Россия — родина слонов, часть 1. Российский «единый стандарт АЗН-В» заставляет вспомнить указанное выражение

Фраза «Россия – родина слонов», впервые появившаяся в советских анекдотах конца 1940-х годов, высмеивающих попытки искажения истории научных открытий в политических целях (Википедия)

 

При российской доле в мировом трафике менее 10 % по количеству предполагаемых к установке наземных станций МПСН Россия собирается более чем в 10 раз превысить количество всех наземных станций МПСН во всём мире, вместе взятых.

Несбывшаяся мечта по замене ВРЛ

Существенным аспектом организации воздушного движения является знание положения воздушных судов (ВС) в системе управления воздушным движением (УВД) и пилотами ВС. В настоящее время для определения положения ВС в системе УВД в основном используются методы вторичной радиолокации (ВРЛ). Локатор сканирует воздушное пространство и измеряет дальность до ВС; получив запрос, ВС формирует ответный сигнал, включая в него идентификатор ВС, высоту полета и другие параметры. Методы ВРЛ являются достаточно сложными и затратными. В связи с этим в конце прошлого столетия авиационное сообщество стало возлагать большие надежды на Автоматическое Зависимое Наблюдение радиоВещательного типа (АЗН-В). АЗН-В представляет собой безрадарный метод наблюдения, при котором ВС автономно, например, при помощи средств спутниковой навигации GPS/ГЛОНАСС, определяет свое местоположение и по определенному протоколу, зависящему от выбранной линии передачи данных (ЛПД), сообщает в радиовещательном режиме (т.е. всем одновременно, без получения подтверждения о принятом сообщении, типа объявления новостей диктором по ТВ/радио) о своем положении заинтересованным участникам воздушного движения. Международная организация гражданской авиации (ИКАО) и авиационные администрации ведущих стран первоначально рассматривали АЗН-В как метод наблюдения, который должен был стать обязательным для гражданской авиации на рубеже 2020г. АЗН-В обеспечивает наземное наблюдение воздушных судов без использования РЛС, также в зависимости от используемой ЛПД может обеспечиваться ситуационная осведомленность (информированность о взаимном местоположении) пилотов либо при прямом взаимодействии борт-борт, либо при передаче на борт информации, в т.ч. о ВС, необорудованных аппаратурой АЗН-В, от наземной системы УВД. Одновременно по мере возможности за счёт той же ЛПД стараются обеспечить примыкающие применения (полетно-информационное обслуживание с предоставлением оперативной метеорологической и аэронавигационной информации, навигационное обслуживание в части обеспечения информации о целостности спутниковых навигационных сигналов и дифференциальных поправок, связь пилота по ЛПД с диспетчером и/или авиакомпанией, операции по поиску и спасанию и др.).

Все статьи «Россия — родина слонов»

Часть 1. АЗН-В/1090 как признаваемый в России «единый стандарт ИКАО на АЗН-В»

Часть 2. Российский и мировой тренды развития МПСН

Часть 3. Воздушно-сетевые технологии

Часть 4. Сопоставление технологии тотальных МПСН на базе российского «единого стандарта АЗН-В» и воздушно-сетевой технологии

Долгое время основным руководящим документом по линии АЗН-В был документ RTCA DO-242A [1]. Рассматривался плавный эволюционный переход от технологии ВРЛ к технологии АЗН-В, апофеоз которого показан на рис. 1 (соответствует рис. 4 из [1]), знаменующий полную замену технологии ВРЛ. Обе технологии ВРЛ и АЗН-В являются кооперативными, т. е. требуют оснащения бортов: ответчиком вторичного радара для ВРЛ и приёмопередатчиком для АЗН-В. Однако в целом технология АЗН-В по многим показателям теоретически опережает ВРЛ как в части предоставления различных аэронавигационных услуг, так и прежде всего по экономическим показателям, и потому рассматривалась как будущая замена ВРЛ.

На начальных этапах технологии АЗН-В развивались по различным направлениям, обусловленным использованием различных ЛПД. В 2003 г. на 11-й Аэронавигационной конференции для начального внедрения было рекомендовано использовать АЗН-В на базе ЛПД расширенного сквиттера (extended squitter) на частоте 1090 МГц 1090ES (далее – АЗН-В/1090); тогда же было указано на опасность для такого АЗН-В явления т.н. насыщения/ интерференции (временнóго наложения сигналов при высокой плотности движения).

В последующем, благодаря усилиям главным образом RTCA, США, и EUROCAE, Европа, был разработан целый ряд документов, базирующихся на монопольном использовании АЗН-В/1090. К таким документам можно, в частности, отнести:

• Минимальные стандартные эксплуатационные требования к авиационной системе для приложений бортового наблюдения DO-289 [2], где в качестве единственного источника данных по наблюдению в наземной системе УВД рассматривалась приёмная станция АЗН-В/1090;
• Документ по безопасности, функциональным характеристикам и взаимодействию функции АЗН-В в воздушном пространстве, не охваченном РЛС DO-303 [3]; здесь также в качестве источника данных для определения местоположения воздушного судна рассматриваются только данные АЗН-В/1090, и т. п.

Параллельно с разработкой пакета различных документов, ориентированных на данные АЗН-В/1090 Out как на единственный источник данных по местоположению воздушных судов, западная авиапромышленность активно устанавливала на воздушные суда Boeing и Airbus комбинированные аэронавигационные системы, которые наряду с ответчиком вторичного радара и аппаратурой предотвращения столкновений TCAS включали подсистему АЗН-В/1090 Out, и к настоящему времени десятки тысяч гражданских ВС зарубежного производства оборудованы таким видом АЗН-В.

Начало развязки произошло в 2016 году. К этому времени окончательно проявилось полное отсутствие киберзащищенности функции АЗН-В/1090, определились необходимые мероприятия противостояния этому и соответствующее последующее радикальное увеличение стоимости комплекса мероприятий, связанных с внедрением АЗН-В/1090.

После введения в 2017 г. в Руководство по авиационному наблюдению ICAO Doc 9924 поправок по необходимости верификации данных АЗН-В/1090 данными ВРЛ или МногоПозиционных Систем Наблюдения (МПСН, или мультилатерация) положение с наблюдением воздушных судов радикально изменилось. На заре возникновения АЗН-В оно было призвано в конечном итоге заменить вторичную радиолокацию (ВРЛ), поскольку данные АЗН-В в общем плане намного точнее, имеют более частое обновление, и, что немаловажно, намного дешевле как в части создания, так и в части эксплуатации наземных систем наблюдения. Кроме того, АЗН-В в общем случае позволяет реализовать наблюдение «борт-борт» и другие применения. Следует отметить, что в самом начале продвижения АЗН-В авиационное сообщество в лице ИКАО призывало наряду с начальным использованием АЗН-В/1090 развивать другие технологии АЗН-В, поскольку уже на том этапе предвидело явление интерференции/насыщения при интенсивном трафике. Несмотря на явление насыщения, компании Airbus и Boeing продолжали установку комплексов бортового оборудования, включающего АЗН-В/1090 Out. Национальные провайдеры аэронавигационных услуг продолжали установку наземных станций АЗН-В/1090.

Конкретный шаг был сделан в виде упомянутой поправки в документ ICAO Doc 9924, регламентирующей для наземного наблюдения не систему только с использованием АЗН-В/1090, но систему АЗН-В/1090+ВРЛ или АЗН-В/1090+МПСН. А это уже совершенно другая, отличающаяся более чем на порядок экономика по созданию и эксплуатации.

Если до проявления проблемы кибербезопасности для наблюдений борт-борт предполагалось использовать «любые» данные АЗН-В/1090, то теперь их использование по условиям их верификации возможно только при использовании TCAS, что существенно ограничивает дальность действия (примерно на порядок, 40 км против 400-600 км) и номенклатуру/типы взаимодействующих воздушных судов. Отсутствует возможность верифицировать АЗН-В/1090 данные над океаном, где т. н. космическое АЗН-В с ЛПД 1090ES не сможет противостоять спуфингу – посылке ложных сообщений о вымышленных воздушных судах с возможным коллапсом системы УВД.

Тем самым в мировом масштабе по линии АЗН-В фактически имеет место тотальная смена парадигмы: вместо предполагаемого ранее беззаботного использования данных о местоположении ВС с высокой точностью, большей частотой обновления и невысокой стоимостью приходится в целях контроля применительно к наблюдению борт-земля содержать и даже развивать всю предшествующую ВРЛ или МПСН систему наблюдения воздушных судов. Другими словами, при отсутствии опорных данных ВРЛ или МПСН АЗН-В/1090 становится ненужным, поскольку оно в лучшем случае лишь интерполирует данные ВРЛ или МПСН, но самостоятельной юридической силы не имеет. Вот уж воистину ирония судьбы: АЗН-В создавалось для того, чтобы фактически заменить ВРЛ, теперь выясняется, что АЗН-В/1090 попросту не имеет права на жизнь без поддержки ВРЛ или МПСН. Также приходится констатировать, что при взаимодействии борт-борт технические средства в рамках технологии АЗН-В/1090 ограничены аппаратурой TCAS, что существенно уменьшает дальности обеспечения ситуационной осведомлённости (примерно 40 км против возможных 400-600 км) и номенклатуру/типы взаимодействующих ВС. Ожидания авиационного сообщества на заре возникновения АЗН-В явно превышали фактически существующий в настоящее время потенциал в силу появления и полного проявления не учитываемой ранее проблемы кибербезопасности.

В [4] была показана непригодность АЗН-В/1090 для наблюдения дистанционно пилотируемых авиационных систем (ДПАС) прежде всего по причине необходимости использования ВРЛ или МПСН на наземных станциях дистанционных пилотов для той же верификации данных АЗН-В дистанционным пилотом, чего не сможет себе позволить ни одна экономика мира.

Большая группа специалистов из США в течение более 15 лет постоянно работает над улучшением стандарта для АЗН-В/1090, количество модификаций стандарта DO-260, DO-260A, DO-260B уже измеряется двузначной цифрой. После одной из таких модификаций аппаратуру АЗН-В/1090 пришлось заменить на доработанную по новому стандарту на тысячах воздушных судов гражданской авиации США, находящихся в эксплуатации.

При всём уважении к задачам наземного наблюдения наибольший интерес для пилотов представляет функция приёма радиовещательной информации на борту, т. н. АЗН-В In. Именно с её помощью достигается обеспечение ситуационной осведомлённости, когда пилоты видят в воздухе друг друга на бортовых дисплеях, могут получить в реальном времени в цифровом виде информацию о погоде, различные аэронавигационные указания и т. п. В силу различных причин официальная программа NextGen внедрения АЗН-В в США с 2020 г. официально предусматривает в качестве обязательной лишь функцию АЗН-В Out, т. е. только наземное наблюдение. Применения АЗН-В/1090 In отложены на неясный период после 2030 — 2035 г. г. Согласно концепции FAA США, неоднократно заявленной в ИКАО, полётно-информационное обслуживание FIS-B (погода, аэронавигационные ограничения и др.) не может быть предоставлено с помощью ЛПД 1090ES, для этой цели определено использование другой радиовещательной ЛПД UAT. Аналогичным образом в части АЗН-В/1090 In обстоит дело в европейской программе SESAR, что касается приёма информации FIS-B, вопрос остаётся неясным, поскольку Евроконтроль однозначно заявил о неприемлемости использования ЛПД UAT в Европе.

Абсолютно бесперспективно для АЗН-В/1090 обстоит дело с обеспечением кибербезопасности в полном объёме (помимо системы УВД).

В дополнение к рассмотрению мирового курьёза с внедрением АЗН-В на базе ЛПД 1090ES с полным отказом от первоначальной парадигмы, а также с отказом от внедрения примыкающих применений, отметим, что развиваемое в России техническое решение с использованием другой ЛПД – ЛПД VDL-4 (Very high frequency Data Link mode 4), имеющей необходимые стандарты ИКАО, EUROCAE, европейского института телекоммуникационных стандартов ETSI, позволяет решать многие указанные выше задачи. Представляется, что неудачи западной промышленности в области внедрения цифровых технологий передачи данных можно объяснить выбором не совсем удачных с технической точки зрения ЛПД – 1090ES и VDL-2, в которые вложены значительные финансовые средства, но положение с достигнутыми результатами, прежде всего в части обеспечения кибербезопасности, оставляет желать лучшего.

Литература:

1. Minimum Aviation System Performance Standards for Automatic Dependent Surveillance Broadcast (ADS-B), RTCA, DO-242A, 2002.
2. Minimum Aviation System Performance Standards for Aircraft Surveillance Applications (ASA), Volume 1-2, RTCA, DO-289, 2003.
3. Safety, Performance and Interoperability Requirements Document for the ADS-B Non-Radar-Airspace (NRA) Application, RTCA, DO-303, 2006.
4. Э.Я.Фальков. Интеграция беспилотных авиационных систем в общее воздушное пространство: ключевые проблемы и возможные пути решения. Крылья Родины, 2016 №2 стр. 25-31.

Эдуард Яковлевич Фальков,
Директор, Авиационная кибербезопасность,
МКАА “Безопасность полетов”

Мнение автора может не совпадать с позицией МКАА «Безопасность полетов».

Материалы публикуются в том виде, в котором получены от автора – без какой-либо редакторской правки.