Россия — родина слонов, Часть 1

Несбывшиеся намерения по замене ВРЛ

Существенным аспектом организации воздушного движения является знание положения воздушных судов (ВС) в наземной системе управления воздушным движением (УВД) и на современном этапе — пилотами ВС. В настоящее время для определения положения ВС в системе УВД в основном используются методы вторичной радиолокации (ВРЛ). Локатор сканирует воздушное пространство и измеряет дальность до ВС; получив запрос, ВС формирует ответный сигнал, включая в него идентификатор ВС, высоту полета и другие параметры. Методы ВРЛ являются

достаточно сложными и затратными. В связи с этим в конце прошлого столетия авиационное сообщество стало возлагать большие надежды на Автоматическое Зависимое Наблюдение радио Вещательного типа (АЗН-В). АЗН-В представляет собой безрадарный метод наблюдения, при котором ВС автономно, например, при помощи средств спутниковой навигации GPS/ГЛОНАСС, определяет свое местоположение и по определенному протоколу, зависящему от выбранной линии передачи данных (ЛПД), сообщает в радиовещательном режиме (т.е. всем

одновременно, без получения подтверждения о принятом сообщении, типа объявления новостей диктором по ТВ/радио) о своем положении заинтересованным участникам воздушного движения. Международная организация гражданской авиации (ИКАО) и авиационные администрации ведущих стран первоначально рассматривали АЗН-В как метод наблюдения, который должен был стать обязательным для гражданской авиации на рубеже 2020г. АЗН-В обеспечивает наземное наблюдение воздушных судов без использования РЛС, также в зависимости от используемой ЛПД может обеспечиваться ситуационная осведомленность (информированность о взаимном местоположении) пилотов либо при прямом взаимодействии борт-борт, либо при передаче на борт информации, в т.ч. о ВС, необорудованных аппаратурой АЗН-В, от наземной системы УВД. Одновременно по мере возможности за счёт той же ЛПД стараются обеспечить примыкающие применения (полетно-информационное обслуживание с предоставлением оперативной метеорологической и аэронавигационной информации, навигационное обслуживание в части обеспечения информации о целостности спутниковых навигационных сигналов и дифференциальных поправок, связь пилота по ЛПД с диспетчером и/или авиакомпанией, операции по поиску и спасанию и др.).

Долгое время основным руководящим документом по линии АЗН-В был документ RTCA DO-242A [1]. Рассматривался плавный эволюционный переход от технологии ВРЛ к технологии АЗН-В, апофеоз которого показан на рис. 1 (соответствует рис. 4 из [1]), знаменующем полную замену технологии ВРЛ. Обе технологии ВРЛ и АЗН-В являются кооперативными, т. е. требуют оснащения бортов: ответчиком вторичного радара для ВРЛ и приёмопередатчиком для АЗН-В. Однако в целом технология АЗН-В по многим показателям теоретически опережает ВРЛ как в части предоставления различных аэронавигационных услуг, так и прежде всего по экономическим показателям, и потому рассматривалась как будущая замена ВРЛ.

Рис. 1. Потенциальная конфигурация наземного
наблюдения УВД [1]. Технология АЗН-В
полностью заменяет технологию ВРЛ.

На начальных этапах технологии АЗН-В развивались по различным направлениям, обусловленным использованием различных ЛПД. В 2003 г. на 11-й Аэронавигационной конференции для начального (initial) внедрения было рекомендовано использовать АЗН-В на базе ЛПД расширенного сквиттера (extended squitter) на частоте 1090 МГц 1090 ES (далее – АЗН-В/1090); тогда же было указано на опасность для такого АЗН-В явления т.н. насыщения/интерференции (временнОго наложения сигналов при высокой плотности движения).

В последующем, благодаря усилиям главным образом RTCA, США, и EUROCAE, Европа, был разработан целый ряд документов, базирующихся на монопольном использовании АЗН-В/1090. К таким документам можно, в частности, отнести:

• Минимальные стандартные эксплуатационные требования к авиационной системе для приложений бортового наблюдения DO-289 [2], где в качестве единственного источника данных по наблюдению в наземной системе УВД рассматривалась приёмная станция АЗН-В/1090;

• Документ по безопасности, функциональным характеристикам и взаимодействию функции АЗН-В в воздушном пространстве, не охваченном РЛС DO-303 [3]; здесь также в качестве источника данных для определения местоположения воздушного судна рассматриваются только данные АЗН-В/1090, и т. п.

Параллельно с разработкой пакета различных документов, ориентированных на данные АЗН-В/1090 Out как на единственный источник данных по местоположению воздушных судов, западная авиапромышленность активно устанавливала на воздушные суда Boeing и Airbus комбинированные аэронавигационные системы, которые наряду с ответчиком вторичного радара и аппаратурой предотвращения столкновений TCAS включали подсистему АЗН-В/1090 Out, и к настоящему времени многие тысячи гражданских ВС зарубежного производства оборудованы таким видом АЗН-В.

Начало развязки произошло в 2016 году. К этому времени окончательно проявилось полное отсутствие киберзащищенности функции АЗН-В/1090, определились необходимые мероприятия противостояния этому и соответствующее последующее радикальное увеличение стоимости комплекса мероприятий, связанных с внедрением АЗН-В/1090.

После введения в 2017 г. в Руководство по авиационному наблюдению ICAO Doc 9924 поправок по необходимости верификации данных АЗН-В/1090 данными ВРЛ или МногоПозиционных Систем Наблюдения (МПСН, или мультилатерация) положение с наблюдением воздушных судов радикально изменилось. На заре возникновения АЗН-В оно было призвано в конечном итоге заменить вторичную радиолокацию (ВРЛ), поскольку данные АЗН-В в общем плане намного точнее, имеют более частое обновление, и, что немаловажно, намного дешевле как в части создания, так и в части эксплуатации наземных систем наблюдения. Кроме того, АЗН-В в общем случае позволяет реализовать наблюдение «борт-борт» и другие применения. Следует отметить, что в самом начале продвижения АЗН-В авиационное сообщество в лице ИКАО призывало наряду с начальным использованием АЗН-В/1090 развивать другие технологии АЗН-В, поскольку уже на том этапе предвидело явление интерференции/насыщения при интенсивном трафике. Несмотря на явление насыщения, компании Airbus и Boeing продолжали установку комплексов бортового оборудования, включающего АЗН-В/1090 Out. Национальные провайдеры аэронавигационных услуг продолжали установку наземных станций АЗН-В/1090.

Конкретный шаг был сделан в виде упомянутой поправки в документ ICAO Doc 9924, регламентирующей для наземного наблюдения не систему, как раньше, только с использованием АЗН-В/1090, но систему АЗН-В/1090+ВРЛ или АЗН-В/1090+МПСН. А это уже совершенно другая, отличающаяся более чем на порядок экономика по созданию и эксплуатации.

Если до проявления проблемы кибербезопасности для наблюдений борт-борт предполагалось использовать «любые» данные АЗН-В/1090, то теперь их использование по условиям их верификации возможно только при использовании TCAS, что существенно ограничивает дальность действия (примерно на порядок, 40 км против 400-600 км) и номенклатуру/типы взаимодействующих воздушных судов. Отсутствует возможность верифицировать АЗН-В/1090 данные над океаном, где т. н. космическое АЗН-В с ЛПД 1090ES не сможет противостоять спуфингу – посылке ложных сообщений о вымышленных воздушных судах с возможным коллапсом системы УВД.

Тем самым в мировом масштабе по линии АЗН-В фактически имеет место тотальная смена парадигмы: вместо предполагаемого ранее беззаботного использования данных о местоположении ВС с высокой точностью, большей частотой обновления и невысокой стоимостью приходится в целях контроля применительно к наблюдению борт-земля содержать и даже развивать всю предшествующую ВРЛ или МПСН систему наблюдения воздушных судов. Другими словами, при отсутствии опорных данных ВРЛ или МПСН АЗН-В/1090 становится ненужным, поскольку оно в лучшем случае лишь интерполирует данные ВРЛ или МПСН, но самостоятельной юридической силы не имеет. Вот уж воистину ирония судьбы: АЗН-В создавалось для того, чтобы фактически заменить ВРЛ, теперь выясняется, что АЗН-В/1090 попросту не имеет права на жизнь без поддержки ВРЛ или МПСН. Ожидания авиационного сообщества на заре возникновения АЗН-В явно превышали фактически существующий в настоящее время потенциал в силу появления и полного проявления не учитываемой ранее проблемы кибербезопасности.

Любопытно отметить, что в принятом Минтрансом России инвестиционном проекте по продвижению в Российской Федерации МПСН/1090 в качестве доводов в пользу МПСН под лозунгом «Передовые технологии МПСН идут на смену устаревшим технологиям ВРЛ» без должных на то оснований приводились упомянутые выше рассуждения о замене ВРЛ системами МПСН. При этом обеспечение кибербезопасности авиатехнической системы в целом, включающей воздушные суда, по-прежнему не осуществляется. Но если в целом проблема не решается, тогда и не стоит начинать. Решение по использованию МПСН должно приниматься после решения вопроса с обеспечением киберзащищённости для авиатехнической системы в целом.

В [4] показана непригодность АЗН-В/1090 для наблюдения дистанционно пилотируемых авиационных систем (ДПАС) прежде всего по причине необходимости использования ВРЛ или МПСН на наземных станциях дистанционных пилотов для той же верификации данных АЗН-В дистанционным пилотом, чего не сможет себе позволить ни одна экономика мира.

Большая группа специалистов из США в течение более 15 лет постоянно работает над улучшением стандарта для АЗН-В/1090, количество модификаций стандарта DO-260, DO-260A, DO-260B, DO-260C уже измеряется двузначной цифрой. После одной из таких модификаций аппаратуру АЗН-В/1090 пришлось заменить на доработанную по новому стандарту на тысячах воздушных судов гражданской авиации США, находящихся в эксплуатации.

При всём уважении к задачам наземного наблюдения наибольший интерес для пилотов представляет функция приёма радиовещательной информации на борту, т. н. АЗН-В In. Именно с её помощью достигается обеспечение ситуационной осведомлённости, когда пилоты видят в воздухе друг друга на бортовых дисплеях, могут получить в реальном времени в цифровом виде информацию о погоде, различные аэронавигационные указания и т. п. В силу различных причин официальная программа NextGen внедрения АЗН-В в США с 2020г. официально предусматривает в качестве обязательной лишь функцию АЗН-В Out, т. е. только наземное наблюдение. Применения АЗН-В/1090 In отложены на неясный период после 2030 – 2035 г. г. Согласно концепции FAA США, неоднократно заявленной в ИКАО, полётно-информационное обслуживание FIS-B (погода, аэронавигационные ограничения и др.) не может быть предоставлено с помощью ЛПД 1090ES, для этой цели определено использование другой радиовещательной ЛПД UAT.

Аналогичным образом в части АЗН-В/1090 In обстоит дело в европейской программе SESAR, что касается приёма информации FIS-B, вопрос остаётся неясным, поскольку Евроконтроль однозначно заявил о неприемлемости использования ЛПД UAT в Европе.

Абсолютно бесперспективно для АЗН-В/1090 обстоит дело с обеспечением кибербезопасности в полном объёме (помимо наземной системы УВД).

В дополнение к рассмотрению мирового курьёза с внедрением АЗН-В на базе ЛПД 1090 ES с полным отказом от первоначальной парадигмы и невозможности её использования для внедрения примыкающих применений, отметим, что развиваемое в России техническое решение с использованием другой ЛПД – ЛПД VDL-4 (Very high frequency Data Link mode 4), имеющей необходимые стандарты ИКАО, EUROCAE, европейского института телекоммуникационных стандартов ETSI, позволяет решать многие указанные выше задачи. Представляется, что неудачи западной промышленности в области внедрения цифровых технологий передачи данных можно объяснить выбором не совсем удачных с технической точки зрения ЛПД – 1090ES и VDL-2, в которые вложены значительные финансовые средства, но положение с достигнутыми результатами, прежде всего в части обеспечения кибербезопасности, оставляет желать лучшего.