Программа Capstone

Программа Capstone — это США финансируемая правительством программа авиационной безопасности для штата Аляска , в первую очередь ориентированная на сельские районы штата. Эти совместные усилия Федерального авиационного управления (ФАУ), Ассоциации пилотов Аляски, коммерческих операторов, Университета Аляски , корпорации MITRE , некоторых производителей авионики и отдельных пилотов позволили сократить количество аварий в восточной части Аляски примерно на 40%. .

Программа действовала с 1999 по 2006 год, когда ФАУ интегрировало ее в национальную программу автоматического зависимого наблюдения и вещания (ADS–B).

Фон

Аляска — крупнейший штат США по площади, но один из самых маленьких по численности населения. В конце 1990-х годов каждый 58-й житель штата был пилотом: на каждые десять пилотов приходилось шесть самолетов. В условиях очень ограниченной инфраструктуры автомобильных и железных дорог авиация стала важной, а в большинстве мест единственной транспортной системой. Однако жизненно важная инфраструктура, поддерживающая авиацию, не соответствовала стандартам, которые обычно ожидаются или встречаются в других местах США.

Суровые условия Аляски способствовали в среднем одной авиакатастрофе через день и одному несчастному случаю со смертельным исходом каждые девять дней. Более трети ежегодных авиационных происшествий в США произошло на Аляске, и более десяти процентов работающих там профессиональных пилотов не выдержали бы тридцатилетней карьеры.

История

Предложение по рейсу 2000 и разработка программы

США В начале 1997 года Федеральное управление гражданской авиации (ФАУ) приступило к разработке предложения под названием «Рейс 2000». Это предложение предусматривало быстрое развертывание и демонстрацию в полевых условиях передовых возможностей авионики, ведущих к реализации свободного полета . Это предложение не было хорошо воспринято всеми сегментами авиационной промышленности, и отраслевой специальный комитет по свободному полету RTCA (Радиотехническая комиссия по аэронавтике) одобрил пересмотренный подход, который включал большинство программных мероприятий Flight 2000. Пересмотренный подход был задокументирован в «Совместной дорожной карте правительства и промышленности по совершенствованию эксплуатации свободных полетов».

В регионе Аляски рейс 2000 послужил «краеугольным камнем» для многих дополнительных инициатив, обеспечив общую основу для планирования, координации, фокуса и направления развития будущей Национальной системы воздушного пространства (NAS). Несколько дополнительных «технологических» инициатив в поддержку рейса 2000 рекомендованы в исследовании безопасности Аляски, проведенном Национальным советом по безопасности на транспорте (NTSB) в марте 1995 года и неразрывно связанном с предыдущим предложением. Например, дополнительные авиационные системы наблюдения за погодой, которые NTSB призвал на Аляске, опираются на элемент системы полетной информации Flight 2000 для предоставления информации, полученной по каналу передачи данных, пилоту.

Ключевой целью рейса 2000 было ускорение внедрения и использования современных технологий; однако неопределенность вокруг этой программы фактически замедлила переход. Несколько установщиков авионики на Аляске сообщили, что клиенты, желающие приобрести оборудование GPS, откладывают инвестиции в ожидании рейса 2000.

Реализация программы

На Аляске Capstone объединила несколько инициатив по координации между ФАУ, сообществом и промышленностью. Компания Capstone обрисовала процесс и масштабы модернизации операционной инфраструктуры с использованием аэропортов , метеорологических продуктов, средств связи и систем на основе GPS.

Основная цель заключалась в повышении безопасности на Аляске и одновременном повышении эффективности работы операторов. Многие несчастные случаи можно было бы предотвратить за счет улучшения ситуационной осведомленности как пилотов, так и диспетчеров . По этой причине регион Аляски поддержал усилия по расширению NAS и превращению его в испытательный полигон для новых технологий. Исследование 112 происшествий авиаперевозчиков за трехлетний период на Аляске показало вероятное повышение безопасности на 38% благодаря современным технологиям.

Программа эксплуатационных усовершенствований свободного полета (FFOEP) выявила девять усовершенствований. Хотя начало развертывания этих усовершенствований на Аляске планировалось не раньше 2000 финансового года, ограниченное раннее развертывание было вполне достижимым и весьма желательным. Считалось, что раннее развертывание окажет положительное влияние на безопасность, создаст инфраструктуру, позволяющую разработать первоначальные процедуры, ознакомит летные экипажи , диспетчеров и установщиков авионики с современным оборудованием и концепциями, а также решит вопросы и процедуры сертификации до фактического начала. оценка FFOEP. Раннее развертывание также послужит проверке общей концепции, определенной в совместной дорожной карте правительства и промышленности.

В течение 1999 финансового года программа «Замкового камня» региона Аляски объединила три из девяти основных элементов, определенных в «Совместной дорожной карте правительства и промышленности по совершенствованию эксплуатации свободных полетов», с двумя инициативами по безопасности из исследования безопасности NTSB на Аляске, проведенного в марте 1995 года. Эксплуатационные усовершенствования, включенные в Project Capstone:

• система полетной информации для специального использования воздушного пространства, погоды, сдвига ветра , NOTAM (уведомления для летчиков) и отчеты пилотов
• экономичное предотвращение столкновения с землей при управляемом полете (CFIT) посредством графического отображения положения
• «видеть и избегать» улучшенные правила визуального полета (VFR)

Концепция проведения реальной демонстрации этих и других возможностей на Аляске изначально была предложена для включения в программу Flight 2000 ФАУ.

Регион Аляски определил следующие элементы FFOEP и связанные с ними улучшения безопасности NTSB для ограниченного развертывания в 1999 финансовом году:

• Программа Capstone региона Аляски объединила несколько инициатив, некоторые из которых реализуются, некоторые предлагаются, чтобы сделать летное сообщество более безопасным и эффективным, одновременно проверяя развертывание и эксплуатацию технологий в центре Вефиля и его окрестностях. Он поддерживает усилия по планированию FFOEP, разработанного Специальным комитетом RTCA, предоставляя экономичный и эффективный метод демонстрации процессов реализации программы.
• был открыт полевой офис Capstone В Анкоридже , который подчинялся региональному администратору Аляски для планирования, координации и реализации проекта. Инфраструктура, временные процедуры и процессы сертификации будут разрабатываться совместно с ответственными за них соответствующими подразделениями региона Аляски. Оснащение оценочных самолетов будет добровольным, а стоимость оборудования и сертификации будет покрыта программой Capstone. Компания Capstone создала инфраструктуру, соответствующую FFOEP, что позволило продолжить разработку и оценку процедур, ведущую к общей модернизации.

Программа Capstone состояла из двух этапов в разных географических районах Аляски. Фаза 1, которая была задумана в 1998 году и реализована в 1999 году, была сосредоточена в районе дельты Юкон-Кускоквим (Y-K) на юго-западе Аляски. Фаза 2, начавшаяся в 2001 году, охватила Юго-Восточную Аляску. Этап 3 будет реализован по всему штату с использованием технологий, разработанных и проверенных на этапах 1 и 2.

Этап 1

Район дельты Y–K на юго-западе Аляски, центральный пункт деятельности Capstone в рамках Фазы 1, представлял собой типичную часть штата с точки зрения транспортной инфраструктуры. Никакие дороги не соединяли более пятидесяти деревень на территории в 100 000 квадратных миль (260 000 км2). ² ) области, и даже внутри деревень было мало дорог. В общине Вефиля , авиационного узла и крупнейшего поселения в этом районе, было всего 15 миль (24 км) преимущественно грунтовых дорог.

В рамках этапа 1 парк небольших коммерческих самолетов оценил преимущества технологий в области безопасности во время повседневных операций на Аляске. Самолеты были оснащены GPS-приемниками с поддержкой правил полета по приборам (IFR), системой передачи данных универсального приемопередатчика (UAT), которая обеспечивала автоматическое зависимое наблюдение - широковещательное (ADS-B) и полетно-информационное обслуживание (FIS), включая режим реального времени. погода и многофункциональный дисплей (МФД), отображающий местность, другие самолеты ADS – B, графику погоды и текстовые данные. Комплект авионики был установлен на 200 самолетах, используемых для регулярных, чартерных и почтовых рейсов на юго-западе Аляски. Авионика улучшила ситуационную осведомленность пилота, основной целью которого было предотвращение столкновения с управляемым полетом на местности (CFIT) и несчастных случаев в воздухе.

Отсутствие пригодной для использования инфраструктуры ППП и радиолокационного покрытия в сочетании с суровыми погодными условиями привело к тому, что на Аляске наблюдался высокий уровень аварий CFIT. Пилоты, вылетающие в пункты назначения только по ПВП с намерением сохранить визуальное разделение с местностью или водой, продолжали полет к месту назначения после того, как столкнулись с неблагоприятными погодными условиями, которые обычно предполагают выполнение полетов по приборам. Функция распознавания местности авионики Capstone обеспечивала функциональность близости к земле. Функция ландшафта отображала местность на интуитивно понятном цветном дисплее с высоким разрешением, используя черный, зеленый, желтый и красный цвета, чтобы указать близость местности к самолету. Авионика постоянно отслеживала высоту самолета, положение по данным GPS, путевую скорость, маршрут полета и сравнивала эти данные со встроенной базой данных о высоте местности. Дисплей автоматически выдавал пилоту информацию о местности, если самолет находился в пределах двух минут от близкого контакта с землей.

На втором месте после аварий CFIT были столкновения в воздухе. Компания Capstone стремилась решить эту проблему, используя технологию ADS-B для уменьшения столкновений в воздухе. Воздушные суда, оснащенные ADS–B, постоянно передают свое местоположение независимо от того, летят ли они или рулеют по поверхности аэропорта. Отображенная на многофункциональном дисплее система ADS-B давала пилотам четкое представление о другом трафике ADS-B вокруг них. Когда самолет Capstone направлялся в зону обслуживания радара, например, в Анкоридже, функция под названием « Служба информации о движении – трансляция» (TIS-B) также отображала на MFD самолеты без ADS-B.

Сеть наземных станций передачи данных была установлена ​​на одиннадцати существующих ФАУ и военных объектах совместного использования в регионе Фазы 1 и подключена через существующие системы связи к Центру управления воздушным движением Анкориджа . Существующая автоматизированная радиолокационная система слежения Micro Enroute (Micro-EARTS) была запрограммирована для отображения целей ADS-B на дисплеях авиадиспетчеров в сочетании с радиолокационными целями. Отчеты о местоположении самолетов ADS-B также предоставлялись диспетчерам аэропорта в Вефиле и операторам коммерческих самолетов через Интернет для целей контроля полета.

В рамках первоначальной инициативы Capstone ФАУ приобрело, установило и обслуживало авионику в течение пятилетнего периода оценки. В свою очередь участники помогли программе, предоставив данные оценки, чтобы можно было определить и задокументировать преимущества в области безопасности и эксплуатации. Право собственности на авионику перешло к участвующим эксплуатантам в декабре 2004 года. Первоначальная оценка была сосредоточена на доступных средствах для уменьшения CFIT и предоставления пилоту расширенных средств для наблюдения за движением транспорта поблизости и получения информации о текущей погоде в кабине.

Программа Capstone обеспечила обучение пилотов, операторов, инспекторов по безопасности, специалистов по управлению воздушным движением и технических специалистов, чтобы обеспечить максимальную выгоду от оценочной деятельности. Для поддержки этой технологии были подготовлены и опубликованы 19 автономных процедур захода на посадку по неточным приборам GPS для взлетно-посадочных полос десяти отдаленных деревенских аэропортов в зоне оценки Фазы 1. Кроме того, в этих аэропортах была установлена ​​автоматизированная система наблюдения за погодой (AWOS), позволяющая авиаперевозчикам использовать новые процедуры захода на посадку по неточным приборам GPS.

Естественные границы дельты Ю-К ограничивали работу большинства участвовавших самолетов в этом районе, а Вефиль был операционным центром, а также ограничивали зону действия радара ниже 6000 футов (от уровня моря). Компания Capstone предоставила инфраструктуру IFR для Вефиля и девяти дополнительных аэропортов в дельте Y – K, а также сделала возможным радиолокационное покрытие ADS – B по всей территории. Чтобы службы воздушного движения (ОВД) могли использовать ADS-B в нерадиолокационной среде Вефиля, оборудование Центра управления воздушным движением Анкориджа было модифицировано для отображения данных ADS-B вместе с имеющимся радаром на дисплее авиадиспетчера.

Для документирования результатов компания Capstone заручилась помощью Университета Аляски в Анкоридже (UAA) и корпорации MITRE . Университет документировал базовые показатели текущей деятельности, а также отслеживал, оценивал и документировал улучшения по мере их возникновения. УАА также провела обучение экипажа работе с авионным оборудованием Capstone. Первоначальные результаты показали, что благодаря программе Capstone количество несчастных случаев снизилось на 40 процентов.

Этап 2

В рамках Фазы 2 программа Capstone сосредоточила усилия на ограниченной местности на юго-востоке Аляски. Опять же, в партнерстве с авиационной отраслью компания Capstone работала над повышением безопасности и доступа к этой зоне, используя уроки, извлеченные из программы Фазы 1 в дельте Y–K, а также внедряя другие технологии для дальнейшего улучшения возможностей наблюдения и навигации. Этап 2 также включал демонстрацию технологий, направленных на снижение вероятности аварий, связанных с несанкционированными выездами на взлетно-посадочную полосу . Помимо CFIT и проблем в воздухе, одним из важнейших элементов, необходимых на Юго-востоке Аляски, была пригодная к использованию инфраструктура IFR.

Юго-восточная Аляска — это очень суровая среда гор и океана. штата Лесные острова образуют знаменитый Внутренний проход . Во многих районах океан достигает подножия высоких величественных гор, увенчанных ледниками и ледяными полями . Хотя доступ к большинству населенных пунктов на юго-востоке возможен на лодке, длительное время в пути делает его непрактичным для повседневного и экстренного использования. Менее двухчасовое путешествие из Кетчикана в Джуно по воздуху требует шестнадцати часов на лодке, а путешествие на пароме из Беллингема, штат Вашингтон, в Джуно, Аляска, занимает более 50 часов.

Более 45 общин разбросаны по всей Юго-Восточной Аляске, на островах и на материке. Джуно, столица, является крупнейшей. Только до трех городов, Хейнс , Хайдер и Скагуэй , можно добраться по дороге через шоссе Аляска-Канада . Даже они, из-за длительной поездки, в большинстве своих транспортных нужд зависят от авиации.

Полеты в этом районе сильно отличались из-за особенностей местности. Минимальная высота полета по маршруту (MEA) на воздушных трассах обычно превышала высоты, на которых парк самолетов авиации общего назначения мог безопасно летать, не сталкиваясь с обледенением, даже летом.

Устаревшие навигационные средства на маршруте требовали наземных площадок, где было доступно электричество и имелся доступ к ним обслуживающего персонала. Эта наземная система привела к созданию традиционной структуры маршрута IFR, которая не была оптимизирована для местности и типичных пользователей малых самолетов на юго-востоке Аляски. Технология, которая изменила это и разместила маршруты и заходы на посадку там, где они были необходимы, на малых высотах над фьордами , стала система глобального расширения (WAAS).

Базовая служба GPS не отвечает требованиям точности, доступности и целостности (способности системы своевременно предупреждать пользователей или отключаться, когда ее не следует использовать для навигации), критически важным для безопасности полета. Суть оценки навигационной системы – ее «доступность». Система, которая не соответствует установленным стандартам точности, целостности или другим характеристикам, по-настоящему недоступна для использования, хотя даже необработанный сигнал GPS на Аляске был лучше, чем устаревшие системы ФАУ. Традиционная ОВЧ всенаправленного действия (VOR) и автоматический пеленгатор наземная система (ADF) на маршруте имеет коэффициент готовности 98,5%. Сигнал GPS имел доступность около 99,9% и был доступен на гораздо более широкой территории.

Возможность приема сигнала WAAS повышает базовую точность GPS примерно до 7 метров (23 фута) по вертикали и горизонтали, а также повышает доступность системы за счет использования геолокации. несет навигационную полезную нагрузку и предоставляет важную информацию о целостности всей группировки GPS.

WAAS предоставляет критически важную для безопасности навигационную систему, которая позволит программе Capstone проектировать воздушные трассы и заходы на посадку там, где они могут быть наилучшим образом использованы авиационной промышленностью Юго-Восточной Аляски. Компания Capstone использовала приемники WAAS на всех участвующих самолетах. Сигнал WAAS послужил основой для новых маршрутов и процедур IFR, которые были разработаны для обслуживания низколетящих самолетов на всей территории Юго-Восточной Аляски. Первые проверочные полеты авиакомпании Harris Air, расположенные в Ситке, Аляска , состоялись в марте 2005 года и завершились одобрением FAA.

WAAS предоставила гарантии безопасности, необходимые для создания новой американской системы навигации и управления воздушным движением, основанной на более экономичной спутниковой технологии. Сигнал WAAS, который уже несколько лет доступен для некритического использования, имеет уровень доступности 99,999%.

Компания Capstone работала с офисом программы WAAS, чтобы помочь передать сигнал WAAS на оборудование Capstone фазы 2. Сертификация и первоначальная установка авионики Capstone Phase 2 WAAS состоялась в 2002 году.

Внедрение возможностей навигации и наблюдения на основе WAAS также потребовало новых нормативных положений. 13 марта 2003 года Федеральное авиационное управление (FAR), часть 97, одобрило навигацию по ППП на маршруте на Аляске исключительно на основе спутниковых технологий без привязки к наземным радионавигационным станциям.

Также были разработаны и нанесены на карту новые маршруты WAAS для обслуживания всего штата Аляска. Конфликт внутри Организации воздушного движения привел к тому, что маршруты WAAS были выведены из строя NOTAM, а затем удалены из общедоступных карт.

Конец

В 2006 году ФАУ интегрировало проект Alaskan Capstone в национальную программу автоматического зависимого наблюдения – вещания (ADS–B).