RNAV: что такое зональная навигация и как она упрощает полёт

Согласно определению ИКАО, зональная навигация (RNAV) — это метод, позволяющий воздушным судам выполнять полеты по любой желаемой траектории в пределах зоны действия радиомаяков или с использованием автономных средств, таких как спутниковые и инерциальные системы.

Ранее маршрут воздушного судна строго следовал наземным радионавигационным средствам (VOR, DME и др.), что увеличивало длину маршрута и, соответственно, стоимость полета. RNAV устраняет эту зависимость, обеспечивая более прямолинейные и экономичные траектории.

Преимущества RNAV

В прежние дни маршрут полета должен был проходить строго через радионавигационные средства, другими словами, на каждом участке маршрута должно было обеспечиваться радионавигационное наведение.

Возможность выполнять полет без привязки к РНС (наземным радионавигационным средствам: DME, VOR, DME/VOR и т.д) дает целый ряд преимуществ:

• Экономия времени и топлива: прямолинейные маршруты позволяют значительно сократить время полета. Это приводит к снижению расхода топлива и уменьшению эксплуатационных затрат.

• Эффективное использование воздушного пространства: с RNAV диспетчеры могут оптимизировать потоки воздушного движения, увеличивая пропускную способность воздушного пространства.

• Снижение затрат на наземную инфраструктуру: обслуживание одного наземного радиомаяка VOR обходится примерно в $100,000 в год. RNAV позволяет минимизировать зависимость от таких средств, уменьшая расходы.

Точность RNAV

RNAV-системы классифицируются в зависимости от допустимого отклонения воздушного судна от запланированного маршрута:

• RNAV 5: допустимое отклонение 5 морских миль (используется на больших высотах и при дальних перелетах).

• RNAV 2: отклонение не более 2 морских миль (типично для основных маршрутов).

• RNAV 1: допустимое отклонение не более 1 морской мили (используется в подходах, заходах на посадку и терминальных зонах).

Такая классификация позволяет точно определить требования к оборудованию и навигационным источникам для каждого этапа полета.

Определение местоположения воздушного судна в RNAV-системах

Основой любой системы RNAV является датчик, который точно определяет координаты самолета, обычно в системе WGS-84, а также навигационная база данных. Первые RNAV-системы, хоть и не соответствовали современным стандартам, использовали радионавигационные станции (РНС). Они позволяли выполнять полеты вне установленных трасс, находясь в пределах действия нескольких маяков VOR/DME. Для управления маршрутом указывались частоты маяков, а точки маршрута задавались радиалами и дальностью.

Долгое время использовались системы дальней навигации, такие как LORAN-C. Эти гиперболические системы, основанные на наземных радиостанциях, применялись для полетов над океаном, обеспечивая определение координат с точностью около 500 метров и дальностью действия до 2500 км.

Современные RNAV-системы в основном опираются на инерциальные навигационные системы (IRS), которые, несмотря на накопление погрешностей, остаются автономными и точными благодаря использованию лазерных гироскопов и акселерометров. Погрешность современных IRS составляет не более 1-2 морских миль за час полета. Принцип работы IRS заключается в определении ускорения самолета и его угловых скоростей с помощью установленных на нем приборов.

Хотя GPS является основным источником информации, его работа контролируется Министерством обороны США, что иногда приводит к ограничениям или снижению точности в определенных регионах. Поэтому IRS корректируются более точными данными от GPS или наземных маяков DME/DME. Кроме того, маяки VOR/DME и DME/DME могут самостоятельно предоставлять координаты для RNAV.

В будущем, с развитием глобальных спутниковых систем (GNSS) (GPS, ГЛОНАСС, Galileo), планируется дальнейший уход от использования наземной навигационной инфраструктуры.

Принцип определения координат по DME/DME

Бортовое оборудование RNAV

На современных самолетах RNAV-функции реализуются через:

• Интегрированные системы управления полётом: FMC на Boeing, FMGS на Airbus.

• Бортовые вычислители, которые обрабатывают навигационные данные и контролируют маршрут.

• Специальные функции: отображение позиции, расчёт времени до точек маршрута, управление автопилотом, команды “DIRECT TO” и “OFFSET”.

Для малой авиации RNAV может реализовываться через GPS-приёмники с поддержкой RAIM (Receiver Autonomous Integrity Monitoring) для контроля точности сигнала.

Точки пути и навигационные базы данных

RNAV-маршруты строятся на основе точек пути (WPT), задаваемых координатами в WGS-84. Существуют два типа точек: FLY-BY (пролет с упреждением) и FLY-OVER (пролет без упреждения). Маршрутные точки обычно FLY-BY, а точки FLY-OVER используются в схемах аэродромов, например, для зон ожидания или ухода на второй круг.

Навигационные базы данных обновляются каждые 28 дней в соответствии с циклами AIRAC. Данные кодируются в различных форматах, чаще всего используется ARINC-424.

Каждой точке в базе данных присваиваются координаты, тип (fly-by или fly-over), а также параметры маршрута, закодированные в концепции PATH TERMINATOR (например, TF – track to fix). Всего предусмотрено 22 типовых варианта маршрутов, поддерживаемых ARINC-424.

RNAV в развитии авиационной навигации

Развитие RNAV стало основой для появления более продвинутых навигационных концепций:

• RNP (Required Navigation Performance) — дальнейшее развитие RNAV с обязательными требованиями к мониторингу и оповещению о точности полёта.

• PBN (Performance-Based Navigation) — более широкая концепция, объединяющая RNAV, RNP и другие стандарты навигации на основе заданной производительности.

Обо всех этих системах мы рассказали в отдельных статьях.

Итог

RNAV - система навигации, которая позволяет воздушным судам перемещаться по заданным маршрутам с использованием определённых точек на карте, независимо от наземных навигационных систем. Для определения положения воздушного судна в пространстве RNAV использует различные методы навигации, такие как инерциальная навигация, GPS, DME, VOR и т.д.