GPWS

GPWS (Ground Proximity Warning System, система предупреждения о приближении к земле) — это бортовая авиационная система, предназначенная для предотвращения столкновения воздушного судна с землёй, водной поверхностью или искусственными препятствиями в полёте. Система анализирует параметры полёта и при возникновении опасной ситуации выдаёт пилотам визуальные и звуковые предупреждения, а также рекомендации по выполнению манёвра ухода.

История создания

Предпосылки появления

До 1960-х годов столкновения с землёй в управляемом полёте (CFIT, Controlled Flight Into Terrain) оставались одной из основных причин авиационных катастроф. Пилоты, не имея точной информации о рельефе местности, особенно в условиях плохой видимости или в горной местности, могли ошибочно полагать, что находятся выше препятствий. Статистика показывала, что более 50% всех фатальных авиапроисшествий в коммерческой авиации в 1960-1970-х годах были связаны именно с CFIT.

Разработка и внедрение

Первые прототипы систем предупреждения о приближении к земле начали разрабатываться в конце 1960-х годов. В 1972 году компания Honeywell представила первую коммерческую систему GPWS. Однако массовое внедрение началось после серии катастроф, произошедших в 1974 году, в том числе крушения рейса Turkish Airlines 981 (DC-10) и рейса TWA 514 (Boeing 727). В 1974 году Федеральное управление гражданской авиации США (FAA) обязало устанавливать GPWS на все коммерческие воздушные суда с числом пассажирских мест более 10. В СССР аналогичные требования были введены в 1978 году, а первые отечественные системы (например, «Кора-1») начали устанавливаться на самолёты Ту-154, Ил-62 и другие.

Эволюция в EGPWS

В 1990-х годах на смену аналоговым GPWS пришли цифровые системы с расширенными функциями — Enhanced Ground Proximity Warning System (EGPWS, или TAWS — Terrain Awareness and Warning System). Главным отличием стало наличие цифровой базы данных рельефа местности, что позволило системе предсказывать опасность на основе трёхмерной карты, а не только по текущим параметрам полёта. Первую систему EGPWS разработала компания AlliedSignal (ныне часть Honeywell) в 1996 году. С 2005 года FAA и EASA (Европейское агентство авиационной безопасности) обязали устанавливать EGPWS на все новые самолёты.

Принцип работы

Основные режимы

Классическая GPWS (по стандарту ARINC 707) имеет семь основных режимов работы, каждый из которых отвечает за определённый тип опасной ситуации:

1. Режим 1 — чрезмерная вертикальная скорость снижения. Система сравнивает текущую вертикальную скорость с высотой над землёй. При превышении допустимого порога выдаётся предупреждение «SINK RATE» («Скорость снижения»).
2. Режим 2 — чрезмерная скорость сближения с землёй. Анализируется изменение высоты относительно рельефа. При опасном сближении звучит «PULL UP» («Уходи вверх»).
3. Режим 3 — потеря высоты после взлёта или ухода на второй круг. Если после взлёта самолёт начинает снижаться, система предупреждает «DON’T SINK» («Не снижайся»).
4. Режим 4 — опасная близость к земле при выпущенных шасси или закрылках. Если самолёт находится на малой высоте с невыпущенными шасси или закрылками, система выдаёт «TOO LOW — GEAR» или «TOO LOW — FLAPS».
5. Режим 5 — превышение допустимого угла крена. При опасном крене на малой высоте звучит «BANK ANGLE» («Угол крена»).
6. Режим 6 — предупреждение о сдвиге ветра. Анализируется изменение воздушной скорости и вертикальной скорости для обнаружения опасных сдвигов ветра.
7. Режим 7 — предупреждение о превышении предельной скорости. При приближении к максимально допустимой скорости звучит «OVERS PEED» («Превышение скорости»).

EGPWS и цифровая карта местности

В системах EGPWS (TAWS) добавлен режим Terrain Display (отображение рельефа). Система постоянно сравнивает текущее положение самолёта (координаты GPS, высоту по барометрическому и радиовысотомеру) с цифровой моделью рельефа. При прогнозируемом столкновении с землёй за 60–90 секунд до опасности выдаётся предупреждение «CAUTION TERRAIN» («Осторожно, рельеф»), а за 30–40 секунд — «TERRAIN PULL UP» («Рельеф, уходи вверх»). На многофункциональных дисплеях (MFD) рельеф отображается цветными зонами: зелёный — безопасно, жёлтый — предупреждение, красный — опасность.

Классификация и типы

По поколению

• GPWS (Class A) — аналоговые системы, работающие только на основе радиовысотомера и барометрических данных. Не имеют базы рельефа.
• EGPWS (Class B) — цифровые системы с базой рельефа, способные предсказывать столкновение с землёй.
• TAWS (Terrain Awareness and Warning System) — современный стандарт, включающий EGPWS и дополнительные функции (например, предупреждение о препятствиях — антенны, вышки, линии электропередач).

По применению

• Коммерческая авиация — обязательны для всех пассажирских и грузовых самолётов с массой более 5 700 кг или числом мест более 9.
• Деловая авиация — устанавливаются на бизнес-джеты (например, Bombardier Global, Gulfstream, Dassault Falcon).
• Вертолёты — существуют специализированные версии HTAWS (Helicopter Terrain Awareness and Warning System), учитывающие особенности полёта вертолётов (зависание, малые высоты, посадка на неподготовленные площадки).
• Военная авиация — используются модифицированные системы с возможностью отключения для выполнения боевых манёвров.

Устройство и компоненты

Основные элементы

• Радиовысотомер — измеряет истинную высоту над землёй (работает в диапазоне 4,3 ГГц).
• Барометрический высотомер — определяет высоту по атмосферному давлению.
• Индикатор воздушной скорости — даёт данные о скорости полёта.
• Гироскопические датчики — измеряют углы крена и тангажа.
• Вычислительный блок — процессор, обрабатывающий данные и генерирующий предупреждения.
• Звуковой генератор — воспроизводит голосовые сообщения (на русском или английском языке).
• Дисплей — отображает карту рельефа (в EGPWS).

Источники данных

• GPS/ГЛОНАСС — для определения текущих координат.
• Инерциальная навигационная система (ИНС) — для точного определения положения в пространстве.
• Цифровая база рельефа — хранится в памяти вычислительного блока и обновляется производителем (например, Honeywell, Rockwell Collins, Thales, отечественная компания «Авиаприбор»).

Применение и значение

В гражданской авиации

GPWS и EGPWS являются обязательными элементами систем безопасности на всех коммерческих воздушных судах. По данным Международной организации гражданской авиации (ICAO), внедрение GPWS позволило снизить количество катастроф типа CFIT на 80–90% с 1970-х годов. В России требования к установке GPWS регулируются Воздушным кодексом РФ и Федеральными авиационными правилами (ФАП-128). На самолётах российского производства (Сухой Суперджет 100, МС-21, Ил-96, Ту-204) устанавливаются как зарубежные системы (Honeywell EGPWS), так и отечественные (например, «Багет» производства НПП «Авиационная и морская электроника»).

В вертолётах

Для вертолётов GPWS адаптирована под специфику полётов: низкие высоты, частые взлёты и посадки, полёты в горной местности. Системы HTAWS учитывают возможность зависания и маневрирования на малых скоростях. В России вертолёты Ми-8, Ми-26, Ка-32 оснащаются системами «Кора-1М» или «СППЗ-2000».

В военной авиации

Военные самолёты (Су-27, МиГ-29, Су-34, Су-57) имеют собственные системы предупреждения о столкновении с землёй, которые могут быть отключены для выполнения фигур высшего пилотажа или боевых манёвров. Однако в мирное время они используются для предотвращения CFIT.

Критика и ограничения

Ложные срабатывания

В ранних версиях GPWS (особенно аналоговых) были часты ложные предупреждения, например, при пролёте над крутыми склонами или при посадке на горные аэродромы. Это приводило к тому, что пилоты могли игнорировать сигналы. Современные EGPWS с цифровой картой рельефа значительно снизили количество ложных срабатываний, но полностью исключить их не удаётся.

Зависимость от данных

EGPWS критически зависит от точности цифровой базы рельефа и GPS-сигнала. В районах с плохим приёмом GPS (например, в высоких широтах) или при устаревшей базе данных (например, после строительства новых высотных зданий) система может не распознать опасность. В России для арктических маршрутов используются дополнительные источники данных (ИНС, радиовысотомер).

Ограничения в сложных метеоусловиях

GPWS не может предупредить о столкновении с землёй в условиях сильного тумана или облачности, если рельеф не отражён в базе данных. В таких случаях полагаются на радиолокационные системы (метеолокатор) и визуальное наблюдение.

Интересные факты

• Первое в истории применение GPWS в реальной аварийной ситуации произошло в 1975 году на рейсе Delta Air Lines, когда система предупредила пилотов о слишком быстром снижении при заходе на посадку в Нью-Йорке.
• В 1995 году на рейсе American Airlines 965 (Boeing 757) в Колумбии пилоты отключили GPWS, что привело к столкновению с горой. После этой катастрофы были введены правила, запрещающие отключение системы без крайней необходимости.
• В России система GPWS на самолётах Ту-154 и Ил-62 называлась «Кора-1» (корабельная аппаратура предупреждения о приближении к земле). Она выдавала голосовые сообщения на русском языке: «Скорость снижения!», «Уходи вверх!», «Земля!».
• Современные системы EGPWS могут отображать на дисплее не только рельеф, но и искусственные препятствия (вышки, антенны, мосты), используя базу данных Obstacle Database.

Источники

• Федеральные авиационные правила «Сертификация авиационной техники» (ФАП-128), 2020.
• ICAO, Annex 6 — Operation of Aircraft, Part I, Chapter 6 (Terrain Awareness and Warning Systems).
• Honeywell International, «Enhanced Ground Proximity Warning System (EGPWS) Pilot’s Guide», 2018.
• Р. И. Виноградов, «Авиационные приборы и системы», М.: Машиностроение, 2005.
• Отчёт Национального совета по безопасности на транспорте США (NTSB) по катастрофе рейса American Airlines 965, 1995.
• Статья «Ground Proximity Warning System» в журнале «Aviation Week & Space Technology», 1974.
• База данных производителя «Авиаприбор» (Россия) — системы «Кора-1» и «Багет».