ПРИНЦИПЫ ЗОНАЛЬНОЙ НАВИГАЦИИ

0
749

1.1. Зональная навигация

В зарубежной практике на протяжении многих десятилетий маршруты полетов ВС строились таким образом, чтобы они проходили через наземные радиомаяки — как правило, радиомаяки VOR. Поскольку полет выполнялся «на» или «от» радио­маяка, бортовое оборудование (аналог отечественного КУРС МП) непосредственно определяло и индицировало на указателях типа ПНП (CDI или HIS) сторону и вели­чину углового уклонения ВС. Это позволяло пилоту легко сохранять линию заданно­го пути, удерживая планку в центре прибора.

Наличие у летного экипажа в любой момент времени информации об отклоне­нии от заданной траектории получило название навигационного наведения (guidance). Наведение практически на каждом участке маршрута и схемы маневри­рования в районе аэродрома давно стало необходимым и само собой разумеющим­ся условием осуществления аэронавигации в большинстве стран мира.

Возрастание интенсивности воздушного движения к середине 80-х годов приве­ло к тому, что обычных трасс, проходящих через радиомаяки, во многих регионах уже было недостаточно для обеспечения требуемой пропускной способности воз­душного пространства. Стала обсуждаться возможность полетов по произвольным траекториям, не обязательно проходящим через радиомаяки. Для обеспечения та­ких полетов на борту ВС необходимо:

1) получать информацию о текущем местоположении ВС;

2) представлять информацию для пилота в виде отклонения от заданной траек­тории (обеспечить наведение).

Решение первой из этих задач первоначально основывалось на использовании угломерно-дальномерной системы, образованной радиомаяками VOR/DME, и по­зволяющей непрерывно измерять пеленг и дальность ВС. Для решения второй за­дачи необходимо было иметь бортовой вычислитель, способный непрерывно рас­считывать по пеленгу и дальности линейное боковое уклонение и оставшееся рас­стояние, то есть преобразовывать полярные координаты в частноортодромические. Именно в этот период времени в бортовые навигационные системы стала интенсив­но внедряться только что появившаяся компьютерная техника, что оказалось очень кстати для решения этой задачи.

Такая навигация по маршрутам, не проходящим через радиомаяки, получила название «зональной навигации» (area navigation, RNAV), поскольку ее осуществ­ление было возможно только при нахождении ВС в пределах зоны действия (range, area) радиомаяка. Впоследствии для определения местоположения ВС стали ис­пользоваться и другие средства: инерциальные системы счисления координат, раз-

ностно-дальномерные и спутниковые системы. Несмотря на то, что теперь уже не было необходимости находиться в определенной «зоне», сам термин «зональная навигация» сохранился.

История развития зональной навигации отразилась в том, каким образом дава­лось определение этого понятия в документах ИКАО. Если первоначально подразу­мевались только полеты в пределах зоны действия радиомаяков, то с появлением возможности автономного счисления пути понятие RNAV было расширено, и в пер­вом издании документа [1] его определение давалось уже следующим образом: «Зональная навигация — метод навигации, позволяющий воздушным судам вы­полнять полет по любой желаемой траектории в пределах действия радиомаяч-

ных навигационных средств или в пределах, определяемых возможностями авто­номных средств или их комбинацией».

Однако это определение оказалось излишне подробным. Поскольку такая нави­гация может осуществляться как в пределах зоны действия маяков, так и вне ее, то зачем вообще упоминать об этом в определении? И уже второе издание этого же документа приводит определение в ныне существующем виде: «зональная нави­гация — метод навигации, который позволяет воздушному судну выполнять по­лет по. любой желаемой траектории».

Можно обратить внимание, что в этом кратком определении отсутствует в яв­ном виде один из ключевых элементов RNAV — необходимость наведения по этой желаемой траектории. Из-за этого у российского пилота, впервые встретившегося с данным понятием, может возникнуть недоумение: а разве я без всякой зональной навигации не могу летать, как желаю? Но для зарубежных летчиков никакой неясно­сти нет. Для них необходимость наведения является нормой — что за навигация без наведения?

В определении ИКАО зональная навигация названа «методом» навигации. По — видимому, это не совсем корректно. Ведь для осуществления RNAV могут использо­ваться самые разные методы навигации, способы определения местоположения ВС. Они могут быть основаны на использовании радиотехнических систем, систем счис­ления пути или, в перспективе, на каких-то иных принципах. Для сущности зональной навигации это безразлично. Да и не может «навигация» быть «методом навигации», то есть способом осуществления самой себя. Зональная навигация не метод, а раз­новидность навигации, которая отличается от обычной лишь двумя чертами: воз­

можностью задания произвольных траекторий и обеспечением наведения при поле­те по ним. Поэтому более точное определение RNAV могло бы выглядеть следую­щим образом: «зональная навигация — навигация с использованием технических

средств, обеспечивающих наведение при полете по любой желаемой траекто­рии».

Оборудование, обеспечивающее возможность такой навигации, стали называть «оборудованием зональной навигации» или «оборудованием RNAV». Оно должно автоматически определять местоположение ВС по одному или нескольким навига­ционным датчикам и вычислять расстояние вдоль линии пути, боковое отклонение, время полета до выбранного пункта, а также обеспечить непрерывную индикацию отклонения на приборе типа ПНП или КПП, то есть обеспечить собственно наведе­ние. Сама же траектория задается, как правило, геодезическими координатами (ши­ротой и долготой) нескольких ее точек, называемых точками пути (waypoints).

Для отечественной аэронавигации принципы зональной навигации не являются чем-то абсолютно новым. Ведь в нашей стране, в отличие от зарубежной практики, воздушные трассы часто проходят через такие поворотные пункты маршрута, в ко­торых не установлены никакие навигационные средства. Наведение при этом обыч­но отсутствует, и поэтому выдерживание ЛЗП в этом случае является более слож­ной для летных экипажей задачей. Это одна из причин наличия на борту ВС штур­мана как члена экипажа.

Но в некоторых случаях обеспечивалось и наведение по произвольным линиям пути. Элементы зональной навигации в СССР впервые были реализованы в начале 60-х годов с появлением радиотехнической системы ближней навигации (РСБН). Наличие на борту в составе этой системы блока управления счетно-решающего прибора (БУ СРП) позволяло выполнять полет по линии пути, не проходящей через радиомаяк. При этом вертикальная планка прибора КПП показывала пилоту, с какой стороны находится ЛЗП, то есть осуществлялось наведение. Правда, точность, обеспечиваемая аналоговым вычислителем СРП, была не очень высока, да и не все самолеты имели такое оборудование. К тому же отсутствовало сплошное перекры­тие зон радиомаяков на территории страны, а полеты разрешалось выполнять толь­ко по установленным воздушным трассам. Поэтому в те годы такой подход к навига­ции не получил широкого распространения, но по существу это и была RNAV.

Траектория планируемого полета может быть задана не только в горизонталь­ной плоскости в виде маршрута, но и в вертикальной — путем задания высот пролета точек пути, углов или градиентов наклона траектории. Кроме того, может быть зада­на пространственно-временная траектория, когда для некоторых точек задано время их пролета. В соответствии с размерностью (Dimension) «пространства», в ко­тором осуществляется наведение, зональную навигацию разделяют на три вида:

— 2D-RNAV — двухмерная RNAV в горизонтальной плоскости — LNAV (Lateral

Navigation). Иногда, используя дословный перевод, ее называют боковой навигаци­ей, поскольку наведение осуществляется только по боковому уклонению;

— 3D-RNAV — трехмерная RNAV в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Для навигации в вертикальной плоскости испопьзуется аббревиатура VNAV (Vertical Navigation);

— 4D-RNAV — четырехмерная RNAV в горизонтальной и вертикальной плоско­стях плюс решение задачи регулирования скорости полета для прохождения пунктов маршрута или прибытия на аэродром в заданное время. Зональная навигация по времени сокращенно обозначается TNAv (буква Т от слова Time).

Проблема внедрения зональной навигации состоит не просто в том, чтобы обеспечить полет по произвольной траектории, а в том, чтобы точность ее выдержи­вания соответствовала установленным в данном регионе требованиям. В современ­ной аэронавигации эти требования устанавливаются в виде так называемых тре­буемых навигационных характеристик (RNP — Required Navigation

Performance). Поэтому вопросы зональной навигации оказались тесно переплетены с проблемами RNP. Настолько тесно, что ныне эти два круга вопросов оказались объединенными в одном документе ИКАО. Ранее концепция RNAV и требования к ней содержались в документе ИКАО «Руководство по зональной навигации». В на­стоящее время он прекратил свое существование, но весь его материал вошел в «Руководство по требуемым навигационным характеристикам RNP» [1]. Теперь RNP рассматривается как инструмент технического и нормативного регулирования поле­тов с применением RNAV.

В зависимости от жесткости требований к точности выдерживания заданной траектории, а также от характера функциональных требований к бортовому обору­дованию, широко используются следующие обозначения типов RNAV:

— B-RNAV (Basic RNAV) — основная (базовая) зональная навигация;

— P-RNAV (Precision RNAV) — точная зональная навигация;

— RNP-RNAV — зональная навигация с требуемыми навигационными характери­стиками.

В чем именно заключаются требования к каждому из этих типов навигации, бу­дет рассказано ниже.

RNAV рассматривается ИКАО как основной вид навигации будущего, поскольку она обладает целым рядом неоспоримых преимуществ перед навигацией обычной, традиционной:

1. Полеты становятся более безопасными за счет повышения точности навига­ции. Это связано с тем, что при введении RNAV в каком-пибо регионе одновременно вводятся и требования к точности (в виде RNP).

2. Увеличивается пропускная способность и эффективность использования воздушного пространства как на маршрутах, так и в районах аэродромов. Это происходит с одной стороны за счет увеличения количества маршрутов в данном объеме воздушного пространства (теперь они не обязательно должны проходить через радиомаяки), а с другой — за счет уменьшения интервалов бокового диомаяки), а с другой — за счет уменьшения интервалов бокового эшелонирования, которое оказывается теперь возможным, поскольку точность навигации стала выше.

3. Появляется возможность сделать структуру маршрутов динамичной, легко меняющейся в зависимости от обстановки. При этом могут быть учтены интересы как гражданской, так и государственной авиации. Гибкость RNAV позволяет избе­жать скопления ВС в определенных участках воздушного пространства, серьезных уплотнений маршрутов и появления «воздушных пробок».

4. Маршруты можно устанавливать более короткими, что приводит к экономии авиатоплива и уменьшению летного времени.

5. При наличии наведения летный экипаж более наглядно представляет себе навигационную ситуацию, что позволяет избежать неправильных решений и ошибок.

6. Уменьшается нагрузка как пилота, так и диспетчера за счет возможности от­казаться от радиолокационного наведения (векторения), осуществляемого диспет­чером в районе аэродрома.

7. Оказывается возможным сократить количество наземных навигационных средств.

При применении методов RNAV должны быть выполнены следующие обяза­тельные условия:

— если оборудование RNAV использует сигналы наземных или спутниковых средств, то оно должно устойчиво принимать эти сигналы на всем протяжении поле­та по маршруту или маневрирования в районе аэродрома;

— координаты точек пути (WPT — waypoints) должны определяться и публико­ваться в АИП государств во Всемирной геодезической системе координат WGS-84 и с требуемой точностью, разрешением и целостностью:

— оборудование RNAV должно быть сертифицировано для выполнения полета по маршруту и в районе аэродрома;

— летный экипаж должен иметь допуск к выполнению полетов по маршрутам RNAV и в районе аэродрома.