Вертолёт, 2008 №2

Оборудование для выполнения спецзадач

Ми-26 на тушении пожара

Стихийные и техногенные бедствия икатастрофы в последние десятилетия стали настоящим бичом экономики и экологии многих стран мира. Быстрота и эффективность их ликвидации напрямую связаны с масштабом ЧС, ущербом, нанесенным человеку и природе. Практика показывает, что средние и тяжелые вертолеты способны эффективно решать задачи, главной из которых является авиационное обеспечение оперативного реагирования на чрезвычайные ситуации. Среди них доставка групп спасателей, медиков, снаряжения, гуманитарной помощи, специальной техники и оборудования, участие в поисково-спасательных и аварийно-спасательных работах, разведка местности, десантирование спасателей и грузов, эвакуация пострадавших, тушение пожаров и др.

Посадка вертолета Bo-105 на территории московской больницы № 72

Одним из возможных путей достижения эффективности решения специальных задач является разработка модулей (контейнеров, блоков, подвесных устройств) различного назначения с учетом характера ЧС, сценариев и тактики применения вертолетов. Имея мобилизационный запас таких модулей, можно привлечь к выполнению воздушной операции большое число «обычных» вертолетов, оборудованных всем необходимым для выполнения поставленных задач.

В настоящее время наметилась тенденция модернизации вертолетов за счет установки дополнительных цифровых вычислителей и многофункциональных индикаторов (МФИ), сопряженных через специальные блоки преобразования со штатным аналоговым оборудованием. Эти МФИ должны обеспечивать (в соответствии с международными требованиями) работу радиотехнических систем навигации и посадки, которые в России практически отсутствуют. К тому же использование блоков преобразования (цифру в аналог и обратно) снижает надежность комплекса вертолета в целом, поскольку применяются неточные датчики штатного комплекса (их надежность со временем падает). Кроме того, для проведения модернизации требуется длительный процесс согласований с КБ, так как существует несколько модификаций одного и того же типа вертолета. Модернизация вертолетов иностранного производства на месте эксплуатации практически невозможна, она может быть выполнена только в заводских условиях, например, во время планового ремонта.

Специальный пилотажно-навигационный модуль, рассматриваемый в статье, может быть установлен на вертолетах различных типов, принимающих участие в воздушной операции. Он представляет собой привносимое автономное малогабаритное многофункциональное пилотажно-навигационное оборудование (ПНО), легко устанавливаемое экипажем в кабине любого вертолета в течение 5-10 минут.

В состав ПНО входят мобильный компьютер (электронный планшет или просто вычислитель без индикатора), предназначенный для работы в жестких условиях; манипулятор (типа «трекбол»); измерительный блок с приемником спутниковой навигации (возможно с двумя приемниками), инерциальными датчиками, датчиками статического и динамического давления (возможно с двумя), выносным магнитометром; нашлемные дисплеи в виде очков с электронными индикаторами и наушниками (летчику и штурману); радиомодем для организации передачи данных между вертолетами и пунктом управления или штабом на земле; спутниковая (одна или две) антенна (рис. 1).

Все оборудование «приклеивается» к полу, остеклению кабины, на приборную доску на липучках, которые хорошо выдерживают ударные нагрузки. Это позволяет многократно снимать и вновь устанавливать оборудование (в том числе для быстрого переноса с вертолета на вертолет). Провода «отбортовываются» липкими лентами. В силу небольшой потребляемой мощности оборудования используется розетка с напряжением 27 вольт.

При переходе на полет по приборам пилот снимает очки, при этом штурман контролирует полет по штатному пилотажно-навигационному оборудованию, и наоборот: если штурман работает с очками, то у пилота очки должны быть приподняты. При установлении устойчивого визуального контакта с землей штурман информирует об этом летчика, который принимает решение о переходе на визуальное пилотирование и приподнимает очки. Использование очков полностью исключает случайный перенос взгляда с приборной доски в закабинное пространство и обратно при попытке установления контакта с землей раньше времени.

Очки обеспечивают очень качественное изображение во всем поле видимости, на них не влияет сильная вибрация, возникающая на переходных режимах, и солнечная засветка (как на дисплеях). Очки удобно использовать при тренировках, так как не требуется применение шторок. Если мобильный компьютер с сенсорным дисплеем установлен в зоне хорошей досягаемости и видимости для штурмана, то очки и манипулятор ему не нужны.

За рубежом уже давно практикуется установка в кабину летательных аппаратов электронного планшета летчика (Electronic Flight Bag — EFB). «Законность» его наличия на борту определяется циркуляром AC П120-76А. В соответствии с принятой классификацией электронный планшет относится ко второму классу EFB, поэтому дополнительной сертификации требует только способ его установки в кабине экипажа. Программное обеспечение планшета относится к типу «С», планшет можно использовать в качестве основного навигационнопилотажного дисплея.

Аналогичное оборудование устанавливается в наземном пункте управления воздушной операцией (штабе) и одновременно используется в качестве базовой станции спутниковой навигации для передачи на борт дифференциальных поправок.

Рис. 1. Привносимое пилотажно-навигационное оборудование

Рис. 2. Синтезированное изображение закабинного пространства

Основным назначением оборудования является комплексное обеспечение безопасности полетов за счет автоматизированного планирования воздушной операции в полевых условиях, оперативного управления ее ходом, предполетного тренажа, безопасного пилотирования вертолета в сложных метеорологических условиях над местностью с пересеченным рельефом и искусственными препятствиями, а также проведения углубленного разбора полетов.

Мобильный компьютер обеспечивает возможность оперативной подготовки к полету при дефиците времени в полевых условиях. С его помощью можно осуществлять связь с основной базой (штабом) как для получения полетных заданий, так и для передачи отчетов о выполненных полетах, в том числе с записями параметров движения вертолета. На этапе подготовки к полету на основе информации о рельефе местности, препятствиях, запретных и опасных (например, по метеоусловиям) областях полета на растровых электронных картах (или космических снимках) строятся рациональные маршрутные траектории полетов для нескольких вертолетов с точной синхронизацией их вылетов по времени. Можно использовать самостоятельно сканированные карты, если на них нанесена координатная сетка. При выборе маршрутной траектории полета могут учитываться траектории, по которым полеты были выполнены ранее.

Очень часто при полетах можно использовать только одну подготовленную посадочную площадку, поэтому особенно актуальной становится задача управления воздушным движением (УВД) в зоне захода на площадку и синхронизации полетов вертолетов. Наличие на борту радиомодема позволяет не только решать задачу УВД в зоне посадки и предотвращать столкновения вертолетов, но и повысить точность определения положения машины при заходе на посадку за счет передачи на борт дифференциальных поправок спутниковой навигации от наземной базовой станции. Кроме того, на вертолет могут дистанционно передаваться траектории полета, оперативно формируемые в штабе.

Привносимое ПНО дублирует часть функций штатного пилотажно-навигационного комплекса (ПНК), что существенно повышает надежность ПНК вертолета в целом. Характеристики измерительного блока во многом определяются целостностью, непрерывностью и готовностью спутниковой навигации (GPS/ГЛОНАСС), которая интегрируется с инерциальными датчиками, системой воздушных сигналов и выносным магнитометром. В результате такого комплектования измерительный блок обеспечивает требуемую точность и не теряет работоспособность при кратковременном отсутствии сигналов спутниковой навигации. Это позволит в ближайшем будущем обойтись на вертолетах без использования радиотехнических систем навигации и посадки.

В случае обнаружения в зоне полетов новых препятствий (или для уточнения положения старых) имеется возможность их маркировать и передавать их координаты в центр управления полетами. После проверки информацию заносят в общую базу данных. Аналогичным образом можно формировать банк новых посадочных площадок, пользуясь для этого известными методиками. Для этих целей можно применять привязанные по координатам космические снимки высокого разрешения и карты крупных масштабов. Высокоточную привязку координат площадок по месту можно осуществлять либо длительным осреднением показаний приемника спутниковой навигации, либо использованием геодезического приемника.

Итак, на этапе подготовки к полету в автоматическом режиме проверяется на безопасность вся траектория полета. Пилот, используя процедурный тренажер (на базе мобильного компьютера с подключенным к нему джойстиком), проводит «репетицию» полета на самых ответственных и опасных участках, изучая при этом возможные угрозы безопасности. Отрабатываются возможные варианты схем заходов на посадку и взлетов, уходов на второй круг. В процессе тренажа отрабатываются действия по управлению вертолетом совместно со штатным комплексом. В комплекс введена необходимая справочная информация по работе со штатным ПНК (например, частоты для работы навигации и связи). В целях обеспечения взаимного контроля в ПНО можно использовать в индикации магнитные курсы (как на штатных электромеханических приборах).

Ми-8МТВ-1 на учениях МЧС России

За рубежом (в частности, в США) в практику активно внедряется оборудование, позволяющее получать синтезированное изображение закабинного пространства — вид «из вертолета на землю» (рис. 2). Такая индикация существенно повышает безопасность полетов по сравнению с цифро-шкальной (особенно при полетах над пересеченным рельефом в сложных метеоусловиях). Однако она имеет и ряд недостатков, связанных с невысокой точностью пилотирования при заходе на посадку, возможной потерей ориентировки при выводе вертолета из сложного пространственного положения при больших углах крена и тангажа, несвоевременным и неожиданным для экипажа предупреждением об угрозе безопасности полета, в частности, о возможности столкновения воздушного судна с землей, и др.

В привносимом навигационном оборудовании реализована образная индикация, которая выполняет роль электронного инструктора и при подготовке на процедурном тренажере, и в полете. Образная индикация — это индикация в виде трехмерных графических образов полета, понятных летному составу из теоретической подготовки. Она позволяет реализовать рациональные траектории полета и практически исключить ошибки пилота в технике пилотирования.

Безопасность полетов прежде всего обеспечивается за счет сохранения хорошей пространственной ориентировки пилота и отсутствия «иллюзий» даже при неожиданном попадании вертолета в сложные метеоусловия. Индикация (совместно со звуковой сигнализацией и речевым информатором) своевременно предупреждает пилота об угрозе безопасности полетов: возможности превышения эксплуатационных ограничений по нормальной перегрузке, крену и скорости полета; столкновениях с земной поверхностью, препятствиями на ней, другими ЛА; попадании в запретные и опасные области полета. При возникновении конфликтной ситуации столкновения с другим вертолетом ПНО «подскажет» маневр отворота. Образная индикация позволяет легко парировать сильные ветровые возмущения и предотвращать разбалансировку ЛА. Индикация обеспечивает высокую точность пилотирования по заданной траектории с заданной скоростью за счет использования преследующего способа слежения с прогнозированием, сохраняя большие резервы внимания, которые расходуются пилотом на решение задачи «осмотрительности». Все это позволяет значительно снизить утомляемость пилота в длительных полетах.

В полете можно автоматически задавать максимально безопасную высоту полета над рельефом (с возможностью ее ручной коррекции), выполнять полет в режиме огибания и обхода рельефа. Предусмотрен оперативный выбор площадки с воздуха (или по координатам, полученным по радиолинии или по радио) с последующим выполнением захода на посадку. В случае необходимости можно выполнять посадку в любом удобном месте, непосредственно в момент захода изменять курс на посадку (в разрешенном секторе захода) в зависимости от идентифицируемых силы и направления ветра. Это позволяет с высокой точностью рассчитывать десантирование грузов и людей с помощью парашютов. Удобным является и то, что пилоту «подсказывается» рациональный темп гашения путевой скорости с учетом выбранной геометрии схемы захода на посадку. Не требуется вводить давление площадки (которое может быть неизвестно), так как пилотирование осуществляется в абсолютных высотах, а абсолютная высота рельефа известна, в том числе и в месте предполагаемой посадки.

В ПНО предусмотрены оперативное изменение маршрута или создание нового (например, в случае неожиданного изменения метеоусловий или появления опасных метеорологических образований) с учетом минимально безопасной высоты полета над рельефом, а также коррекция часового расхода топлива, указанного в инструкции по фактическому расходу, что значительно повышает точность решения топливной задачи.

В процессе разбора полетов по записям параметров движения ЛА восстанавливается образная индикация, с помощью которой локализуется момент возникновения ошибки, ее «глубина», а также определяются причины ее возникновения. Предлагаемый подход к разбору полетов направлен на желание пилотов самосовершенствоваться, а не на желание начальников их наказывать. Большое значение имеют коллективные разборы наиболее поучительных полетных ситуаций, проводимые на экранах общего пользования.

Посадка Ка-32А в горах

Особое значение для эффективного тушения пожара (при наличии небольшого запаса воды на борту) имеет точность выхода ЛА в точку с задаваемыми координатами на оптимальной высоте сброса воды (рассчитанными с учетом силы и направления ветра). Причем высокая точность выхода обеспечивается не только по координатам и высоте, но и по направлению и скорости полета в момент сброса воды. ПНО обеспечивает возможность выхода в точку сброса воды на безопасной высоте полета по криволинейным траекториям с огибанием и обходом рельефа местности и препятствий. Такая высокая точность достигается за счет как комплексирования датчиков, так и реализации в индикации принципов преследующего слежения с прогнозированием. Информация о местоположении очага возгорания может быть получена из штаба по радиолинии или радио (либо определена установленным на борту собственным теплопеленгатором). Имея эти координаты, штурман-оператор с учетом сложившейся обстановки оперативно строит наилучшую безопасную схему захода на точку сброса воды, схему захода для забора воды из небольших водоемов. Таким образом, при полете вертолета над огнем в дыму трехмерная индикация с синтезированным изображением рельефа с высокой точностью обеспечивает безопасное навигационное пожаротушение по известным координатам очагов возгорания со своевременным предупреждением летчика об опасном снижении.

Для решения задач, возникающих при дорожно-транспортных происшествиях, с использованием ПНО можно заранее сформировать базу данных из тысячи возможных мест посадки вертолета (чем их больше, тем лучше), расположенных вдоль основных автомобильных дорог. ПНО позволяет выполнить посадку в заранее известное место, а также в режиме подбора площадки с воздуха в любую точку, например, на участок шоссейной дороги или перекресток (при условии, что движение транспорта по ним приостановлено).

Особо хотелось бы отметить уникальные возможности ПНО по выполнению необходимого захода на посадку в городе, например, на территории больниц. ПНО технологически обеспечивает требуемый уровень безопасности полетов в городской черте за счет высокой точности и достоверности информации о застройке, точности и надежности определения положения и движения вертолета, а также прокладки потенциально безопасных маршрутов полетов и схем заходов на посадку (включая аварийные места посадки). Установка на вертолеты привносимого ПНО и выполнение с его помощью полетов тормозится проблемами не технического, а нормативного характера. Только в России имеется около тысячи вертолетов (имеющих старые ПНК), на которые можно было бы установить ПНО и тем самым решить вопрос обеспечения безопасности полетов.

Повышение безопасности полетов вертолетов при выполнении специальных задач за счет установки на них модуля пилотажно-навигационного оборудования экономически обоснованно и целесообразно с позиции эффективной ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций.

Андрей ТИТОВ, д-р техн. наук