Решение проблем безопасности полетов в воздушном пространстве
В статье представлен анализ состояния безопасности полетов на эшелонировании в Европе и других регионах мира. Предлагается решение проблемы безопасности полетов за счет создания высотных самолетов гражданской авиации.
Одиннадцатая Аэронавигационная конференция, прошедшая в сентябре 2003 г. в штаб-квартире ИКАО, рассматривала одну из главных проблем ближайшего десятилетия, стоящих перед мировым авиационным сообществом - повышение пропускной способности воздушного пространства.
Конференция констатировала, что спрос на воздушные перевозки превышает возможности аэронавигационной системы. Это привело к существенным негативным последствиям не только для авиационной отрасли, но и для состояния экономики в целом.
С целью увеличения пропускной способности воздушного пространства, мировое авиационное сообщество приняло решение о создании глобальной системы организации воздушного движения с использованием спутниковой навигации (CNS/ATM), бортовых систем предупреждения столкновения (TCAS).
Ряд государств вышел с инициативой введения сокращенного минимума вертикального эшелонирования (RVSM).
Европейский союз выступает с инициативой создания «Единого Европейского неба» с целью ослабления нагрузки на систему за счет создания однородного воздушного пространства для упрощения процедур обеспечения безопасности полетов и экономии топлива (внедрение полетов по прямым маршрутам).
В связи с прогнозируемым удвоением к 2020 г. объема воздушного движения в Европе в Европейском сообществе создана группа высокого уровня, занимающаяся аспектами безопасного обеспечения организации воздушного движения.
На рис. 1 и 2 представлены данные Евроконтроля по использованию TCAS (система предупреждения по разрешению угрозы столкновения в воздухе) при смене эшелонов.
Увеличить rukhlinskiy6.gif (31кб)
Рис. 1. География происшествий
Рис. 2. Количественное распределение по эшелонам полета случаев применения рекомендаций TCAS (Европа, 1999 г.)
Из приведенных данных следует что сегодняшняя ситуация в Европе настолько сложна, что прогнозируемое удвоение объема воздушного движения при сокращении минимума вертикального эшелонирования приведет к потокам ВС, стоящих в очереди в ожидании разрешения на взлет. Ситуация с угрозой столкновения ВС усугубится и станет неуправляемой.
Как видно из приведенной информации, за десять лет с 1993 по 2003 гг. по интенсивности самолето-вылетов лидирует регион Северной Америки - 42%, далее Европа - 29%, Азия, Австралия - 17% и т.д.
В то же время за пять лет в Северной Америке произошло 32 столкновения, Европе - 33, Азии и Австралии - 41 (рис. 3).
Увеличить rukhlinskiy8.gif (50кб)
Рис. 3. Соотношение самолето-вылетов и авиационных происшествий при столкновении в воздухе
Если рассмотреть географию столкновений то, как видно по многолетним данным, в регионе восточной части Российской Федерации, регионе среднеазиатских республик и западного Китая не было ни одного столкновения в воздухе, т.е. там, где уровень интенсивности полетов значительно ниже. И это несмотря на отсутствие новейшей системы навигации.
Возникает вопрос, почему мировое авиационное сообщество уплотняет воздушное пространство, а не ставит вопрос об использовании высоких, незагруженных эшелонов.
Первая причина - отсутствие пассажирских самолетов, которые могут подниматься на высоту свыше 12 000 м.
Вторая причина - отсутствие новейших технологий, научного задела (за исключением России) и разработок, позволяющих создать высотные пассажирские самолеты.
Третья причина - экономические потери, связанные с сокращением выпуска самолетов традиционной схемы.
Рассмотрим исторические предпосылки решения проблемы за счет создания и массового внедрения высотных пассажирских самолетов нового поколения.
Американская фирма Локхид и Российский Экспериментальный машиностроительный завод им. В. М. Мясищева (ЭМЗ) - предприятия, создавшие уникальные высотные дозвуковые самолеты U-2; TR-1 (США) и М-17 и 55,2 (Россия). Только такие самолеты способны совершать длительные дозвуковые полеты на высотах до 22 км. Технические возможности этих самолетов постоянно расширяются и выявляются все новые области их применения.
Для более полного представления о том, как создавались эти самолеты, полезно совершить экскурсию вглубь истории авиации, а именно к планеру, к этой простой и легкой конструкции, позволяющей «парить» в воздушной среде, используя максимально характеристики крыла большого удлинения с высоким аэродинамическим качеством.
Высота полетов в основном зависит от двигателя, его устойчивой работы в разреженной среде атмосферы.
Накануне Второй Мировой войны немецкий научно-исследовательский институт планеризма (DFS) столкнулся с проблемой достижения больших высот самолетом. Имперская авиация нуждалась в высотном самолете в качестве невооруженного разведчика, способного летать вне досягаемости ПВО противника. Проект получил официальное название DFS-228 и самолет был создан. Конструкция его представляла свободнонесущий среднеплан с крылом большого удлинения. Старт, как наивыгоднейший, был выбран с самолетоносителя Do-217k. Разделение проходило на высоте 11 км, после чего происходил набор высоты с помощью двигателя до высоты 23 км. Посадка осуществлялась на выпускаемую металлическую лыжу.
Было построено 2 опытных образца и выполнено 40 экспериментальных полетов, но перед концом войны работы были прекращены.
После Второй Мировой войны перед Министерством обороны США была поставлена задача не допустить повторения 7 декабря 1941 г. когда Япония застала США врасплох и нанесла ей сокрушительное поражение. Необходимы были соответствующие средства предупреждения о любых неожиданных действиях. Для целей разведки стали использовать самолеты RB-47. Высота их полета была ограничена. Тогда начались поиски способов достижения больших высот для получения возможности загоризонтного наблюдения. Требовался самолет, способный летать на высоте, превосходящей практический потолок перехватчиков ПВО СССР и обладающий дальностью полета, достаточной для того, чтобы пролететь почти над всей территорией СССР.
Был заключен контракт с фирмой Белл на разработку самолета X-16.
Автору DFS-228 Кларенсу Джонсону, который после войны был вывезен в США, предложили разработать свой проект на базе истребителя YF-104A, который получил название U-2. В 1954 г. фирме Локхид было выдано разрешение на проектирование этого самолета. В 1955 г. ВВС получили 4 машины, а в 1956 г. началось серийное производство и построено 48 самолетов.
Далее пошли глубокие модификации этого самолета. К середине 60-х годов половина самолетов была по разным причинам потеряна. Потребности в самолете возрастали, и была построена модификация самолета U-2R (1967 г.), построено еще 12 самолетов. В начале 1981 г. был изготовлен самолет TR-IA, глубокая модификация U-2R.
Началась полномасштабная шпионская разведка на высотах 17-22 км практически всего мира.
После того, как 1 мая 1960 г. под Свердловском был сбит U-2, и такая же участь постигла несколько его собратьев в Китае, для США стало ясно - пора применять новые методы разведки.
Для этого были созданы новые средства - автоматически дрейфующие аэростаты (АДА), запускаемые с территории европейских союзников США в воздушное пространство СССР.
Они представляли собой оболочки из тонкой синтетической пленки с объемом от нескольких сотен до нескольких тысяч кубических метров, наполненные легким газом. Сначала аэростаты наполнялись водородом, затем - гелием. Для более полного представления об величине АДА можно привести размеры одного из них. Он был равен объему здания МГУ на Ленинских горах и совершал полет на высоте 35 км. Сначала они запускались мелкими группами, а затем массовыми группировками с территории Северной Европы.
Используя господствующие над территорией СССР течения воздушных масс в стратосфере, АДА безнаказанно пересекали страну с запада на восток, используя ветровую энергию. Они могли применить не только контейнеры с разведывательной аппаратурой, но и радиолокационные и тепловые ловушки, а также бактериологическое оружие. Могли нести большое количество тонкой ленты фольги и, выбрасывая ее на разных высотах по мере пролета, тем самым выводить из строя систему противовоздушной обороны (ПВО) страны. Под прикрытием этой фольги самолеты и ракеты противника могли беспрепятственно поражать любые цели на нашей территории.
Постоянное усовершенствование АДА (увеличение высоты полета, радиопрозрачности, уменьшение толщины пленки до 5 мк и др.) ставило большие проблемы перед средствами ПВО страны. Поэтому АДА представляли собой серьезную угрозу для обороноспособности СССР. Благодаря своей относительной дешевизне, в короткое время АДА могли заполнить все небо над страной. Основная масса АДА совершала полеты на высотах 20-25 км со скоростью до 200 км/час.
Ракеты и снаряды пушек как средство борьбы с таким массовым нарушителем воздушного пространства были совершенно неприемлемы. Даже попадание нескольких снарядов или ракет в аэростат не уничтожало его. Низкое давление газа внутри делало его истечение медленным и поврежденный аэростат мог спокойно пролететь все воздушное пространство СССР. При нагреве лучами солнца шар мог менять высоту полета, поднимаясь или наоборот, опускаясь, что затрудняло его сопровождение. Стало ясно, что необходимо адекватное средство борьбы.
В 1971 г. в ОКБ им. В. М. Мясищева были начаты работы по созданию самолета-истребителя АДА, которому был присвоен шифр М-17. В процессе создания самолета было решено много аэродинамических проблем. Параллельно с решением самолетных проблем шла разработка оптико-электронной поисково-прицельной системы с подвижной пушечной установкой. Суть ее работы состояла в следующем: самолет выходит в зону и обзорный пеленгатор обследует большую сферу пространства впереди себя. При попадании одного или нескольких АДА в зону действия этого пеленгатора, летчик стробировал один из них и нажимал кнопку автоматического сопровождения и его уничтожали.
Так было создано эффективное средство борьбы с АДА. За один вылет самолет мог сбить до ста аэростатов. После чего запускать их стало бессмысленно. Было подписано межгосударственное соглашение о прекращении их запуска над чужими территориями. В дальнейшем был разработан новый самолет 55.2 с новым высотным двигателем РД-36-51В.
На самолете М-17 было установлено 25 мировых рекордов по высоте, скорости и скороподъемности для машин массой 16-20 тс с одним ТРД.
С этого времени началась мирная жизнь самолета М-17. Он получил название «Стратосфера» и стал участвовать в проекте «Глобальный резерв озона», изучая состояние озонового слоя на высотах 17-22 км над Москвой, Берлином, Норвегией, Швецией, Италией, Аргентиной, Арктикой, Антарктидой и т.д. Начались разведывательные полеты с выполнением широкого круга экологических и мониторинговых задач.
Так два уникальных самолета представляют собой классический пример многолетнего противостояния двух супердержав.
В процессе их создания и в США и в СССР была образована школа высотных самолетов, решено много сложных технических задач. Об этом говорит хотя бы такой факт: из первых 60 самолетов U-2 40 было потеряно. Впервые в мире была отработана новая технология по изготовлению сотовых панелей вакуумным способом. В процессе работы вскрылись новые возможности высотных самолетов, которые были использованы в проекте семейства пассажирских самолетов М-60.