О достаточности Концепции интеграции беспилотных воздушных судов в единое воздушное пространство РФ в части развития технологий

Следует сказать, что Правительство РФ периодически под критикой ассоциаций владельцев и производителей беспилотников уделяло внимание вопросам законодательного регулирования применения беспилотной авиации, однако, разработанная и утвержденная Концепция интеграции беспилотных воздушных судов (БВС) в единое воздушное пространство (ЕВП) РФ является одним из передовых решений в мировой практике использования БВС в государственном строительстве.

Утверждение Концепции и плана реализации в виде документов законодательного регулирования и обеспечение финансирования их исполнения говорит о понимании надвигающихся глубоких перемен в организации работы авиационного и других видов транспорта.

Импонирует и подход к принятию и исполнению опубликованных документов, не как к догматически постановленной задаче директивным органом, а готовых к обсуждению и уточнению обозначенных позиций, к внесению возможных изменений. Это говорит, что Концепция жизнеспособна, что Правительство, дав вектор направления и начала движения научно-технического прогресса в области беспилотного воздушного транспорта, предлагает подключиться к совершенствованию и реализации Концепции научное сообщество и широкие слои профессионалов и энтузиастов беспилотных технологий. Приписка в части развития технологий, вероятно, указывает, что это Постановление носит технологический характер, а не регулирует юридические и экономические вопросы.

Имея опыт в оценке эффективности аэронавигации и работы воздушного транспорта, ряд научных публикаций, считаю возможным высказать свое видение достаточности концепции интеграции БВС в единое ВП.

          При рассмотрении безуспешности внедрения беспилотных технологий на автомобильном транспорте до 5-го уровня автономности по шкале SAE International, обращают на себя внимание попытки инженерным путем и достигнутым уровнем бортовых комплексов, включающих сенсорное оборудование и громоздкого ПО автопилота, решить многофакторные задачи транспортных процессов, вплоть до дорожных заторов. Даже огромные финансовые вложения не позволяют реализовывать разработки пусть и талантливых, но узкопрофильных конструкторов транспортных средств (ТС), если не затрагивается транспортная инфраструктура. Поэтому очевидно, что авторы Концепции правы, подходя к проблеме комплексно, однако, считаем, на основе Концепции необходимо сформировать более широкую теоретическую базу, опирающуюся на результаты проведенных научных исследований.

Краткий анализ Концепции разделим на три аспекта.

Первое. Комплексность Концепции для всех пользователей ЕВП.

Достаточно инновационные решения по созданию новых и модернизации существующих систем наблюдения обслуживания воздушного движения (подразумевается ОрВД) и предупреждения столкновений затрагивает всех пользователей ВП. Невозможно контролировать ЕВП, в котором не будут отображаться индикаторы пилотируемых ВС малой авиации. Поэтому разработка самой системы и оснащение бортовыми электронными автоответчиками или всенаправленными трансляторами (вещателями) должны относиться ко всем ВС, осуществляющим полеты в нижнем ЕВП, включая коммерческую, государственную, специальную пилотируемую авиацию и беспилотники.

Разработка системы и оснащение ВС являются технически трудоемким и организационно масштабным процессом для РФ. Без научно-теоретического обоснования, публичных обсуждений и консенсус-решений на законодательном уровне создание системы невозможно. Это связано с долгосрочными инвестициями в инфраструктуры государственного уровня, значительными финансовыми вложениями в переоснащение самолетно-вертолетного парка, и значительными изменениями законодательной и нормативной базы регулирования работы воздушного транспорта.

Во многих странах, ведущих исследования и разработки по интеграции БВС в ЕВП, модернизации как бортового оборудования, так и технологии ОрВД для малой авиации в нижнем, особенно городском ВП, уделяется такое же внимание, как и БВС (1). Это естественно, т.к. полеты в ЕВП в целях безопасности требуют общей координации, взаимодействия и обеспечения, включая информационное, аэронавигационное, метео и т.д.

Одновременно, система должна пройти научную экспертизу на предмет универсальности, т.е. возможности ее использования для других видов транспорта и отраслей экономики. Подобный подход к применению системы вытекает из широты возможностей автоматических трансляционных технологий, опирающихся на глобальные навигационные спутниковые системы ГЛОНАСС, GPS, и др. Исследование многофункциональности системы обнаружения и идентификации, разрабатываемой в рамках интеграции БВС в единое ВП, требует научного подхода к принципам ее построения и реализации.

Второе. Интеграция по степени автономности, критерий — безопасность полетов.

В настоящее время 80-90% рынка БВС состоит из авиамоделей развлекательного типа, с отсутствием или частичной автоматизацией (в виде полетного контроллера), управляемых внешними пилотами, как правило без свидетельств. На наш взгляд, в целях сохранения безопасности полетов на действующем уровне, ни развлекательные БВС, ни военные беспилотники в силу специализации не могут и не должны быть интегрированы в ЕВП с действующей авиацией. Тем более, изначально они конструировались под задачи «творческих способностей» внешних пилотов, которые направлены не на соблюдение плана полета, а на его интерпретацию.

Программно-техническое обеспечение будет иметь определяющее значение развития беспилотных технологий в авиации, однако, профессиональные сообщества, наука и менеджмент инноваций продолжают спорить о роли и значении внешнего пилота в управлении дроном. Между тем, дилемма выбора главного фактора — степени автономности управления ВС, является краеугольным камнем для всей авиации в рамках теории дальнейшего развития роботизации пилотирования.

Приоритетным направлением развития аэронавигации в Глобальном аэронавигационном плане (док.9759) (2) ИКАО определяет аэронавигацию, основанную на характеристиках (PBN), в первую очередь точностных характеристиках самолетовождения. Требования точности прежде всего продиктованы обеспечением безопасности полетов. Точность управления ВС обеспечивает соответствие плана полета требованиям организации воздушного движения, включая структуру ВП, стандартные траектории схем взлета и посадки, выдерживание минимумов эшелонирования, высот пролета препятствий и т.д. (Руководство по построению схем на основе RNP AR, док.9905).

Особое значение точностные характеристики имеют в системе планирования организации потоков воздушного движения и их синхронизации, где с ростом интенсивности ВД возрастают требования соблюдения норм пропускной способности (ПС) системы ОрВД. Факторами, влияющими на ПС вместе со сложностью структуры ВП и загруженностью секторов ОрВД становится и навигационная точность оборудованных ВС, использующих данное ВП. (Организация воздушного движения, док.4444; Руководство по навигации, основанной на характеристиках (PBN) док.9613).

В современной авиации точность самолетовождения является результатом выполнения программно-аппаратным комплексом пилотирования (ПАКП, анг. FMS- flight manager system), упрощенно автопилотом, плана полета (флайт-плана) на основе данных инерциальных навигационных систем, полученных бортовым навигационным оборудованием опорных и информационных радиосигналов внешних навигационных систем, включая ГНСС, а также аэронавигационных баз данных, введенных координат плана полета, др. аэронавигационных источников.  Работа автопилота многократно превышает точность директорного (штурвального) управления ВС пилотом. Сами автопилоты создавались для уменьшения влияния человеческого фактора на процессы управления, т.к. он является источником ошибок в 70-90% воздушных инцидентов и катастроф.

Как бы не был высокопрофессионально подготовлен пилот, тем более внешний пилот, его возможности по достижению точности управления ВС и определению его местоположения будут всегда ограничены. Это обусловлено отсутствием круговой и дальномерной обзорности, погрешностями и нечеткостью визуального восприятия транслируемых на дисплей ориентиров, минимальным составом бортовых датчиков. Отрицательную роль играют задержки передачи и приёма сигналов по линии оператор-БВС-оператор, помехи и искажения электронных команд, снижение скорости реакции оператора из-за эргономического несовершенства наземных интерфейсов, инертностью и погрешностями систем рулевого управления, особенно при внешних возмущениях среды (ветер, снег, дождь). К этому следует добавить накапливание с ростом времени полета утомленности оператора, граничащей или переходящей в профессиональный стресс.

Несмотря на то, что пока БВС не используют высокие авиационные скорости, психофизиологические особенности внешнего пилота-человека не могут обеспечить необходимой точности, гарантирующей исключения столкновений в пилотируемом ВП.

Перспектива внедрения автоматизированного скоординированного планирования использования ЕВП беспилотными и пилотируемыми ВС и разрешения потенциальных конфликтных ситуаций на этапе стратегического (до начала полета) и предтактического (в ходе выполнения полета) планирования, как указано в Концепции, а также переход к аэронавигации, полностью основанной на характеристиках (PBN), позволяют сделать вывод, что преимущества автопилота перед внешним пилотом-человеком по точности пилотирования БВС становятся очевидными. А современные разработки автоматической корректировки и синхронизации плана полета ВС с действующей системой планирования потоков подтверждают необходимость допуска в ЕВП только БВС с высокой степенью автономности управления.

Интеграция БВС в ЕВП с внешним пилотом-оператором должна ограничиваться введением местных режимов ИВП. Данная теория может рассматриваться как субъективное мнение, которое требует теоретического и практического подтверждения.

Резюмируем. Минимизация степени вмешательства человека в контур управления БВС и планирования воздушных потоков по мере роста автоматизации и автономности транспортных процессов требует глубокой научно-теоретической проработки и также широкого дискуссионного обсуждения, т.к. затрагивает обеспечение безопасности жизни людей.

          Третье. Роль ЕС ОрВД в интеграционных процессах.

Организация ВД и контроль за соблюдением правил ИВП возложены на уполномоченный орган по ИВП и органы ЕС ОрВД (ст.14,18 ВК РФ). Однако, в Концепции роль ЕС ОрВД по интеграции БВС и осуществлению контроля за правилами использования ЕВП не обозначены.

Это может быть объяснено определением приоритетности развития автоматизации аэронавигационного обеспечения и ОрВД для БВС, основывающейся на первоочередности создания современных средств обнаружения, идентификации и слежения. Теоретически такой вариант возможен при условии разработки всего комплекса автоматизации взаимодействия аэронавигационной инфраструктуры с серийным бортовым оборудованием каждого БВС. Технология также должна включать автоматический контроль технической готовности беспилотника к эксплуатации, автоматизацию планирования полета, координацию ВД с элементами корректирующих воздействий и точного траекторного исполнения маршрута. Оптимальный вариант создания системы изложен в публикации (3).

Однако, пока даже теоретически не разработаны такие компоненты будущего комплекса, как цифровые модели структуры воздушного и наземного пространства, не поставлена задача автоматической координация ВД беспилотников с учетом динамических характеристик пропускной способности элементов инфраструктуры. Поэтому наряду с решением технических и юридических вопросов в Концепции необходимо отражение технологических функций ЕС ОрВД на каждом этапе интеграции в прогнозируемом периоде.

В первую очередь необходимо пересмотреть требования по разрешительному и уведомительному порядку ИВП в нижнем ВП классов C, G, F (где имеются), а также функции местных диспетчерских пунктов (МДП) ОрВД. Помимо основных функций приема-передачи ВС смежному диспетчеру/сектору, управления ВС в установленной зоне ответственности, согласования условий посадки на аэродром прилета, на запасной аэродром с диспетчером РЦ ОрВД и т.д., МДП должны получить право на превентивный контроль ИВП БВС с запретом на вылет или командой на обязательную посадку нарушителя. Интеграция БВС должна сопровождаться оснащением МДП указанными в Концепции средствами обнаружения, идентификации и слежения, пересмотром правил визуальных и полетов по приборам для внешних пилотов БВС, ужесточением права пересмотра предтактических планов и т.д.

В тоже время, не достаточно экстраполировать действующие функции автоматизированных центров ОрВД на технологию работы МДП, координирующих полеты малой авиации. Новое значение приобретают процедуры уведомительного и разрешительного порядка использования ЕВП, что связано с возрастающей интенсивностью воздушного движения и, главное, с новыми транспортными технологиями, которые будут внедряться на малых и сверхмалых высотах.

В последние годы, ведущие авиа и автопроизводители все настойчивее обращают внимание на функцию гибридности способа передвижения. Данная реакция индустрии является ответом на ежедневные заторы на дорогах мегаполисов, экономические потери, в конечном итоге на технический тупик, в котором оказались городские власти на пути развития транспорта. Ответом на это стала череда технических инициатив и решений в виде использования городского ВП и продвижения гибридных ТС индивидуального пользования для применения в современной воздушной мобильности (АММ) или городской воздушная мобильность (англ. Urban Air Mobility, UAM) (4). Это городские транспортные системы, которые будут осуществлять перевозку людей по воздуху и по земле. Данные технологии гибридного перемещения получили названия eVTOL (electric vertical take-off and landing), eCTOL (electric conventional takeoff and landing), а также электрических самолетов короткого взлета и посадки (eSTOL). Исследования и разработки по данному направлению ведутся в NASA (США) (5), европейском EuroCONTROL (концепция SESAR) (6), другими странами. Одним из продуктивных может стать решение о создании при правительстве Японии рабочей группы с участием представителей правительства, органов местной власти и частного бизнеса, включая корпорацию Toyota Motor (7).

Обозначившийся вектор развития гибридного использования воздушного и наземного пространства требует пересмотра принципов координации и организации движения как нового вида транспорта, так и традиционных транспортных средств. Необходимо пересмотреть основополагающие принципы построения объединяющей инфраструктуры, создать юридическую основу для новых правил, норматив движения, разработать технико-экономическую и технологическую базы обеспечения безопасности. Все это потребует пересмотра не только технологии работы органов ОрВД, но и теоретического обоснования синхронизации и контроля транспортных процессов в едином воздушном, наземном, а также, вероятно, надводном пространствах.

Выводы. Для эффективной и безопасной интеграции БВС в единое воздушное и, вероятно, наземное пространство необходимо проведение прикладных научных исследований как самой интеграции, так и готовности аэронавигационной инфраструктуры, комплексов автопилотов БВС и пилотируемых ВС малой авиации, юридической и технико-экономической базы.

Результатом научно-теоретического обоснования столь разных задач организации движения в нижнем воздушном, включая городское воздушное и наземное пространства, должна стать стратегия интеграции с обоснованием прогнозируемых этапов.

Литература:

1. Генеральный план европейской системы ОрВД : https://www.sesarju.eu/sites/default/files/documents/reports/MP2020RU.pdf (дата обращения 18.11.2021) [Электронный ресурс]. – URL:(дата обращения 18.11.2021)
2. Глобальный аэронавигационный план (док.9759) ИКАО — [Электронный ресурс]. – URL:

https://www.icao.int/Meetings/a39/Documents/GANP_ru.pdf дата обращения 04.12.2021)

3. Алдюхов А.А. Система автоматического управления движением беспилотных летательных аппаратов и транспортных средств центром контроля и управления движением в воздушном, наземном пространстве// Санкт-Петербург: Вестник СПбГУ ГА, 2020 (4/29), с. 88-107
4. [Электронный ресурс]. – URL::(20.11.2021)https://www.urbanairmobilitynews.com/author/philip/
5. [Электронный ресурс]. – URL:(дата обращения 18.11.2021)https://smotrim.ru/article/2610906
6. [Электронный ресурс]. – URL:(25.11.2021)https://www.eurocontrol.int/skyway-magazine
7. [Электронный ресурс]. – URL: (14.11.2021) https://auto.rambler.ru/navigator/46464504-yaponiya-razrabatyvaet-pravila-dlya-letayuschego-avtotransporta/

Алдюхов А.А.,

к.э.н., инженер по ТО авиационного и радиоэлектронного оборудования ВС департамента технического обслуживания ВС ПАО «Аэрофлот»

МКАА «Безопасность полетов» не несет ответственности за содержание этого материала. Содержимое сообщения не обязательно является мнением или взглядом учредителей МКАА «Безопасность полетов». Материал публикуется с целью ознакомления авиационного сообщества с различными мнениями специалистов.

Содержание материалов представлено в том виде, в котором их подготовили авторы – без какой-либо редакторской правки.