вторник, 17 октября 2017 г.

1. АЭРОНАВИГАЦИЯ И ЕЕ СТАНОВЛЕНИЕ


1. 1. Аэронавигация как процесс, наука, учебная дисциплина
Аэронавигация как процесс управления.  Термин  «аэронавигация»
произошел от латинского «navigatio», что дословно издавна означало
«мореплавание», причем в самом широком значении этого слова. Но
довольно скоро оно приобрело и более узкий смысл: деятельность (и,
конечно, изучающая эту деятельность наука) по выполнению точного и
безопасного плавания судов. Определение местоположения, курса и скорости
судна, предотвращение попадания на мель или рифы, выбор наилучшего
пути  –  эти и другие задачи морской навигации, которую сейчас чаще
называют судовождением, понятны даже неспециалистам.
По мере того, как люди стали передвигаться и в других средах,
появилась воздушная навигация (аэронавигация), а также навигация
космическая, наземная и даже подземная. Основное содержание любой из
них одно и то же  –  определение местоположения объекта и параметров его
движения, управление его движением по желаемой траектории. Наравне с
термином «аэронавигация» в разное время использовались и продолжают
порой использоваться термины «воздушная навигация» и
«самолетовождение».



Термины «аэронавигация» и «воздушная навигация» полные синонимы,
поскольку греческое «aer» означает воздух. Но использовать слово
«аэронавигация» явно предпочтительнее.  Во-первых, короче, во-вторых,
полностью соответствует аналогичным иноязычным терминам (английское
«airnavigation», французское «navigation  aerienne»), а в-третьих, появился
этот термин  в нашей стране  исторически раньше. Термин
«самолетовождение», под которым понимают не только вождение самолетов,
но и вертолетов, других летательных аппаратов, произошел, по-видимому,
по аналогии со словом «судовождение».
Иногда используются слова «радионавигация», «астрономическая
навигация», «инерциальная навигация» и тому подобное. Это не отдельные
виды навигаций, а та же навигация (воздушная, морская, космическая), но
осуществляемая с использованием технических средств определенного вида
(радиотехнических, астрономических и т.п.). Если говорить об
аэронавигации как науке или учебной дисциплине, то это ее разделы,
рассматривающие вопросы применения определенных видов навигационного
оборудования.
Вместе с тем,  слово  «аэронавигация» достаточно часто используется и в
изначальном более широком значении как полеты вообще. В  таких,
например, словосочетаниях, как «осенне-зимняя навигация»,
«аэронавигационная информация», «аэронавигационная комиссия ИКАО» и
т.п.
7
Термин «аэронавигация», рассматриваемый в узком смысле, имеет два
взаимосвязанных значения:
-  реальный  процесс или деятельность людей по достижению
определенной цели;
-  наука или учебная дисциплина, изучающая эту деятельность.
Для первого из этих значений можно дать следующее определение.
Аэронавигация  –  управление траекторией движения ВС,
осуществляемое экипажем в полете.
Под  управлением  вообще понимается приведение объекта управления
(того, чем управляют) в желаемое положение, состояние и т.п. В навигации
воздушное судно (ВС)  рассматривается как точка, перемещающаяся в
пространстве и описывающая при этом линию  –  траекторию полета. Экипаж
в полете управляет как движением этой точки, то есть ее перемещением в
пространстве, так и траекторией в целом  –  ее формой, длиной и т.п.
Преследуемые при этом цели управления могут быть разными, например, в
гражданской и военной авиации. Если для гражданских ВС необходимо
добиться возможно более близкого совпадения фактической траектории с
заданной, то для военных самолетов  заданной траектории может не быть
вообще, а основной задачей будет являться, например, точный выход на цель
в заданное время.
В общем случае под «траекторией» в данном определении понимается
не просто линия в пространстве, а пространственно-временная траектория, то
есть линия, на которой каждая точка соответствует определенному моменту
времени. Это дает возможность отнести к навигационным такие
традиционные задачи, как обеспечение выхода в заданную точку в
назначенное время, обеспечение полета по расписанию и т.д.
Казалось бы, определяя понятие аэронавигации, достаточно говорить об
управлении ВС  как точкой  и нет необходимости говорить об управлении
траекторией. Но есть ряд задач  (традиционно навигационных,
штурманских),  касающихся именно траектории, поскольку траектория в
целом имеет и другие свойства, не присущие отдельной ее точке. Например,
длина траектории, израсходованное за время полета топливо зависят от  всей
траектории, являются, как говорят математики,  ее  функционалами. Поэтому
решаемая штурманом задача выбора наилучшей с точки зрения расхода
топлива траектории является навигационной задачей.
Осуществляет управление движением ВС его  летный  экипаж.
Специалисты сходятся на том, что как бы ни совершенствовались самолеты,
в обозримом будущем человек, по  крайней мере при пассажирских
перевозках, все равно будет находиться в их кабинах. Но, разумеется,
экипаж осуществляет навигацию с широким использованием различных
технических средств. Эти средства снимают с экипажа значительную часть
нагрузки, а на наиболее совершенных ВС оставляют за человеком лишь
функции контроля и принятия решений при непредвиденных ситуациях.
8
Место аэронавигации в иерархии процессов управления полетом.
Если задать вопрос:  «Кто управляет движением ВС», то трудно получить на
него однозначный ответ. Слишком многоуровневое, иерархическое это
понятие.
Конечно, самолетом управляет пилот, воздействуя на органы
управления. Но делает он это так, чтобы выдержать курс, скорость и высоту,
задаваемую штурманом, который, следовательно, тоже управляет полетом.
Штурман в свою очередь рассчитал эти параметры в соответствии с
указаниями диспетчера (например, о выходе в заданный пункт на заданной
высоте), значит и диспетчер управляет ВС. Но и он задает траектории не
произвольно, а в соответствии  с  установленными в данном районе схемами
движения  –  трассами, коридорами, эшелонами. Получается, что органы
организации воздушного движения, которые сформировали эти схемы, тоже
участники управления полетом. Эту иерархическую лестницу управления ВС
можно и дальше продолжать  «вверх». Но  можно  продолжить  и  «вниз»,
заметив, что на самом деле управляют самолетом рулевые машинки
автопилота…
Где же в этой иерархии аэронавигация? Она там и тогда, когда ВС
можно рассматривать  как точку в пространстве, перемещением которой
нужно управлять. И разграничить этот процесс со смежными ступенями
иерархии управления достаточно просто. Как только мы начинаем
рассматривать ВС не как точку, а как объект, имеющий размеры и,
следовательно, угловую ориентацию (курс, крен, тангаж),  начинается
пилотирование  –  управление угловым движением. А как только появляется
хотя бы два ВС и, как следствие, возникают новые задачи (эшелонирование,
предотвращение опасных сближений)  –  начинается  управление воздушным
движением.
Разумеется, нет иного  пути изменить траекторию полета, кроме как
пилотированием. Пилот создает крен,  и аэродинамические силы заставляют
ВС изменить траекторию. Навигация осуществляется посредством
пилотирования,  и эти две составляющие управления неразрывно связаны.
Если в составе экипажа есть штурман, то решение навигационных задач
возлагается на него, хотя, конечно, и командир ВС (пилот) не  выпускает этот
процесс из-под контроля.  Задачей пилота является выполнение команд
штурмана, обеспечивающих управление траекторией. Если в составе экипажа
штурмана нет, то пилот осуществляет и навигацию,  и пилотирование
одновременно.
Требования к аэронавигации.  Целью полета гражданского ВС является
перевозка пассажиров или груза из одного пункта в другой  либо выполнение
определенного вида работ (строительно-монтажных, аэросъемки, поисково-спасательных операций и т.д.). При осуществлении этих целей к
аэронавигации предъявляются определенные требования.
1.  Безопасность аэронавигации  –  основное требование. Действительно,
нет смысла предъявлять  к аэронавигации какие-либо требования еще, если
9
существует угроза жизни экипажа и пассажиров, если нет уверенности, что
ВС долетит до пункта назначения.
2.  Точность. Это требование важно для гражданских ВС, поскольку они
выполняют полеты по  заданным  траекториям. Точность аэронавигации  –  это
степень приближения фактической траектории к заданной. От точности
зависит и безопасность, и экономичность полета. Поскольку заданные
траектории строят так, чтобы они были безопасными (не пересекались с
препятствиями, другими траекториями), то чем точнее их выдерживает ВС,
тем меньше риск. С другой стороны, заданные траектории, как правило,
устанавливаются по возможности более короткими. Следовательно, чем
точнее выполняется полет, тем короче траектория и меньше время полета.
3.  Экономичность. Чем меньше время полета, тем меньше
себестоимость, включающая в себя все сопутствующие затраты  –  от
заработной платы персонала до стоимости израсходованного топлива.
4.  Регулярность.  Полеты в общем случае должны выполняться по
расписанию. Задержка с вылетом или прилетом не только приносит
неудобства пассажирам, но может повлечь и значительные экономические
потери. Так, на аэродромах с высокой интенсивностью движения опоздание с
прибытием в контрольную точку начала захода на посадку может привести к
тому, что ВС отправят в зону ожидания, где оно будет ждать освобождения
временного «окна» для захода на посадку, расходуя понапрасну топливо.
Основные задачи аэронавигации.  Процесс аэронавигации включает в
себя решение трех основных задач:
-  формирование (выбор) заданной траектории;
-  определение местоположения ВС в пространстве и параметров
его движения;
-  формирование навигационного решения (управляющих
воздействий для вывода ВС на заданную траекторию).
Формирование заданной траектории  начинается  обычно задолго до
полета, когда устанавливаются сеть воздушных трасс, схемы полетов. В этом
случае данную задачу относят не к самой аэронавигации, а к
аэронавигационному обеспечению полетов. Но формирование траектории
может происходить и оперативно в полете, когда диспетчер, а иногда и сам
экипаж, выбирает,  в какую точку или по какой линии пути  должно  следовать
ВС. Выбранная тем или иным способом заданная траектория, то есть
траектория, по которой необходимо лететь, должна быть и безопасной ,  и
экономичной, в частности,  не должна пересекаться с наземными
препятствиями и быть по возможности короче.
Определение местоположения ВС в пространстве  –  одна из основных и
настолько важных составляющих навигации,  на выполнение которой обычно
и направлены основные  усилия экипажа, что некоторые отождествляют ее с
навигацией в целом, то есть считают, что навигация  –это только и есть
определение местоположения ВС. Действительно, значительная часть
бортового и наземного навигационного оборудования предназначена для
10
определения координат самолета и до настоящего времени, за исключением
разве что спутниковых навигационных систем, работа с ним занимает
значительную часть времени работы штурмана  или пилота. Но помимо
координат необходимо знать параметры движения ВС, то есть  скорость и
направление перемещения ВС, а иногда его ускорения  –  без этого
невозможно выдержать заданную траекторию.
Когда  местоположение ВС определено и выяснилось, что оно не
находится на заданной траектории (а в подавляющем большинстве случаев
так и бывает), необходимо определить величину отклонения и принять
навигационное решение,  каким именно образом должна быть изменена
фактическая траектория полета, чтобы ВС вышло на заданную траекторию.
Это навигационное решение может иметь вид, например, значений
заданного курса, крена или вертикальной скорости, которые штурман
передает пилоту. Пилот их реализует (например, разворачивает самолет на
заданный курс),    и ВС, изменяя свою фактическую траекторию, приближает
ее к заданной. И такая последовательность действий периодически
повторяется на протяжении всего полета.
На ВС, на которых процесс аэронавигации в той или иной степени
автоматизирован, определение местоположения ВС и вывод на заданную
траекторию могут осуществляться автоматически. Навигационным решением
штурмана (или пилота    при отсутствии штурмана в составе экипажа)
является выбранный режим автоматической работы бортового оборудования.
Режимов работы может быть несколько в зависимости, например, от того,
какого вида  технические средства  определяют координаты и параметры
движения ВС.
Технические средства навигации.  Полеты ВС выполняются и в темное
время суток, и над облаками, когда земли не видно и осуществлять
визуальную ориентировку невозможно. Поэтому определение
местоположения ВС и параметров его движения осуществляется главным
образом с помощью приборов, которые называют в целом  техническими
средствами навигации. Человек в отличие от птиц, которые способны сами
ориентироваться при дальних перелетах, не имеет органа чувств, который
позволил бы ему без  приборов определить свое местоположение в
пространстве в условиях невидимости земли.
Аэронавигация осуществляется с использованием технических средств,
которые разделяются на следующие группы.
Геотехнические средства. Это средства, принцип действия которых
основан на использовании физических полей Земли (магнитного,
гравитационного, поля атмосферного давления) либо использовании общих
физических законов и свойств (например, свойства инерции). К этой
большой и самой древней группе относятся барометрические  высотомеры,
магнитные и гироскопические компасы, механические часы, инерциальные
навигационные системы и т.п.
11
Радиотехнические средства  в  настоящее время представляют собой
самую большую и самую важную группу средств, являющихся в
современной аэронавигации  основными для определения как координат ВС,
так и направления его движения. Они основаны на излучении и приеме
радиоволн бортовыми и наземными радиотехническими устройствами,
измерении параметров радиосигнала, который и несет навигационную
информацию.
Астрономические средства. Методы определения местоположения и
курса корабля с помощью небесных светил (Солнца, Луны и звезд)
использовались еще Колумбом и Магелланом. С появлением авиации они
были перенесены и в аэронавигационную практику, разумеется, при
использовании специально сконструированных для этого технических
средств  –  авиационных компасов, секстантов и ориентаторов. Однако
точность астрономических средств была низка, а время, необходимое для
определения с их помощью навигационных параметров, достаточно велико,
поэтому с появлением более точных и удобных радиотехнических средств
астрономические средства оказались за рамками штатного оборудования
гражданских ВС, оставаясь лишь на самолетах, выполняющих полеты в
полярных районах.
Светотехнические средства. Когда-то    на заре авиации    световые
маяки, наподобие морских маяков, устанавливали на аэродромах с тем,
чтобы ночью пилот издалека смог его увидеть. По мере того, как полеты все
больше стали проходить по приборам и в сложных метеоусловиях, такая
практика стала сокращаться. В настоящее время светотехнические средства
используются главным образом при заходе на посадку. Различные системы
светотехнического оборудования позволяют экипажу на конечном этапе
захода обнаружить взлетно-посадочную полосу (ВПП)  и определить
положение ВС относительно нее.
Аэронавигационное обеспечение полетов.  О том, чтобы аэронавигация
соответствовала предъявляемым к ней требованиям, необходимо
позаботиться задолго до полета. Для этого должны быть построены
безопасные и экономичные заданные траектории полета по  маршруту и в
районе аэродрома,  произведены все необходимые предполетные расчеты, а
экипаж должен быть обеспечен необходимой информацией. Решение этих и
других    задач объединяется в область деятельности, которая в последние
годы получила название аэронавигационного обеспечения полетов (АНО).
Аэронавигационное обеспечение полетов  –  комплекс мероприятий,
проводимых на этапах организации, подготовки и выполнения полетов и
направленных на создание условий для точной, безопасной  и экономичной
аэронавигации.
Эта деятельность осуществляется различными службами аэропортов,
авиакомпаний, центральных руководящих органов отрасли. Она включает в
себя установление заданных траекторий полета (воздушных трасс, схем
маневрирования в районе  аэродрома и т.п.), обеспечение экипажей и других
12
потребителей аэронавигационной информацией, подготовку данных для
бортовых и наземных автоматизированных систем, выполнение
предполетных расчетов, предполетное консультирование экипажей по
вопросам аэронавигации и многое другое. По мере того как процесс
аэронавигации становится все более автоматизированным, все больше
возрастает роль АНО.
Аэронавигация как наука и учебная дисциплина.  Термином
«аэронавигация» обозначается не только процесс траекторного управления
ВС, но и наука, а также учебная дисциплина, изучающие этот процесс.
Аэронавигация  –  прикладная наука о точном, надежном и безопасном
вождении ВС из одной точки в другую, о методах применения технических
средств навигации.
Как наука аэронавигация тесно связана с другими науками, в первую
очередь с АНО.
Еще не так давно, вопросы, относящиеся сейчас к АНО, включались в
курс аэронавигации. Но в настоящее время круг задач АНО настолько возрос,
а задачи настолько усложнились, что их целесообразно рассматривать в
отдельной дисциплине.
Основой для аэронавигации как науки в первую очередь являются
математика и физика, но    тесно связаны с аэронавигацией  и  специальные
дисциплины:  геоинформационные основы навигации, авиационные
радиотехнические средства, авиационная метеорология.
Значение аэронавигации как дисциплины велико, хотя, конечно, и
различно для разных специалистов. Разумеется,    штурман, который и
осуществляет аэронавигацию в полете, а также специалист по АНО, который
навигацию обеспечивает, должны знать  данную дисциплину очень хорошо и
в полном объеме. Практически на таком же уровне должен знать ее и пилот
даже при наличии штурмана в составе экипажа. Во-первых, командир ВС
отвечает за полет в целом, работу всех членов экипажа, в том числе
штурмана, поэтому он обязан контролировать  выполнение  аэронавигации в
полете и принимать в ней активное участие. Во-вторых, на все большем
количестве типов ВС в нашей стране (а за рубежом практически на всех)
штурман отсутствует в штатном составе экипажа. Аэронавигацией  на таких
ВС занимается пилот, и знать он ее должен не хуже штурмана.
Диспетчер по обслуживанию воздушного движения  (ОВД)  должен знать
аэронавигацию в несколько меньшем объеме. Ведь он не занимается ею
непосредственно на борту ВС и, значит, не должен знать  подробно
различные методы применения бортовых навигационных средств. Но
диспетчер должен четко знать возможности экипажа по осуществлению
аэронавигации, уметь оказать ему помощь, передать необходимую
аэронавигационную информацию. Невозможно представить себе диспетчера,
не знакомого с аэронавигацией, как и инспектора ГИБДД, не знающего,  как
управлять автомобилем.
13
В определенном объеме представления об аэронавигации нужны и
другим авиационным специалистам: инженерам и техникам по работе с
навигационным оборудованием, сотрудникам по обеспечению полетов и т.п.
Иногда у будущих пилотов и штурманов возникает вопрос: а зачем
нужно так хорошо знать аэронавигацию, если на современных ВС она в
значительной степени автоматизирована? Действительно, достаточно ввести
в бортовой компьютер программу полета и он сам доведет ВС до аэродрома
назначения. Что ж, в идеальном случае, может, и доведет. Но задайте себе
вопрос: хотели бы вы быть пассажирами самолета, экипаж которого не умеет
им управлять, а только знает,  как включить  и выключить бортовой
компьютер? Во-первых, программу полета для компьютера нужно
подготовить, проверить и в любой момент быть готовым при необходимости
изменить. Во-вторых, может оказаться, что эта программа содержит ошибку
–  нужно уметь ее своевременно  обнаружить и исправить. В-третьих, могут
произойти (и происходят!) отказы отдельных технических средств
навигации, сбои компьютерных программ. Никакая программа не в
состоянии предусмотреть все возможные ситуации, и только человек может в
такой обстановке  принять правильное решение. В-четвертых, современные
навигационные автоматизированные системы имеют несколько возможных
режимов работы, выбрать из которых наилучший должен именно экипаж
исходя из текущей аэронавигационной обстановки.
Разумеется, по мере совершенствования и автоматизации бортовые
навигационные  средства  берут на себя все большую часть навигационной
работы экипажа, поэтому специальный член экипажа, занимающийся
навигацией (штурман),    перестает быть необходимым на борту. Но
исключить его из состава экипажа можно только при условии, что пилоты (а
именно они берут на себя его функции) хорошо владеют средствами и
методами навигации, глубоко понимают сущность протекающих процессов и
в состоянии принять правильное навигационное решение даже в самой
сложной и нестандартной навигационной обстановке.
Аэронавигация является процессом сугубо техническим, но иногда и она
выходит в область социальных отношений, экономики и даже политики.
Выбор оптимальных траекторий, высот и режимов полета, являясь задачей
технической, может привести к существенной экономии топлива и времени
полета. А иногда аэронавигационные проблемы приводят и к политическим
конфликтам и потрясениям. Достаточно вспомнить сбитый в начале
восьмидесятых годов южнокорейский Боинг, отклонившийся от маршрута
из-за навигационной ошибки. Да и вообще, безопасность людей  –  вопрос
социальный и гуманитарный.
Аэронавигация как учебная дисциплина  по содержанию своего
материала  не является    столь сложной как,  например, физика или
математика. Но у нее есть важная особенность, отличающая ее от
большинства других дисциплин. Если при решении задачи по физике
допущена ошибка, то заглянув в учебник ее можно исправить. Если же в
14
полете допущена навигационная ошибка, в результате которой  ВС,
например, столкнулось  горой, то исправлять ее будет некому. Отсюда
следует, что все навигационные задачи экипаж должен уметь решать
безошибочно, точно и быстро и, конечно, без помощи учебников и
шпаргалок. Для того,    чтобы добиться этого, недостаточно заучить формулы
и правила. Нужно хорошо понимать смысл протекающих в полете процессов,
представлять себе общую картину полета, то есть иметь, как говорят
авиационные психологи,  «навигационный  образ полета». Для этого нужно
иметь пространственное воображение, хорошую кратковременную память,
иметь прочные навыки устного счета хотя бы на уровне сложения-вычитания
двух- или трехзначных чисел.
Приобретение таких навыков само по себе не представляет большой
сложности, но оно не может быть выполнено мгновенно, требует
последовательной постепенной работы. Как невозможно за три дня до зачета
по физкультуре научиться подтягиваться двадцать раз, так невозможно
овладеть навигацией, если не заниматься ею систематически.

Комментариев нет:

Отправить комментарий