Ignota airspace предельно малых высот
Потребность в мониторинге приземного воздушного пространства – Ignota airspace (неизвестной воздушной среды) – на предельно малых высотах сохраняется и будет только возрастать.
Статья журнала ВКС, №3/4 (88/89) декабрь 2016
Решаться данная проблема может доступными, рентабельными и безопасными в санитарном отношении средствами. Строятся такие средства на принципах полуактивной радиолокации (ПАЛ) с использованием сопутствующего подсвета передатчиков сетей связи и вещания. Сегодня над проблемой трудятся практически все известные разработчики средств радиолокации.
Задача создания и поддержания сплошного круглосуточного дежурного поля контроля воздушного пространства на предельно малых высотах (ПМВ) сложна и затратна. Причины этого кроются в необходимости уплотнения порядков радиолокационных станций (РЛС), создании разветвлённой сети связи, насыщенности приземного пространства источниками радиоизлучений и пассивных переотражений, сложности орнитологической и метеорологической обстановки, густой населённости, высокой интенсивности использования и противоречивости нормативно-правовых актов, касающихся данной области.
Кроме того, границы ответственности различных министерств и ведомств при осуществлении контроля приземного пространства разобщены. Всё это значительно затрудняет возможности организации радиолокационного мониторинга воздушного пространства на ПМВ.
Зачем нужно сплошное поле мониторинга приземного воздушного пространства
Для каких целей необходимо создание сплошного поля мониторинга приземного воздушного пространства на ПМВ в мирное время? Кто будет основным потребителем получаемой информации?
Опыт работы в данном направлении с различными ведомствами свидетельствует о том, что никто не против создания такого поля, но каждому заинтересованному ведомству необходим (в силу различных причин) свой, ограниченный по целям, задачам и пространственным характеристикам функциональный узел.
Министерству обороны необходимо контролировать воздушное пространство на ПМВ вокруг обороняемых объектов или на определённых направлениях. Пограничной службе – над государственной границей, и не выше 10 метров от земли. Единой системе организации воздушного движения – над аэродромами. МВД – только готовящиеся к взлёту или посадке воздушные суда вне разрешённых районов совершения полётов. ФСБ – пространство вокруг режимных объектов.
МЧС – районы техногенных или природных катастроф. ФСО – районы пребывания охраняемых лиц.
Такое положение свидетельствует об отсутствии единого подхода к решению проблем и угроз, которые ожидают нас в приземной маловысотной среде.
В 2010 году проблема контроля использования воздушного пространства на ПМВ была переведена из поля ответственности государства в поле ответственности самих эксплуатантов воздушных судов (ВС).
В соответствии с действующими Федеральными правилами использования воздушного пространства, для полётов в воздушном пространстве класса G (малая авиация) был установлен уведомительный порядок использования воздушного пространства. С этого времени полёты в этом классе воздушного пространства могут выполняться без получения диспетчерского разрешения.
Если рассматривать данную проблему сквозь призму темы появления в воздухе беспилотных летательных аппаратов, а в недалекой перспективе и пассажирских «летающих мотоциклов», то возникает целый комплекс задач, связанных с обеспечением безопасности использования воздушного пространства на предельно малых высотах над населёнными пунктами, промышленно-опасными районами.
.jpg)
Такие вот пилотируемые квадрокоптеры в обозримом будущем станут доступнее мотоцикла
.jpg)
Кто будет контролировать движение в маловысотном воздушном пространстве?
Разработками таких доступных маловысотных средств передвижения занимаются компании во многих странах мира. Например, российская компания «Авиатон» планирует к 2020 году создать собственный пассажирский квадрокоптер для полётов (внимание!) вне аэродромов. То есть там, где не запрещено.
Реакция на данную проблему уже проявилась в виде принятия Государственной думой закона «О внесении изменений в Воздушный кодекс Российской Федерации в части использования беспилотных воздушных судов». В соответствии с этим законом регистрации подлежат все беспилотные летательные аппараты (БЛА) весом более 250 г.
Для того чтобы зарегистрировать БЛА, необходимо подать заявление в Росавиацию в произвольной форме с указанием данных дрона и его собственника. Однако, судя по тому, как обстоят дела с регистрацией пилотируемой лёгкой и сверхлёгкой авиации, представляется, что с беспилотной авиацией проблемы будут такие же. Теперь за регистрацию лёгких (сверхлёгких) пилотируемых и беспилотных воздушных судов отвечают две разные организации, а контроль за правилами их пользования в воздушном пространстве класса G над всей территорией страны не в состоянии организовать никто. Такая ситуация способствует неконтролируемому росту случаев нарушений правил использования маловысотного воздушного пространства и, как следствие, возрастанию угрозы техногенных катастроф и террористических атак.
С другой стороны, созданию и поддержанию широкого поля мониторинга на ПМВ в мирное время традиционными средствами маловысотной радиолокации препятствуют ограничения санитарных требований к электромагнитной нагрузке на население и совместимости РЭС. Существующее законодательство жёстко регламентирует режимы излучений РЭС, особенно в населённых районах. С этим неукоснительно считаются при проектировании новых РЭС.
Итак, что же в сухом остатке? Потребность в мониторинге приземного воздушного пространства на ПМВ объективно сохраняется и будет только возрастать.
Однако возможность её воплощения ограничивается высокой затратностью создания и поддержания поля на ПМВ, противоречивостью правовой базы, отсутствием единого заинтересованного в широкомасштабном круглосуточном поле ответственного органа, а также ограничениями, налагаемыми надзорными организациями.
Необходимо срочно приступить к разработке превентивных мер организационного, правового и технического характера, направленных на создание системы сплошного мониторинга воздушного пространства ПМВ.
Максимальная высота границы воздушного пространства класса G варьируется до 300 метров в Ростовской области и до 4,5 тысячи метров в районах Восточной Сибири. В последние годы в гражданской авиации России наблюдается интенсивный рост числа зарегистрированных средств и эксплуатантов авиации общего назначения (АОН). По состоянию на 2015 год в Государственном реестре гражданских воздушных судов Российской Федерации зарегистрировано свыше 7 тыс. воздушных судов. Следует учесть, что в целом по России зарегистрировано не более 20-30% от общего количества воздушных судов (ВС) юридических лиц, общественных объединений и частных владельцев воздушных судов, использующих летательные аппараты. Остальные 70-80% летают без свидетельства эксплуатанта либо вообще без регистрации воздушных судов.По оценкам НП «ГЛОНАСС», в России ежегодно продажи малых беспилотных авиационных систем (БАС) увеличиваются на 5-10%, а к 2025 году их в РФ будет приобретено 2,5 млн. Ожидается, что рынок России в части потребительских и коммерческих малых БАС гражданского назначения может составить около 3-5% от общемирового.
.jpg)
Мониторинг: экономичный, доступный, экологически чистый
Если подходить непредвзято к средствам создания сплошного мониторинга ПМВ в мирное время, то решаться данная проблема может доступными, рентабельными и безопасными в санитарном отношении средствами. Строятся такие средства на принципах полуактивной радиолокации (ПАЛ) с использованием сопутствующего подсвета передатчиков сетей связи и вещания.
Сегодня над проблемой трудятся практически все известные разработчики средств радиолокации. Исследовательская группа SNS Research опубликовала доклад «Рынок пассивных радаров для военной и гражданской авиации: 2013–2023» (Military & Civil Aviation Passive Radar Market: 20132023) и ожидает, что к 2023 году объёмы инвестиций в обоих секторах в развитие технологий таких радаров достигнут более 10 млрд долларов США, причём ежегодный рост в период 2013–2023 гг. составит почти 36%.
Простейшим вариантом полуактивной многопозиционной РЛС является двухпозиционная (бистатическая) РЛС, в которой передатчик подсвета и радиолокационный приёмник разнесены на расстояние, превышающее ошибку измерения дальности. Бистатическая РЛС состоит из передатчика сопутствующего подсвета и радиолокационного приёмника, разнесённых на расстояние базы.
В качестве сопутствующего подсвета могут быть использованы излучения передатчиков связных и широковещательных станций как наземного, так и космического базирования. Передатчик подсвета формирует всенаправленное низковысотное электромагнитное поле, находясь в котором цели
с определённой эффективной поверхностью рассеяния (ЭПР) отражают электромагнитную энергию, в том числе и в направлении радиолокационного приёмника. На антенную систему приёмника поступают прямой сигнал источника подсвета и задержанный относительно него эхо-сигнал от цели.
При наличии антенны направленного приёма измеряются угловые координаты цели и суммарная дальность относительно радиолокационного приёмника.
Основой существования ПАЛ являются обширные зоны покрытия сигналами вещания и связи. Так, зоны различных операторов сотовой связи практически полностью перекрываются, взаимно дополняя друг друга. Помимо зон подсвета сотовой связи территорию страны накрывают перекрывающиеся поля излучений передатчиков эфирного вещания ТВ, УКВ ЧМ и FM станций вещания спутникового ТВ и так далее.
Для создания многопозиционной сети радиолокационного мониторинга на ПМВ необходима развёрнутая сеть связи. Такими возможностями располагают выделенные защищённые APN – каналы передачи пакетной информации на основе технологии М2М «телематика». Типовые характеристики пропускной способности таких каналов при пиковой нагрузке не хуже 20 Кб/сек, но по опыту применения практически всегда намного выше.
АО «НПП «КАНТ» ведёт работы по исследованию возможности обнаружения целей в поле подсвета сетей сотовой связи. В ходе исследований было установлено, что наиболее широко покрытие территории РФ осуществляется сигналом связи стандарта GSM 900. Этот стандарт связи предоставляет не только достаточную энергетику поля подсвета, но и технологию пакетной передачи данных GPRS беспроводной связи со скоростью до 170 Кб/сек между элементами многопозиционной РЛС, разнесёнными на региональные расстояния.
Проведённые в рамках НИОКР работы показали, что типовое загородное территориально-частотное планирование сети сотовой связи обеспечивает возможность построения маловысотной многопозиционной активно-пассивной системы обнаружения и сопровождения наземных и воздушных (до 500 метров) целей с эффективной отражающей поверхностью менее 1 кв. м.
Большая высота подвеса базовых станций на антенных башнях (от 70 до 100 метров) и сетевая конфигурация систем сотовой связи позволяют решать задачу обнаружения маловысотных целей, выполненных по малозаметной технологии СТЕЛС, методами разнесённой локации.
В рамках НИОКР для обнаружения воздушных, наземных и надводных целей в поле сетей сотовой связи разработан и испытан обнаружитель пассивного приёмного модуля (ППМ) полуактивной радиолокационной станции.
В результате полевых испытаний макета ППМ в границах сети сотовой связи стандарта GSM 900 с расстоянием между базовыми станциями 4-5 км и мощностью излучения 30-40 Вт достигнута возможность обнаружения на расчётной дальности пролётов самолёта типа Як-52, БЛА – квадракоптера типа DJI Phantom 2, движущегося автомобильного и речного транспорта, а также людей.
В ходе проведения испытаний оценивались пространственно-энергетические характеристики обнаружения и возможности GSM-сигнала по разрешению целей. Продемонстрирована возможность передачи пакетной информации обнаружения и удалённого картографирования информации из района испытаний на вынесенный индикатор наблюдения.
Таким образом, для создания сплошного круглосуточного многочастотного перекрывающегося поля локации в приземном пространстве на ПМВ необходимо и возможно построение многопозиционной активно-пассивной системы локации с объединением потоков информации, получаемых с помощью источников подсвета различного диапазона волн: от метрового (аналоговое ТВ, УКВ ЧМ и FM вещание) до короткого дециметрового (LTE, Wi-Fi). Для этого необходимы усилия всех работающих в данном направлении организаций. Необходимая инфраструктура и обнадёживающие экспериментальные данные для этого имеются. Можно смело утверждать, что наработанная информационная база, технологии и сам принцип скрытой ПАЛ найдут своё достойное место и в военное время.
.jpg)
На рисунке: «Схема бистатической РЛС». Для примера приведена действующая зона покрытия границ Южного федерального округа сигналом оператора сотовой связи «Билайн»
Чтобы оценить масштабы размещения передатчиков подсвета, возьмём для примера среднестатистическую Тверскую область. В ней на площади 84 тысячи кв. км с населением 1 млн 471 тысяча человек действуют 43 радиовещательных передатчика трансляции звуковых программ УКВ ЧМ и FM станций мощностью излучения от 0.1 до 4 кВт; 92 аналоговых передатчика телевизионных станций мощностью излучения от 0.1 до 20 кВт; 40 цифровых передатчиков телевизионных станций мощностью от 0.25 до 5 кВт; 1500 передающих радиотехнических объектов связи различной принадлежности (в основном базовые станции сотовой связи) мощностью излучения от единиц мВт в городской зоне до нескольких сотен Вт в загородной зоне. Высота подвеса передатчиков подсвета варьируется от 50 до 270 метров.
Схема бистатической РЛС
.jpg)
3270 
