Система предотвращения столкновений на дорогах

Система предупреждения и предотвращения столкновений в воздухе ( TCAS , произносится как / t iːk æ s / ; TEE-kas ) — это система предупреждения столкновений воздушных судов, разработанная для снижения частоты столкновений в воздухе (MAC) между воздушными судами . Она контролирует воздушное пространство вокруг воздушного судна на предмет наличия других воздушных судов, оборудованных соответствующим активным транспондером , независимо от управления воздушным движением , и предупреждает пилотов о наличии других воздушных судов, оборудованных транспондерами, которые могут представлять угрозу MAC. Это тип бортовой системы предупреждения столкновений, предписанный Международной организацией гражданской авиации для установки на все воздушные суда с максимальной взлетной массой (MTOM) более 5700 кг (12 600 фунтов) или разрешенные для перевозки более 19 пассажиров. CFR 14 , Ch I, part 135 требует, чтобы TCAS I была установлена ​​на самолетах с 10–30 пассажирами и TCAS II на самолетах с более чем 30 пассажирами. Система ACAS/TCAS основана на сигналах ответчика вторичного обзорного радиолокатора (SSR) , но работает независимо от наземного оборудования, предоставляя пилоту рекомендации о потенциально конфликтующих воздушных судах.

В современных самолетах со стеклянной кабиной дисплей TCAS может быть интегрирован в навигационный дисплей (ND) или электронный индикатор горизонтального положения (EHSI).

В старых самолетах со стеклянной кабиной и самолетах с механическими приборами встроенный дисплей TCAS, включающий мгновенный указатель вертикальной скорости (IVSI), может заменить механический IVSI, который показывает только скорость снижения или набора высоты самолета.

Исследования в области систем предотвращения столкновений ведутся по крайней мере с 1950-х годов, а авиационная отрасль работает с Американской ассоциацией воздушного транспорта (ATA) с 1955 года над системой предотвращения столкновений. ИКАО и авиационные власти, такие как Федеральное управление гражданской авиации (FAA), были подстегнуты к действиям столкновением в воздухе в Гранд-Каньоне в 1956 году . ^[1]

Хотя бортовые транспондеры ATCRBS были доступны, только в середине 1970-х годов исследования были сосредоточены на использовании их сигналов в качестве кооперативного элемента для системы предотвращения столкновений. Этот технический подход позволил реализовать независимую возможность предотвращения столкновений на кабине экипажа, отдельную от наземной системы. В 1981 году FAA приняло решение внедрить систему предупреждения о дорожном движении и предотвращения столкновений (TCAS), которая была разработана на основе усилий промышленности и агентств в области систем предотвращения столкновений на основе маяков и методов дискретной адресной связи воздух-воздух, которые использовали форматы сообщений бортового транспондера Mode S. ^[2]

Вскоре прототипы TCAS II были установлены на двух самолетах Boeing 727 авиакомпании Piedmont Airlines и использовались на регулярных рейсах. Хотя дисплеи были расположены вне поля зрения летного экипажа и были видны только обученным наблюдателям, эти испытания предоставили ценную информацию о частоте и обстоятельствах оповещений и их потенциале для взаимодействия с системой УВД . В последующей фазе II программы более поздняя версия TCAS II была установлена ​​на одном самолете Boeing 727 авиакомпании Piedmont Airlines, и система была сертифицирована в апреле 1986 года, а затем впоследствии одобрена для эксплуатационной оценки в начале 1987 года. Поскольку оборудование не было разработано в соответствии с полными стандартами, система работала только в визуальных метеорологических условиях (VMC). Хотя летный экипаж управлял системой, оценка в первую очередь проводилась с целью сбора данных и их корреляции с наблюдением и реакцией летного экипажа и наблюдателя. ^[2]

Более поздние версии TCAS II, произведенные Bendix /King Air Transport Avionics Division, были установлены и одобрены на самолетах United Airlines в начале 1988 года. Аналогичные блоки, произведенные Honeywell, были установлены и одобрены на самолетах Northwest Airlines в конце 1988 года. Эта ограниченная программа установки эксплуатировала блоки TCAS II, одобренные для работы в качестве штатной системы как в визуальных, так и в инструментальных метеорологических условиях (IMC) на трех различных типах самолетов. Программы эксплуатационной оценки продолжались до 1988 года для подтверждения эксплуатационной пригодности систем ^[2]

Внедрение TCAS добавило барьер безопасности, помогающий предотвратить столкновения в воздухе . Однако все еще требовались дальнейшие исследования, усовершенствования, обучение и нормативные меры, поскольку ограничения и неправильное использование системы по-прежнему приводили к другим инцидентам и смертельным случаям, в том числе:

• 1996 г., авиакатастрофа при столкновении Чархи Дадри над Нью-Дели ;
• 1999 год, почти столкновение в Ламбурне с участием Boeing 737-300 и Gulfstream IV . Воздушное пространство над Ламбурном является зоной ожидания для аэропорта Хитроу . Событие примечательно тем, что оба самолета вошли в зону с разных направлений, что привело к неизбежному лобовому столкновению (положение на один час). Рекомендация по движению (желтая отметка) почти сразу превратилась в рекомендацию по разрешению (красная отметка) с прогнозируемым временем столкновения менее 25 секунд. ^[3]
• Инцидент в воздухе с авиакомпанией Japan Airlines в 2001 году ; капитан самолета рейса 907 авиакомпании Japan Airlines ( Boeing 747-400 ), 40-летний Макото Ватанабэ (渡辺誠, Watanabe Makoto ), решил снизиться по приказу авиадиспетчера, когда система TCAS приказала экипажу набирать высоту, и едва не столкнулся со снижающимся самолетом DC-10 рейса 958 авиакомпании JAL , следовавшим из Пусана в токийский аэропорт Нарита .
• Столкновение в воздухе в Юберлингене в 2002 году между Boeing 757 и Ту-154 , где пилоты Туполева отказались следовать рекомендациям TCAS по разрешению угрозы столкновения (RA), вместо этого следуя указаниям авиадиспетчера, в то время как пилоты Boeing следовали рекомендациям TCAS-RA, не имея никаких указаний от диспетчера.
• Столкновение в 2006 году самолета авиакомпании Gol Transportes Aéreos Flight 1907 ( Boeing 737 ) и самолета Embraer Legacy 600 ; транспондер самолета Embraer был случайно отключен, что привело к отключению его собственной системы TCAS и сделало самолет невидимым для системы TCAS на борту самолета, выполнявшего рейс 1907.
• 2011 Фрибур, близкое столкновение, с участием Germanwings Airbus A319 рейс 2529 и Hahn-Air-Lines Raytheon Premier I рейс 201. Управление воздушным движением в Женеве разрешило рейсу 2529 снизиться до эшелона полета 250 (25 000 футов [7 620 м]), но перешло на эшелон полета 280 (28 000 футов [8 534 м]), как обычно, для передачи управления движением в Цюрихе. Управление воздушным движением в Цюрихе разрешило рейсу 201 подняться до эшелона полета 270 (27 000 футов [8 230 м]). Это вызвало рекомендацию по разрешению угрозы столкновения (RA) для Airbus опуститься и для Raytheon набрать высоту, которую выполнили оба самолета. Девять секунд спустя Женева дала указание Raytheon снизиться до эшелона полета 260 (26 000 футов [7 925 м]), которому они затем последовали. Это привело к ситуации, когда оба самолета прошли на минимальном расстоянии 100 футов (30 м). Вскоре Raytheon оказался ниже Airbus, и TCAS выдал реверсивный RA для Airbus, чтобы подняться, а Raytheon — опуститься. ^[4]

TCAS включает в себя связь между всеми самолетами, оборудованными соответствующим транспондером (при условии, что транспондер включен и настроен должным образом). Каждый самолет, оборудованный TCAS, опрашивает все другие самолеты в определенном диапазоне об их местоположении (через радиочастоту 1030  МГц ) , и все другие самолеты отвечают на другие запросы (через 1090 МГц). Этот цикл запроса и ответа может происходить несколько раз в секунду. [ ^{5] [1]}

Система TCAS строит трехмерную карту самолетов в воздушном пространстве, включая их дальность (полученную из времени прохождения сигнала запроса и ответа), высоту (сообщенную опрашиваемым самолетом) и пеленг (направленной антенной из ответа). Затем, экстраполируя текущую дальность и разницу высот на ожидаемые будущие значения, она определяет, существует ли потенциальная угроза столкновения.

TCAS и его варианты способны взаимодействовать только с самолетами, имеющими корректно работающий транспондер режима C или режима S. Каждому самолету, имеющему транспондер режима S, присваивается уникальный 24-битный идентификатор.

Следующим шагом после определения потенциальных столкновений является автоматическое согласование взаимного маневра избегания (в настоящее время маневры ограничены изменением высоты и модификацией скоростей набора/снижения) между двумя (или более) конфликтующими самолетами. Эти маневры избегания сообщаются экипажу с помощью дисплея в кабине и синтезированных голосовых инструкций. ^{[5] [1]}

Защищенный объем воздушного пространства окружает каждое воздушное судно, оборудованное TCAS. Размер защищенного объема зависит от высоты, скорости и направления воздушного судна, участвующего в столкновении. На рисунке ниже показан пример типичного объема защиты TCAS.

Установка TCAS состоит из следующих компонентов: ^{[5] [1]}

Компьютерный блок TCAS

Выполняет наблюдение за воздушным пространством, отслеживание нарушителей, отслеживание высоты собственного самолета, обнаружение угроз, определение и выбор маневра разрешения (RA), а также генерацию рекомендаций. Процессор TCAS использует барометрическую высоту, высоту радара и дискретные входные данные о состоянии самолета от своего собственного самолета для управления параметрами логики предотвращения столкновений, которые определяют объем защиты вокруг самолета TCAS.

Антенны

Антенны, используемые TCAS II, включают направленную антенну, которая устанавливается на верхней части самолета, и либо всенаправленную, либо направленную антенну, установленную на нижней части самолета. Большинство установок используют дополнительную направленную антенну на нижней части самолета. В дополнение к двум антеннам TCAS, для транспондера режима S также требуются две антенны. Одна антенна устанавливается на верхней части самолета, а другая — на нижней. Эти антенны позволяют транспондеру режима S принимать запросы на частоте 1030 МГц и отвечать на полученные запросы на частоте 1090 МГц.

Презентация в кабине пилота

Интерфейс TCAS с пилотами обеспечивается двумя дисплеями: дисплеем трафика и дисплеем RA. Эти два дисплея могут быть реализованы несколькими способами, включая дисплеи, которые объединяют оба дисплея в один физический блок. Независимо от реализации, отображаемая информация идентична. Стандарты как для дисплея трафика, так и для дисплея RA определены в DO-185A. ^[6]

В следующем разделе описывается работа TCAS на основе TCAS II, поскольку именно эта версия была принята в качестве международного стандарта (ACAS II) ИКАО и авиационными властями по всему миру. ^{[5] [1]}

В настоящее время TCAS II может работать в следующих режимах: ^{[5] [1]}

Поддерживать

Питание подается на процессор TCAS и транспондер режима S, но TCAS не отправляет никаких запросов, а транспондер будет отвечать только на дискретные запросы.

Транспондер

Транспондер режима S полностью работоспособен и будет отвечать на все соответствующие запросы земли и TCAS. TCAS остается в режиме ожидания.

Только рекомендации по дорожному движению

Транспондер режима S полностью работоспособен. TCAS будет работать нормально, выдавать соответствующие запросы и выполнять все функции отслеживания. Однако TCAS будет выдавать только рекомендации по трафику (TA), а рекомендации по разрешению (RA) будут заблокированы.

Автоматически (советы по трафику/разрешению)

Транспондер режима S полностью работоспособен. TCAS будет работать в обычном режиме, выдавать соответствующие запросы и выполнять все функции отслеживания. TCAS будет выдавать рекомендации по трафику (TA) и рекомендации по разрешению (RA) при необходимости.

Система TCAS работает скоординированно, поэтому при выдаче RA конфликтующим воздушным судам одно из воздушных судов должно немедленно выполнить требуемое действие (например, Подъем. Подъем. ), в то время как другое воздушное судно получает аналогичное RA в противоположном направлении (например, Снижение. Снижение. ).

TCAS II выдает следующие типы звуковых оповещений:

• Рекомендации по дорожному движению (TA)
• Консультативный совет по разрешению споров (RA)
• Очистить от конфликта

Когда выдается TA, пилотам предписывается начать визуальный поиск трафика, вызывающего TA. Если трафик визуально обнаружен, пилотам предписывается сохранять визуальное разделение с трафиком. Программы обучения также указывают, что горизонтальные маневры не должны выполняться исключительно на основе информации, отображаемой на дисплее трафика. Небольшие корректировки вертикальной скорости при наборе высоты или снижении или небольшие корректировки воздушной скорости при соблюдении разрешения УВД являются приемлемыми. ^[7]

Когда выдается RA, пилоты должны немедленно отреагировать на RA, если только это не поставит под угрозу безопасную эксплуатацию полета. Это означает, что самолету иногда придется маневрировать вопреки инструкциям ATC или игнорировать инструкции ATC. В этих случаях диспетчер больше не несет ответственности за разделение самолетов, вовлеченных в RA, пока конфликт не будет прекращен.

С другой стороны, ATC может потенциально вмешиваться в реакцию пилота на RA. Если конфликтующая инструкция ATC совпадает с RA, пилот может предположить, что ATC полностью осведомлен о ситуации и обеспечивает лучшее разрешение. Но на самом деле ATC не знает о RA, пока пилот не сообщит о RA. После того, как пилот сообщит о RA, ATC обязан не пытаться изменить траекторию полета самолета, вовлеченного в столкновение. Следовательно, от пилота ожидается, что он будет «следовать RA», но на практике это происходит не всегда.

Некоторые страны внедрили "RA downlink", который предоставляет авиадиспетчерам информацию о RA, размещенных в кабине. В настоящее время нет положений ИКАО относительно использования RA downlink авиадиспетчерами.

В ходе подготовки пилотов особое внимание уделяется следующим моментам:

• Не совершайте маневры в направлении, противоположном указанному RA, так как это может привести к столкновению.
• Сообщите диспетчеру о RA как можно скорее, как только позволит загруженность экипажа после ответа на RA. Нет необходимости делать это уведомление до начала ответа на RA.
• Будьте внимательны к отмене или ослаблению RA, чтобы свести к минимуму отклонения от разрешенной высоты.
• Если возможно, выполняйте разрешение диспетчера, например, развернитесь для пересечения воздушного пути или курсового радиомаяка, одновременно с реагированием на RA.
• После завершения события RA немедленно вернитесь к предыдущему разрешению или инструкции УВД или выполните пересмотренное разрешение или инструкцию УВД. ^[7]

RA происходит в среднем каждые 1000 часов полета на самолетах малой и средней протяженности и каждые 3000 часов на самолетах большой протяженности . В своем руководстве ACAS за декабрь 2017 года Евроконтроль обнаружил, что примерно в 25% случаев пилоты неточно следуют RA. Airbus предлагает опцию автопилота / полетного директора TCAS для автоматических маневров избегания. ^[8]

Исследования безопасности TCAS показывают, что система повышает безопасность в воздушном пространстве в 3–5 раз. ^[10]

Однако вполне понятно, что часть оставшегося риска заключается в том, что TCAS может спровоцировать столкновения в воздухе: «В частности, это зависит от точности сообщаемой высоты угрожающего самолета и от ожидания того, что угрожающий самолет не совершит резкий маневр, который сведет на нет рекомендации по разрешению столкновения TCAS (RA). Исследование безопасности также показывает, что TCAS II спровоцирует некоторые критические столкновения в воздухе...» (См. стр. 7 Введения в TCAS II версии 7 и 7.1 (PDF) во внешних ссылках ниже). ^{[5] [1]}

Одной из потенциальных проблем с TCAS II является возможность того, что рекомендуемый маневр избегания может заставить экипаж снижаться к земле ниже безопасной высоты. Недавние требования по включению близости земли снижают этот риск. Предупреждения о близости земли имеют приоритет в кабине экипажа над предупреждениями TCAS.

Некоторые пилоты не были уверены, как действовать, когда их самолету было предложено подняться на максимальной высоте. Принятая процедура заключается в том, чтобы следовать RA подъема как можно лучше, временно жертвуя скоростью ради высоты . RA подъема должно быстро закончиться. В случае предупреждения о сваливании, предупреждение о сваливании будет иметь приоритет.

Оба случая были рассмотрены в версии 7.0 TCAS II и в настоящее время обрабатываются корректирующим RA вместе с визуальной индикацией зеленой дуги на дисплее IVSI для указания безопасного диапазона для скорости набора высоты или снижения. Однако было обнаружено, что в некоторых случаях эти индикации могут привести к опасной ситуации для вовлеченного самолета. Например, если событие TCAS происходит, когда два самолета снижаются друг над другом для посадки, самолет на меньшей высоте сначала получит RA «Снижайтесь, снижайтесь» , а при достижении экстремально низкой высоты это изменится на RA «Выровняйтесь, выровняйтесь» вместе с зеленой дуговой индикацией, указывающей пилоту выровнять самолет. Это может поставить самолет в опасное положение на пути нарушителя выше, который снижается для посадки. Было выпущено предложение об изменении для исправления этой проблемы. ^[11]

Эту статью необходимо обновить . Пожалуйста , помогите обновить эту статью, чтобы отразить недавние события или новую доступную информацию. ( Апрель 2021 г. )

Технология TCAS оказалась слишком дорогой для самолетов малого бизнеса и авиации общего назначения. Производители и власти признали необходимость альтернативы TCAS; это привело к разработке Traffic Advisory System. TAS на самом деле является упрощенной версией TCAS I. Структура системы, компоненты, работа, отображение трафика и логика TA идентичны, но минимальные стандарты эксплуатационных характеристик (MOPS) TAS допускают некоторое упрощение по сравнению с TCAS I: ^{[12] [13]}

• Определены устройства классов A и B, где класс A идентичен TCAS I, но устройства класса B работают без отображения дорожной обстановки (последние выдают только звуковые TA, сопровождаемые некоторым визуальным представлением TA).
• Дисплей TAS может быть монохромным.
• Имеются весьма незначительные различия в значениях эксплуатационных допусков.
• Устройства TAS могут предоставлять только два уровня рекомендаций: Other Traffic и Traffic Advisories (TAs). Отображение ближайшего трафика и приблизительных рекомендаций (PAs) являются необязательными, тем не менее, большинство устройств TAS обеспечивают отслеживание ближайшего трафика и используют стандартную символику TCAS I.
• Чтобы гарантировать, что все помехи от оборудования TCAS I будут поддерживаться на низком уровне, оборудование TCAS I непрерывно подсчитывает количество самолетов TCAS поблизости и снижает частоту опроса или мощность или и то, и другое, чтобы соответствовать эксплуатационным пределам. Это также относится к оборудованию TAS, но производитель может выбрать эксплуатацию TAS как маломощной системы с фиксированным пределом мощности продукта 42 Вт/с, в этом случае требование к ограничению помех снимается.

В следующих документах содержатся все различия между TCAS I и TAS:

• минимальные стандарты эксплуатационных характеристик (MOPS) TCAS I описаны в RTCA-DO-197A, ^[12]
• и изменения в этом документе, применимые к системе консультирования по дорожному движению (TAS), опубликованы в TSO-C147a (или ETSO-C147a), Приложение 1. ^[13]

Несмотря на все это, большинство производителей не используют вышеупомянутые возможности для создания упрощенных устройств. В результате рыночных сил многие системы TAS работают так же, как TCAS I (с ограничением помех, с использованием символики TCAS I и т. д.), а некоторые из них даже имеют лучшие характеристики наблюдения (по дальности и отслеживаемым самолетам) и технические характеристики, чем TCAS I.

Автоматическое зависимое наблюдение – сообщения вещания (ADS–B) передаются с самолетов, оборудованных подходящими транспондерами, содержащими такую ​​информацию, как идентификация, местоположение и скорость. Сигналы транслируются на радиочастоте 1090 МГц. Сообщения ADS-B также передаются на универсальном приемопередатчике доступа (UAT) в диапазоне 978 МГц. ^[14]

Оборудование TCAS, способное обрабатывать сообщения ADS–B, может использовать эту информацию для повышения производительности TCAS, используя методы, известные как «гибридное наблюдение». В настоящее время гибридное наблюдение использует прием сообщений ADS–B от самолета для снижения скорости, с которой оборудование TCAS опрашивает этот самолет. Это сокращение запросов сокращает использование радиоканала 1030/1090 МГц и со временем продлит эксплуатационно полезный срок службы технологии TCAS. Сообщения ADS–B также позволят недорогой (для самолета) технологии обеспечить трафик в реальном времени в кабине для небольших самолетов. ^[15] В настоящее время восходящие линии связи на основе трафика UAT предоставляются на Аляске и в регионах Восточного побережья США.

Гибридное наблюдение не использует информацию о полете самолета ADS–B в алгоритмах обнаружения конфликтов TCAS; ADS–B используется только для идентификации самолетов, которые можно безопасно опрашивать на более низкой частоте.

В будущем возможности прогнозирования могут быть улучшены за счет использования информации о векторе состояния, присутствующей в сообщениях ADS–B. Кроме того, поскольку сообщения ADS–B могут быть получены на большем расстоянии, чем обычно работает TCAS, самолеты могут быть обнаружены раньше алгоритмами отслеживания TCAS.

Информация об идентификации, содержащаяся в сообщениях ADS–B, может использоваться для маркировки других самолетов на дисплее кабины экипажа (если таковой имеется), создавая картину, похожую на ту, которую видит авиадиспетчер, и улучшая ситуационную осведомленность. ^{[16] [17]}

TCAS I — более дешевая, но менее мощная система, чем современная система TCAS II, введенная для использования в авиации общего назначения после того, как FAA ввела требование о применении TCAS II в воздушных транспортных самолетах. Системы TCAS I способны отслеживать ситуацию с движением вокруг самолета (в радиусе около 40 миль) и предоставлять информацию о приблизительном пеленге и высоте других самолетов. Они также могут генерировать предупреждения о столкновении в форме «Traffic Advisory» (TA). TA предупреждает пилота о том, что поблизости находится другой самолет, объявляя «Traffic, traffic» , но не предлагает никаких рекомендуемых мер по устранению неполадок; пилот сам решает, что делать, обычно с помощью службы управления воздушным движением. Когда угроза минует, система объявляет «Clear of conflict» (Clear of conflict) . ^[18]

TCAS II — первая система, представленная в 1989 году, и текущее поколение предупреждающих приборов TCAS, используемых в большинстве коммерческих самолетов (см. таблицу ниже). Первым самолетом, сертифицированным с системой TCAS II компании AlliedBendix (теперь Honeywell), был самолет US Airways 737. Она предлагает все преимущества TCAS I, но также предлагает пилоту прямые голосовые инструкции по предотвращению опасности, известные как «Совет по разрешению» (RA). Предлагаемое действие может быть «корректирующим», предлагающим пилоту изменить вертикальную скорость, объявляя «Снижайтесь, снижайтесь» , «Набирайте высоту, поднимайтесь» или «Выравнивайтесь, выравнивайтесь» (что означает снижение вертикальной скорости). Напротив, может быть выдана «превентивная» RA, которая просто предупреждает пилотов не отклоняться от их текущей вертикальной скорости, объявляя «Следите за вертикальной скоростью» или «Поддерживайте вертикальную скорость, поддерживайте» . Системы TCAS II координируют свои рекомендации по разрешению столкновения перед выдачей команд пилотам, так что если одному самолету приказано снижаться, другому, как правило, приказано набирать высоту, что обеспечивает максимальное расстояние между двумя самолетами. ^[1]

По состоянию на 2006 год единственной реализацией, которая соответствовала стандартам ACAS II, установленным ИКАО ^[19], была версия 7.0 TCAS II, разработанная тремя производителями авионики: Rockwell Collins , Honeywell и ACSS (Aviation Communication & Surveillance Systems; совместное предприятие L3Harris и Thales Avionics ).

После столкновения в воздухе в Юберлингене в 2002 году (1 июля 2002 года) были проведены исследования по улучшению возможностей TCAS II. После обширных предложений и давления со стороны Евроконтроля RTCA (Специальный комитет SC-147 ^[20] ) и EUROCAE совместно разработали пересмотренный документ Минимальные стандарты эксплуатационных характеристик TCAS II (MOPS) . В результате к 2008 году стандарты для версии 7.1 TCAS II были выпущены ^[21] и опубликованы как RTCA DO-185B ^[6] (июнь 2008 года) и EUROCAE ED-143 (сентябрь 2008 года).

TCAS II версии 7.1 ^[1] сможет выдавать реверсии RA в скоординированных столкновениях, в случае, если один из самолетов не следует первоначальным инструкциям RA (изменение предложения CP112E). ^[22] Другие изменения в этой версии - замена неоднозначного "Adjust Vertical Speed, Adjust" RA на "Level off, Level off" RA, чтобы предотвратить неправильную реакцию пилотов (изменение предложения CP115); ^[23] и улучшенная обработка корректирующих/предупреждающих оповещений и удаление зеленого дугового дисплея, когда положительное RA ослабевает исключительно из-за экстремально низких или больших условий высоты (1000 футов над уровнем земли или ниже, или около верхнего потолка самолета), чтобы предотвратить неправильное и возможно опасное руководство для пилота (изменение предложения CP116). ^{[11] [24]}

Исследования, проведенные для Eurocontrol с использованием недавно зарегистрированных эксплуатационных данных, показывают, что в настоящее время ^{[ когда? ]} вероятность столкновения в воздухе на каждый час полета в европейском воздушном пространстве составляет 2,7 x 10−8 ^, что соответствует одному случаю каждые 3 года. Когда будет внедрена версия TCAS II 7.1, эта вероятность будет снижена в 4 раза. ^[24]

Хотя ACAS III упоминается как будущая система в Приложении 10 ИКАО, ACAS III вряд ли будет реализована из-за трудностей, с которыми сталкиваются текущие системы наблюдения при горизонтальном слежении. В настоящее время проводятся исследования по разработке будущей системы предотвращения столкновений (под рабочим названием ACAS X). ^[25]

Первоначально обозначенный как TCAS II Enhanced, TCAS III был задуман как расширение концепции TCAS II для включения возможности горизонтального разрешения рекомендаций. TCAS III был «следующим поколением» технологии предотвращения столкновений, которая была разработана авиационными компаниями, такими как Honeywell . TCAS III включал технические усовершенствования системы TCAS II и имел возможность предлагать рекомендации по движению и разрешать конфликты с использованием горизонтальных и вертикальных маневренных указаний для пилотов. Например, в ситуации лобового столкновения одному самолету может быть направлено «повернуть направо, набрать высоту», а другому — «повернуть направо, снизиться». Это будет способствовать дальнейшему увеличению общего разделения между самолетами, как в горизонтальном, так и в вертикальном аспектах. Горизонтальные указания будут полезны в конфликте между двумя самолетами вблизи земли, где может быть мало или вообще нет пространства для вертикального маневрирования. ^[26]

TCAS III пытался использовать направленную антенну TCAS для назначения пеленга другим самолетам и, таким образом, иметь возможность генерировать горизонтальный маневр (например, поворот налево или направо). Однако отрасль посчитала это невыполнимым из-за ограничений точности направленных антенн TCAS. Направленные антенны были признаны недостаточно точными для генерации точного положения в горизонтальной плоскости и, следовательно, точного горизонтального разрешения. К 1995 году годы испытаний и анализа определили, что концепция была неработоспособна с использованием имеющейся технологии наблюдения (из-за неадекватности информации о горизонтальном положении), и что горизонтальные RA вряд ли будут задействованы в большинстве геометрий столкновения. Поэтому все работы по TCAS III были приостановлены, и нет никаких планов по ее внедрению. Позже концепция была развита и заменена TCAS IV. ^{[27] [28]}

TCAS IV использует дополнительную информацию, закодированную самолетом-целью в ответе транспондера Mode S (т. е. цель кодирует свою собственную позицию в сигнал транспондера) для генерации горизонтального разрешения для RA. Кроме того, для кодирования на самолете-цели необходим какой-то надежный источник позиции (такой как инерциальная навигационная система или GPS ).

TCAS IV заменил концепцию TCAS III к середине 1990-х годов. Одним из результатов опыта TCAS III стало то, что направленная антенна, используемая процессором TCAS для назначения пеленга полученному ответу транспондера, была недостаточно точной для генерации точного горизонтального положения и, следовательно, безопасного горизонтального разрешения. TCAS IV использовала дополнительную информацию о положении, закодированную в канале передачи данных воздух-воздух, для генерации информации о пеленге, так что точность направленной антенны не была фактором.

Разработка TCAS IV продолжалась несколько лет, но появление новых тенденций в области передачи данных, таких как Automatic Dependent Surveillance – Broadcast ( ADS-B ), указало на необходимость переоценки того, следует ли включать систему передачи данных, предназначенную для предотвращения столкновений, такую ​​как TCAS IV, в более общую систему передачи данных «воздух-воздух» для дополнительных приложений. В результате этих проблем концепция TCAS IV была заброшена, когда началась разработка ADS-B . ^{[28] [29]}

Хотя система иногда страдает от ложных тревог, пилоты теперь имеют строгие инструкции рассматривать все сообщения TCAS как подлинные предупреждения, требующие немедленного, высокоприоритетного реагирования. Только предупреждения и оповещения Windshear Detection и GPWS имеют более высокий приоритет, чем TCAS. Правила FAA , EASA и большинства других стран гласят, что в случае конфликта между TCAS RA и инструкциями управления воздушным движением (УВД) приоритет всегда имеет TCAS RA. Это в основном из-за того, что TCAS-RA по своей сути обладает более актуальной и полной картиной ситуации, чем авиадиспетчеры, чьи обновления радаров / транспондеров обычно происходят гораздо медленнее, чем запросы TCAS. ^{[5] [1]} Если один самолет следует TCAS RA, а другой следует конфликтующим инструкциям УВД, может произойти столкновение, как, например, катастрофа в Юберлингене 1 июля 2002 года . В этом столкновении в воздухе оба самолета были оснащены системами TCAS II версии 7.0, которые функционировали исправно, но один из них подчинился рекомендациям TCAS, а другой проигнорировал TCAS и подчинился диспетчеру; оба самолета потерпели смертельный удар. ^[30]

Эту аварию можно было бы предотвратить, если бы TCAS смогла отменить исходный RA для одного из самолетов, когда она обнаружила, что экипаж другого не следует своему исходному RA TCAS, а вместо этого конфликтует с инструкциями ATC. Это одна из функций, которая позже будет реализована в версии 7.1 TCAS II. ^{[21] [31] [32]}

Реализацию TCAS II версии 7.1 изначально планировалось начать между 2009 и 2011 годами путем модернизации и дальнейшей установки всех самолетов, оборудованных TCAS II, с целью, чтобы к 2014 году версия 7.0 была полностью снята с производства и заменена версией 7.1. FAA и EASA уже опубликовали Технический стандартный приказ TCAS II версии 7.1 (TSO-C119c ^[33] и ETSO-C119c, ^[34] соответственно), вступающий в силу с 2009 года, основанный на стандартах RTCA DO-185B ^[6] и EUROCAE ED-143. 25 сентября 2009 года FAA выпустило консультативный циркуляр AC 20-151A ^[35], содержащий руководство по получению одобрения летной годности для систем TCAS II, включая новую версию 7.1. 5 октября 2009 года Ассоциация европейских авиакомпаний (AEA) опубликовала позиционный документ ^[36], в котором указала на необходимость обязательного внедрения TCAS II версии 7.1 на всех воздушных судах в качестве приоритетной задачи. 25 марта 2010 года Европейское агентство по безопасности полетов (EASA) опубликовало Уведомление о предлагаемой поправке (NPA) № 2010-03, касающееся внедрения программного обеспечения ACAS II версии 7.1. ^[37] 14 сентября 2010 года EASA опубликовало Документ с ответом на комментарии (CRD) к вышеупомянутому NPA. ^[38] Отдельно было внесено предложение о внесении поправки в стандарт ICAO , требующей TCAS II версии 7.1 для соответствия SARPs ACAS II.

ИКАО распространила поправку для официального соглашения государств-членов, которая рекомендует принятие Изменения 7.1 TCAS II к 1 января 2014 года для предварительной установки и к 1 января 2017 года для модернизации. После получения отзывов и комментариев от операторов авиакомпаний EASA предложила следующие даты для мандата TCAS II версии 7.1 в европейском воздушном пространстве: предварительная установка (для новых самолетов) 1 марта 2012 года, модернизация (для существующих самолетов) 1 декабря 2015 года. Эти даты являются предлагаемыми датами, подлежащими дальнейшему регулированию, и не являются окончательными до публикации Правила внедрения. ^[24]

Среди производителей систем, к февралю 2010 года ACSS ^[39] сертифицировала Change 7.1 для своих систем TCAS 2000 и Legacy TCAS II, ^[40] и в настоящее время предлагает обновление Change 7.1 для своих клиентов. ^[41] К июню 2010 года Honeywell опубликовала официальный документ с предлагаемыми решениями для TCAS II версии 7.1. ^[42] Rockwell Collins в настоящее время объявляет, что их системы TCAS-94, TCAS-4000 и TSS-4100, совместимые с TCAS II, могут быть обновлены до Change 7.1, когда они станут доступны. ^[43]

Хотя преимущества безопасности текущих реализаций TCAS очевидны, весь технический и эксплуатационный потенциал TCAS не используется в полной мере из-за ограничений в текущих реализациях (большинство из которых необходимо устранить для дальнейшего упрощения проектирования и внедрения Free flight ) и NextGen :

• Большинство проблем с TCAS II, о которых сообщается в Системе отчетности по безопасности полетов (ASRS), охватывают аномальную или ошибочную работу оборудования TCAS II, отвлечение внимания, вызванное TCAS, конфликты в воздухе, спровоцированные TCAS, и нестандартное использование TCAS. ^[44]
• Как и диспетчер, TCAS II использует информацию режима C для определения вертикального разделения относительно другого трафика. Если режим C даже временно предоставит ошибочную информацию о высоте, может возникнуть ошибочная команда Resolution Advisory на набор высоты или снижение. В отличие от диспетчера, TCAS II не может опрашивать экипаж, чтобы определить, связана ли проблема с неисправным оборудованием. ^[44]
• Пилоты часто ссылаются на слуховые помехи и помехи, связанные с рабочей нагрузкой TCAS II, при выполнении обычных обязанностей в кабине. ^[44]
• Во многих отчетах об инцидентах с TCAS, полученных в ASRS, утверждается, что реакция пилота на ошибочные команды TCAS способствовала возникновению конфликта, которого изначально не было. Рассмотрим следующее столкновение в воздухе (NMAC), где RA TCAS II вполне могла быть вызвана высокой скоростью набора высоты авианосца (Y). ^[44]
• TCAS ограничена поддержкой только рекомендаций по вертикальному эшелонированию, однако более сложные сценарии конфликтов на воздушном судне можно разрешить проще и эффективнее, используя также маневры бокового разрешения; это относится, в частности, к конфликтам на воздушном судне с ограниченным запасом высоты над землей или к сценариям конфликтов, которые также ограничены вертикальными ограничениями (например, в загруженном воздушном пространстве RVSM ).
• ATC может быть автоматически проинформирован о рекомендациях по разрешению, выданных TCAS, только когда самолет находится в зоне действия сети мониторинга Mode S или ADS-B . В других случаях диспетчеры могут не знать о рекомендациях по разрешению, основанных на TCAS, или даже выдавать противоречивые инструкции (если только ATC не был явно проинформирован членами экипажа о выданном RA в ситуации высокой рабочей нагрузки), что может стать источником путаницы для затронутых экипажей, а также дополнительно увеличить рабочую нагрузку пилотов. В мае 2009 года Люксембург, Венгрия и Чешская Республика показали диспетчерам переданные RA.
• В этом контексте в TCAS отсутствуют автоматизированные средства, позволяющие пилотам легко сообщать и подтверждать получение (обязательной) RA службе УВД (и намерение ее выполнить), поэтому в настоящее время единственным вариантом для этого является голосовое радио, что, однако, дополнительно увеличивает нагрузку на пилотов и службу УВД, а также перегрузку частот в критических ситуациях.
• В этом же контексте ситуационная осведомленность УВД зависит от точной информации о маневрировании воздушных судов, особенно во время конфликтных ситуаций, которые могут вызвать или способствовать возникновению новых конфликтов за счет отклонения от запланированного маршрута, поэтому автоматическая визуализация выданных рекомендаций по разрешению конфликтов и пересчет ситуации с движением в затронутом секторе, очевидно, помогут УВД в обновлении и поддержании ситуационной осведомленности даже во время незапланированных, ситуативных изменений маршрута, вызванных конфликтами эшелонирования.
• Современные дисплеи TCAS не предоставляют информацию о рекомендациях по разрешению столкновения, выданных другим (конфликтующим) воздушным судам, хотя рекомендации по разрешению столкновения, выданные другим воздушным судам, могут показаться неактуальными для другого воздушного судна. Эта информация позволила бы и помогла бы экипажам оценить, действительно ли другие воздушные суда (конфликтующий трафик) соблюдают RA, сравнивая фактическую скорость изменения (высоты) с запрошенной скоростью изменения (что может быть сделано автоматически и соответствующим образом визуализировано современной авионикой), тем самым предоставляя важную информацию в реальном времени для ситуационной осведомленности в критических ситуациях.
• Сегодня дисплеи TCAS зачастую в первую очередь основаны на дальности, поэтому они показывают дорожную ситуацию только в пределах настраиваемого диапазона миль/футов, однако при определенных обстоятельствах представление «на основе времени» (например, в течение следующих xx минут) может быть более интуитивным.
• Отсутствие осведомленности о рельефе/земле и препятствиях (например, подключение к TAWS , включая осведомленность о секторе MSA ), что может иметь решающее значение для создания осуществимых (неопасных в контексте очистки рельефа местности) и полезных рекомендаций по разрешению угрозы столкновения (т. е. предотвращение экстремальных инструкций по снижению при близости к рельефу местности), чтобы гарантировать, что RA TCAS никогда не будут способствовать сценариям CFIT (управляемый полет, столкновение с землей).
• Характеристики самолета в целом и текущие возможности производительности в частности (из-за активной конфигурации самолета) не принимаются во внимание во время переговоров и создания рекомендаций по разрешению (как это имеет место в случае различий между различными типами самолетов, например, турбовинтовые/реактивные против вертолетов), так что теоретически возможно, что рекомендации по разрешению выдаются, которые требуют скоростей набора или снижения за пределами нормального/безопасного диапазона полета самолета на определенной фазе полета (т. е. из-за текущей конфигурации самолета). Кроме того, поскольку все движение рассматривается одинаково, не проводится различий между различными типами самолетов, пренебрегая возможностью использования информации, специфичной для самолета (характеристик), для выдачи индивидуальных и оптимизированных инструкций для любого заданного конфликта движения (т. е. путем выдачи инструкций по набору высоты тем самолетам, которые могут обеспечить наилучшие скорости набора высоты, и в то же время выдачи инструкций по снижению самолетам, обеспечивающим сравнительно лучшие скорости снижения, тем самым, как можно надеяться, максимизируя изменение высоты за единицу времени, то есть разделение). Например, TCAS может приказать самолету набирать высоту, когда он уже находится на своем эксплуатационном потолке для своей текущей конфигурации. ^[45]
• TCAS в первую очередь ориентирован на экстраполяцию, поэтому он использует алгоритмы, которые пытаются приблизить прогнозирование траектории 4D с использованием «истории траектории полета», чтобы оценить и проанализировать текущую ситуацию с движением в непосредственной близости от самолета, однако степень надежности и полезности данных может быть значительно улучшена за счет улучшения указанной информации с ограниченным доступом к соответствующей информации плана полета, а также к соответствующим инструкциям УВД, чтобы получить более полную картину планов и намерений других участников движения (маршрутов), так что прогнозы траектории полета больше не будут основываться только на оценках, а на фактическом маршруте самолета ( план полета FMS ) и инструкциях УВД. Если TCAS будет модифицирован для использования данных, которые используются другими системами, потребуется осторожность, чтобы гарантировать, что риски общих режимов отказа будут достаточно малы.
• TCAS не устанавливается на многих небольших самолетах, в основном из-за высоких затрат (от 25 000 до 150 000 долларов США). Например, многие небольшие личные бизнес-джеты в настоящее время не обязаны иметь TCAS, даже если они летают в том же воздушном пространстве, что и более крупные самолеты, которые должны иметь надлежащее оборудование TCAS на борту. Система TCAS может работать в полную силу только тогда, когда все самолеты в любом данном воздушном пространстве имеют на борту исправно работающий блок TCAS.
• TCAS требует, чтобы оба конфликтующих самолета имели транспондеры. Если у одного самолета нет транспондера, то он не будет оповещать TCAS, поскольку информация не передается.

Чтобы преодолеть некоторые из этих ограничений, FAA разрабатывает новую логику предотвращения столкновений, основанную на динамическом программировании.

В ответ на серию столкновений в воздухе с участием коммерческих авиалайнеров, в 1970-х годах Федеральное управление гражданской авиации поручило Lincoln Laboratory принять участие в разработке бортовой системы предотвращения столкновений. В своем нынешнем проявлении система предупреждения о дорожном движении и предотвращения столкновений обязательна во всем мире для всех крупных самолетов и значительно повысила безопасность авиаперелетов, но крупные изменения в воздушном пространстве, запланированные на ближайшие годы, потребуют существенной модификации системы. ^[46]

Набор новых систем под названием ACAS X ^[47] будет использовать эту новую логику:

• ACAS Xa станет прямой заменой TCAS II, использующей активное наблюдение
• Система ACAS Xo будет настроена на предотвращение столкновений в некоторых сложных в настоящее время эксплуатационных ситуациях, в частности, при близкорасположенных параллельных заходах на посадку.
• Система ACAS Xu будет поддерживать несколько входов датчиков и будет оптимизирована для беспилотных летательных аппаратов.
• Система ACAS Xp будет разработана для самолетов, оснащенных только пассивным наблюдением (ADS-B).

Первая запланированная FAA отраслевая встреча состоялась в октябре 2011 года в Вашингтоне, округ Колумбия, чтобы проинформировать производителей авионики о планах разработки «ACAS X», включая демонстрационные полеты, запланированные на 2013 финансовый год. FAA заявляет, что ее работа «будет иметь основополагающее значение для разработки минимальных стандартов эксплуатационных характеристик» для ACAS X разработчиком стандартов RTCA. ^[48]

Предполагается, что если ACAS X будет доработана и сертифицирована, то ACAS X не будет коммерчески доступна до середины 2020-х годов. И, как говорят, на данном этапе неясно, будет ли ACAS X обеспечивать какие-либо горизонтальные разрешения. ^[49]

• Автоматическое зависимое наблюдение – трансляция
• Система оповещения о сближении с землей
• Столкновение в воздухе (MAC)
• Система предотвращения столкновений с препятствиями
• Портативная система предотвращения столкновений
• Система голосового оповещения

На Викискладе есть медиафайлы по теме « Система оповещения о дорожном движении и предотвращения столкновений» .

• Веб-сайт ЕВРОКОНТРОЛЯ ACAS
• TCAS II Версия 7.1
• Обсуждение TCAS Архивировано 31 августа 2005 г. на Wayback Machine
• Критическое обсуждение TCAS с использованием гипотетических сценариев злоупотребления/эксплуатации использования TCAS
• Введение в TCAS II версии 7.1
• Критерии принятия решений по мерам регулирования в отношении TCAS II версии 7.1
• Видеоинструментарий для ознакомления с пользовательским интерфейсом TCAS на Skybrary
• Предотвращение столкновений на UKCS (испытание TCAS II) Марк Прайор (Бристоу)
• Бьорн Ферм (13 июля 2018 г.). «Уголок Бьорна: Крупнейшее изменение навигации со времен радара, часть 5». Leeham News .