TCAS II

TCAS II (Traffic Collision Avoidance System II) — бортовая система предупреждения столкновений воздушных судов в воздухе, второго поколения, предназначенная для автоматического обнаружения других самолётов, оборудованных ответчиками режимов A, C или S, и выдачи пилотам команд по предотвращению опасного сближения. Является обязательным элементом оборудования для коммерческих пассажирских и грузовых самолётов во многих странах мира, включая Россию.

Принцип действия

TCAS II работает на основе активного опроса ответчиков (транспондеров) других воздушных судов. Система излучает сигналы на частоте 1030 МГц и принимает ответы на частоте 1090 МГц. Анализируя задержку ответа и изменение частоты (эффект Доплера), TCAS II определяет дальность, относительную скорость, высоту (если ответчик передаёт барометрическую высоту) и азимут цели. Система работает независимо от наземных диспетчерских служб и не требует внешних данных, за исключением информации о собственной высоте и конфигурации самолёта.

Режимы работы

TCAS II функционирует в нескольких режимах, определяющих интенсивность опроса и радиус действия:

• Режим TA/RA (Traffic Advisory / Resolution Advisory) — основной активный режим, при котором система опрашивает ответчики в радиусе до 40 морских миль (около 74 км) и выдает как предупреждения о трафике (TA), так и команды по разрешению конфликта (RA).
• Режим TA Only — используется в зонах с высокой плотностью воздушного движения (например, вблизи крупных аэропортов). Система выдает только предупреждения о трафике, но не генерирует команды на манёвр, чтобы не создавать помех диспетчерскому управлению.
• Режим Standby — система включена, но не излучает сигналов (используется на земле или по указанию диспетчера).

Уровни предупреждений

TCAS II выдает два типа сообщений:

Traffic Advisory (TA)

Предупреждение о трафике — визуальное и звуковое сообщение («Traffic, Traffic»), указывающее на наличие другого самолёта, который может представлять потенциальную угрозу в ближайшие 20–48 секунд (в зависимости от высоты и скорости). TA не требует немедленных действий, но пилоты обязаны визуально обнаружить цель и быть готовыми к манёвру. На индикаторе (например, навигационном дисплее) цель отображается жёлтым ромбом.

Resolution Advisory (RA)

Команда по разрешению конфликта — визуальное и звуковое сообщение, предписывающее пилоту выполнить конкретный манёвр по изменению вертикальной скорости (набор высоты, снижение, ограничение набора или снижения). RA выдаётся, когда время до столкновения оценивается в 15–35 секунд. На индикаторе цель отображается красным квадратом. Пилот обязан немедленно выполнить команду, даже если она противоречит указаниям диспетчера УВД (приоритет TCAS над диспетчерскими командами закреплён в правилах ИКАО).

Типы RA

• Корректирующие — требуют изменения вертикальной скорости (например, «Climb, Climb» — «Набор, Набор»; «Descend, Descend» — «Снижение, Снижение»).
• Предупреждающие (ограничительные) — требуют не превышать определённую вертикальную скорость (например, «Don’t Climb, Don’t Climb» — «Не набирай, Не набирай»; «Don’t Descend, Don’t Descend» — «Не снижайся, Не снижайся»).
• Усиливающие — выдаются, если первоначальная команда не выполняется или ситуация ухудшается (например, «Increase Climb, Increase Climb» — «Увеличь набор, Увеличь набор»).

Координация между самолётами

Ключевая особенность TCAS II — способность к координации манёвров между двумя самолётами, оборудованными системой. При возникновении конфликта самолёты обмениваются данными через транспондеры режима S, выбирая согласованные направления уклонения: один набирает высоту, другой — снижается. Это исключает ситуацию, когда оба самолёта выполняют одинаковый манёвр (например, оба начинают набор, что не разрешает конфликт). Координация осуществляется автоматически, без участия пилотов.

Ограничения и недостатки

• Зависимость от ответчиков: TCAS II не видит самолёты без включённых транспондеров или с неисправными ответчиками. Также система неэффективна против целей, не передающих высоту (режим A без высоты).
• Ограниченная точность азимута: определение азимута цели имеет погрешность до 10–15 градусов, что делает горизонтальные манёвры (повороты) на основе данных TCAS менее надёжными. Поэтому RA выдаются только по вертикали.
• Ложные срабатывания: в зонах с высокой плотностью движения (например, вблизи аэропортов) возможны ложные или избыточные RA, что может отвлекать пилотов и создавать помехи диспетчерскому управлению. Для снижения этого эффекта в таких зонах используется режим TA Only.
• Отсутствие защиты от столкновений с землёй: TCAS II не предназначен для предотвращения столкновений с землёй или препятствиями на земле (эту функцию выполняет система GPWS/EGPWS).
• Задержка реакции: пилоты обязаны реагировать на RA в течение 5 секунд, но в условиях стресса или при неожиданном манёвре задержка может быть больше.

История развития

Первые системы предупреждения столкновений (ACAS — Airborne Collision Avoidance System) начали разрабатываться в 1960-х годах. В 1981 году Федеральное управление гражданской авиации США (FAA) опубликовало стандарт на TCAS I — систему первого поколения, которая выдавала только предупреждения о трафике (TA), но не давала команд на манёвр. TCAS I была обязательна для самолётов с числом пассажирских мест более 30.

TCAS II, способная выдавать RA, была сертифицирована в 1989 году. После ряда катастроф, в том числе столкновения над Боденским озером в 2002 году (где TCAS II была установлена, но не была задействована из-за ошибок экипажа), требования к системе были ужесточены. В 2003 году ИКАО ввела обязательное оснащение TCAS II для всех самолётов с максимальной взлётной массой более 5700 кг или с числом пассажирских мест более 19.

В России TCAS II (в отечественной терминологии — БСПС — бортовая система предупреждения столкновений) внедряется с 2000-х годов. С 2012 года все воздушные суда, выполняющие международные полёты, должны быть оснащены TCAS II версии 7.1 (или выше). Внутренние рейсы также постепенно переходят на эту систему.

Версии TCAS II

• TCAS II версия 7.0 — базовая версия, внедрённая в конце 1990-х годов. Включала стандартные RA и координацию.
• TCAS II версия 7.1 — текущая международная версия, принятая ИКАО в 2008 году. Отличается от 7.0:
• Изменены звуковые сообщения для повышения однозначности (например, «Climb, Climb» заменено на «Climb, Climb Now»).
• Добавлены RA для предотвращения столкновений с землёй (в комбинации с EGPWS).
• Улучшена обработка ситуаций с медленными самолётами и вертолётами.
• Введён режим «Clear of Conflict» для индикации разрешения конфликта.
• TCAS II версия 7.2 — разрабатывается (по состоянию на 2025 год). Планируется улучшение обнаружения целей вблизи земли, снижение ложных срабатываний и интеграция с системами ADS-B.

Применение в России

В России TCAS II применяется на всех самолётах, выполняющих международные полёты (например, Boeing 737, Airbus A320, Sukhoi Superjet 100, Ил-96). Для внутренних рейсов обязательность установки TCAS II регламентируется Федеральными авиационными правилами (ФАП). На самолётах малой авиации и вертолётах TCAS II устанавливается опционально, хотя для вертолётов существуют специализированные версии (например, HTAWS — Helicopter Terrain Awareness and Warning System, которая может включать функции TCAS).

Интересные факты

• TCAS II способна обрабатывать до 30 целей одновременно, но на практике в зонах с высокой плотностью движения (например, над Атлантикой) количество целей может превышать 100, и система автоматически ранжирует их по степени угрозы.
• В 2002 году столкновение над Боденским озером (Ту-154 и Boeing 757) произошло, несмотря на наличие TCAS II на обоих самолётах. Причина — экипаж Ту-154 не выполнил команду RA, следуя указаниям диспетчера. После этой катастрофы ИКАО ввела правило приоритета TCAS над диспетчерскими командами.
• Система TCAS II версии 7.1 использует более 20 различных звуковых сообщений, каждое из которых имеет строго определённое значение.
• Разработка TCAS II велась при участии NASA и Массачусетского технологического института (MIT). Первые прототипы тестировались на самолётах Boeing 727 и 737 в 1970-х годах.

Источники

• ICAO Annex 2 — Rules of the Air (Приложение 2 к Конвенции ИКАО — Правила полётов).
• FAA Advisory Circular AC 20-151B — Airworthiness Approval of Traffic Alert and Collision Avoidance Systems (TCAS II) and Mode S Transponders.
• EUROCAE ED-143 — Minimum Operational Performance Specification for Traffic Alert and Collision Avoidance Systems II (TCAS II).
• Федеральные авиационные правила РФ (ФАП-128, ФАП-147).
• Документация Honeywell и Rockwell Collins по TCAS II (версии 7.0, 7.1).