TCAS – system unikania kolizji typu ACAS – czym jest i jak działa?

Jego rozwój i wdrożenie stały się priorytetem po kilku tragicznych kolizjach powietrznych, które miały miejsce w XX wieku. W ramach tego systemu opracowano różne wersje, a najpopularniejszą z nich jest implementacja TCAS (Traffic Collision Avoidance System).

W praktyce operacyjnej i w języku potocznym, często używa się „TCAS” i „ACAS” zamiennie, zwłaszcza w odniesieniu do ACAS II, który jest praktycznie identyczny z TCAS II.

Geneza systemu antykolizyjnego sięga połowy XX wieku. W 1956 roku, po dramatycznej kolizji w powietrzu między samolotami DC-7 linii United Airlines i Lockheed Super Constellation nad Wielkim Kanionem, dr John S. Morrell zainicjował badania nad systemami poprawiającymi bezpieczeństwo ruchu lotniczego.

Po kilkunastu latach, w 1978 roku, miała miejsce kolejna tragedia – nad San Diego zderzyły się Boeing 727 i Cessna 172. Katastrofa ta zmotywowała FAA do przyspieszenia prac nad systemem unikania kolizji w powietrzu (TCAS), których realizację powierzono m.in. korporacji MITRE oraz innym ośrodkom badawczym.

Kolejny tragiczny incydent wydarzył się w 1986 roku nad Cerritos w Kalifornii, gdy doszło do zderzenia samolotu DC-9 z lekkim Piperem Archerem. Po tym wypadku zdecydowano, że system antykolizyjny będzie wprowadzany stopniowo na szeroką skalę w Stanach Zjednoczonych. Globalne zainteresowanie systemem wzrosło po katastrofie w 1996 roku, kiedy nad New Delhi zderzyły się Saudi Arabian Airlines Boeing 747 i Kazakhstan Airlines Ilyushin 76. W efekcie, wiele krajów zaczęło wdrażać system, aby zwiększyć bezpieczeństwo w swojej przestrzeni powietrznej.

Airborne Collision Avoidance System jest zaawansowaną technologią mającą na celu zapobieganie zderzeniom samolotów podczas lotu. Monitoruje przestrzeń powietrzną wokół maszyny, identyfikując inne statki powietrzne wyposażone w transpondery, które odpowiadają na zapytania systemu.

ACAS I jest najprostszą wersją systemu, oferującą podstawowe ostrzeżenia o ruchu. Pomaga pilotom w wizualnym wykrywaniu innych samolotów, ale nie podaje zaleceń manewrowych, skupiając się jedynie na zwiększeniu świadomości sytuacyjnej.

ACAS II jest bardziej zaawansowany i powszechnie stosowany. Oprócz ostrzeżeń o ruchu (Traffic Advisory – TA), system ten generuje zalecenia manewrowe (Resolution Advisory – RA), sugerując pilotom zmianę prędkości pionowej (wznoszenie lub zniżanie), aby uniknąć zderzenia. Te wskazówki są obliczane na podstawie względnej pozycji, prędkości i kierunku lotu obu samolotów.

ACAS III jest koncepcją rozwojową, która oprócz funkcji wersji drugiej systemu, miałaby również proponować manewry horyzontalne, czyli zmianę kursu, aby uniknąć kontaktu. Jednak ze względu na złożoność wdrożenia, nie jest jeszcze w powszechnym użyciu.

System unikania kolizji, znany jako TCAS (Traffic Collision Avoidance System), jest konkretnym wdrożeniem ogólnego standardu ICAO zapobiegania zderzeniom w powietrzu – ACAS (Airborne Collision Avoidance System).

Działa on niezależnie od kontroli ruchu lotniczego, monitorując otaczającą przestrzeń powietrzną za pomocą transponderów innych samolotów. Jego działanie polega na analizie sygnałów między statkami powietrznymi w celu wykrycia ryzyka zderzenia i wydania ewentualnych poleceń manewru.

TCAS II (wersja 7.1) jest obecnie jedynym systemem spełniającym wymagania ACAS II i jest obowiązkowy na całym świecie zgodnie z regulacjami ICAO dla samolotów powyżej określonej masy lub liczby pasażerów.

Systemy tego typu są integralną częścią współczesnej awiacji, szczególnie wśród samolotów komercyjnych i większości maszyn wojskowych.

Większość samolotów pasażerskich, takich jak Boeing 737, 747, 777, 787 Dreamliner czy Airbus A320, A330, A350, A380, jest standardowo wyposażona w zaawansowane systemy, znane jako TCAS II lub ACAS II. Te systemy są wymagane na wszystkich samolotach przewożących ponad 30 pasażerów, zgodnie z wymaganiami ICAO (Załącznik 2 i 10) oraz rozporządzeniami EASA i FAA.

Małe samoloty pasażerskie i prywatne odrzutowce, choć nie zawsze muszą mieć najbardziej zaawansowane wersje, często wyposażone są w prostsze systemy, jak ACAS I, które dostarczają ostrzeżenia o ruchu w pobliżu, ale bez zaleceń manewrowych.

W środowisku wojskowym myśliwce, samoloty transportowe oraz inne maszyny również mogą korzystać z tych systemów, choć wojskowe wersje mogą posiadać dodatkowe funkcje lub być dostosowane do specyficznych potrzeb operacyjnych.

Warto zaznaczyć, że nawet niektóre drony dużej klasy, szczególnie te używane w przestrzeni powietrznej współdzielonej z samolotami załogowymi, mogą być wyposażone w podstawowe systemy antykolizyjne dla zwiększenia bezpieczeństwa.

Traffic Collision Avoidance System został zaprojektowany tak, aby maksymalnie wspomóc pilota poprzez intuicyjne komunikaty głosowe i graficzne, które pomagają w szybkiej identyfikacji zagrożenia oraz podejmowaniu odpowiednich działań. W zależności od typu i wielkości samolotu oraz modelu systemu, informacje mogą być wyświetlane na różnych ekranach, takich jak ND (Navigation Display) lub specjalnym wyświetlaczu dedykowanym.

W momencie wykrycia zagrożenia system antykolizyjny generuje komunikaty głosowe. W przypadku wykrycia innego statku powietrznego w bliskiej odległości, pilot słyszy komunikaty takie jak:

• „Traffic, traffic” – informuje pilota o wykryciu pobliskiego ruchu lotniczego, który może stanowić potencjalne zagrożenie.
• „Climb” lub „Descend” – informuje pilota o konieczności zmiany wysokości, aby uniknąć uderzenia, np. „Climb, climb now” lub „Descend, descend now” w bardziej pilnych sytuacjach.
• „Maintain Vertical Speed, Maintain” – nakaz utrzymania aktualnej prędkości pionowej (climb lub descent).
• „Monitor Vertical Speed” – polecenie monitorowania prędkości pionowej i unikania zabronionych wartości (zazwyczaj preventive RA, bez konieczności zmiany bieżącej prędkości).”
• „Clear of conflict” – informuje o zakończeniu sytuacji zagrożenia, co oznacza, że wymagane manewry zostały wykonane poprawnie.

Dane z systemu są zazwyczaj wyświetlane na Navigation Display (ND) lub na dedykowanym ekranie. Wyświetlane informacje mogą obejmować:

• Symbole pobliskich statków powietrznych – zwykle oznaczone są symbolami w różnych kolorach (np. zielony, żółty, czerwony), wskazującymi poziom zagrożenia.
• Wskaźniki wysokości – pokazują różnicę wysokości między samolotem a innymi wykrytymi obiektami, co pozwala pilotowi na dokładne monitorowanie sytuacji.
• Wskaźniki zasięgu i ruchu – pozwalają określić położenie i prędkość obiektów w przestrzeni wokół samolotu.

W nowoczesnych samolotach wojskowych informacje mogą być również zintegrowane z głównym wyświetlaczem HUD (Head-Up Display), co pozwala pilotowi na szybki dostęp do danych bez konieczności odrywania wzroku od przestrzeni przed sobą. W samolotach mniejszych dane z systemu TCAS mogą być wyświetlane na ekranach MFD (Multi-Function Display).

Symbole wyświetlane na ekranie umożliwiają szybkie rozpoznanie położenia i poziomu zagrożenia ze strony innych samolotów. Poniżej znajdują się szczegółowe opisy najczęściej spotykanych symboli i ich znaczenie:

1. Niebieski lub biały obrys rombu:
   • Symbolizuje samolot w pobliżu, który nie stanowi bezpośredniego zagrożenia.
   • Obrysowany romb oznacza, że inny statek powietrzny znajduje się w zasięgu wykrywalnym przez system antykolizyjny, ale nie jest w bliskiej odległości ani na niebezpiecznym kursie.
   • Służy głównie jako informacja o obecności ruchu w pobliżu, aby pilot mógł monitorować sytuację.
2. Niebieski lub biały wypełniony romb:
   • Oznacza potencjalnie pobliski ruch, jednak nadal nie stanowi bezpośredniego zagrożenia.
   • Wypełniony romb wskazuje na samolot znajdujący się bliżej w przestrzeni poziomej lub pionowej niż ten oznaczony obrysem, ale nadal nie wymaga specjalnej uwagi ani reakcji.
   • Pilot może użyć tej informacji, aby przygotować się na ewentualne zmiany sytuacji.
3. Żółte wypełnione kółko:
   • Symbolizuje ostrzeganie o ruchu kolizyjnym (TA – Traffic Advisory).
   • Żółte kółko pojawia się, gdy inny samolot znajduje się na kursie zbliżającym się do naszej pozycji na niebezpieczną odległość, wymagając zwiększonej uwagi pilota, choć niekoniecznie natychmiastowych manewrów.
   • Komunikat głosowy „Traffic, traffic” towarzyszy pojawieniu się tego symbolu, ostrzegając o potrzebie czujności.
4. Czerwony wypełniony kwadrat:
   • Reprezentuje natychmiastowe zagrożenie(RA – Resolution Advisory).
   • System generuje ten symbol, kiedy inny samolot zbliża się tak bardzo, że konieczna jest natychmiastowa reakcja – zwykle w postaci manewru wznoszenia lub opadania.
   • Wraz z czerwoną ikoną, usłyszymy komunikaty głosowe, takie jak „Climb, climb now” lub „Descend, descend now”, nakazując pilotowi wykonanie natychmiastowych manewrów, by uniknąć zderzenia.
5. Liczby i strzałki obok symboli:
   • Obok symboli, takich jak romby, kółka czy kwadraty, często pojawiają się liczby oznaczające różnicę wysokości między samolotami.
   • Na przykład liczba „+05” (względna wysokość podawana w setkach stóp) oznacza, że inny statek powietrzny znajduje się 500 stóp powyżej naszego, podczas gdy „-03” wskazuje, że jest on 300 stóp poniżej. Strzałki obok liczb przy symbolach samolotów na wyświetlaczu wskazują kierunek pionowego ruchu innego statku powietrznego. Informują one pilota, czy dany samolot wznosi się, czy opada, co pomaga przewidzieć jego przyszłą pozycję i ocenić ryzyko potencjalnego zbliżenia.
   • Symbol +lub- informuje, czy inny statek powietrzny znajduje się powyżej czy poniżej, co jest kluczowe dla właściwej reakcji na zalecenia.

Dzięki kombinacji symboli oraz wartości liczbowych, piloci mogą szybko ocenić, gdzie znajduje się inny samolot, w jakiej odległości oraz czy wymaga to ich natychmiastowej reakcji.