Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н. Е. Жуковского
ENG
Версия для печати

Беспилотные авиационные системы: безопасность полетов и критические факторы / Журнал «Аэрокосмический курьер» № 1, 2011

28 Февраля 2011

2011-02-28_1-1.jpg

XXI век будет столетием беспилотной авиации. Так, известный американский специалист Джон Варден прогнозирует, что к 2025 г. около 90 % боевых само­летов будут беспилотными и лишь 10 % — пилотируемыми, а летчи­ки станут «золотым резервом» для выполнения наиболее важных и сложных задач. Аналогичная ситуация отмечается и в связи с развитием беспилотных авиационных систем (БАС) гражданско­го назначения. Это вызвано рядом их важных достоинств. Прежде всего, отсутствие экипажа на борту воздушного судна (ВС), а зна­чит устранение риска гибели людей. Возможность выполнения маневров с большими перегрузками, превышающими физические возможности летчиков, большие продолжительность и дальность полета при отсутствии фактора усталости экипажа. И, наконец, относительно небольшая стоимость беспилотных летательных ап­паратов (БЛА), которые могут иметь малые размеры и невысокие затраты на их эксплуатацию.

Методы и технологии создания летательных аппаратов доступ­ны многим специалистам и предприятиям, занятым разработкой и производством авиационной техники. Только в России сущест­вуют несколько десятков фирм, предлагающих всевозможным потребителям беспилотные авиационные системы. В 2009 г. коли­чество разработанных в мире только типов БАС достигло 1190, из которых около 30 % — гражданского и двойного назначения. Од­новременно с разработкой, производством и первыми шагами по применению за рубежом формируется нормативная база совмест­ного использования воздушного пространства БАС и пилотируе­мыми ВС.

В России тоже отмечается большой интерес к БАС. Разработ­чики широко рекламируют их дешевизну, эффективность и безо­пасность применения. Однако отсутствие систем предотвращения столкновений БЛА с воздушными судами, высокая вероятность неконтролируемого падения на землю делают невозможными по­леты БЛА в одном пространстве с другими ВС, а также их исполь­зование в районах населенных пунктов. В результате теряется часть выгод от применения гражданских БАС, а в воздушном пространстве с напряженным воздушным движением и в районах населенных пунктов применение БАС становится полностью не­целесообразным.

К опасностям, оказывающих наиболее сильное влияние на эф­фективность и безопасность применения беспилотных авиацион­ных систем, относятся:

  • разрушение БЛА при столкновении с землей;
  • нанесение вреда жизни и здоровью людей или их имуществу на земле;
  • столкновение в воздухе с другими летательными аппаратами.

Первая опасность оказывает серьезное влияние на деятель­ность владельца, что заставляет его принимать меры к снижению уровня двух других опасностей и не требует реагирования со стороны государства, так как это локальные экономические риски хо­зяйствующего субъекта.

Вторая опасность пока не представляет серьезной угрозы для общества. Однако рост максимальной взлетной массы БЛА, ско­рости полета и применение БЛА в местах массового скопления людей риски увеличат. Непреднамеренное нанесение ущерба жиз­ни и здоровью людей и имуществу на земле может произойти в ос­новном из-за потери управляемости БЛА. Причинами могут стать неудовлетворительные характеристики устойчивости и управляе­мости БЛА, сбои в системах управления и линиях передачи дан­ных, недостаточная прочность и, наконец, слабые навыки опера­тора БЛА.

Для снижения уровня риска при потере управляемости БЛА необходимо совершенствовать его конструкцию, повышать квали­фикацию авиаперсонала, а также установить правила подготовки и выполнения полетов БЛА. В целях стимулирования совершен­ствования конструкции требуется разработать нормы летной год­ности для БЛА, представляющих реальную опасность. Установить процедуры сертификации конструкции БЛА, а также их производителей, аналогичные для пилотируемых ВС. Разработать требова­ния и программы обучения операторов БЛА.

Третья опасность связана со «слепотой» БЛА. Так как на его борту нет человека, а системы теленаблюдения и линии передачи данных пока не позволяют оператору своевременно увидеть дру­гой летательный аппарат, то реализовать эксплуатацию по прави­лам визуальных полетов (ПВП) «вижу — избегаю» весьма сложно. Этой проблемы не существует при действиях по правилам полетов по приборам (ППП). Уже имеется достаточно большой опыт организации полетов БЛА и пилотируемых ВС в одном воздушном пространстве по ППП.

В результате полеты по ПВП могут выполняться только в спе­циально выделенном воздушном пространстве, в котором не могут летать другие ВС, что резко снижает эффективность и привлека­тельность использования БЛА. Повысить эффективности можно путем оснащения БЛА системами, которые смогут «увидеть» дру­гой летательный аппарат, определить возможность опасного сбли­жения и принять меры к его предотвращению. В качестве таких систем предлагаются радарные устройства, работающие на прин­ципе отражения радиоволн; инфракрасные датчики; устройства, работающие на принципе определения источника звука, и, нако­нец, автоматическое зависимое наблюдение (АЗН-В).

Однако принятого на законодательном уровне решения ука­занной проблемы пока нет. Так, системы, основанные на измере­нии излучения в инфракрасном диапазоне, имеют вероятность об­наружения только около 0,8, а аппаратурой АЗН-В в ближайшем будущем не будет оснащено даже значительное количество пилотируемых ВС. В результате бессмысленно ожидать быстрого техни­ческого и нормативного решения проблемы использования БЛА в одном пространстве с пилотируемыми летательными аппаратами.

В некоторых случаях представляется возможным обеспечить совместное использование воздушного пространства при выпол­нении БЛА некоторых видов авиационных работ на высотах до 50-80 м вдали от воздушных коридоров аэродромов при осуществле­нии соответствующих процедур взаимодействия операторов БЛА и пилотов ВС. Однако такие процедуры не разработаны и не апро­бированы, что затрудняет формирование соответствующей норма­тивной базы.

В воздушном законодательстве нет определения летательных аппаратов, на борту которых во время полета отсутствует пилот. Однако определение воздушного судна, установленное в ст. 32 Воздушного кодекса Российской Федерации, относится и к ука­занным ЛА. А определение командира воздушного судна, установ­ленное ст. 57, может применяться и к лицу, управляющему летательным аппаратом с земли. Есть много других норм, формально относящихся к БЛА, но специализированных норм права, учиты­вающих особенности проектирования, производства и эксплуата­ции БЛА, в воздушном законодательстве Российской Федерации пока нет. Связано это в первую очередь с отсутствием опыта широ­кого применения БЛА в стране.

2011-02-28_3-3.jpg

Несмотря на интенсивную работу ИКАО, авиационных администраций ЕС, США и ряда других стран, международное воздушное законодательство в области регулирования проектирования, производства и эксплуатации БЛА практически отсутствует. Утвержденных международных стандартов нет, хотя различные между народные организации, например EUROCAE, с привлечением UVS International и других негосударственных структур ведут работу по созданию стандартов, регулирующих деятельность БАС. Так, рабочая группа EUROCAE WG 73 планирует выпустить международные стандарты для гражданских БАС (www.eurocae.net):

  • ED-170 — основные принципы эксплуатации гражданских беспилотных самолетов в общем воздушном пространстве;
  • ED-171 — аспекты функционирования гражданских беспилотных самолетов в общем воздушном пространстве;
  • ED-172 — сертификация летной годности и техническое обслуживание гражданских беспилотных самолетов;
  • ED-173 — малые БЛА со взлетной массой меньше 150 кг.

Используя уже наработанную международной ассоциацией UVS International классификацию БАС, требования для всех девяти категорий существующих и разрабатываемых беспилотных авиационных систем можно разделить на четыре основных типа (см. табл.).

В основу такой классификации положена взлетная масса БЛА. Дело в том, что с точки зрения безопасности применения, тре­бования подразделяются в предположении, что способность БЛА причинить вред третьим лицам является пропорциональной его ки­нетической энергии. Ограничение уровня кинетической энергии столкновения БЛА с поверхностью земли до 95KJ позволяет суще­ственно упростить требования к системе. Как правило, сюда отно­сятся отечественные БЛА со взлетным весом до 50—70 кг (рис. 1).

Несмотря на содержание в своем названии слова «беспилот­ный», БЛА в основном управляются по командам оператора с зем­ли или с воздушного командного пункта, а следовательно челове­ческий фактор оказывает свое влияние и здесь. Более того, извест­на печальная статистика: в катастрофах БЛА Shadow и Predator, стоящих на вооружении армии США, человеческий фактор вино­ват в 21 и 67 % случаев соответственно.

Роль человеческого фактора заключается не столько в вине пи­лотов-операторов, сколько в вине людей, занимающихся их подго­товкой. Следовательно, третьим фактором уменьшения аварий­ности является организация обучения и подготовки персонала БАС (пилотов-операторов, операторов полезной нагрузки, обслужива­ющих специалистов). Должны быть разработаны единые требова­ния к средствам обучения и персоналу в зависимости от категории БАС. Предполагается, что пилот (оператор) БЛА должен обладать знаниями пилота-любителя, имеющего лицензию уровня PPL. По­этому он должен прослушать теоретический курс и сдать экзамен, уметь планировать полет и ориентироваться в пространстве, знать основы управления воздушным движением. Далее с ним проводит­ся отработка полученных знаний и умений на тренажере, где моде­лируются многочисленные отказные ситуации, приобретаются ав­томатизм и слаженность действий пилота-оператора и оператора полезной нагрузки. В заключение программы обучения проводят­ся полеты с участием реальных БЛА и сдаются итоговые экзамены.

2011-02-28_5-5.jpg

В странах ЕС и США наличие лицензии оператора, полученной в специальных центрах обучения с использованием тренажеров, является обязательным условием использования БАС. А разработка тренажера требует специальных знаний в области подготовки операторов и жестко регламентируется соответствующими нормами. Тренажеры также подразделяются на классы в соответствии с классификацией БАС, функциональным назначением и уровнем подготовки.

В состав тренажеров включается рабочее место инструктора, с которого он может в дополнение к выполняемому упражнению задать различные виды отказов систем, оценить работу оператора и его готовность к выполнению самостоятельной миссии. Минимальный перечень задач подготовки оператора в зависимости от категории БАС также определен нормативными документами, действующими в ЕС. Из вышесказанного следует, что для увеличения эффективности БЛА и проведения полетов в общем воздушном пространстве необходимо решить основные вопросы:

  • разработка и введение в действие регламентирующих документов для гражданских БАС, где первым этапом является их добровольная экспертиза на соответствие международным требованиям (САР 722 UK, STANAG 4671, ASTM* F2411-07 USA);
  • разработка и внедрение норм летной годности БАС, гармонизированных с международными стандартами (ED-170, ED-171, ED-172, ED-173, STANAG 4671, ASTM* F2501-06 USA и др.);
  • внедрение технологии полетов, соответствующей правилам полетов по приборам, принятым в гражданской авиации;
  • разработка и внедрение единых требований к средствам обучения и единых требований к персоналу в зависимости от категории БАС, а затем самих средств и программ обучения.

В связи с этим ЦЭСАТ ФГУП «ЦАГИ» предпринимает шаги по разработке нормативных документов, обеспечивающих безопасное применение беспилотных летательных аппаратов. Квалифицированные специалисты ФГУП «ЦАГИ» по вопросам надежности и безопасности полетов летательных аппаратов различного назначения проводят исследования в области аэродинамики, прочности, динамики и систем управления БЛА и БАС в целом. Это необходимо для выдачи экспертного заключения на предмет соответствия БЛА разрабатываемым нормам летной годности и сертификации БАС. Разрабатываются проекты требований к гражданским БАС, тренажерам для подготовки пилотов-операторов БЛА, гармонизированных с международными стандартами (рис. 2). Дальнейшее развитие этих работ позволит обеспечить уровень создания, безопасности и надежности беспилотных авиационных систем, соответствующий мировым требованиям.

*American Society of Testing Materials


Вернуться к списку

Яндекс.Метрика