в пространстве. В авиации появился термин RNAV (Area NAVigation, она же зональная навигация), описывающий всё происходящее, требования к точности и т.д. и т.п.
Очень
хорошая картинка из Википедии, объясняющая суть
происходящего
При этом, самолёт может самостоятельно при помощи FMGC (Flight Management Guidance Computer) как отслеживать своё местоположение, так и осуществлять навигацию из точки А в точку Б по любой воздушной трассе с требуемой точностью.
Вывод: если говорить упрощённо, то воздушная трасса — это две произвольные точки на поверхности Земли, соединённые линией кратчайшего пути. При этом в данных точках могут находиться (но не обязаны) радиосредства (VOR/VOR-DME/NDB/NDB-DME).
Интересные факты:
Данное повествование было бы неполным, если бы я не затронул еще несколько терминов, влияющих непосредственно на то, как самолёты покидают район аэродрома и каким образом попадают на него, пролетая до точки, из которой начинается конечный заход на посадку. В общем случае с точки зрения воздушной навигации полет самолёта выглядит следующим образом:
А теперь попробуем собрать всё это вместе на примере маршрута Шереметьево-Пулково:
UUEE 24C AR24E OBL1E B239 DB B160 OKULO R961 GENP1B 28L ULLI
Расшифровка:
То, что мы получили, — это маршрут полёта. После добавления всей служебной информации (бортовой номер, дата и время вылета и т.д.) мы получаем готовый флайт-план (план полёта), который получают пилоты в бумажном и электронном виде виде, он так же уходит в систему ОрВД через AFTN (Aeronautical Fixed Telecommunications Network) — эдакий «авиаинтернет».
Интересные факты:
Как вам теперь известно, самолёты в гражданской авиации летают от аэропорта к аэропорту не как хочется пилотам, а строго по определённым правилам. Правила эти изначально формировались каждой страной по отдельности, но с дальнейшим бурным развитием авиации стало ясно, что сопутствующий этому бардак растёт в геометрической прогрессии. Как результат — под эгидой ООН в 1944 году была создана Международная организация гражданской авиации (ICAO — International Civil Aviation Organization).
В первом собрании в Чикаго участвовали 54 государства, в результате чего была подписана “Чикагская Конвенция” — устав ICAO (так называемый ICAO Doc 7300). В данном документе были описаны основные принципы работы международной гражданской авиации, в частности, правила полётов над территорией стран-участниц, принцип национальной принадлежности воздушного судна и т.д. Кроме этого, было введено понятие международных стандартов и рекомендуемых практик (SARPs) — то, на чём сейчас базируется авиационное законодательство любой страны — члена ICAO. Кстати, СССР стал членом ICAO только в 1970 году, но это уже совсем другая история.
Далее, есть понятие Приложений (Annexes) ICAO, в которых описываются SARPs для основных областей гражданской авиации. Например, в ICAO Annex за номером 2, который называется «Rules of the Air» можно найти описание формата флайт-плана.
К чему я всё это рассказал: правила полётов во всем мире очень сильно гармонизированы, так как ICAO включает в себя почти все страны мира. Благодаря повсеместному использованию SARPs разрабатываются местные правила полётов, гармонизированные с нормами ICAO. Опять же, каждая страна — член ICAO должна обязательно публиковать AIP в открытом доступе, а пилоты и штурманы — использовать его в работе. На самом деле всё гораздо хитрее — такие коммерческие гиганты как Jeppesen или Lufthansa стали консолидировать информацию из AIP разных стран и предоставлять её авиакомпаниям в едином формате за отдельные деньги. В итоге, есть два программных продукта которые используются во всём мире: Jeppesen Flitedeck Pro и Lufthansa LIDO. При этом обе конторы так же выпустили свои приложения для EFB (Electronic Flight Bag) — айпадов/винпадов, сертифицированных для использования на борту самолёта и прибитых к форточкам в кабине самолёта. EFB как раз и используются в процессе всего полёта пилотами — там есть вся информация по маршруту, схемам аэропортов, рулению и т.д. и т.п.
Интересные факты:
Надеюсь, я достаточно запудрил вам голову базовыми понятиями. Ну что ж, теперь давайте перейдём к практике, без которой теория, как известно, мертва.
Пилоты, придя в комнату для брифингов в аэропорту, получают комплект полётной документации.
Командир создает видимость работы в брифинге
Состав данного пакета четко регламентирован (см. выше тему авиационного законодательства), но для нас самое интересное это:
В CFP/OFP всегда уже указан полный маршрут полёта, с SID/STAR/ENROUTE частью. Обычно сам маршрут — это RPL (Repetitive Flight Plan, повторяющийся план полёта), который повторяется каждый раз. Обычно штурманская группа авиакомпании прорабатывает несколько вариантов одного и того же маршрута и закладывает их в планировщик, и поэтому в зависимости, например, от струйных течений по эшелонам программа может выбрать сама наиболее оптимальный (экономичный, но исходя из заданных критериев) маршрут. Для понимания: струйные течения в верхней части атмосферы могут достигать 200 узлов (сам был свидетелем подобного и не раз). Типичная скорость струйного течения — около 100 узлов. Так же ветер может меняться по эшелонам, поэтому выбор оптимального (рекомендованного) эшелона тоже всегда за программой. Кроме этого в процессе расчёта OFP/CFP учитываются минимально безопасные высоты в случае отказа двигателя/разгерметизации, наличие запасных аэродромов по маршруту и много, много другой полезной информации.
В общем случае, пилоты не меняют маршрут, изначально заложенный в CFP/OFP, но возможны исключения:
В случае несогласия с маршрутом, обозначенном в CFP/OFP, вопрос почти всегда можно решить звонком в штурманскую службу, но надо понимать, что подача нового флайт-плана чревата задержками рейса. Поэтому задача командира — аргументированно донести (с ссылками на конкретные пункты РПП) свою позицию.
После получения нового/или согласия с текущим CFP/OFP задача командира определиться с количеством топлива, заправляемого в самолёт (а это — как минимум тема для отдельной статьи, как и принятие решения на вылет), подать данные по заправке/маршруту аэродромным службам и службе центровки и с гордым видом в окружении экипажа проследовать на борт для выполнения предполётных процедур.
Интересные факты:
Вот здесь начинается самое интересное: план полёта давно согласован, подан и находится «внутри» системы ОрВД. После заправки, загрузки пассажиров и груза и получения информации от старшего бортпроводника задраиваются двери и экипаж начинает готовиться к полёту. Один из первых этапов — это запрос у диспетчера delivery clearance (тут я затрудняюсь привести корректный русский термин, но пусть будет «диспетчерское разрешение на полёт по маршруту»). При этом диспетчер ОрВД контролирует для запрашиваемого рейса наличие флайт-плана в системе и выдаёт squawk (код бортового ответчика, состоящий из 4 цифр) вместе с условиями выхода — рабочая полоса, SID и transition. Как я писал ранее, факт отсутствия флайт-плана в системе ОрВД чреват невозможностью вылета и задержкой рейса (очень редко, но такое случается, в основном для чартерных рейсов). Далее — процедуры и запрос на запуск двигателей. Кстати, запрос о запуске двигателей говорит о том, что командир принял решение на выполнение полёта.
Запуск, руление, взлёт и… гроза по курсу. Самолёты в грозовых очагах не летают, поэтому самый правильный (единственно правильный) способ обойти грозовой очаг — запросить у диспетчера пролёт с определённым курсом для обхода засветок. При этом вы покидаете SID и летите с новым курсом, набирая высоту по указаниям. Флайт-план при этом не меняется, но диспетчеры, работающие на аэродромном кругу/подходе, постараются максимально быстро «выпнуть» вас из зоны аэродрома (а у них ещё под контролем весь прибывающий трафик). Как показывает практика, при наличии сложной погодной обстановки в районе аэродрома начинается «свалка» из прилетающих и вылетающих бортов, задача диспетчеров — всё это разрулить. При этом топливо ограничено, а самолёты, как известно, без него не летают. Начинаются зоны ожидания, уходы на запасные аэродромы… Но мы отвлеклись — благополучно обойдя засветки, диспетчер отправляет нас на одну из точек маршрутной части, с разрешением набора крейсерского эшелона.
Набрали крейсерский, летим, тишь да гладь. Вдруг начинается прогнозируемая в CFP/OFP болтанка из-за входа в струйное течение. Пристёгиваем всех, летим дальше, «болтанка» не стихает. Вверх уйти не можем — самолёт тяжёлый, или кто-то сверху над нами и диспетчер не даёт набор. Просимся вниз, диспетчер дает снижение, занимаем высоту на пару эшелонов ниже. При этом опять же основная часть маршрута остаётся без изменений, в процессе полета диспетчеры могут поднимать/снижать самолёты исходя из воздушной обстановки. Но вот тут и кроется тот самый дьявол из воздушного законодательства, о котором я писал ранее, так как спрямление воздушных трасс у нас в стране официально запрещено, а лететь на более низком эшелоне мы не можем, так как в этом случае не хватает топлива. И тут через час-другой начинаются игры «в пятнашки» с диспетчером и другими бортами вокруг, в попытке занять более высокий эшелон полёта для экономии топлива. И опять же, очень редко можно услышать слова от диспетчера: «следуйте на точку ххх по воздушной обстановке», эдакий вариант спрямления маршрута.
При подлёте к аэродрому назначения диспетчер подхода обязан обозначить STAR, по которому будет выполняться заход. А далее как обычно: грозы, векторение, уход со STAR заход на точку, с которой непосредственно начинается конечный этап захода на посадку. Что интересно, сейчас в нормальных (с точки зрения организации схем SID/STAR) аэропортах STAR представляет из себя «змейку», выполняемую на одной высоте. Это очень удобно для диспетчеров (да и пилотов тоже) — вас «загоняют» туда, гасят скорость («минимальная на чистом крыле» или что то в районе 230-200 узлов) и далее по мере захода самолётов на посадку «выдёргивают» из середины «змейки» и отправляют прямо на посадку. В этом случае обеспечивается максимально возможное количество взлётно-посадочных операций в час (эдакий KPI диспетчеров круга/подхода) с минимально возможными интервалами между заходящими на посадку самолётами. Влияния на флайт-план все подобные операции совершенно не оказывают.
Та самая змейка из STAR. Источник — сборник АИП РФ
Посадка. Освобождение, заруливание, выключаемся на стоянке. Флайт-план закрывается в системе диспетчерами ОрВД (возможно, это сейчас делается кое-где автоматически после выключения бортового ответчика). Выпускаем пассажиров, процедуры и домой.
Перед тем, как перейдем к рубрике с неинтересными фактами, хотелось бы добавить ещё несколько штрихов к сказанному:
Интересные факты:
Вот собственно и всё. Как обычно, несколько сумбурно, но надеюсь что общая картина более-менее понятна.
Комментарии