Наконец, тяну рычаг и взлетаю. Погода хорошая и в шлеме на реальное изображение накладывается заданная траектория полета. Проверяю систему активной безопасности (направляю вертолет вниз), после предупреждений и миганий индикации чувствую усилия на рычагах управления, которые возвращают вертолет на заданную траекторию полета.

 

Объясняю системе, что больше 'хулиганить' не буду и беру управление на себя. Погода испортилась, включаю систему улучшения видимости - не помогает, затем в шлеме вместо реального изображения появляется синтезированное. С удивлением вижу, что вокруг меня на разных дальностях находятся несколько ЛА. Предлагается боковой маневр по разрешению конфликтной ситуации с другим ЛА, не реагирую, тогда автоматика сама его выполняет. Разрешаю 'разговаривать' с землей, что речевой информатор делает своевременно и вежливо. Устал, бросаю рычаги управления, и вертолет переходит в автоматический полет. Звонят по телефону - речевой информатор просит позвонить позже. Подлетаем к конечной точке маршрута, ночь, речевой информатор просит взять управление на себя. Подсказывает, что необходимо активнее гасить скорость на глиссаде. Включаю систему улучшения видимости - изображение как в солнечный день. Висение на заданной высоте. Снижение. Касание. Подсказка действий по завершению полета. Полет окончен - все довольны.

 

'Картинка из будущего' - это краткое описание полета перспективного легкого вертолета, который будет построен в ближайшие 3 года. Рассмотрим более подробно - каким образом может быть реализован такой же полет в настоящее время, но уже существующего легкого летательного аппарата.

 

В концепцию выполнения полетов ниже нижнего эшелона положен принцип комплексного обеспечения безопасности полетов на всех этапах замкнутого цикла производства полетов, включающего:

 

 регулярное получение из центра УВД всей необходимой аэронавигационной информации (АНИ);

 автоматизированное планирование полетного задания, предполагающее построение наиболее эффективной маршрутной траектории по критерию минимума времени или топлива;

 предполетный тренаж с подготовкой экипажа к полету и проверкой достоверности и достаточности аэронавигационной информации (в том числе при возможном попадании в сложные метеорологические условия (СМУ));

 выполнение безопасного полета над пересеченным рельефом местности днем и ночью в СМУ с точным выходом в заданное место в заданное время;

 углубленный разбор выполненного полета с выявлением тенденций в совершении ошибочных действий и ведением баз данных;

 использование записанной траектории полета и скорости на ней в качестве заданной.

 

Итак, для осуществления замкнутого цикла производства полетов предлагается использовать автономный, многофункциональный, малогабаритный пилотажно-навигационный комплекс (МПНК), состоящий из измерительного блока и электронного планшета летчика (ЭПЛ). МПНК может легко устанавливаться в качестве дополнительного оборудования на любой ЛА. Установка ЭПЛ в кабину является наиболее эффективным способом легкой модернизации ЛА, которая широко используется во всем мире (как Electronic Flight Bag, сокращенно EFB). ЭПЛ содержит базы данных рельефа, электронных карт различного типа, космические снимки, а также другую необходимую аэронавигационную информацию на регион предполагаемых полетов.

 

Сертификационные требования к точности и надежности МПНК будут различны в зависимости от решаемых с его помощью задач:

 

1. Обеспечения безопасности полета при непреднамеренном попадании в СМУ ЛА, оборудованного по правилам визуальных полетов.

2. Снижения посадочного минимума ЛА с использованием бортового приемника и наземных локальных контрольно-корректирующих станций (ЛККС), как функциональных дополнений спутниковой навигации. Наличие на борту ответчика позволяет также решать вопросы УВД и предотвращения столкновения воздушных судов.

 

Автономный МПНК дублирует часть функции штатного ПНК, что существенно повышает надежность ПНК ЛА в целом. По правилам полетов по приборам на борту должно находится не менее двух независимых источников угловой ориентации ЛА, что и обеспечивается установкой МПНК.

 

Характеристики измерительного блока во многом определяются целостностью, непрерывностью и готовностью спутниковой навигации (GPS/ГЛОНАСС), которая интегрируется с инерциальными датчиками, системой воздушных сигналов и выносным магнитометром. В результате комплексирования информации измерительный блок обеспечивает требуемую точность и не теряет свою работоспособность при кратковременном отсутствии спутниковой навигации. Непростой задачей является определение истинного магнитного курса для обеспечения курсо-воздушного метода счисления пути при отсутствии спутниковой навигации.

 

Примечание: рассматриваемые технологии будут наиболее актуальны для легких вертолетов с одним членом экипажа и уведомительным использованием воздушного пространства ниже нижнего эшелона (по типу 'free flight'). Для государственной авиации эти технологии могут быть реализованы, в первую очередь, на вертолетах, выполняющих специальные задачи, например, связанные с ликвидацией чрезвычайных ситуаций.

 

Одной из наиболее сложных проблем обеспечения безопасности полетов является своевременное формирование достоверной и полной базы данных препятствий не только на маршрутах, но и в зонах захода на посадку и взлетов. Предлагается подключить к решению этой задачи самих эксплуатантов АТ, которые в случае обнаружения новых препятствий (или для уточнения положения старых препятствий) сами маркируют их и отсылают данные в центр сбора аэронавигационной информации. После проверки этой информации в центре ее заносят в общую базу данных, которую регулярно рассылают эксплуатантам. Аналогичным образом можно оформлять и новые посадочные площадки, пользуясь известными методиками. Для этих целей можно использовать привязанные по координатам космические снимки. Высокоточную привязку объектов по координатам можно осуществлять либо длительным осреднением показаний, либо использованием геодезического приемника спутниковой навигации. Такой подход позволяет не останавливать процесс производства полетов из-за несвоевременной поставки АНИ из центра УВД.

 

Электронный планшет летчика (ЭПЛ) обеспечивает возможность оперативной подготовки к полету в условиях дефицита времени вдали от основной базы. С его помощью можно осуществлять связь с базой как для получения полетных заданий, так и для передачи туда отчетов о выполненных полетах с записями параметров движения ЛА. На этапе подготовки к полету на основе информации о рельефе местности, препятствиях, запретных и опасных (например, по метеоусловиям) областях полета, ориентирах, а также высоты безопасной авторотации при отказе двигателя с возможностью подбора площадки для посадки строится наилучшая траектория полета (рис. 5) по условиям минимума времени или топлива. При выборе маршрутной траектории полета учитываются траектории, по которым ранее были выполнены полеты в то же место. С использованием дружественного интерфейса возможна ручная коррекция полученной траектории полета. Эта траектория и предполагаемое время вылета передается в центр УВД, в котором она проверяется на конфликтность с маршрутами других бортов. После проверки очень быстро приходит подтверждение на вылет или просьба о переносе времени вылета (в крайнем случае, предлагается измененная траектория). Даже если пилот не воспользуется этими рекомендациями, то МПНК при возникновении конфликтной ситуации 'подскажет' новую траекторию полета. В предлагаемом подходе под 'свободным' полетом понимается свобода в выборе траектории перелета и времени вылета, при этом для обеспечения безопасности полетов необходимо обеспечить требуемую точность выдерживания выбранной маршрутной траектории.

 

Итак, на этапе подготовки к полету в режиме 'автоматический полет' в ускоренном времени проверяется вся траектория на реализуемость по условиям безопасности полета. Кроме того, пилот с использованием процедурного тренажера (на базе ЭПЛ с подключенными к нему джойстиком (рис. 6) проводит тренаж, 'пилотируя' ЛА по траектории в самых ответственных, опасных и сложных участках полета, изучая при этом возможные угрозы безопасности полетов. Отрабатываются варианты схем захода на посадку и взлетов, уходов на второй круг. В процессе тренажа отрабатываются возможные действия по управлению МПНК совместно со штатным комплексом. В МПНК введена необходимая справочная информация по работе со штатным ПНК (например, частоты для работы навигации и связи). В целях обеспечения взаимного контроля в МПНК можно использовать в индикации магнитные курсы, как на штатных электромеханических приборах.

 

В МПНК реализована 'образная' индикация, которая выполняет роль 'электронного инструктора' как при подготовке на процедурном тренажере, так и в воздухе. 'Образная' индикация - это электронная индикация в виде трехмерных графических образов полета, хорошо понятных летному составу из его теоретической подготовки. Эта индикация способствует быстрому уяснению физической сущности процесса пилотирования ЛА, а также привитию правильных моторных навыков. Наибольший эффект от использования индикации достигается на этапе первоначального обучения пилотов, так, после тренажной подготовки пилот может сразу самостоятельно пилотировать ЛА с использованием этой индикации (роль инструктора в этом случае в основном сводится к обеспечению безопасности полета и методическому руководству). Индикация позволяет легко выявить ошибки пилота как в выборе траектории полета, так и в технике пилотирования при ее реализации.

 

Безопасность полетов обеспечивается, прежде всего, за счет сохранения хорошей пространственной ориентировки пилота и отсутствия иллюзий даже при неожиданном его попадании в сложном пространственном положении в СМУ. При этом пилот практически не испытывает эмоционального напряжения при переходе от визуального пилотирования к вневизуальному, так как часть навыков визуального пилотирования переносится на вневизуальное пилотирование. Индикация (совместно со звуковой сигнализацией и речевым информатором) своевременно предупреждает пилота об угрозе безопасности полетов, а именно: о возможности превышения эксплуатационных ограничений по нормальной перегрузке и крену, скорости полета, о возможности столкновения с земной поверхностью, препятствиями на ней, другими ЛА, о возможности попадания в запретные и опасные области полета. 'Образная' индикация позволяет легко парировать сильные ветровые возмущения и разбалансировку ЛА. Индикация обеспечивает высокую точность пилотирования по заданной траектории с заданной скоростью за счет использования преследующего способа слежения с прогнозированием и с сохранением больших резервов внимания, которые расходуются пилотом на решение задачи 'осмотрительности'. Значительно снижается утомляемость пилота в длительных полетах по сравнению с цифро-шкальной индикацией. В США интегральная индикация с синтезированным изображением закабинного пространства сертифицирована в FAA и установлена на различных ЛА.

 

На заключительном этапе захода на посадку целесообразно использовать систему улучшения видимости в спектральном диапазоне 8- 14 микрон, что обеспечит визуальный контакт с посадочной площадкой днем и ночью, при слабых тумане, смоке, дыме, дожде и даже снеге. Однако эффективное использование полученного изображения для выполнения посадки возможно только при совмещении его на дисплее с 'образной' индикацией, так как оно имеет ограниченное поле видимости 30х20 гр. и малое разрешение 320х240 пикселей.

 

В МПНК предусмотрено автоматическое задание минимально безопасной высоты полета над рельефом и выполнение полета в режиме огибания и обхода рельефа (с возможностью ручной коррекции безопасной высоты). Возможен оперативный выбор площадки с воздуха (или по координатам, полученным по радио) с последующим выполнением захода на посадку и посадки. Удобным на заходе является то, что пилоту 'подсказывается' рациональный темп гашения путевой скорости с учетом выбранной геометрии схемы захода на посадку. Не требуется вводить давление площадки (которое может быть неизвестно), так как пилотирование осуществляется в абсолютных высотах, а абсолютная высота рельефа известна, в том числе и в месте предполагаемой посадки.

 

В МПНК предусмотрено оперативное изменение маршрута или создание нового (например, в случае неожиданного изменения метеоусловий или появления опасных метеорологических образований) с учетом минимально безопасной высоты полета над рельефом. В случае необходимости имеется возможность выполнить аварийную посадку в любом удобном месте. Так же оперативно в момент захода может изменяться курс захода на посадку (в разрешенном секторе захода) в зависимости от определяемых на борту силы и направления ветра.

 

В МПНК предусмотрена коррекция часового расхода топлива по текущему расходу, что значительно повышает точность решения топливной задачи.

 

В целях снижения утомляемости в длительных полетах на легких вертолетах и самолетах предлагается реализовать эффект автоматического триммирования при ручном пилотировании и автоматический полет по сложной пространственной траектории с заданной скоростью с возможностью мгновенного безударного отключения автопилота или его пересиливания в случае необходимости. При пилотировании ЛА одним членом экипажа возможность отрыва рук от рычагов управления ЛА является принципиальным. Принципы, используемые в 'образной' индикации при ручном управлении ЛА (управление результирующей силой, действующей на ЛА), реализуются также и в алгоритмах автоматического полета по заданной траектории с заданной скоростью, работающих по перегрузке и крену с энергетическим способом управления скоростью полета. Только автопилот, построенный по инерциальным перегрузкам, способен эффективно парировать ветровые возмущения, действующие на легкие ЛА.

 

В процессе разбора полетов по записям параметров движения ЛА восстанавливается 'образная' индикация, с помощью которой локализуется момент возникновения ошибки и ее максимальная 'глубина', а также определяется ее тип в соответствии с принятой классификацией. Затем ошибка и ее глубина заносится в БД персонально для каждого пилота. После обработки накопленной информации определяются наиболее типичные ошибки, выявляются наиболее опасные из них с учетом тенденции роста их опасности. Если от полета к полету опасные тенденции прогрессируют, то необходимо принять решение о срочном выявлении причин, их порождающих. Если тенденция продолжается, то необходимо принять решение о приостановлении полетов. Предлагаемый подход прежде всего направлен на желание пилотов самосовершенствоваться, а не на желание начальников их наказывать. Большое значение имеет проведение коллективных разборов на экранах общего пользования в специализированных классах наиболее поучительных полетных ситуаций.

 

Так как авиационное происшествие является результатом одновременного воздействия нескольких неблагоприятных факторов, то обеспечение безопасности полетов возможно только путем комплексного подхода на всех этапах замкнутого цикла производства полетов. Высокий уровень безопасности полетов может быть достигнут в том случае, если опасные явления, имеющие место на ранних стадиях замкнутого цикла производства полетов, могут выявляться и устраняться пилотом впоследствии.

 

Предлагаемая вниманию концепция выполнения полетов ниже нижнего эшелона полностью соответствует мировым стандартам, поэтому скорейшее принятие их в России на государственном уровне и реализация в бортовом и наземном оборудовании являются первоочередными задачами интенсивного развития легкой авиации с потенциально заложенным высоким уровнем безопасности полетов.

 

Андрей Титов,

доктор технических наук