Проблема ограниченного контроля движения воздушных судов над труднодоступными регионами стара, как сама авиация. В романтическую «винтовую» эпоху прокладка маршрутов в небе над Атлантикой, Тихим океаном, Сахарой и Заполярьем была настоящей игрой со смертью и обошлась человечеству в тысячи жизней. Но даже сегодня, когда путешествия между континентами стали обычным делом, авиадиспетчеры контролируют всего 30% воздушного пространства планеты.
Почему самолёты не сталкиваются: локаторы-роботы

Рельсы для лайнеров

Над решением проблемы «белых пятен», находящихся вне радиуса действия локаторов, специалисты по аэронавигации, перевозчики и регуляторы рынка бьются уже не одно десятилетие. Наземная сеть слежения на базе радаров кругового обзора, фиксирующих все объекты в «своем» секторе неба, и направленных вторичных радиолокаторов (SSR-радаров), идентифицирующих самолеты по отраженному кодированному радиосигналу от транспондера, давно достигла своего физического предела. При солидной дальнобойности в 240 км ее зонтик едва накрывает побережье материков, и всех, кто находится по ту сторону горизонта, связывает с землей только радио.

В 1970-х годах для обеспечения безопасности полетов в океанических районах была разработана динамическая система треков с односторонним движением, конфигурацию которых из-за «джетов» — ураганных воздушных течений на больших высотах — диспетчерским службам приходится менять чуть ли не ежедневно. Треки, в свою очередь, делятся на эшелоны высотой 300? м и шириной 110 км (1 градус по широте). Караваны лайнеров движутся по ним, как по рельсам, раз в десять минут посылая кодированные радиосигналы с GPS-координатами при помощи бортовых систем ACARS (Aircraft Communications Addressing Reporting System).

Изначально ACARS были задуманы для автоматической передачи данных о техническом состоянии судна — от режима работы турбин и давления в гидравлических контурах до функционирования сливных бачков в туалетных кабинах — сервисным службам авиакомпаний. Но с появлением в начале 1990-х спутниковой навигации инженеры Boeing и Airbus имплантировали в «железо» ACARS модули инновационных для того времени систем связи, известных под общим названием FANS (Future Air Navigation System). Помимо автоматической передачи на «вышку» координат, FANS (гибрид GPS-приемника и радиостанции) обеспечивает двусторонний обмен сжатыми текстовыми сообщениями, в том числе через спутники группировок Inmarsat, Globalstar и Iridium в случаях, когда наземная станция слежения находится за пределами дальности ВЧ-связи (200 км).

Более 90% лайнеров, работающих на трансокеанских маршрутах, оборудованы FANS. Тем не менее в условиях непрерывного роста трафика для гарантированного сопровождения лайнеров в удаленных океанических районах функционала FANS уже недостаточно. Сегодня диспетчеры, по сути, не столько управляют трафиком, сколько пассивно наблюдают за ним, фиксируя время появления бортов в контрольных точках маршрута. Десятиминутный интервал связи, в течение которого лайнеры пролетают около 150 км, в принципе не позволяет «земле» принимать оперативные решения. В условиях полета, когда от мгновенной реакции диспетчера и экипажа иногда зависят сотни жизней, десять минут — целая вечность.

Впрочем, даже на базе FANS «многоэтажные» системы треков NATS (в Северной Атлантике) и PACOTS (в Тихом океане) обеспечивают надежный транзит самолетов между континентами. Но из-за слишком широкого эшелонирования емкость небесных хайвеев приближается к критическому уровню. К примеру, треки в ключевых атлантических районах Gander и Shanwick, пропускающие через себя более 36?000 рейсов в месяц, уже забиты под завязку. Авиакомпании вынуждены мириться с ситуацией, хотя полеты по «кривым» коридорам заставляют их сжигать лишнее топливо и терять драгоценное время. По расчетам экспертов службы Nav Canada, только за счет уплотнения эшелонов до половины градуса (55 км между самолетами) и спрямления маршрутов между Старым и Новым Светом перевозчики ежегодно будут экономить $125 млн, или около $300 на рейсе. Для отрасли, в которой норма прибыли составляет чуть больше $6 на пассажирское кресло (в Европе), это солидные деньги.

Уплотнение трафика в «зонах с ограниченной видимостью» FANS на себе не вытянет — в отличие от революционной технологии ADS-B, которая не только сделает небо над океанами прозрачным, но и вытянет на себе всю мировую систему управления воздушным движением из XX века в XXI.

Систему управления воздушным движением, которая сегодня полагается на старые добрые локаторы, контролируя лишь 30% неба над планетой, ждет настоящая революция на основе средств космического базирования.

Виртуальный радар

DS-B (Automatic Dependent Surveillance Broadcast) — автоматическая система наблюдения и радиовещания, базирующаяся на точной спутниковой навигации. Фактически это следующая ступень эволюции FANS, хотя их пути разошлись еще на ранней стадии разработки в начале 1990-х. В отличие от системы FANS, которая адресно передает кодированные сигналы станциям слежения, ADS-B два раза в секунду выдает в открытый эфир сжатый 120-битовый сигнал, содержащий код судна, его координаты, скорость и параметры бортовых систем. «Врожденная» особенность ADS-B — автоматическое формирование объемного информационного облака, или виртуального радара, из множества трансиверов ADS-B в зоне покрытия радиосигнала на других воздушных судах и на земле.

В 1999—2006 годах технология ADS-B была успешно протестирована в экстремальных условиях Аляски в рамках проекта Capstone. Использование ADS-B привело к резкому снижению аварийности, связанной с ошибками в навигации, и ощутимой экономии топлива при том, что авиасообщение над труднодоступными территориями штата контролировали всего 11 небольших мобильных ADS-B-станций. В середине 2000-х установка ретрансляторов ADS-B началась в Австралии и некоторых европейских странах, но на промышленном уровне эта технология впервые была внедрена в Канаде.

В 2009 году первые пять наземных станций полностью «перекрыли» пространство над стратегически важным с точки зрения трансокеанских авиаперевозок Гудзоновым заливом, ранее входившим в систему треков NATS, а сегодня ADS-B в треугольнике между Квебеком, Гренландией и Лабрадором покрывает уже весь северо-восток Канады. К 2020 году, считают эксперты Nav Canada, за счет эффективной навигации авиакомпании, летающие над Гудзоновым заливом, сэкономят на топливе почти $400 млн. В 2010 году примеру Канады и Австралии последовали американцы, отдавшие инфраструктуру ADS-B в частные руки. За три года компания Harris сумела не только развернуть «зонтик» ADS-B над всей территорией Штатов, но и выдвинуться далеко в море. К примеру, вышки Harris, установленные на нефтяных платформах, сейчас контролируют пространство над Мексиканским заливом.

Но на самом деле обеспечить надежную аэронавигацию над пустынными регионами можно и без опоры на «землю». Канадская компания Flyht еще в 2005 году вывела на рынок уникальный спутниковый ADS-C (C означает «контрактный», с ограниченным доступом) сервис AFIRS. Контейнер AFIRS весом 3 кг и размером с ноутбук устанавливается в стандартный слот отсека бортовой авионики, и в любой нештатной ситуации — при резком изменении высоты, курса или опасной вибрации судна — мгновенно начинает потоковую передачу данных через спутники Iridium в наземный диспетчерский центр. При этом на земле с помощью AFIRS «на всякий пожарный» формируется виртуальный «черный ящик» каждого рейса.

Сервис, доступный в любой точке планеты, недешев. В $100?000 обходится «железо» системы, и еще по $10?000 нужно выкладывать за минуту использования спутникового канала Iridium.

Как найти самолет на дне океана Международная организация гражданской авиации (ICAO) рекомендовала устанавливать на все авиалайнеры, которые будут выпускаться после 2020 года, оборудование системы GADSS (Глобальная аэронавигационная система безопасности и оповещения о бедствии).

Из космоса виднее

Компания Aireon, созданная производителем радиоэлектронного оборудования Harris, спутниковым провайдером Iridium и операторами нескольких ключевых районов полетной информации, уже в 2018 году намерена запустить сервис ALERT, после того как все 66 спутников Iridium Next, оснащенных ADS-B-ретрансляторами, будут выведены на низкую околоземную орбиту. Центр обработки данных Aireon будет находиться в ирландском Баллигиррене, «столице» района полетной информации Shanwick.

«Миссия ALERT заключается в мгновенном и бесплатном предоставлении поисково-спасательным службам, операторам полетных районов и авиакомпаниям данных о координатах и траектории любого летательного аппарата, оснащенного ADS-B. ALERT будет функционировать 24 часа в сутки и автоматически отслеживать перемещения всех без исключения воздушных судов с ADS-B в любой точке планеты, включая Антарктику, заявляет президент Aireon Дэн Тома. «Для этого нам не пришлось изобретать велосипед. Все элементы ALERT — ADS-B, мощная наземная сеть ретрансляторов и спутниковая навигация — давно существуют. Мы лишь объединили их в одно целое. По сути, мы предоставляем всем желающим свободный доступ к суперсовременной технологии уровня NextGen».

Новое поколение Компания Aireon объявила о введении в строй уже в 2018 году глобальной космической ADS-B-системы навигации и мониторинга ALERT (Aircraft Locating and Emergency Response Tracking).

По оценкам Aireon, с появлением сервиса ALERT до 2030 года авиакомпании, летающие в океанических воздушных районах, благодаря уплотнению эшелонов в системах треков до половины, а затем и до четверти градуса сэкономят на топливе от $6 до 8 млрд. Потенциальная экономия на проведении спасательных операций не поддается расчетам, но если учесть, что в течение двух лет на безрезультатные поиски МН370 уже потрачено более $50 млн, цифры могут получиться не менее впечатляющими. На сегодняшний день подготовка к запуску ALERT движется полным ходом. Летом 2015 года было изготовлено 75 спутников Iridium Next, каждый из которых сможет «свести» с орбиты 1500 воздушных объектов и 81 ADS-B-транспондер Harris, а в ноябре Международный союз электросвязи (ITU) утвердил для систем ADS-B космического базирования частотный диапазон 1090 МГц.

Как знать, может быть, когда-нибудь «всевидящее око» ALERT окутает Землю «умным» ADS-B-облаком, внутри которого будет возможным полностью автономное пилотирование. В любом случае, как только спутники Iridium Next примут первый «сквит» с борта воздушного судна, наш ненадежный мир станет чуть безопаснее.

Статья «От локатора к облаку» опубликована в журнале «Популярная механика» (№2, Февраль 2016).