Pierwsze prace nad  systemem antykolizyjnym w powietrzu były zapoczątkowane w roku 1956 przed Dr John Morrel po kolizji DC-7 a Lockheed Super Constellation nad Dużym Kanionem w USA. Kolizja w 1978 roku samolotu Boeing 727 i Cessna 172 nad San Diego doprowadziła organizację FFA do badań nad pierwszym systemem ACAS.

Osiem lat później nastąpiła kolejna kolizja powietrzna nad Cerritos w Kalifornii pomiędzy DC-9 a Piper Archer. Po tym wypadku w USA zaczęto stopniowo wprowadzać system ACAS, natomiast po wypadku w 1996 roku pomiędzy Boeingiem 747 a Ilyushin 76 w New Delhi zaczęto wprowadzać ten system w innych częściach świata.

ACAS (ang. Airborne Collision Avoidance System) - system unikania kolizji w powietrzu na krótkich dystansach, który działa niezależnie od sprzętu naziemnego i kontroli ruchu lotniczego ostrzegając pilotów o możliwych zagrożeniach.  Jeżeli ryzyko kolizji jest bliskie, system sygnalizuje manewr, który zmniejszy ryzyko kolizji. System ASAS (ang. Airborne separation assurance system) w porównaniu do ACAS, zajmuje się prewencją na dłuższe dystanse jak 9.25km separacji poziomej i 305m separacji pionowej. Obecnie jest implementacją systemu TCAS II.

TCAS (ang. Traffic alert and Collision Avoidance System) - system zapobiegający zderzeniom statków powietrznych, który został tworzony w latach pięćdziesiątych i wykorzystywał wtedy radary wtórne statków powietrznych (SSR). Wysyłając i odbierając sygnał od statków powietrznych jest wstanie ustalić położenie i kierunek źródła sygnału z anten samolotów. Jeżeli transpondery innych statków powietrznych nie będą działały sprawnie wtedy TCAS nie będzie wstanie wykryć zagrożenia, jednakże w obszarze kontrolowanym takie samoloty nie powinny swobodnie latać i pod okiem kontrolerów ruchu lotniczego. System instalowany jest na statkach powietrznych powyżej 5700kg maksymalnej masy startowej lub powyżej 19 osób na pokładzie.

TCAS I - najprostszy system ostrzegania, który obecnie jest używany w starszych samolotach oraz wymagany w samolotach z 10 - 30 miejscami siedzącymi . W tym standardzie używa się zapytań na zasadzie zapytań wtórnych modu C (lotnictwo.rgal.pl/telekomunikacja/podstawy/48-radar-i-fala-elektromagnetyczna) i na podstawie odpowiedzi komputer pokładowy jest wstanie określić czy pobliski samolot się zbliża i z której strony. Komunikat ten zwie się TA (ang. Traffic Advisory), po wykryciu tego zdarzenia w kokpicie zostaje nadany głosowy dźwięk ostrzegawczy "Traffic, Traffic" oraz zainicjowana sygnalizacja świetlna. Pilot po otrzymaniu musi zmienić położenie i kurs oraz powiadomić kontrole ruchu lotniczego w celu uniknięcia kolizji powietrznej.

ACAS & TCAS II - system bazuje na sygnale z modem A/C i S, dlatego jest w stanie określić dokładniej ruch  w płaszczyźnie pionowej. Komunikat towarzyszący z tym zagrożeniem to RA (ang. Resolution Advisory). Standardy międzynardowe wymagają by TCAS II był instalowany w statkach powietrznych z ilością siedzeń powyżej 30 oraz wagą samolotu powyżej 15 000kg.

Obszar ochrony ACAS/TCAS. Źródło : www.skybrary.aero

Obszar ochrony ACAS/TCAS. Źródło : www.skybrary.aero

Przykładowe czasy ostrzegania ze względu na poziomy lotów i odległości pomiędzy samolotem a punktem zderzenia (ang. TAU) :

Źródło www.inral.com

Na pokładzie statku powietrznego na wyświetlaczu IVSI (ang. Instantaneous Vertical Speed Indicator ) mogą zostać zobrazowane możliwe RA oraz inne statki powietrzne.

Wyświetlacz IVSI . Źródło www.heading.pansa.pl

Zasięg radaru TCAS można ustawić manualnie ze względu na odległość pionową i poziomą w górę i w dół. Na wyświetlaczu inne samoloty wyświetlają się w postaci kwadratów, kółek i rombów w różnych kolorach. Przy każdym samolocie mogą znajdować się strzałki wskazujące lot poziomy, czyli samolot albo się wznosi lub obniża lot, jeżeli takowej strzałki nie ma samolot leci na stałym poziomie lotu. Liczby jakie pojawiają się koło samolotu to dystans względem naszego samolotu oznaczający czy samolot jest powyżej "+" lub poniżej nas "-".  Dystans mierzy się w setkach stóp, czyli "+18" oznacza 1800 stóp powyżej naszego samolotu, "-02" oznacza 200 stóp poniżej naszego samolotu.

Symbole samolotów :

- niebieski lub biały obrys rombu - kurs niekolizyjny

- niebieski lub biały romb (wypełniony) - kurs bliski niekolizyjny

- żółte kółko (wypełnione) - TA (ang. Traffic advisory - alert ostrzegając pilota o obecności innego samoloty który może stać się zagrożeniem) . Generowany ok. 40 sekund przed zderzeniem wraz z sygnalizacją dźwiękową "Traffic Traffic".

- czerwony kwadrat (wypełniony) - RA (ang. Resolution Advisory - alert informuje pilota o tym jak modyfikować lub regulować ich prędkość pionową aby uniknąć kolizji w powietrzu). Generowany ok. 25 sekund przed zdarzeniem wraz z sygnalizacją dźwiękową wznoszenia lub obniżania lotu. Kolorowa obwódka sygnalizuję w kolorze zielonym wymaganą dla unikniecia kolizji wartość prędkości wznoszenia lub zniżania, natomiast w kolorze czerwonym zakazaną wartość.

Jeżeli zagrożenie zostało zażegnane to system poda stosowny komunikat "Clear of conflict".

Poniżej wyświetlacz EADI (ang. Electronic Attitude Display Indicator) z symulatora wskazujący możliwą kolizję ze statkiem ponad samolotem przy wznoszeniu. Kolorem czerwonym oznaczona strefa w którą nie można wlatywać, zalecany lot w zielonej strefie wznoszenia.

Wyświetlacz EADI z alertem TCAS. Źródło www.eurocontrol.int

 
Komunikaty głosowe

Zapraszam do obszerniejszej lektury na temat symulacji zderzeń i sygnałów wizualnych oraz dźwiękowych temu towarzyszącymi http://lotnictwo.rgal.pl/pliki/cas81_pilotguide.pdf

Oraz połączenia alarmów wizualnych na wyświetlaczach IVSI i EFIS do sygnałów dzwiękowych i przypisanego komunikatu.

http://www.lotnictwo.rgal.pl/images/systemy/TCAS%20alerts%20.JPG

Zasięg systemu ACAS/TCAS zależy od konfiguracji samolotu i jego możliwości. Podstawą pracy takiego systemu jest komputer TCAS, dwie anteny TCAS (operują na częstotliwościach 1030 do 1090 MHz), dwa transpondery ATC w modzie S (jeden aktywny drugi w opcji oczekiwania), panel kontroli ATC/TCAS, połączenie z systemem dźwiękowym oraz klapami i podwoziem.

Źródło : www.eurocontrol.int

 
Panel ATC/TCAS na którym możemy ustawić jakie zagrożenia mają być wyświetlane.

Wybieranie modu:

TA/RA - normalna pozycja. RA, TA i bliscy intruzi są wyświetlani jeżeli ALT RPTG jest przełączone na ON a transponder nie jest na STBY (ang. stand by).

TA - TCAS nie generuje pionowych rozkazów. Ten mod powinien być używany w przypadku obniżenia wydajności samolotu : awaria silnika, wypuszczone podwozie lub na równoległych drogach startowych. Wszystkie RA są konwertowane do TA. TA i bliskie zagrożenia są wyświetlane jeżeli ALT RPTG jest włączony na ON a transponder nie jest na STBY.

STBY - TCAS jest w stanie gotowości.

Wybieranie ruchu :

THRT - bliscy i inni intruzi są wyświetlani, jeżeli TA lub RA jest obecny i są pomiędzy 2700 poniżej i powyżej samolotu;

ALL -bliscy i inni intruzi są wyświetlani, nawet jeśli TA lub RA jest obecny. Zakres zasięg to 2700 poniżej i powyżej samolotu;

ABV -to samo co ALL z wyjątkiem że inni intruzi są wyświetlani jeśli są powyżej 9900 stóp i poniżej 2700 stóp do położenia samolotu;

BLW - to samo co ALL z wyjątkiem że inni intruzi są wyświetlani jeżeli  są poniżej 9900 stóp i powyżej 2700 stóp do położenia samolotu.

Panel ATC/TCAS. Źródlo www.inral.com

ACAS & TCAS 7.1 - wersja ta wprowadziła kilka rozwiązań w skrajnych przypadkach i sytuacji które miały miejsce lub do których mogło by dojść. Jednym z problemów jakich rozwiązano w standardzie 7.1, jest informacja o natychmiastowym manewrze wznoszenia w przypadku gdy oba samoloty w chwili alarmu TCAS  zniżyły pułap doprowadzający do kolizji. Sytuacja może dojść w przypadku gdy jeden pilot samolotu w czasie sytuacji kolizyjnej posłuchał systemu TCAS a drugi w drugim samolocie posłuchał zaleceń kontrolera ruchu lotniczego - sytuacje przedstawiono na poniższym rysunku.

Źródło : Skybrary.aero

 
Zapraszam do obszerniejszej lektury na temat systemu 7.1 oraz rozwiązanych w nim przypadków i symulacji kolizji - http://lotnictwo.rgal.pl/pliki/TCAS%20II%207.1.pdf

ACAS/TCAS III - system w fazie opracować który będzie separował samoloty także w poziomie.

http://www.tc.faa.gov/its/worldpac/techrpt/tctn099.pdf TCAS III Dokładność w manewrach skrętu

Ze względu że powyższe systemy są zaprojektowane do zapobiegania kolizji w powietrzu, na ziemi system TCAS powinien być wyłączony w przypadku postoju na płycie lub opuszczania pasa startowego. Poniższy rysunek przedstawia kiedy powinien być włączony transponder a kiedy system TCAS.

Źródło www.eurocontrol.int

Tekst: Robert Gałus  (http://lotnictwo.rgal.pl)

Fot. za: http://lotnictwo.rgal.pl/