Аэронавигационная система будущего ( FANS ) представляет собой систему авионики , которая обеспечивает прямую связь по каналу передачи данных между пилотом и диспетчером воздушного движения . Связь включает в себя разрешения диспетчеров воздушного движения, запросы пилотов и отчеты о местоположении. [1] На самолетах семейства Airbus A320 , оснащенных FANS-B , блок обслуживания воздушного движения (ATSU) и радиостанция канала передачи данных УКВ (VDR3) в стойке авионики, а также два блока управления и отображения каналов передачи данных (DCDU) в кабине экипажа позволяют летный экипаж должен читать и отвечать на сообщения связи диспетчер-пилот по каналу передачи данных (CPDLC), полученные с земли. [2]
Мировая система управления воздушным движением до сих пор использует компоненты, определенные в 1940-х годах после встречи в Чикаго в 1944 году, на которой было положено начало созданию Международной организации гражданской авиации (ИКАО). Эта традиционная система УВД использует аналоговые радиосистемы для авиационной связи, навигации и наблюдения (CNS).
Возможности управления воздушным движением контролировать самолеты быстро отставали от развития полетов как способа передвижения. В целях улучшения авиационной связи, навигации, наблюдения и управления воздушным движением ИКАО были созданы стандарты для будущей системы. Эта интегрированная система известна как Аэронавигационная система будущего (FANS) и позволяет диспетчерам играть более пассивную роль мониторинга за счет использования повышенной автоматизации и спутниковой навигации.
В 1983 году ИКАО учредила специальный комитет по будущей аэронавигационной системе (FANS), которому было поручено разработать эксплуатационные концепции будущего управления воздушным движением (ОрВД). Отчет FANS был опубликован в 1988 году и заложил основу для будущей стратегии отрасли в области ОрВД через цифровую CNS с использованием спутников и каналов передачи данных. Затем началась работа по разработке технических стандартов, необходимых для реализации концепции FANS.
В начале 1990-х годов компания Boeing анонсировала продукт FANS первого поколения, известный как FANS-1. Это было основано на ранних технических разработках ИКАО в области автоматического зависимого наблюдения (ADS) и связи по каналу передачи данных «диспетчер-пилот» (CPDLC) и реализовано в виде пакета программного обеспечения на компьютере управления полетом Боинга 747-400 . Он использовал существующую спутниковую связь ACARS ( сервис Inmarsat Data-2) и был нацелен на операции в южной части Тихого океана. Развертывание FANS-1 изначально было оправдано улучшением выбора маршрута и тем самым снижением расхода топлива.
Аналогичное изделие (FANS-A) позже было разработано Airbus для самолетов A340 и A330 . Boeing также расширил линейку поддерживаемых самолетов, включив в нее Boeing 777 и 767 . Вместе эти два продукта называются FANS-1/A . Основными отраслевыми стандартами, описывающими работу изделий FANS-1/A, являются ARINC 622 и EUROCAE ED-100/ RTCA DO-258. И новый Airbus A380 , и Boeing 787 оснащены системой FANS-1/A.
Услуги УВД теперь предоставляются самолетам, оснащенным FANS 1/A, в других океанических воздушных пространствах, таких как Северная Атлантика. Однако, хотя многие известные недостатки FANS-1/A, связанные с его использованием в воздушном пространстве с высокой плотностью населения, были устранены в более поздних версиях продукта (FANS-1/A+), он так и не был полностью адаптирован для использования в континентальном воздушном пространстве. Работа ИКАО продолжилась после анонса FANS-1 и продолжила разработку концепций CNS/ATM. Стандарт ИКАО для CPDLC с использованием сети авиационной электросвязи (ATN) является предпочтительным для континентального воздушного пространства и в настоящее время развертывается в основном европейском воздушном пространстве агентством ЕВРОКОНТРОЛЬ в рамках программы LINK2000+. Обязательное использование системы, соответствующей требованиям ИКАО, теперь является предметом Правил реализации (для самолетов, летающих выше эшелона полета 280), изданных Европейской комиссией . Это правило разрешает использование FANS-1/A дальнемагистральными самолетами. Все остальные пользователи воздушного пространства должны соответствовать требованиям ИКАО.
Несколько поставщиков предоставляют продукты, соответствующие требованиям ICAO ATN/CPDLC. Продукт Airbus для семейства A320 , соответствующий требованиям ICAO , известен как FANS-B. Rockwell Collins , Honeywell и Spectralux предоставляют продукты, соответствующие требованиям ICAO, для самолетов Boeing, таких как Boeing 737 и 767 , а Boeing 787 также будет поддерживать связь, соответствующую требованиям ICAO ATN/CPDLC. Основными стандартами, описывающими работу продуктов, соответствующих требованиям ИКАО, являются Техническое руководство ИКАО, документы ИКАО 9705 и 9896, Eurocae ED-110B/RTCA DO-280B и Eurocae ED-120/RTCA DO-290.
Самолеты эксплуатируются двумя основными методами; позитивный контроль и процедурный контроль.
Позитивный контроль используется в районах, где есть радар, и поэтому его обычно называют радиолокационным контролем . Диспетчер «видит» самолеты в зоне управления и с помощью УКВ-голоса дает указания летным экипажам по обеспечению эшелонирования. Поскольку положение самолета часто обновляется, а голосовая связь на УКВ своевременна, стандарты разделения (расстояние, на котором один самолет должен быть отделен от другого) меньше. Это связано с тем, что авиадиспетчер может распознавать проблемы и своевременно давать корректирующие указания нескольким самолетам. Стандарты эшелонирования определяют количество самолетов, которые могут занимать определенный объем воздушного пространства.
Процедурный контроль используется в районах (океанских или наземных), где нет радаров. Концепция FANS была разработана для повышения безопасности и эффективности самолетов, работающих под процедурным контролем. В этом методе используются временные процедуры для разделения воздушных судов. Стандарт отделения определяется точностью сообщаемых позиций, частотой сообщений о местоположении и своевременностью связи в отношении вмешательства. Процедурное разделение без FANS использует инерциальные навигационные системы для определения местоположения, голосовые отчеты летного экипажа о местоположении (и времени следующей точки пути) и высокочастотную радиосвязь для связи. В системах INS имеется ошибка, вызванная дрейфом после первоначального выравнивания. Эта ошибка может достигать 10 миль (19 км).
ВЧ-радиосвязь предполагает обращение к ВЧ-оператору, который затем расшифровывает сообщение и отправляет его соответствующему поставщику услуг УВД. Ответы от поставщика услуг УВД поступают радиооператору HF, который связывается с самолетом. Качество голосовой связи часто бывает плохим, что приводит к повторным сообщениям. Радист КВ также может быть перенасыщен запросами на связь. Это приводит к процедурам, которые удерживают самолеты на расстоянии до 100 миль (190 км) по горизонтали, 10 минут в пути и на высоте 4000 футов (1200 м). Эти процедуры сокращают количество самолетов, которые могут выполнять полеты в данном воздушном пространстве. Если рыночный спрос вынуждает авиакомпании выполнять рейсы одновременно по определенному маршруту, это может привести к перегрузке воздушного пространства, которую решают путем задержки вылета или разделения самолетов по высоте. Последнее может привести к очень неэффективной работе из-за увеличения времени полета и увеличения расхода топлива.
Концепция FANS предполагает усовершенствование системы связи, навигации и наблюдения (CNS).
Это предполагало переход от голосовой связи к цифровой связи. В частности, в качестве средства связи использовался ACARS. Это позволило улучшить другие приложения. На самолете было размещено приложение, известное как связь по линии передачи данных диспетчер-пилот (CPDLC). Это позволяет летному экипажу выбирать из меню стандартных средств связи УВД , отправлять сообщение и получать ответ. На земле существует равноправное приложение для авиадиспетчера. Они могут выбирать из набора сообщений и отправлять сообщения на самолет. Летный экипаж ответит WILCO, STANDBY или REJECT. Текущий стандарт доставки сообщений составляет менее 60 секунд в одну сторону.
Это предполагает переход от инерциальной навигации к спутниковой навигации с использованием спутников ГНСС. Это также ввело концепцию фактических навигационных характеристик (ANP). Раньше летные экипажи уведомлялись о системе, используемой для расчета местоположения (только по радио или инерциальным системам). Из-за детерминированной природы спутников (геометрии созвездия) навигационные системы могут рассчитывать ошибку наихудшего случая на основе количества настроенных спутников и геометрии этих спутников. (Примечание: он также может характеризовать потенциальные ошибки и в других режимах навигации). Таким образом, это усовершенствование не только обеспечивает самолету гораздо более точное местоположение, но и предупреждает летный экипаж, если фактические навигационные характеристики не удовлетворяют требуемым навигационным характеристикам (RNP).
Это предполагает переход от голосовых отчетов (по инерциальному положению) к автоматическим цифровым отчетам. Приложение известно как ADS-C (автоматическое зависимое наблюдение, контракт). В этой системе авиадиспетчер может заключить «контракт» (программное обеспечение) с навигационной системой самолета для автоматической отправки отчета о местоположении с определенной периодичностью - например, каждые 5 минут. Контроллер также может настроить контракт на отклонение, который будет автоматически отправлять отчет о местоположении, если будет превышено определенное боковое отклонение. Эти контракты заключаются между УВД и системами самолета, поэтому летный экипаж не несет никакой рабочей нагрузки, связанной с настройкой.
Усовершенствования CNS позволяют использовать новые процедуры, которые снижают стандарты эшелонирования в воздушном пространстве, контролируемом FANS. В южной части Тихого океана они нацелены на 30/30 (это 30 морских миль (56 км) в поперечном направлении и 30 морских миль (56 км) по следу). Это имеет огромное значение для пропускной способности воздушного пространства.
Международная организация гражданской авиации (ИКАО) впервые разработала концепции высокого уровня, начиная с создания Специального комитета по будущим аэронавигационным системам в 1983 году. Окончательный отчет был выпущен в 1991 году, а план - в 1993 году.
История FANS, какой мы ее знаем сегодня, началась в 1991 году с Тихоокеанских инженерных испытаний (PET). Во время этих испытаний самолеты установили в свои блоки ACARS приложения, которые автоматически сообщали о местоположении. Эти испытания продемонстрировали потенциальные преимущества для авиакомпаний и менеджеров воздушного пространства.
United Airlines , Cathay Pacific , Qantas и Air New Zealand обратились к компании Boeing в 1993 году с просьбой поддержать разработку системы FANS для самолета 747-400. Компания Boeing работала с авиакомпаниями над разработкой стандарта, который будет контролировать взаимодействие между самолетами с поддержкой FANS и поставщиками обслуживания воздушного движения. Разработка авиационных систем с поддержкой FANS шла одновременно с усовершенствованием наземной системы УВД , необходимой для ее работы. Эти усовершенствования были сертифицированы (на самолете QANTAS) 20 июня 1995 года.
И Boeing, и Airbus продолжают развивать свои реализации FANS: Boeing — FANS-2, а Airbus — FANS-B. Тем временем Airbus представил некоторые усовершенствования FANS-A, теперь называемого FANS-A+. Для взаимодействия с FANS-1/A были построены различные наземные системы, в основном организациями УВД .
Группа совместимости FANS (FIT) была создана в южной части Тихого океана в 1998 году. Целью этой группы является мониторинг производительности комплексной системы, выявление проблем, определение проблем и обеспечение их решения. В число членов входят производители планеров, поставщики авионики, поставщики услуг связи и поставщики аэронавигационных услуг. С этого времени другие регионы инициировали группы FIT.
Клиентам, эксплуатирующим самолеты, необходимо подключить свои самолеты с поддержкой FANS 1/A как к ATN (сети авиационной телекоммуникации) , так и к спутниковой сети Iridium и/или Inmarsat . Операторы коммерческих самолетов обычно подключают свой парк дальнемагистральных самолетов и имеют специальный персонал для мониторинга и поддержания спутниковой и наземной связи, в то время как операторы бизнес- и военных самолетов связываются с такими компаниями, как AirSatOne, для первого ввода системы в эксплуатацию, проведения функционального тестирования и обеспечения постоянного поддерживать. AirSatOne предоставляет расширенные услуги FANS 1/A через портфель продуктов Flight Deck Connect [3] . Flight Deck Connect включает в себя подключение к спутникам Iridium и/или Inmarsat для FANS 1/A (через канал передачи данных ) и службы Safety Voice [4] , а также вспомогательные услуги ( AFIS / ACARS), такие как информация о погоде, состояние двигателей/планера. и отчеты о неисправностях.
Некоторые из более продвинутых поставщиков услуг, такие как AirSatOne и ARINC, предлагают услуги тестирования FANS 1/A. Когда воздушное судно оснащено оборудованием FANS 1/A либо через Сертификат типа, либо через процесс STC, оборудование должно продемонстрировать соответствие AC 20-140B для эксплуатационного одобрения. В качестве примера AirSatOne предлагает тестирование через спутник и сеть ATN для поддержки функциональности FANS 1/A в соответствии с RTCA DO-258A/ED-100A и предоставляет отчеты об испытаниях, соответствующие требованиям RTCA DO-258A/ED-100A, RTCA DO. -306/ED-122 и консультативный циркуляр ФАУ AC 20-140B. [5] AirSatOne также обеспечивает первый ввод системы в эксплуатацию на каждом самолете, тестирование неисправностей и предполетное техническое обслуживание для проверки функциональности FANS 1/A либо ежемесячно, либо перед полетом в среде FANS.
20 июня 1995 года самолет Qantas B747-400 (VH-OJQ) стал первым самолетом, прошедшим сертификацию пакета Rolls-Royce FANS-1 путем дистанционной сертификации типа (RTC) в Сиднее, Австралия. За ним последовал первый коммерческий рейс из Сиднея в Лос-Анджелес 21 июня. Впоследствии Air New Zealand сертифицировала пакет General Electric FANS-1, а United Airlines сертифицировала пакет Pratt & Whitney FANS-1.
24 мая 2004 г. Boeing Business Jet совершил первый полет в Северную Атлантику на бизнес-джете, оснащенном вентиляторами. Самолет приземлился на Европейской конференции и выставке деловой авиации (EBACE) в Женеве, Швейцария. Беспосадочный восьмичасовой полет протяженностью 4000 морских миль (7400 км) из международного аэропорта Гэри/Чикаго в Гэри, штат Индиана, был частью испытания дорожного движения в Северной Атлантике, проведенного Центральным агентством мониторинга FANS (FCMA).
В августе 2010 года Aegean Airlines стала первой авиакомпанией, которая взяла на себя обязательство обновить свой парк Airbus A320 с помощью системы модернизации FANS-B+, предложенной Airbus . [6]