Понятие о зональной навигации

Навигационное наведение. Невозможно понять, что такое зональная навигация, да и современная навигация вообще, если не иметь представления о таком понятии, как навигационное наведение (navigational guidance), или, для краткости, просто наведение. В зарубежной авиации это понятие является в такой степени понятным и само собой разумеющимся, что даже в документах ИКАО отсутствует определение этого термина. Видимо, считается, что и так понятно.

Правда, такое определение есть в некоторых авиационных словарях и звучит в русском переводе примерно так: «Наведение – это расчет команд управления для вывода воздушного судна на заданную траекторию». В принципе это определение правильное, но требует некоторых разъяснений, позволяющих выделить ключевую мысль.

Для того, чтобы выполнить полет по заданной траектории, пилот в первую очередь должен иметь информацию о том, находится ли в данный момент ВС на заданной траектории, и, если не находится, то на сколько ВС от нее отклонилось и в какую сторону. После этого пилот должен принять решение о том, каким образом он будет выводить ВС на заданную траекторию, и выработать команду на исправление пути. Такой командой может являться, например, рассчитанный курс выхода на ЛЗП или вертикальная скорость, необходимая для снижения до заданной высоты к моменту пролета назначенной точки. Эти «команды» (заданные значения курса и вертикальной скорости) сам же пилот и должен будет выполнить. Разумеется, рассчитать такие команды и выполнить их может и автоматическая система управления без помощи пилота.

Рассчитать «команду управления» - дело в определенном смысле второстепенное, да и не столь уж сложное. Главное в наведении – знать сторону и величину отклонения ВС от заданной траектории. Поэтому, отвлекаясь от второстепенных деталей, можно определить термин наведение как непрерывное наличие информации об отклонении ВС от заданной траектории.

«Наличие информации» у кого? Оно может быть у диспетчера ОВД. Он непрерывно наблюдает на экране наземной РЛС местоположение ВС, видит его отклонение от маршрута и сам же дает команды экипажу, например, «курс 130, занимайте 3000». Такое наведение называется радиолокационным наведением или векторением.

Но в данном учебном пособии в основном идет речь не об управлении воздушным движении, а об аэронавигации, которую осуществляет сам экипаж, а не диспетчер. Поэтому под наведением мы будем в большинстве случаев понимать наличие такой информации у экипажа.

Необходимо обратить внимание на то, о наличии какой именно информации идет речь. Не об информации о месте самолета, не о широте и долготе или пеленге и дальности. Речь идет об информации непосредственно об отклонении от той траектории, по которой ВС должно лететь. Причем, как правило, эта информация должна поступать непрерывно, а не время от времени. Пилот должен видеть эту информацию непосредственно на приборной доске в готовом виде, не требующем каких-то расчетов или графической работы с картой. Тогда, он сможет легко исправлять отклонение, выводить ВС на заданную траекторию и удерживать его на ней.

Имеется ли наведение в случае, когда бортовая навигационная система непрерывно выдает информацию о текущей широте и долготе МС? Или о его пеленге и дальности от наземного радиомаяка? Вовсе нет, поскольку по этим данным невозможно сразу сказать, уклонилось ли ВС от ЛЗП и в какую сторону. Конечно, в этом случае имеется информация о месте самолета, поскольку как широта и долгота, так и пеленг и дальность полностью определяют, в какой точке находится ВС. Но информации об отклонении от ЛЗП в этих данных нет. Разумеется, пилот может по этим данным нанести на карту МС (по широте и долготе, или проложив линии положения) и узнать, отклонилось ли ВС или нет. Но он не может это делать непрерывно, поэтому наведение в данном случае отсутствует.

Если же полет выполняется на угломерный радиомаяк или на приводную радиостанцию, то пилот сразу и легко может определить сторону и величину уклонения, сравнив фактический пеленг с его заданным значением, при котором ВС будет находиться на ЛЗП. Для этого ему не нужно выполнять каких-либо расчетов и графических построений. И сделать это он может в любой момент, фактически непрерывно. Следовательно, в этом случае наведение имеется.

В еще более явном виде наведение выступает, когда выполняется полет на радиомаяк VOR с использованием CDI (см. п.) или на радиомаяк РСБН в режиме «Азимут» (см. п). В этом случае вертикальная планка на индикаторе непосредственно указывает, с какой стороны и насколько далеко от ВС находится ЛЗП. Пилот непрерывно видит сторону и величину уклонения, и выполняет полет по ЛЗП, удерживая планку в центре прибора.

Разумеется, наведение может быть обеспечено и с использованием других технических средств.

Траектория - пространственная линия, поэтому отдельно можно говорить о наведении в горизонтальной плоскости (информация об отклонении вправо-влево), и о вертикальном наведении, то есть по высоте (выше или ниже заданной траектории находится ВС). Возможно в недалеком будущем придется говорить и о наведении по продольной координате, если будет задана пространственно-временная траектория. То есть, если будет задано, в какой именно момент времени нужно пролететь тот или иной пункт. Тогда будет нужна непрерывная информация об опережении или отставании ВС от установленной программы полета. Однако, по крайней мере в данной части учебного пособия речь будет идти в основном о наведении в горизонтальной плоскости, то есть об информации об уклонении вправо или влево от ЛЗП.

Так вот, в зарубежной навигации, если действительно требуется выдерживать определенную заданную траекторию, наличие наведения является необходимым и само собой разумеющимся условием. И это вполне логично. Пилот может сказать: если вы требуете от меня выдерживать ЛЗП, так дайте мне прибор, который будет показывать, отклонился я от нее или нет.

К сожалению, в России на протяжении многих десятилетий наведение вовсе не считалось само собой разумеющимся и необходимым. Мало того, такой термин в авиации вообще отсутствовал. Он все чаще применяется лишь теперь, когда российская авиация переходит все ближе к международным требованиям и стандартам.

Термина «наведение» у нас не было, но само наведение, конечно, хотя бы иногда присутствовало. Действительно, в поворотных пунктах маршрута (ППМ) иногда устанавливаются ОПРС и, следовательно, полет выполняется «на» или «от» радиостанции. Пилот в любой момент может определить сторону и величину уклонения от ЛЗП, следовательно, обеспечивается наведение. Но ОПРС на маршруте устанавливается далеко не всегда. Часто ППМ – это просто точка на карте и через нее проходит ЛЗП, которую пилот обязан выдерживать. Каким образом он будет решать эту задачу – его проблемы. Веди счисление пути, прокладывай на карте пеленги, решай прямоугольные треугольники, сравнивай карту с местностью … ЛЗП задана и пилот обязан по ней лететь. И надо сказать, что российские пилоты и штурманы с этой задачей справлялись. Другое дело, какой ценой это давалось и с какой точностью выполнялся полет.

За рубежом такой подход немыслим. Раз требуется полет по ЛЗП, то должно быть обеспечено наведение. И это наведение обеспечивалось с помощью наземных радионавигационных средств, как правило, угломерных.

Правда, в нашей стране наиболее распространенным угломерным средством является ОПРС (NDB), а за рубежом более широко используется VOR.

Поэтому за рубежом обычные маршруты (conventional route), то есть не являющиеся маршрутами зональной навигации, проходят через навигационные средства, обычно через радиомаяки VOR. В этом случае полет всегда протекает «на» радиомаяк или «от» него и при наличии наведения. В этом легко убедиться, посмотрев на зарубежные маршрутные карты (рис.11.1). Вот такая навигация и считается обычной, то есть не зональной. И в некоторых зарубежных учебниках аэронавигации само определение навигации дается примерно такое: «навигация, это способ, с помощью которого обеспечивается наведение по линии пути».

Зональная навигация. Однако по мере роста интенсивности воздушного движения обычных маршрутов, проходящих через радиомаяки, стало не хватать даже в Европе и США, где радиомаяков VOR очень много. И тогда за рубежом задумались: а нельзя ли выполнять полет не через радиомаяки, а через произвольные точки, в которых не установлено никаких навигационных средств? Ведь это позволило бы повысить эффективность использования воздушного пространства и его пропускную способность, сделать маршруты более короткими и экономичными, обеспечить гибкость в задании траекторий в районе аэродрома… Когда было придумано, как это сделать, то такую навигацию и назвали зональной навигацией, то есть позволяющей выполнять полеты не только по фиксированным трассам, но в принципе по любым траекториям в пределах определенного района (зоны).

В документах ИКАО дано следующее официальное определение зональной навигации.

«Зональная навигация (Area navigation, RNAV) - метод навигации, позволяющий выполнять полет по любой желаемой траектории в зоне действия наземных средств или в пределах возможностей автономных средств, или их комбинации».

По поводу этого определения можно сделать следующие замечания.

Рис. 11.1. Обычные маршруты проходят через радиомаяки

Во-первых, вторая часть приведенного определения, касающаяся того, с помощью каких средств зональная навигация может быть обеспечена, представляется просто лишней. Раз зональную навигацию можно выполнять либо с помощью того, либо с помощью другого, либо того и другого вместе, то зачем об этом вообще писать? К тому же, наиболее часто зональная навигация выполняется с помощью не наземных, а спутниковых средств, которые здесь вообще не упомянуты.

А во-вторых, что самое главное, смысл данного определения может оказаться вообще не понятным. Что значит «по любой желаемой траектории»? Разве нельзя летать по любой желаемой траектории при использовании любых навигационных средств или вообще без средств? Например, частный пилот может полететь налево, а может и направо, как желает. Так это и называется зональной навигацией?

На самом деле в этом определении пропущена самая важная вещь – наличие навигационного наведения. Но пропущена не по ошибке, а потому что она для западных авиаторов является самой собой разумеющейся. И поэтому речь идет не о том, чтобы просто лететь по любой желаемой траектории, а чтобы при этом было еще и наведение по этой траектории, то есть чтобы прибор непрерывно показывал отклонение от нее.

Разумеется, для этого на борту ВС должно быть оборудование, которое непрерывно определяет не только координаты самолета, но и отклонение его от «желаемой» траектории. Впрочем, «желаемая траектория» - это просто слишком дословный перевод “desired path”, что соответствует русскому «заданная траектория», то есть траектория, по которой должен выполняться полет. Неважно, является ли она заранее установленной или ее выбрал сам пилот.

Поэтому по смыслу самого понятия представляется целесообразным дать следующее определение.

Зональная навигация – это навигация с использованием технических средств, обеспечивающих наведение по любой заданной траектории.

Это означает, что какую бы траекторию пилот ни выбрал, или какую бы траекторию ему ни задали, оборудование ВС позволяет выполнить полет по этой траектории, непрерывно обеспечивая экипаж информацией об отклонении от нее.

При использовании оборудования зональной навигации траектория не обязательно должна проходить через угломерные радиомаяки (VOR, ОПРС и т.д.), но, конечно, может проходить в том числе и через них, поскольку речь идет о «любой» траектории. Отсюда следует, что обычные маршруты вообще говоря являются частным случаем маршрутов зональной навигации.

Маршрут зональной навигации задается точками на Земле, местоположение которых определено просто их координатами – широтой и долготой. По-английски эти точки называются waypoints (WP), что на русский обычно переводят как точки пути или путевые точки. Но по сути понятие точки пути ничем не отличается от понятия поворотный пункт маршрута.

На аэродромных картах точки пути изображаются символом в виде четырехугольной звездочки (рис.10.2), а на маршрутных картах – теми же символами, что и пункты обязательного или необязательного донесения. Кроме широты и долготы на карте могут быть указаны и полярные координаты – радиал и дальность точки от ближайшего радиомаяка VOR/DME. Координаты точек хранятся в базе аэронавигационных данных бортового навигационного комплекса или в базе данных бортового приемника СНС.

Из последовательности точек пути может быть сформирован маршрут полета и, при наличии на борту оборудования зональной навигации, на каждом участке будет обеспечено наведение по линии заданного пути. То есть, бортовое оборудование будет непрерывно рассчитывать и показывать пилоту в явном виде сторону и величину уклонения от ЛЗП.

Характерно, что величина уклонения будет получена не напрямую путем сравнения заданного и фактического пеленга (как, например, при полете на/от VOR или ОПРС), а путем расчета этого уклонения. Но для пилота все это будет выглядеть так же, как при полете на радиомаяк или от него: вертикальная планка CDI или аналогичного индикатора будет показывать уклонение.

Рис. 11.2. Точки пути на карте вылета

Различие между маршрутами обычной навигации (conventional navigation) и зональной навигации (RNAV) заключается в том, что для обеспечения наведения обычные маршруты должны как правило проходить через радиомаяки, а маршруты зональной навигации могут проходить через произвольные точки пути.

Во внеаэродромном воздушном пространстве обычная, то есть не зональная, навигация (conventional navigation) обычно выполняется по воздушным трассам. Воздушная трасса, это установленный коридор в воздушном пространстве, ограниченный по ширине и высоте, оборудованный наземными радиотехническими средствами, обеспечивающими наведение, и предназначенный для выполнения полетов ВС. Но оборудование зональной навигации позволяет выполнять полет по произвольным маршрутам, которые никак не привязаны к наземным средствам. И эти маршруты вовсе не обязаны быть заранее установленными, хотя в настоящее время это пока именно так. В перспективе пилот, возможно, будет сам выбирать абсолютно любой маршрут предстоящего полета – через любые выбранные точки или даже по ортодромии от аэродрома вылета до аэродрома посадки. Разумеется, для этого должно быть решено множество проблем, связанных с обеспечением безопасности полетов. Собственно, на это и направлено внедрение концепции CNS/ATM.