Система автоматизированной / автоматической посадки летательных аппаратов для Арктического региона

Для Арктического региона воздушное сообщение является практически единственно доступным, а потому и критически важным. При этом спектр задач, возлагаемых на арктическую авиацию, достаточно широк, а условия, в которых эти задачи необходимо решать, довольно сложны: помимо низких температур, предъявляющих особые требования к технике, необходимо учитывать, что традиционные авиационные средства навигации не могут быть эффективно использованы. Так, в приполярных районах Земли из-за невысокого наклонения орбит спутников GPS точность глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) ухудшается. Ситуация усугубляется тем фактом, что подавляющее большинство аэродромов в регионе являются необорудованными в инструментальном отношении, а из 200 посадочных площадок порядка 99% вообще являются грунтовыми. Отсутствие посадочного оборудования на взлетно-посадочных полосах (ВПП) и посадочных площадках (ПП) приводит к необходимости выполнения исключительно визуального захода на посадку и посадки воздушных судов. Для этого требуется наличие достаточной метеорологической дальности видимости (МДВ не менее 2 км), определенной высоты нижней границы облачности (ВНГО не менее 200 м) и приемлемой освещенности (если ВПП не оснащена даже светотехническим оборудованием). Таким образом, в условиях рассматриваемого региона пилотирование воздушных судов получает значительные ограничения, среди которых, в первую очередь, следует выделить сложность и нестабильность метеорологических условий, а также особенности естественного освещения (например, на широте 800с.ш. полярная ночь длится порядка четырех месяцев).

Согласно результатам исследований метеорологических характеристик за 2005-2017 гг. для десяти точек в различных районах Арктики, в летние месяцы (с мая по октябрь) резко снижается вероятность возможности визуального захода на посадку – с потенциальных 90-95% до 30-40% ввиду значительных атмосферных осадков. Применение специальной системы автоматизированной посадки (САП) позволяет компенсировать данное снижение и довести вероятность выполнения посадки ЛА до 95% в летние месяцы и свыше 80%  — в зимние. Помимо этого использование САП позволит совершать посадку ЛА и в условиях полярной ночи, явление которой не учитывалось при анализе климатических характеристик.

САП создана в АО «ЦНИИАГ» на основе радиотехнической системы локальной навигации (РТСЛН), которая состоит из бортового и наземного сегментов оборудования. Последний состоит из  набора (4-8 шт.) компактных переносных наземных радиомаяков (НРМ), состоящих из радиоэлектронного модуля с антенным устройством и блоком питания, представленных на рис. 1.

Бортовой сегмент представляет собой радиомодуль-запросчик с малогабаритным антенным устройством,  устанавливаемым под фюзеляжем ЛА (рис. 2).

По измеренным дальностям от бортового радиомодуля-запросчика до НРМ возможно по методу мультилатерации определить координаты ЛА, зная координаты НРМ.

На рис. 3 показан вид пилотажного прибора, установленного в кабине вертолета, выполняющего заход на посадку с помощью САП. На данный прибор выведено отображение планок положения, показывающих боковое и вертикальное отклонения ЛА от заданной траектории снижения, что позволяет пилоту обеспечить безопасную посадку ЛА, добиваясь минимального отклонения вертолета (самолета) от заданной траектории.

Полученные в результате экспериментальных работ точностные характеристики САП занесены в таблицу 1.

В целом навигационный комплекс САП обеспечивает:

  • высокоточное определение координат ЛА (СКО до 1 м) в заданном локальном районе (аэродром, посадочная площадка, область мониторинга) площадью до 100 км2;
  • возможность получения как локальных, так и глобальных координат, что принципиально при необходимости посадки ЛА на дрейфующее основание (льдина, морское судно);
  • высокий темп выдачи навигационной информации (до 100 Гц);
  • определение углов ориентации ЛА и параметров воздушных сигналов;
  • высокую надежность навигационного решения благодаря комплексной обработке информации от различных подсистем.

Интегральные эксплуатационные показатели САП сведены в таблицу 2.

Кроме пилотируемых воздушных судов критически важными для Арктики являются и беспилотные ЛА, к задачам которых могут относиться мониторинг разливов нефти, изучение ледовой обстановки, поисковые операции и пр. В АО «ЦНИИАГ» также разработан и проходит летную отработку экспериментальный образец системы автоматической посадки (САП-0) БЛА, основным отличием которой от САП является замена пилотажного прибора на систему автоматического управления. Благодаря обеспечению высокоточной навигации и робастности адаптивных алгоритмов автопилота, возможно осуществить полностью автоматическую посадку БЛА различных типов на посадочную площадку, оснащенную наземным оборудованием РТСЛН.

В целом следует выделить ключевые преимущества САП (САП-0):

  • обеспечение возможности совершать полёты в Арктическом регионе в летние месяцы на протяжении 90-95% времени, в зимние – до 70-80%;
  • функционирование в отсутствие сигналов ГНСС, которая характеризуется значительными погрешностями в высоких широтах;
  • модульная архитектура бортового сегмента аппаратуры, позволяющая использовать как измерения предлагаемого оборудования, так и данные от штатных подсистем ЛА;
  • малое время развертывания (до 1 часа на неподготовленной площадке) наземного сегмента аппаратуры;
  • возможность гибкого изменения конфигурации навигационного поля РТСЛН в зависимости от рельефа местности, наличия препятствий и требований к программной траектории;
  • незначительный вес бортового оборудования (до 2 кг);
  • компактность наземного оборудования (от 4 до 8 блоков по 3 кг);
  • невысокая стоимость по сравнению с существующими инструментальными системами захода на посадку и посадки.

АО «ЦНИИАГ» разработаны и изготовлены экспериментальные образцы системы автоматизированной посадки самолетов и вертолетов и системы автоматической посадки БЛА, которые функционируют в условиях ограниченной видимости (ввиду сложных метеоусловий и/или отсутствия естественной освещенности). Использование предложенных систем, повышая регулярность авиасообщения в Арктике, позволит добиться значительного как экономического, так и социального эффекта.

Щербинин В.В., Свиязов А.В., Смирнов С.В., Кветкин Г.А., Куликов Л.И., Зиновьев П.Д., Измайлов-Перкин А.В., Ажгиревич И.Л., АО «Центральный научно-исследовательский институт автоматики и гидравлики»

127018, г. Москва, ул. Советской Армии, д. 5,
Телефон 8(495)631-29-44 Факс 8(495)681-95-34
e-mail: cniiag@cniiag.ru www.cniiag.ru

Читайте также:

Добавить комментарий