Как следят за авиалайнером в полете?
Согласно информации веб-сайта FlightRadar24.com, сигналы авиалайнера Airbus A320 авиакомпании EgyptAir, пропавшего над Средиземным морем в четверг, прервались, когда он был на высоте более 11 тысяч метров и летел со скоростью 988 километров в час.
Самолет, выполнявший рейс из Парижа в Каир, пропал сразу после того, как вошел в воздушное пространство Египта.
По словам властей Греции, Airbus A320 совершил два крутых маневра, после чего начал резко терять высоту и рухнул в море.
Транспондеры самолета прекратили передачу данных до совершения этих маневров.
Что же такое транспондеры и как следят за авиалайнерами в полете, попытался разобраться корреспондент Русской службы Би-би-си Павел Аксенов.
Что такое транспондер?
Транспондер — это сокращение от словосочетания "transmitter-responder", или "приемопередатчик". По-русски он правильно называется "самолетный радиолокационный ответчик".
Так называют устройство в самолете, которое автоматически передает информацию в ответ на запрос с земли.
Существует несколько типов ответчиков. Например, бортовой ответчик государственного опознавания, или система "свой-чужой". Однако нас интересует тот, который использует система управления воздушным движением.
Для слежения за лайнером с земли традиционно используется Secondary surveillance radar (вторичный радиолокатор обнаружения), или SSR — то есть тот, который в ответ на сигнал радара с земли передает в ответ некую информацию.
Обычный наземный радар, который следит за самолетом по отраженному от него радиосигналу, способен отслеживать расстояние до лайнера и его скорость, но на большом расстоянии ему сложно точно определить высоту.
Вторичные радары последнего поколения — SSR Mode S — способны в ответ на сигнал передавать на землю много параметров, включая самый главный — высоту, а также информацию о самолете и рейсе.
What Is A Transponder?
A transponder (also called transmitter-responder), used as SSR (Secondary Surveillance Radar), is an electronic device that is mandatory on every engine airplane since 2006.
How To Aviation
The transponder makes it possible for Air Traffic Controllers to see you and your aircraft on their screen with information regarding Altitude, Squawk Code, Call Sign, registration, and more if equipped with a Mode Charlie Transponder, more about that later 😉
How does a Transponder work?
A Transponder is a device onboard an aircraft that receives and transmits signals to an SSR(Secondary Surveillance Radar) Antenna. It is used to measure the aircraft's position and bearing on the screen, but can also show additional information. The Position and bearing can be calculated with time and frequency. The Transponder receives a signal and then transmits an encrypted code to the SSR antenna. With help of this system, Air traffic controllers can identify air traffic. A transponder receives on 1030MHz and transmits on 1090MHz.
Different Transponder Modes (interrogation modes)
Mode A: transmits only a Squawk, a Squawk is a transponder code, an Air Traffic Controler may give to a pilot to set into his transponder. A squawk is a 4 number code with numbers between 0 and 7. There are 4096 combinations possible.
Mode C: transmits a Squawk, but also the Aircraft's Pressure Altitude.
A Pressure Altitude is an aiecraft's Altitude set to a standard pressure setting: 1013,25hPa or 29.92 inHg.
Mode S: Most aircrafts have built-in mode Sierra (S) transponders. Mode A and C Transponders are disappearing more and more these days. There are airspaces, where Mode Sierra Transponders are obligatory.
A mode S Transponder has the same features as Mode A and C however, it is also compatible with TCAS (Traffic Collision Avoidance System) and ADS-B (Automatic Depended Surveillance-broadcast) it also has a third feature, which sends a unique 24-bit address with the callsign. This system features 16'700'000 codes, which are available to ATC (Air Traffic Control). Mode S Transponders transmit every second. It should be noticed that mode S is also compatible with mode A & C SSR systems.
Operation of a Transponder
- OFF — Transponder is off
- SBY, STBY (= Standby) — Transponder is on but doesn’t transmit information
- ON — Transponder transmits current squawk
- ALT (= Altitude), NORM (normal mode) — Transponder transmits current squawk and the current altitude (Mode C) if it also features mode S it will operate in mode Sierra.
- Squawk VFR — 7000 in Europe & 1200 in the US
When commencing a flight under VFR rules a pilot should start using the standard VFR code (EU: 7000 US: 1200, check with your national authority…). As soon as advised to change your transponder code you should comply and set the appropriate code. For pilots flying under IFR rules you often get your squawk code in your IFR clearance before departure.
If a controller ask you for example “Please identify”, this means you should press the IDENT button on your transponder → your aircraft will then be highlighted on a controller's screen this is used to identify new traffic in an airspace and should only be made when advised by ATC!
International Emergency Codes
There are different squawk codes (7500, 7600, 7700) which should be used in cases of an emergency. Every pilot must know these codes because they tell the ATC that something is going wrong…
- 7500 — Hijacking (= man with a knife)
- 7600 — Radio failure (= hear nix / radio nix / need a radio fix)
- 7700 — Emergency (= going to heaven / falling from heaven / pray to heaven / close to heaven)
If a plane enters one of these codes into his transponder, they will get immediate attention! Only use these codes when really necessary 😉
Transponder Failure
Maybe you ask yourself now, what happens if an aircraft has a transponder failure… This is a difficult and dangerous situation for everyone, the pilots and the air traffic controllers who are responsible to safely land the airplane. The ATC can’t see you on his radar anymore and doesn’t know where you are, what’s your altitude, your speed, etc. What is clear is, that the airplane has to land immediately.
These are some reasons why an aircraft should land immediately:
- The aircraft may enter controlled airspace without obtaining a clearance
- Loss of separation between the aircrafts in this airspace
- The controllers might forget to transfer the aircraft to the next sector
This book helped me get a better understanding of the transponder. I can only recommend it:
AIR TRANSPONDER – Simple aviation transponder system. Простая система передачи и приёма параметров полёта
Идея проекта AIR TRANSPONDER возникла, как говорится, не на пустом месте. Так уж вышло, что планеризмом, стал заниматься с 2001 года. По началу подлётывал на разных аэродромах, пока в 2007-ом году, по иронии судьбы прям под боком, в той местности где я теперь проживаю, обнаружил самый известный в нашей стране планерный аэроклуб «2-ой МАК». С тех пор там же и подлётываю.
Авиационный парк нашего аэроклуба простой, всё как у всех. Остатки былой славы Советского прошлого: Вильги, Бланики, Яки, Янтари которые бережём, своими руками восстанавливаем, и при надобности ремонтируем. Благо коллектив собрался очень дружный и толковый.
Планёр Бланик L13
Учимся летать, а точнее парить на планёрах. Тут тоже как в любом другом АУЦ, программа обучения – прежде всего буксировка и полёты по кругам до «тошнотиков», несложные пилотажные зоны включая штопорные, и самое главное ради чего всё это – парение. Это когда у тебя перья прорастают, а инструктор тебя научил восходящие потоки пятой точкой чувствовать при этом самостоятельно лететь уже можешь, но увы, летать далеко не отпускают. И это понятно, так как парение — это целая наука! Не рассчитал – не долетел. Сел в поле, хорошо если не на лес. Если что напомню, планер – это всё же как самолёт, но только без мотора. L13 Бланик весит 295 кг без пилота. Лететь может не только вниз, но и вверх. Эта металлическая птица может набирать высоту благодаря восходящим потокам, совершать большие длительные переходы по небу, от облака к облаку… Разложить планёр об кочки при посадке очень не хочется. Потому то руководитель полётов(РП) внимание уделяет немалое тому, где мы парим, как парим, на какой высоте, в каком потоке, на каком удалении, в каком месте – за стартом или впереди старта… Однако, не всегда есть возможность визуального контроля за бортами. Это бывает по различным причинам. Зона-парение, площадка, у кого маршрут и планёр скрывается с глаз. Есть конечно радиосвязь. Регламент обмена, доклад, и всё такое… Хорошо, но всё же, необходимо больше. Иногда, казалось бы уже «всезнающие» планеристы, всё же увлёкшись потоком забываются, и уходят далеко за старт, да и другие причины так же бывают — азарт во чтобы то ни стало, найти тот самый термик. Как раз из-за подобных ситуаций, родилась идея того, чтобы можно было как-то следить за бортами всех пилотов, особенно курсантов, не обладающих необходимым опытом. Что бы РП мог всегда увидеть, подсказать, дать команду на выполнение. В общем дополнительно обезопасить весь процесс обучения. Так и появилась идея, установить на борт что-то, что может передавать параметры на землю.
Конечно же первое что пришло в голову – это система ADSB и прочие xDSB. Всё это круто, но нереально дорого для нас, да и места нет для такой сложно аппаратуры, ко всему прочему имеющей вес. Другие коммерческие решения, так же оказывались дорогостоящими, либо не соответствующими нашей специфике, да и попросту не удобными.
Ну чтож. Пришлось, применить скромные радиолюбительские навыки.
Первое что было сделано – определено техническое задание от которого и оттолкнулся.
Техническое задание
1. Первое и самое важное – никаких сторонних операторов связи, никакого интернет, GSM, 5G и каких-либо других сетей, включая радиолюбительскую APRS. Только своя базовая станция(БС) на земле и транспондер в воздухе, за исключением GPS/ГЛОНАС приёмника – тут уж никак.
2. Определено количество транспондеров в системе. Так как авиапарк не большой, то и количество было определено по количеству бортов – 10 транспондеров в системе (хотя можно и больше).
3. Определён максимальный радиус действия системы. Основываясь на опыте полётов наших старожилов, и учитывая требования безопасности полётов, за основу было взят круг радиусом 35 км (думаю можно больше в раза два). Это расстояние, в которое попадают всё значимые населённые пункты на карте, дальше которых на парение мы не улетаем. Ну и примерно 100 километровый треугольный маршрут для зачёта. Если учесть, что речь идёт о обучении то новички редко за 8 км от старта уходят, то более чем достаточно.
4. Транспондер летательного аппарата должен в автоматическом режиме передавать:
Малая авиация России. Обучение на Пилота-любителя. Обсуждение самолётов. Регистрация.
Транспондер это устройство, установленное на борту воздушного судна, и отвечающее на запросы диспетчерского локатора. Иначе еще называется ответчик (или приемоответчик) вторичной радиолокации.
Получив запрос от локатора, транспондер отвечает заранее запрограммированным кодом и еще набором других параметров, в зависимости от типа ответчика.
Вторичная локация так называется потому, что существует еще так называемая «первичная» радиолокация. Летящий железный утюг «ответит» на первичную локацию, т.к. первичный локатор это просто обычный радар, используемый военными для обнаружения целей.
Вторичный локатор посылает сигнал существенно меньшей мощности и вторичный ответчик отвечает «добровольно», излучая ответный сигнал. Отвечает естественно если он включен.
Существуют разные системы вторичной радиолокации. Можно упомянуть систему госопознавания свой-чужой. Однако далее будет идти речь по стандартизированную ИКАО систему, применяемую в гражданской авиации.
Виды транспондеров (режимы)
Внутри сигнала, посылаемого транспондером, закодирована полезная информация. По меньшей мере, закодирован т.н. «сквок» — 4-х значная цифра, выданная вам диспетчером, или один из стандартных кодов, например 1200.
В случае, если транспондер умеет выдавать только сквок, он называется транспондером режим A.
Таким образом, диспетчер видит вас на локаторе вместе с кодом.
Существенной проблемой c режимом «A» является отсутствие информации о высоте — т.е. диспетчер видит отметку с кодом на локаторе, но не знает на какой высоте вы находитесь.
Для решения этой проблемы придуман режим C. Это тоже самое, что и режим А, но вместе с кодом выдается ваша высота. Высота выдается барометрическая, по стандартному давлению, без коррекции на нестандартные температуру и атмосферное давление.
Транспондер получает высоту с отдельного простого датчика, часто устанавливаемого в хвосте самолета.
Транспондеры режима A+C иногда еще называют RBS — иногда диспетчеры в России просят включить «режим RBS».
Транспондеры режима С обязательны в США выше 10000 футов (3 км) и в пределах 30 миль вокруг самых больших аэропортов.
Существует следующий шаг технологии — Режим S. Транспондеры более старого типа (A/C) отвечают всегда — как только по ним проходит луч локатора. Транспондер режима S можно спросить только его — остальные не ответят. Это решает проблему засорения эфира множеством ответов от транспондеров в насыщенном воздушном пространстве.
Также танспондер режима S может выдавать дополнительные параметры, такие как бортовой номер (позывной), заводской номер транспондера, скорость, высоту, и иногда даже GPS координаты. Для получения дополнительных параметров он должен быть подключен к бортовым или специально для этого установленным приборам.
Транспондер режима «S» обязателен во многих частях Европы, однако существует достаточно много воздушного пространства где можно обойтись без него.
Транспондер режима S бывает двух видов: ELS и EHS.
ELS (ELementary Serveillance) и EHS (EnHanced Surveillance). Отличаются набором передаваемых параметров. В Европе требуется как минимум ELS, а в верхнем воздушном пространстве и для тяжелых самолетов — EHS.
TCAS
В разговоре о транспондерах нельзя не упомянуть устройство TCAS (traffic collision avoidance system). Читается «Ти-Кэс». По-русски — БСПС (бортовая система предупреждения столкновений). TCAS обязателен к установке на коммерческих самолетах и, по сути, объединяет в себе вторичный локатор и транспондер. TCAS способен послать запрос и обнаружить ответы от транспондера другого ВС, сравнить несколько таких ответов, понять что воздушные судна опасно сближаются, выдать пилоту предупреждение о возможном столкновении и выдать команду в какую сторону нужно уклоняться от столкновения. Для работы TCAS на «другом» ВС должен быть установлен транспондер как минимум режима C.
Сквок (squawk)
Как уже было сказано, если диспетчер вам не выдал уникальный код, то нужно выставить стандартный код:
7000 — код полета по ПВП (VFR) в Европе.
1200 — код полета по ПВП (VFR) в Америке.
Существует несколько специальных кодов.
7700 — авария. Выставляется при катастрофической ситуации на борту
7600 — потеря связи. Выставляется если вы потеряли радиосвязь
7500 — захват самолета.
При выставлении 7500,7600,7700 — у диспетчера ваша отметка начнет мигать и зазвенит громкий сигнал.
АЗН-В (ADS-B)
Дальнейшим развитием технологии транспондеров является система АЗН-В (Автоматическое Зависимое Наблюдение — Вещание).
Это тот же транспондер, но передающий не тогда, когда его спрашивают, а периодически и самостоятельно. Отсюда слово «автоматическое».
В числе параметров передаваемых транспондером АЗН-В есть собственная координата воздушного судна, полученная от бортового GPS. Таким образом, диспетчерский радиолокатор уже не должен вращаться и сканировать все пространство вокруг и зависит от транспондера для определения местоположения ВС. Отсюда слово «Зависимое».
Диспетчерский «радиолокатор» для АЗН-В фактически превращается в маленькую антенну, установленную где-либо на аэродроме или на вышке сотовой связи. Это приносит немалую экономию средств на радиолокаторы для ОВД, что является первым и главным преимуществом АЗН-В, по сравнению с обычными вторичными радиолокаторами. Передача сигналов АЗН с борта ВС иногда называется АЗН-out.
Еще одним преимуществом АЗН-В является то, что все воздушные суда могут принимать сигналы АЗН-В. Таким образом пилот на бортовом экране может видеть фактически ту же картинку, что и диспетчер. Прием сигналов АЗН-В называется АЗН-in.
Через АЗН-in возможно передавать множество полезной пилоту информации. Траффик, погода, НОТАМ-ы, временные ограничения воздушного пространства и т.п.
Существует три разных, несовместимых друг с другам стандарта передачи сигнала от АЗН-В: 1090ES, VDL4 и UAT. На все три стандарта имеется стандарт ИКАО, однако только 1090ES предлагается единый стандарт, а два других фактически находятся в состоянии конкуренции.
Наиболее распространенными ответчиками АЗН-В являются ответчики системы 1090ES. По сути, это транспондер режима S, работающий на той же частоте 1090МГц что и транспондеры A/C/S, но передающий расширенный (extended) набор параметров.
Их уже ставят на все современные тяжелые ВС (Боинг, Аэрбас и т.п.), наличие АЗН-В 1090ES становится обязательным в Европе в верхнем воздушном пространстве с 2009 года. В Австралии обязателен для ВСЕХ воздушных судов, включая авиацию общего назначения летающую в нижнем ВП (но покупка и установка ответчиков оплачивается государством).
С частотой 1090МГц связана проблема, практически не позволяющая реализовать АЗН-in на этом стандарте. Частота 1090МГц засорена массой ответов от транспондеров режима A,C,S, а передача информации о погоде требует большую пропускную способность.
АЗН-in можно реализовать с помощью других стандартов АЗН-В, а именно VDL4 (ЛПД4 — линия передачи данных режим 4) и UAT (universal access transiver). VDL4 использует обычные авиационные частоты из диапазона 108-118 МГц. UAT использует частоту 978МГц, которая выделена для DME. У обеих технологий есть свои преимущества и недостатки. Однако с точки зрения конечного потребителя они несущественны.
Стандарт UAT выбран в США для авиации общего назначания в нижнем ВП (ниже 5400 м). В нижнем ВП владелец ВС имеет право выбирать — применять 1090ES или UAT. Либо ничего — обязательным АЗН-В в США станет только в 2020 году. В верхнем ВП используется 1090ES. Уже вовсю идет развертывание наземных передатчиков, которые передают бесплатную погоду, НОТАМ-ы, PIREP-ы, временные ограничения полетов и т.п.
АЗН-В на основе VDL4 в экпериментальном режиме используется в Швеции и России.
FAQ. (Часто задаваемые вопросы)
Q: Обязательно ли мне иметь транспондер?
A: В целом по России — нет. В инструкции по использованию воздушного пространства МВЗ (московской воздушной зоны) сказано, что «Для выполнения полетов в МВЗ все воздушные суда должны быть оборудованы ответчиком вторичной радиолокации (для полетов в зоне ответственности АДЦ МЦ АУВД)».
От себя замечу, что юридическая сила Инструкции по ИВП очень сомнительна, ни слова не сказано о типе ответчика (A или C).
Q: Ну а практически — хотят ли его диспетчеры?
A: При полетах ниже нижнего — нет. По слухам было пара случаев, когда МДП шереметьево просил включить. При полетах на эшелонах — да, просят включить.
Q: Каков бюджет данного мероприятия?
A: За границей транспондеры режима С стоят начиная от $1500. Режим S — $2000 и выше. АЗН-В 1090ES — $3000 и выше. Плюс доставка, разтаможка, установка.
Производителей и продаж транспондеров АЗН-В на основе UAT или VDL4 толком еще очень мало, поэтому счет идет на десятки тысяч долларов.
Б/У-шный транспондер режима С можно купить за границей за несколько сотен долларов.
Q: Если у меня уже есть транспондер, стоит ли его включать?
A: Да. Хорошая идея всегда держать транспондер включенным с выставленным кодом 7000 или 1200.
Q: А если я лечу по-партизански, то не «выдам» ли я себя включенным транспондером?
A: Надо понимать, что для ПВО все равно, включен ли у вас транспондер или нет. Они все равно «по первичке» вас видят как малоразмерную низкоскоростную цель. А диспетчеру вы только поможете и у них нет никакой задачи вас «ловить».
Q: А если я лечу честно, по заявке, но при этом слегка выше, чем мне это предложил диспетчер, т.к. лететь так низко просто опасно, то не «выдам» ли я свою высоту включенным транспондером?
A: Выдадите. В самом худшем случае диспетчер вам сделает замечание и вы исправитесь.
Q: Я слышал, что покрытие вторичной радиолокацией у нас в России не очень хорошее. Так зачем его включать?
A: Вторичных локаторов ставят все больше. Но главная причина — если вы случайно, по ошибке, влетите на глиссаду аэропорта Внуково, то на ваш работающий транспондер может сработать чей-то TCAS и таким образом вы спасете много человеческих душ, включая вашу собственную.
Q: Т.е., два воздушных судна, с транспондерами, но без TCAS, друг друга «не видят». Получается этот транспондер нужен только диспетчеру. Пилоту он никак не помагает?
A: Пилоту сильно «поможет», если другой борт (оборудованный TCAS или PCAS) «увидит» первого и увернется. Даже если первый пилот об этом никогда не узнает.
Q: А себе можно поставить TCAS, чтобы избегать столкновений с другими?
A: Установка TCAS-а обойдется дорого как по деньгам так и по весу. Хотя производители уже начали уставливать TCAS в легкие одномоторные самолеты. Пример — Cirrus. Можно установить усройство, похожее на TCAS, но не выдающее команду на уклонение, а просто предупреждающее о наличии траффика поблизости. СтОит существенно дешевле и просто ставится под лобовое стекло. Называется «Portable Collision Avoidance System» (PCAS). PCAS сами не передают сигнал вторичной локации, т.е. если самолет летит вне зоны действия наземного локатора (или полноценного TACS), то портативные устройства ничего не увидят, так как транспондеры в этой ситуации не отвечают. Однако сильно опасаться этого не стоит, т.к. над вами в зоне прямой видимости почти наверняка найдется какой-нибудь высоко летящий боинг.
Q: Транспондер режима S стОит дороже. Есть ли еще преимущества транспондеров режима S для меня?
A: Другое преимущество транспондера режима S может заключаться в дополнительном сервисе для пилота — информация о других бортах TIS. (traffic information service). Не работает в России. Не работает в Европе. Работает вокруг некоторых крупных аэропортов америки. Но, как уже было сказано, режим S обязателен в некоторых районах и целых странах в Европе, поэтому если есть шанс, что вы будете летать в Европе, то выбора особо нет.
Q: А регистрация ответчика где-либо требуется или нет ?
A: В Росии никаких требований на этот счет нет.
В других странах — ответчик режима S передает свой серийный номер и он может быть запрограммирован и должен регистрироваться.
Q: Что такое кнопка «Идент» на транспондерах?
A: Иногда диспетчер может попросить ее нажать. При нажатии этой кнопки ваша отметка на локаторе диспетчера подсвечивается.