Применение системы автоматизированной посадки вертолётов как эффективная мера повышения транспортной доступности Арктической зоны Российской Федерации

В условиях открывающихся перспектив развития арктических регионов России всё более обостряется проблема их транспортной доступности и связанности. Низкая плотность сетей автомобильных и железных дорог, а также сложность и существенно ограниченная возможность организации водного сообщения определяют критическую значимость авиационного транспорта.

Особое значение при этом находит практика применения вертолётов, разнообразие решаемых задач которыми обусловливается совокупностью их лётно-технических характеристик, в том числе конструктивной возможностью выполнять висение и совершать вертикально взлёт и посадку в ограниченном пространстве. Так, вертолёты являются штатным транспортом при обслуживании буровых платформ, активно используются для перевозки грузов и людей для нужд флота и базируются, в том числе на ледоколах Северного морского пути. При этом в силу недостаточной степени развития инфраструктуры аэродромной сети арктического региона большинство воздушных гаваней можно скорее отнести к необорудованным взлетно-посадочным полосам и посадочным площадкам.

Однако, эксплуатация вертолётов для решения указанных задач сопряжена с существенными затруднениями, обусловленными спецификой климатических и географических условий регионов, относимых к Арктической зоне России.

Как известно, в северных широтах затруднено использование штатных средств навигации. Так, ввиду близости магнитного полюса Земли высокая девиация её магнитного поля ограничивает точность ориентации с помощью магнитного компаса, а близость географического полюса ограничивает точность гироскопических систем ориентации. При этом орбитальные группировки глобальных навигационных спутниковых систем сформированы таким образом, что в приполярных районах Земли ввиду увеличения геометрического фактора не обеспечивается точность определения координат, необходимая для решения задач высокоточного позиционирования.

Ввиду недостаточного покрытия региона необходимой наземной навигационной инфраструктурой не обеспечивается функционирование традиционных радионавигационных систем как вдоль воздушных трасс, так и вблизи аэродромов и посадочных площадок. Большая часть аэродромов ввиду чрезвычайно низкой интенсивности движения имеют только грунтовые взлетно-посадочные полосы и не оснащены посадочным оборудованием. Указанные обстоятельства определяют необходимость выполнения преимущественно визуальных полётов и посадок, что требует соблюдения необходимых ограничений на высоту нижней границы облачности, метеорологическую дальность видимости, а при частом отсутствии светотехнического оборудования ещё и освещённость в условиях полярной ночи и существенно ограничивает выбор временных интервалов для осуществления авиасообщения.

Таким образом, эксплуатация вертолётов в Арктике неразрывно сопряжена с разрешением серьёзных противоречий. Потребность в наращивании интенсивности и географии полётов в потенциально жёстких погодных условиях, в том числе в условиях полярной ночи, требует инструментальной поддержки процесса пилотирования, а значит оснащения аэродромов и посадочных площадок специальным оборудованием. При этом размещение и техническое обслуживание указанного оборудования при существующей и прогнозируемой интенсивности полётов экономически нецелесообразно в случае применения традиционных курсоглиссадных систем типа СП-200, ILS 2700 и др.

В АО «ЦНИИАГ» создан образец системы автоматизированной посадки (САП) на основе разработанной ранее технологии создания высокоточных локальных навигационных полей. Оснащение данной САП аэродромов и посадочных площадок Арктической зоны РФ, а также воздушных судов позволит удовлетворить требования безопасности воздушного сообщения и одновременно расширить условия эксплуатации и географию применения столь востребованного транспорта.

САП состоит из бортового и наземного сегментов оборудования: бортовая система посадки (БСП) и наземное радиооборудование (НРО). Последнее формирует искусственное навигационное поле, в котором определяется с высокой точностью положение воздушного судна, а также формируется информация об отклонении вертолёта от безопасной траектории захода на посадку на специальном (возможно и на штатном) индикаторе на борту ЛА в виде так называемых планок положения. Руководствуясь навигационной информацией, представленной в привычном для него виде, пилот управляет вертолётом таким образом, чтобы привести планки положения к центру индикатора и, тем самым, обеспечить безопасную траекторию снижения и захода на посадку даже в условиях ограниченной видимости.

Данное оборудование включает в свой состав до восьми наземных приемо-передающих устройств (НППУ) и систему контроля навигационного поля. Каждое НППУ представляет собой смонтированные на специальной несущей конструкции прибор обработки информации, антенное устройство и блок питания. Конкретный вид исполнения НППУ определяется условиями применения, в частности требованиями энергоавтономности, ветроустойчивости, а также обеспечения радиовидимости и требуемой площади покрытия радионавигационного поля. В составе образца САП могут применяться мобильные НППУ на базе малогабаритных штативов (рис. 1а) и телескопических мачт (рис. 1б).

Для оснащения посадочной площадки необходимо провести рекогносцировку местности, топогеодезическую привязку мест размещения НППУ на удалении порядка 150-300 м от оси ВПП (точки касания) и системы контроля навигационного поля для загрузки в бортовую систему посадки. На следующем этапе необходимо установить НППУ, выбрав соответствующее опорное устройство в зависимости от рельефа местности (при равнинном рельефе — штативы, при наличии препятствий для радиовидимости — мачты), обеспечить энергообеспечение (до 6 часов НППУ могут функционировать в автономном режиме), подключить систему контроля навигационного поля. После проведения данных процедур, которые могут занимать 1-2 часа, площадка готова к навигационному обеспечению судов, заходящих на посадку, в том числе в условиях ограниченной видимости.

Оборудование, устанавливаемое на вертолёт, состоит из бортового модуля, соединенного фидером с антенным устройством, которое устанавливается под фюзеляжем в носовой части (рис. 2).

В бортовом модуле формируются запросные сигналы, которые после излучения в эфир фиксируются НППУ в окрестности ВПП. Каждый из НППУ формирует ответный сигнал, и по задержке его распространения определяется удаление НППУ от воздушного судна.

Таким образом, по принципу получения навигационного решения САП является дальномерной системой, и координаты вертолёта определяются методом трилатерации по измеренным дальностям от бортового модуля до каждого НППУ, координаты которых загружены в бортовой модуль.

Точность и надежность функционирования САП находится в зависимости как от количества используемых НППУ, так и от выбора мест их размещения в окрестности взлётно-посадочной полосы или площадки и характеризуется величиной, так называемого геометрического фактора ухудшения точности (DOP, по англ.). Степень его минимизации оказывает прямое влияние на предельно достижимую точность определения координат. Так при оптимальной расстановке наземного оборудования САП и использовании точных высотомеров возможно обеспечить точностные характеристики, приведенные в таблице 1:

СКО, м При заходе на посадку Перед касанием
Боковое отклонение 5-8 1-2
Высота 2-3 0,1-0,3

Данные точностные характеристики были экспериментально подтверждены при проведении летной отработки САП на аэродромах Московской и Ленинградской областей на различных воздушных судах авиации общего назначения, в том числе вертолетах (таблица 2).

Период Количество полетов (воздушное судно)
2016 г.

(июль, сентябрь)

6 вертолет «Eurocopter Colibri»
2016 г. (сентябрь) 3 вертолет «Bell»
2018 г.

(февраль–март)

2 вертолет «Robinson»
2019 г. (март) 4 вертолет «Robinson»

Ключевыми особенностями САП являются:

  • самодостаточность радиоаппаратуры, определяющая возможность автономного функционирования без использования информации ГНСС, характеризующейся значительными погрешностями в высоких широтах;
  • малое время развёртывания наземного сегмента аппаратуры на неподготовленной площадке;
  • возможность гибкого изменения конфигурации навигационного поля САП в зависимости от рельефа местности, наличия препятствий и требований к программной траектории;
  • компактность и мобильность наземного оборудования;
  • малые масса и габариты бортового оборудования;
  • невысокая стоимость по сравнению с актуальными инструментальными системами захода на посадку и посадки.

В настоящий момент АО «ЦНИИАГ» проводит инициативную опытно-конструкторскую работу по разработке бортовой системы посадки под требования, согласованные со специалистами АО «НЦВ Миль и Камов», для перспективного оснащения подобной системой воздушных судов семейства Ми-8, например, Ми-8АМТ в арктическом исполнении. После получения Свидетельства о годности комплектующего изделия, как компонента III класса категории А, предполагается провести испытания непосредственно в составе вертолёта после соответствующей его доработки.

А.М. Дерновой, заместитель генерального директора по стратегии, инновациям и развитию АО «НПО «Высокоточные комплексы»,
А.Б. Шаповалов, генеральный директор и главный конструктор АО «Центральный научно-исследовательский институт автоматики и гидравлики»,
А.А. Кудрявцев, главный конструктор по бортовому радиоэлектронному оборудованию АО «НЦВ Миль и Камов».

Акционерное общество «Центральный научно-исследовательский институт автоматики и гидравлики»
127018, Москва, ул. Советской Армии, 5. Тел.: +7 (495) 631 29 44. Факс: +7 (495) 681 95 34E-mail: cniiag@cniiag.ru, http://cniiag.ru

Читайте также: