ЛАЗЕРНАЯ ПОСАДКА И ИННОВАЦИИ В ОБЕСПЕЧЕНИИ АВИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

LASER LANDING AND INNOVATIONS IN AVIATION SECURITY

Alexander Antropov

cadet, Branch of the Air Force Academy named after. Professor N.E. Zhukovsky and Yu.A. Gagarin,

Russia, Chelyabinsk

Dmitry Slashchev

cadet, Branch of the Air Force Academy named after. Professor N.E. Zhukovsky and Yu.A. Gagarin,

Russia, Chelyabinsk

Vladimir Vanin

scientific adviser, Assistant professor, Branch of the Air Force Academy named after. Professor N.E. Zhukovsky and Yu.A. Gagarin,

Russia, Chelyabinsk

АННОТАЦИЯ

Авиационная безопасность и надежность посадки воздушного судна на аэродромы в различных климатических и технических условиях – одни из важнейших аспектов современной авиации. Эта статья представляет собой обзор инновационных систем лазерной посадки, обсуждая их роль в обеспечении безопасности и эффективности полетов. Современные технологии, включая полупроводниковые лазеры, автоматизированные системы управления, и передовые методы связи, обсуждаются в контексте их применения для улучшения навигации и обеспечения безопасности полетов в различных условиях, включая ограниченную видимость и сложные метеоусловия.

Кроме того, статья исследует возможности интеграции этих технологий с существующей авиационной инфраструктурой, а также рассматривает перспективы использования лазерных систем для передачи данных и защиты от антагонистических действий в районе аэродрома. Обсуждаются преимущества и ограничения этих технологий, а также потенциальные изменения в законодательных актах для их внедрения.

Статья представляет собой важное рассмотрение инноваций в авиационной безопасности и навигации, их роль в современной авиации и будущие перспективы развития.

ABSTRACT

Aviation safety and reliability of aircraft landing at airfields in various climatic and technical conditions are one of the most important aspects of modern aviation. This article is an overview of innovative laser landing systems, discussing their role in ensuring flight safety and efficiency. Modern technologies, including semiconductor lasers, automated control systems, and advanced communication methods, are discussed in the context of their application to improve navigation and flight safety in various conditions, including limited visibility and difficult weather conditions.

In addition, the article explores the possibilities of integrating these technologies with the existing aviation infrastructure, and also considers the prospects of using laser systems for data transmission and protection against antagonistic actions in the airfield area. The advantages and limitations of these technologies are discussed, as well as potential changes in legislation for their implementation.

Ключевые слова: инновационные технологии, безопасность полетов, передача данных, системы управления.

Keywords: innovative technologies, flight safety, data transmission, control systems.

В современной авиации, обеспечение безопасности полетов занимает главенствующее положение, и инвестиции в совершенствование средств и систем для увеличения этой безопасности считаются неотъемлемой частью. Этот процесс требует значительных ресурсов и усилий, но всегда должен учитывать баланс между целью и затратами.

Один из самых критических моментов в полете - посадка, особенно в случае использования слабооборудованных или даже неподготовленных взлетно посадочных полос, а также при посадке на небольшие и труднодоступные площадки. Это может включать в себя ситуации, такие как посадка на ледяных поверхностях в Арктике, на палубах морских судов или нефтедобывающих платформах, а также в городских условиях или в джунглях и тундре. Погодные условия, такие как ветры и метеорологическая видимость, могут существенно осложнить этот процесс. Плохая видимость может серьезно нарушить ориентацию пилота и даже стать причиной неудачных попыток посадки, что в лучшем случае приводит к отложению посадки, а в худшем - к аварийным ситуациям.

С целью помочь пилотам в таких сложных условиях, было разработано несколько прототипов лазерных систем, как в России, так и за рубежом (например, лазерная система "Глиссада-М", успешно протестированная в аэропорту Курумоч). Также было создано несколько зарубежных систем, предназначенных для повышения ориентации пилота в процессе посадки при ограниченной видимости, таких как сумерки, ночное время суток и в сложных метеорологических условиях.

Система лазерной посадки имеет минимум три лазерные пушки, размещенные у порога ВПП с тремя основными функциями. Первые две, известные как глиссадные пушки, установлены по краям ВПП и генерируют лазерные лучи, которые определяют плоскость глиссады, указывая вертикальный путь посадки. Третья, называемая курсовой лазер, располагается в продолжении осевой линии взлетно посадочной полосы и формирует курсовой луч, который указывает курс посадки. Для создания этих лучей используют полупроводниковые лазерные излучатели.

Расстояние и угол, под которым генерируются лазерные лучи, определяются с учетом нескольких факторов, включая заданное значение вертикальной ошибки посадки в точке дальнего порога взлетно посадочной полосы, а также угол наклона глиссады и угол свободного прохождения лазерного луча над неровностями местности. Система позволяет пилотам легко определять правильную траекторию для безопасной посадки.

Однако существует потенциальная проблема, связанная с тем, что лазерные излучатели могут ослепить пилотов или повредить оптическую аппаратуру на борту воздушного судна. Чтобы решить эту проблему, существуют три теоретически возможных способа.

Для решения проблемы ослепления пилотов и повреждения оптической аппаратуры воздушного судна предлагается два возможных технических способа.

Первый подход заключается в установке автоматической системы "сопровождения" воздушного судна, которая синхронизирует наводку всех трех лазерных "пушек" и реагирует мгновенно на изменения пространственного положения воздушного судна относительно лазерных лучей глиссады. Если система обнаруживает опасное сближение продольной оси воздушного судна с лазерным лучом, она может подать команду на коррекцию угла наводки, временно отклоняя одну из лазерных "пушек" и тем самым избегая засветки чувствительных частей воздушного судна. Также возможна перевод лазерного излучения в импульсный режим при возможном попадании луча в область кабины экипажа. Это позволяет временно отключить один из лучей, пока воздушное судно не пройдет опасную зону, снижая вероятность засветки до безопасных значений.

Второй метод предлагает использовать частоты, не входящие в видимый спектр, такие как инфракрасные. Это излучение имеет разные характеристики рассеивания и менее вредно для человеческого зрения и оптических приборов. Однако следует провести дополнительные исследования, чтобы убедиться, насколько хорошо лазеры другой частоты будут различимы. Также стоит рассмотреть возможность использования ночных видеоустройств, так как не все воздушные суда оборудованы подобными приборами, особенно в малой авиации.

Третий подход, который можно использовать вместе с первыми двумя или комбинировать их, заключается в применении специальных защитных пленок на остеклении кабины экипажа или на очках пилотов. Эти пленки могут быть поглощающими и отражающими, их наносят на поверхность, чтобы уменьшить риск ослепления и повреждения чувствительных оптических систем на борту воздушного судна.

Самая видимая часть этого метода - это управляемые лазерные лучи, которые помимо освещения глиссады могут использоваться для передачи различных условных обозначений пилоту. С помощью определенных условных движений или цветов лазерных лучей, можно предоставить пилоту информацию о положении воздушного судна и не только. Это также позволяет заменить или дополнить световые индикаторы, такие как PLASI, VASI и PAPI, и значительно увеличивает информативность этого метода передачи сообщений.

Кроме того, система лазерной «подсветки глиссады» имеет потенциал для использования как односторонний оптический канал для передачи данных с земли на борт воздушного судна, предполагая наличие специального оптического приемника на борту. Передача данных может осуществляться с высокой директивностью, используя квантовую технологию приема оптической информации (квантовый прием оптической информации, QLOC). Эта технология заключается в передаче информации в виде световых импульсов с минимальной энергией, и она обрабатывается квантовыми алгоритмами для передачи многокомпонентных медиапотоков и сенсорной информации.

Этот метод может служить альтернативой традиционному радиосвязи в УВЧ и СВЧ диапазонах, особенно в условиях активных помех, которые могут возникать в различных ситуациях, включая зоны полярного сияния или активных боевых действий.

Кроме того, систему лазерной посадки можно дополнить интеграцией ЛИДАРа (лазерного фоторадара), что потребует добавления дополнительного модуля. Этот модуль будет принимать лазерные лучи, отраженные от воздушного судна, и в реальном времени расчитывать параметры полета воздушного судна, включая его относительное положение, высоту, скорость и направление движения. Эта система может быть использована в качестве дублирующего элемента для контроля воздушного судна в зоне аэродрома, предоставляя диспетчерам дополнительные данные о движении воздушного судна [5].

Кроме того, лазерные технологии могут использоваться для защиты воздушного судна от авианавигационных вредителей (АНВ) на критических участках полета, таких как аэродромы. Это может быть достигнуто путем интеграции системы лазерной подсветки глиссады в местную систему противовоздушной обороны. В случае обнаружения подозрительных или враждебных воздушных объектов (например, беспилотных летательных аппаратов или ПЗРК), лазерные излучатели направляются на эти объекты и, при необходимости, могут использоваться для сбивания или отвода их от критических зон полета воздушного судна.

Таким образом, лазерные технологии в авиации имеют широкий спектр применений, от улучшения посадки воздушного судна до обеспечения безопасности полетов и защиты от потенциальных угроз.

С использованием современных материалов и передовых технологий создание компактных и маломощных комплексов, способных интегрировать собственные системы автоматизированного управления и вычислительные модули для слежения и сопровождения воздушных целей, становится реальной перспективой в обозримом будущем. Эти комплексы могут легко интегрироваться в существующую авиационную инфраструктуру, что делает их привлекательными для применения.

Энергопотребление полупроводниковых лазеров, систем управления, и навигационных компонентов ожидается оставаться в пределах мощности современных мобильных дизель-генераторных установок. Это позволяет предположить, что развертывание и эксплуатация таких комплексов будет финансово и технически оправданным. С учетом использования современных технологий можно ожидать снижения габаритов и веса этих комплексов, что также положительно скажется на их применимости.

Однако, чтобы внедрить эти комплексы в практическую авиацию, потребуется внесение изменений в законодательные акты, включая Воздушный кодекс, чтобы учесть их потенциальное использование.

Обзор существующих систем лазерной посадки позволяет выделить как их сильные, так и слабые стороны. Путем интеграции некоторых из этих систем в единый комплекс можно расширить их возможности и устранить недостатки предыдущих проектов, делая их более эффективными в реализации задачи лазерной посадки [5].

Список литературы:

1. Криволапов А. В. "Лазерное обеспечение посадки в условиях ограниченной видимости"
2. Государственный воздушный реестр РФ. Нормы полетов БПЛА.
3. Гуренко В. А., Саврасов А. М. "Исследование систем лазерной посадки для обеспечения авиационной безопасности."
4. Горшков С. Г. "Инновационные технологии в авиационной безопасности."
5. Струков И. А. "Лазерная система наведения и посадки для авиационных систем управления."