Step Climb: зачем самолёты набирают высоту ступенями

Пассажирский самолёт на дальнем рейсе не летит всё время на одной высоте. Если отследить такой полёт на Flightradar24, можно заметить, что лайнер периодически поднимается на 1000-2000 футов выше — сначала с эшелона FL350 (Flight Level — высота в сотнях футов, около 10 700 м) на FL370, затем на FL390. Это не прихоть экипажа и не турбулентность, а стандартная процедура оптимизации полёта, которая называется ступенчатый набор высоты (Step Climb).

Суть проста: по мере выработки топлива самолёт становится легче, и его оптимальная высота увеличивается. Набирая высоту ступенями, экипаж поддерживает максимальную эффективность на протяжении всего маршрута. На длинных рейсах это даёт ощутимую экономию — сотни килограммов топлива, которые напрямую влияют на себестоимость перевозки.

Пример Step climb

Почему оптимальная высота меняется

Экономичность полёта зависит от соотношения подъёмной силы и сопротивления. На большей высоте воздух разрежённее — сопротивление меньше, двигатели работают эффективнее. Но есть ограничение: чем выше самолёт, тем меньше плотность воздуха и тем сложнее крылу создавать подъёмную силу. Для тяжёлого самолёта существует потолок, выше которого он просто не сможет лететь в крейсерском режиме.

Этот потолок определяется текущей массой воздушного судна. Boeing 777 с максимальной взлётной массой 350 тонн после взлёта может занять, например, только FL310-FL330. Но через 5-6 часов полёта, выработав 40-50 тонн топлива, тот же самолёт уже способен эффективно лететь на FL390-FL410. Если остаться на начальном эшелоне, двигатели будут работать в неоптимальном режиме, сжигая лишнее топливо.

Для каждой массы существует так называемая оптимальная высота (Optimum Altitude) — эшелон, на котором соотношение расхода топлива и скорости даёт максимальную дальность. FMS рассчитывает её непрерывно и показывает экипажу. Помимо оптимальной высоты есть практический потолок — максимальная высота, на которой самолёт ещё может безопасно маневрировать. Между потолком и оптимумом должен оставаться запас: если самолёт летит слишком близко к потолку, любая турбулентность или манёвр могут привести к сваливанию.

Как выполняется step climb

Экипаж видит на FMS, что оптимальная высота превысила текущий эшелон на 2000+ футов, и запрашивает у диспетчера разрешение на набор. Диспетчер проверяет трафик и либо разрешает сразу, либо даёт условие — «после пересечения точки N» или «через 50 миль». Получив разрешение, пилоты устанавливают новую высоту, и самолёт плавно набирает 1000-2000 футов. Набор выполняется не на максимальной вертикальной скорости, а в экономичном режиме — обычно 500-1000 футов в минуту, чтобы не потратить ту экономию, ради которой step climb и делается.

Эшелонирование и RVSM

Самолёт не может занять любую высоту — существует система эшелонирования. Над большинством океанов и континентов действует RVSM (Reduced Vertical Separation Minimum), где эшелоны расположены через 1000 футов: FL310, FL320, FL330 и так далее. Направление полёта определяет доступные эшелоны:

• Курс 0-179° (условно восточные направления) — нечётные: FL310, FL330, FL350, FL370, FL390
• Курс 180-359° (условно западные направления) — чётные: FL320, FL340, FL360, FL380, FL400

Это значит, что step climb обычно выполняется с шагом в 2000 футов — например, с FL350 на FL370, затем на FL390. Промежуточный эшелон FL360 занят встречным потоком.

Когда step climb невозможен

В загруженном воздушном пространстве диспетчер может отказать в наборе — выше уже занято другими бортами. Над океаном, где радарного контроля нет и самолёты следуют по трекам с фиксированными эшелонами (как на NAT Tracks через Атлантику), смена высоты требует сложной координации и не всегда возможна. Ещё одно ограничение — турбулентность: если на более высоком эшелоне болтанка, экипаж может отказаться от набора или даже запросить снижение. Комфорт пассажиров и безопасность важнее экономии топлива.

Экономический эффект

На коротких рейсах (2-3 часа) step climb обычно не применяется — самолёт не успевает выработать достаточно топлива, чтобы разница стала значимой. Но на дальних маршрутах экономия существенна: рейс Москва — Владивосток длится около 8 часов, за которые Boeing 777 может выполнить 2-3 step climb и сэкономить 300-500 кг керосина.

На первый взгляд немного, но при ежедневных рейсах это тонны топлива в месяц. Для авиакомпании с большим флотом оптимизация высотного профиля — один из инструментов снижения расходов наряду с выбором скорости (Cost Index) и маршрута с учётом ветра.

Step climb и автоматика

Современные FMS умеют планировать step climb заранее, рассчитывая точки набора ещё до вылета. Система учитывает прогнозируемый расход топлива, ветер на эшелонах и ограничения воздушного пространства. Экипаж видит рекомендованный профиль и может заранее запросить у диспетчера нужные высоты. Автопилот выполняет набор автоматически после установки нового эшелона на панели автопилота FCU/MCP.

Некоторые авиакомпании используют процедуру Cruise Climb — плавный непрерывный набор вместо ступеней. Она эффективнее, но требует специального разрешения и применяется редко, в основном над океанами с процедурным контролем.

Практическое значение

Step climb — пример того, как физика, экономика и управление воздушным движением переплетаются в одной процедуре. Самолёт должен лететь там, где выгоднее, но не может занять любую высоту из-за эшелонирования. Экипаж хочет экономить топливо, но зависит от разрешения диспетчера. Система работает как компромисс, в котором все участники понимают общую цель — безопасный и эффективный полёт.

Для пассажира step climb незаметен: лёгкое изменение тангажа, пара минут набора — и самолёт снова в крейсерском режиме. Но за этой простотой стоит постоянная работа бортовых систем и экипажа по поддержанию оптимального профиля на всём маршруте.