Новые правила полетов по формированию и реализации воздушной мобильности в национальном воздушном пространстве

Правила цифрового полета и цифровизация полета (DFR)

Возможности цифровизации полета, представленные и описанные в настоящей публикации основываются на концепциях, направленных на удовлетворение потребностей многих новых пользователей в выполнении новых операций в едином воздушном пространстве. Организация управления движением беспилотных летательных аппаратов (UTM) основывается на принципах обмена цифровой информацией в целях достижения соответствующего уровня при выполнении безопасных операционных процедур в полете. Операторы в рамках UTM должны согласовывать тенденции и намерения элементов полета друг с другом и координироваться для устранения конфликтов в части обеспечения безопасного разделения траекторий движения, не полагаясь на визуальные процедуры или услуги по разделению предоставляемыми органами УВД.

Как будет подробно изложено в тексте ниже, Digital Flight Rule реализуют те же принципы обмена информацией для эшелонирования, хотя и в гораздо большем масштабе. Аналогичным образом DFR реализована и в Urban Air Mobility (UAM), где стратегическое и тактическое разделение траекторий движения воздушных судов должно происходят без прямого участия правил органов УВД при конструировании воздушного пространства UAM. Эти функции будут делегированы операторам UAM, то есть внешним пилотам или поставщикам услуг UAM как двум пользователям.

В формирующейся концепции управления воздушным движением операторам предоставляется выбор между предоставляемыми услугами органов УВД или кооперативным разделением на уровне пользователей UTM, где операторы в конечном итоге несут ответственность за поддержание своего уровня безопасности от воздействия на них других мобильных средств. Общей нитью этой новой концепции является ответственность оператора БАС за обеспечение безопасности, как от воздействия третьих лиц, так и воздействия на третьи лица. Концепция предоставляет общие основы использования совместной практики обмена информацией и цифровых технологий, иллюстрируя возможности реализации общего режима работы. Это решение поддерживает предложение о том, чтобы Digital Flight станет неотъемлемой частью общего режима работы в UTM и UAM , который будет гармонизировать элементы полета БВС, в том числе и при реализации разрозненных операций движения.

Ни IFR, ни VFR не являются статическими наборами правил

По мере развития технологии выполнения полетов появлялись новые компетенции позволяющие использовать их. Эволюция авиационной навигации от визуальной привязки к земле, радиомаякам, зональной навигации, спутниковой навигации на основе характеристик потребовала эволюцию правил полета, положений и технических стандартов. Реализация Digital Flight требует выхода за рамки дополнений или модификаций существующих наборов правил полета, которые регулируют режимы работы IFR и VFR. Ни один из них не предназначен для эксплуатации воздушных судов без пилота на борту. Существующие правила также не используют преимущества передовых датчиков, возможностей подключения и встроенных вычислительных средств, которые присущи цифровому режиму работы. Технологические достижения коренным образом изменят или заменят человеческую роль в эксплуатации воздушных судов. Рост на новых рынках с большим количеством воздушных судов и разнообразными характеристиками воздушных судов ограничен существующими режимами IFR и VFR. Настоящая публикация предлагает, с соответствующим обоснованием, внедрение в эксплуатацию режима работы с использованием операций и процедур на цифровой платформе.

Цифровые правила полета (DFR) предлагает, в качестве нормативной составляющей, реализацию нового, совместного, режима работы Digital Flight, тем самым создавая формальное дополнение к IFR и VFR. Результатом являются три общедоступных режима работы, доступных любому пользователю воздушного пространства — новому участнику (или пользователю) или действующему, которые способны удовлетворить соответствующие требования к производительности. За полеты, выполняемые в этом новом режиме, эксплуатант (или оператор) воздушного судна единолично несет ответственность за формирование безопасности траекторий полета, включая разделение движения, в том числе при визуальных метеорологических условиях (VMC) и инструментальных метеорологических условиях (IMC).

Вместо визуальных процедур VFR и услуг IFR по разделению движения операторы при DFR будут нести ответственность за безопасность путем применения совместных практик, процедур само эшелонирования, цифровых технологий (AI) и автоматизированного обмена информацией.

Так же, как операции IFR и VFR реализуемые в одном воздушном пространстве, DFR будет использовать воздушное пространство с IFR и VFR без нарушения этих операций, устраняя необходимость разделения воздушного пространства для полетов DFR. Эта интеграция обеспечивается совместными практиками, встроенными непосредственно в автоматизацию и процедуры. Действующие пользователи воздушного пространства будут иметь выбор между этими тремя режимами работы, чтобы выбрать, какой из них наиболее подходит для их целей, так же, как они могут выбирать между IFR и VFR сегодня.

Естественный переход к режиму DFR

IFR и VFR является надежным и эффективным, тем не менее IFR и VFR не в полной мере обеспечивают многие из меняющихся операционных потребностей этого столетия, включая эксплуатацию различных классов БАС новыми участниками. Растущее число беспилотных летательных аппаратов и множество различных концепций, связанных с Advanced Air Mobility (AAM), включая городские воздушные такси, автономную региональную доставку грузов, беспилотную доставку посылок, операции Beyond Visual Line of Sight (BVLOS) и беспилотные полеты на высотных платформах (HAPS) нелегко адаптируются и приспосабливаются к текущим режимам работы инфраструктур. По мере того, как будет востребован общественный спрос на новые правила полетов и использования воздушного пространства вместе с благоприятными технологиями (как это было в случае c внедрением IFR), то естественным образом будет осуществлен переход на новый режим работы для удовлетворения возникающих потребностей общественности.

Основные мотивы

Основными мотивами для внедрения нового режима работы являются:

— масштабируемость:

сторонники многих концепций БАС предусматривают 100 или потенциально 1000 одновременных полетов в обособленном географическом регионе. Требования к физическому ограничению рабочей нагрузки органа УВД, связанные с операциями IFR, являются ограничивающими факторами в количестве одновременных операций, которые могут выполняться в географическом регионе. Например, в большинстве терминальных районов существует требование о том, чтобы полеты IFR были разделены, по крайней мере, 20 км сбоку или 150 метров по вертикали (как вариант). Объемы движения в отдельных секторах УВД обычно ограничены одним-двумя десятками воздушный судов, чтобы не допустить перегрузку операционной деятельности диспетчера. Эти факторы значительно ограничат количество краткосрочных полетов (миссий) БАС в UАМ/ААМ в рамках IFR, особенно в воздушном пространстве и без того с плотным движением.

— процедурная совместимость с беспилотными летательными аппаратами:

многие из новых пользователей представляют себе будущее без бортовых пилотов и, возможно, с воздушными судами, которые эффективно само пилотируются, при этом роль человека будет сведена только к мониторингу и надзору. Оператор может не иметь возможности манипулировать органами управления полетом и может быть в состоянии только предложить переключиться на высокоуровневую автоматику, управляющая траекторией полета воздушного судна. Самоуправляемые летательные аппараты также не могут напрямую реализовать действующие требования и процедуры VFR и IFR. Нет пилота, который мог бы работать с визуальной привязкой к земле, видеть и избегать препятствий и других воздушный судов, следовать визуальным процедурам, общаться с органами УВД, переключаться на частоты связи.

— эксплуатационная предсказуемость:

большинство воздушных судов с электрическим приводом не будут иметь возможности, которую воздушные суда с обычным двигателем имеют в отношении увеличения запасов энергии (т.е. добавлять дополнительную энергию) до взлета, чтобы учесть эксплуатационные неопределенности, такие как векторизация, удержание, контроль скорости и другие задержки по пути и в пункте назначения при движении на аэродроме. БВС эксплуатируются близко к максимальной выносливости (с учетом требуемых резервов безопасности), которая, как правило, будет намного меньше, чем воздушные суда с обычным двигателем. Для некоторых операций неожиданная задержка может составлять большой процент от всей запланированной продолжительности полета.
Эксплуатационная предсказуемость обеспечит то, что, когда БВС вылетает, оператор может быть разумно уверен в том, что он столкнется с минимальными изменениями, в общем, времени полета по маршруту.

— эксплуатационная гибкость:

операции AAM зависят от гибкости, подобной VFR, для работы в масштабе во всех классах воздушного пространства и в различных погодных условиях, включая IMC. Гибкость означает не ограничиваться конкретными структурами маршрута, высотами или объемами воздушного пространства и не требовать разрешения органа УВД для изменения маршрута и высоты.

— пропускная способность:

эксплуатация независимых от взлетно-посадочных полос операций и операций в невысотных региональных и сельских аэропортах в IMC может быть ограничена текущими процедурами УВД «один вход, один выход». Операторы в соответствии с IFR, вылетающие из аэропортов без КДП в контролируемое воздушное пространство, должны запросить разрешение органа УВД на вход в контролируемое воздушное пространство, получение которого может занять много времени. Кроме того, сбои в крупных аэропортах иногда создают узкие места в воздушном пространстве, которые влияют на рейсы, которые планируются к достижению не перегруженного аэропорта в качестве пункта назначения.

С учетом существующих режимов и с течением времени VFR и IFR эволюционировали для решения новых задач.

Однако степень адаптации, необходимая для учета возможностей и предполагаемых оперативных эксплуатационных реализаций новых участников выходят за рамки возможностей, которые могут быть решены путем изменения существующих режимов работы. Изменения в правилах VFR и IFR также могут отрицательно сказаться на действующих операторах, требуя от них изменения при реализации своих эксплуатационных процедур и потенциально требуя при этом установку нового оборудования и возможностей производительности. Новый режим работы учитывает потребности и стабильность пользователей при существующих режимах. Мотивируя потребностями новых участников, Digital Flight также создаст возможности для существующих пользователей эксплуатирующие в VFR и IFR. Все действующие пользователи воздушного пространства извлекут выгоду из работы в соответствующем режиме с DFR, если они решат привести в соответствии DFR свои требования к эксплуатационным характеристикам и придерживаться выполнения совместных процедур. Точно так же, как и с введением IFR создалась новая опция для существующих пользователей, не исключая опцию VFR, так DFR еще больше расширит возможности без введения новых требований к оборудованию или изменений процедур для операторов эксплуатирующие воздушные суда в режимах VFR и IFR.

Заключение

Время внедрения нового режима эксплуатации авиации обуславливается внедрением огромных изменений в связи с новыми операционными технологиями и эксплуатации новых типов воздушных судов, в том числе разнообразием предложений для реализации новых процедурных миссий. DFR позволят эксплуатацию дистанционно пилотируемых воздушных судов; электрических, гибридных и других силовых установок; новых электрических воздушных судов вертикального взлета и посадки (eVTOL) с конфигурациями lift-plus-cruise и tiltrotor/wing и применение более автономных операционных решений. Примерами новых оперативных миссий станут высотные полеты с большой дальностью полета (например, HAPS) и независимые от взлетно-посадочной полосы операции UAM, причем темпы, как предполагается, будут на порядки выше, чем сегодняшние операции с использованием вертолетов. Многие из этих новых операторов не смогут полностью интегрироваться в национальную аэронавигационную систему (NAS), используя текущие операционные правила, процессы и процедуры.

Digital Flight использует многие из основных механизмов и подходов, включенных в текущие авиационные правила, связанных с удовлетворением потребностей этой разнообразной группы новых пользователей. Авиационное сообщество под руководством Минтранса и Росавиации обязаны изучить и принять к исполнению множество новых подходов к управлению конфликтами, которые в совокупности называются eXtensible Traffic Management (xTM).

По большей части Digital Flight предлагается независимо друг от друга для различных операционных областей. К ним относятся UTM (ориентированные на небольшие беспилотные летательные аппараты, работающие ниже 150 метров), UAM (ориентированные на городские операции до нескольких сотен метров) и ETM (ориентированные на операции на большой высоте выше 2000 метров). Эти различные концепции имеют общие черты: повышенная зависимость от потока информации и обмена данными, совместные методы работы, оператор, использующий автоматизацию для управления конфликтами, и сторонние поставщики услуг, все которые соответствуют концепции Digital Flight.

Это предоставит возможность для внедрения единого режима работы, удовлетворяющего требованиям всех концепций xTM, вместо реализации нескольких новых эксплуатационных режимов работы, которые значительно усложнили бы нормотворчество, управление и регулирование в воздушном пространстве.

В проекте концептуального документа Международная организация гражданской авиации (ИКАО) на экспертном уровне обсуждает «дополнительный или адаптированный набор правил полетов для новых пользователей». В своем всеобъемлющем докладе об AAM группа Национальной академии наук (USA) указала, что в конечном итоге потребуются новые возможности и новые правила полета, вероятно, понадобятся для обеспечения рутинных операций AAM. Понятно, что многие уважаемые эксперты по авиационным процедурам по-разному заявляют о том, что пришло время для нового режима работы.

DFR предлагает именно таким новый режим работы. Внесение операционных изменений в NAS займет много времени. Многие из сторонников новых пользователей ожидают первоначальных операций в течение следующих трех-пяти лет, при этом операционные темпы быстро увеличатся в течение следующего десятилетия или двух. Первоначальные операции будут проходить в основном в рамках существующих режимов работы VFR и IFR, но отрасль должна смотреть в будущее. Чтобы иметь новый режим работы для обслуживания авиационного сообщества в ближайшие 10-20 лет, планирование, тестирование и внедрение должны начаться уже сейчас.

История показала, что изменения парадигмы NAS могут занять десятки лет. Таким образом, нет времени для размышления, когда начинать разработку DFR, чтобы гарантировать утвердить, что «воздушное пространство готово для реализации миссий новых участников».

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.

Рис: bizavnews.ru