Метеообеспечение: приоритет безопасности

16.03.2021

Для обеспечения безопасной эксплуатации вертолетов инструменты прогнозирования должны давать полное представление о погодных условиях. Как правило, перед взлетом пилоты имеют доступ к недавним и текущим наблюдениям за погодой. Однако доступность информации в небольших аэропортах и вертодромах может значительно отличаться от требуемой.

Скорость и направление ветра являются критическими элементами в зоне приземления и отрыва (TLOF). К счастью, достопочтенный «колдун» (конус-ветроуказатель) способен предоставить такую информацию недорого. Но даже для таких допотопных устройств существуют определенные критерии. Они должны быть хорошо видны, иметь длину 2,4 метра (в советские времена устанавливали метровые «колдуны») и цвет, обеспечивающий контраст с фоном — белый, оранжевый, желтый или сочетание двух из них. Для вертодромов с ночным режимом работы ветровой конус должен освещаться изнутри либо снаружи.

Конус должен иметь возможность вращаться, чтобы указывать направление ветра при минимальной скорости в 5,5 м/с. Полностью развернутый указатель должен соответствовать минимальной скорости ветра 7,7 м/с. Некоторые конусы не зря полосатые, поскольку полосы соответствуют скорости ветра. Носок, простирающийся до первой полосы, указывает скорость в 5.5 м/с, вторая полоса — 11 м/с и так далее. Ветровой конус должен выдерживать скорость ветра 38,5 м/с.

С точки зрения размещения ветровой конус должен находиться на открытой местности вдали от любых препятствий, которые могут повлиять на показания. Он должен быть хорошо виден с определенного расстояния (150 м.) и при полете вертолета на высоте 200 м. Это позволяет видеть его взлетающим и заходящим на посадку пилотам.

И, конечно же, он не может располагаться слишком близко к зоне TLOF, чтобы не представлять опасность для ВС. В некоторых ситуациях может потребоваться более одного конуса для предоставления информации при любых условиях.

Автоматизация погодных наблюдений

При необходимости и финансовой возможности вертодромы и мелкие аэропорты оборудуются автоматическими системами наблюдений. Помимо частников, финансированием метеоподдержки в местах наиболее важного вертолетного трафика занимаются региональные власти (так обстоит дело в Европе и в ряде регионов США и Канады). Благо, полностью автоматизированные метеостанции поставляются компаниями-производителями в виде готовых комплексов. Для их описания используется множество сокращений, в том числе ASOS (автоматизированная система наблюдения за поверхностью), AWOS (автоматизированная система наблюдений за погодой), SAWS (автономная метеорологическая система), SWS (наземная метеорологическая система), LWIS (ограниченная система информации о погоде) и AWSS (автоматическая система погодных датчиков).

Количество наблюдаемых погодных элементов зависит от конфигурации системы, что отражается на ее стоимости. Измерения включают показания скорости, направления ветра (и, возможно, порывов), видимости, идентификацию осадков, температуры, точки росы, давления, нижней границу облачности, а также степени облачности (облакомеры AWI — приборы, которые используют лазерные импульсы для ее измерения) и т.д.

Более специализированный датчик также может обнаруживать замерзающие осадки. Возникновение молний может быть обнаружено с помощью местных датчиков или путем подключения системы к более крупной сети обнаружения. Кстати, системы AWOS для вертолетных площадок включают в себя современные ультразвуковые датчики ветра с подогревом, что снимает проблему замерзания, характерную для многих механических датчиков.

Для получения точных показаний существуют определенные критерии размещения датчиков погоды. Первоначально эти руководящие принципы устанавливаются метеорологическими организациями с использованием базовых знаний об измеряемых элементах. Для увеличения репрезентативности показаний датчики должны находиться близко к зоне TLOF (в пределах 200 м.), но не так, чтобы работа вертолета могла повлиять на показания. Например, нисходящий поток несущего винта может повлиять на показания ветра и видимости на расстоянии до 30 м. И, конечно же, приборы не должны мешать траекториям захода/взлета. По возможности, датчики следует размещать подальше от объектов или структур, которые могут помешать. Это проблема для городских вертодромов, особенно расположенных на крышах зданий.

К каждому типа датчика предъявляются свои требования. Для датчиков давления необходимо учитывать высоту. Для точности сообщений о высоте облаков высота расположения должна соответствовать зоне TLOF. Датчики видимости не должны располагаться с подветренной стороны зоны TLOF, и опять же, высота должна соответствовать зоне TLOF. Датчик ветра, если он установлен на вышке, должен находиться на высоте от 6 до 10 м. над зоной TLOF. Если он устанавливается на конструкции сбоку, он должен находиться на расстоянии не менее 1 метра от боковой стены. Для вертодромов, расположенных на уровне земли, ветровое оборудование должно располагаться вдали от любых укрывающих зданий или деревьев, на стороне предпочтительной линии захода на посадку. Для мест на крыше он должен быть не менее чем на 6 метров выше самой высокой близлежащей конструкции. Для датчиков температуры, точки росы и осадков используется высота TLOF.

Автоматические метеостанции обычно могут создавать собственные сводки METAR. «Авто» в такой сводке означает, что отчет создан без участия человека. Некоторые системы имеют возможность дополнять стандартные ежечасные сводки METAR специальными отчетами, когда происходит значительное изменение одного или нескольких критических элементов измерений. Некоторые автоматизированные системы имеют голосовую подсистему, посредством которой наблюдение преобразуется в генерируемый компьютером голосовой отчет, который затем передается через наземное радио и/или телефонное соединение.

Размещение различных типов датчиков является ключевым моментом для их способности предоставлять точную и надежную информацию. Наконец, хотя технически это не «прибор погоды», авиационные погодные камеры широко используются в горных и климатически неблагоприятных районах (от Швейцарских Альп до севера Канады), и они также могут помочь пилотам получить полезную информацию о погодных условиях в удаленных местах.

Метеорологические камеры автоматизированных систем наблюдения за погодой также работают в США, в штате Колорадо. Местная сеть включает 13 AWOS с 52 камерами. Помимо информации о погоде, пилоты имеют возможность визуально оценивать условия перед вылетом в режиме реального времени с доступом через сайт FAA.

Российская погода чем хуже?

В России также ведется разработка и внедрение современных технических средств метеонаблюдений, систем автоматизированного прогнозирования на основе современных численных методов и методик прогнозирования. Расширяется сеть радиолокаторов ДМРЛ-С. Тем не менее, большая часть прогнозов у нас «перестраховочные», а работа основывается на интуиции и опыте метеорологов, а не на высоких возможностях технических средств.

Ручной метод требует больших затрат времени. Внедрение систем автоматизированного прогнозирования позволит практически без участия синоптика получать детальный метеопрогноз, и тем самым снизить уровень ошибок. Обеспечение высокой достоверности первичных метеоданных возможно за счет разработки и внедрения современных технических средств, работающих на разных физических принципах, а также их комплексирования.

Для арктических аэродромов наиболее приемлемым решением может быть использование мобильных комплексов метеолокации и зондирования атмосферы (АМКМ). Примером отечественной разработки является мобильный интегрированный информационно-измерительный комплекс СВАРОГ.

Альтернативой шаропилотному зондированию является использование технических средств для измерения параметров ветра на высотах полета ВС. Наибольшего выигрыша можно достичь за счет использования беспилотных метеоразведчиков (БМР) самолетного, вертолетного или орнитоптерного типа. Необходимо отметить, что такие разработки были предприняты в ЦАО Росгидромета в начале 2000-х годов, но оказались невостребованными.

Проходят испытания современной системы зондирования ПОЛЮС, основанной на навигационном способе сопровождения радиозонда. Система использует сигналы ГЛОНАСС и GPS, а в перспективе будет использовать сигналы СНС Galileo. Вместе с тем система обладает рядом недостатков, которые затрудняют ее практическое использование. Выходом из сложившейся ситуации может стать внедрение комплексных систем радиозондирования с изменениями методики обработки результатов.

Признанным инновационным лидером отрасли является ООО «Институт радарной метеорологии» (ИРАМ, Санк-Петербург), участник Федеральной целевой программы «Модернизация Единой системы организации воздушного движения Российской Федерации». Институт занимается разработкой, изготовлением и внедрением различных автоматизированных систем метеорологического обеспечения. Интересны две разработки.

В частности, ИРАМ поставляет мощное комплексное решение АИС «МетеоЦентр», которое служит для автоматизации сбора метеорологической информации с наземной наблюдательной сети, сети авиационных метеорологических станций. Комплект оборудования одной станции может включать различные типы датчиков в зависимости от задач.

Функционал включает получение видеоизображений с камер, дополнительно установленных на автоматических станциях, отображение полученной информации в виде таблиц и графиков и на картографической основе в веб-интерфейсе и передачу данных в открытом (ASCII, XML) формате на сервер потребителя.

«МетеоЦентр» получает информацию от сети автоматических метеорологических станций и гидрологических постов (стационарных и мобильных), оснащенных автоматическими станциями известных фирм-производителей, таких как Vaisala, Campbell, OTT и STS, от станций с персоналом, оснащенных АИИС «Погода», от авиационных станций, оснащенных КРАМС-4 и АМИС-РФ, от дорожных станций производства фирм Vaisala и Aandera.

АИС позволяет одновременно работать с 30 каналами связи и подключить до 50 метеостанций. Система работает как в режиме опроса станций, так и в автоматическом режиме передачи. Минимальное время обновления информации от всех станций — 5 минут.

Наряду с такими масштабными комплексами, Институт радарной метеорологии предлагает решение для локальных вертодромов — «КРАМС-4» (Комплексная радиотехническая аэродромная метеорологическая станция). Она измеряет и собирает метеоинформацию об основных параметрах атмосферы на вертодромах, вертолетных площадках, судах, ледоколах, буровых платформах, обработки этой информации, формирования метеорологических сообщений, отображения, регистрации и распространения информации по каналам связи для обеспечения взлета и посадки воздушных судов.

Станция в базовой комплектации производит автоматическое измерение:

• атмосферного давления;
• температуры воздуха;
• относительной влажности воздуха;
• скорости и направления ветра;
• метеорологической оптической дальности;
• высоты облаков.

Имеется возможность комплектации дополнительным оборудованием с учетом потребностей и возможностей конкретного места установки (например: датчиками волнения моря, грозопеленгатором, датчиками интенсивности и количества осадков, датчиком явлений погоды и т.д.).

Решаемые задачи:

• Автоматическая передача сводок на средства отображения и на средства регистрации;
• автоматическое формирование метеосводок в кодах METAR (SPECI), METAR AUTO, MET REPORT (SPECIAL) и передача сводок в канал связи;
• расчет параметров ветра с учетом навигационных характеристик судна;
• ведение архива метеоинформации за срок не менее 30 суток.

Данные станции могут передаваться на средства отображения по выделенным линиям связи, радиоканалам, спутниковым каналам (для удаленных объектов) и т.д.

Сегодня к услугам владельцев частных вертодромов — электронные торговые площадки, сайты компаний-разработчиков и поставщиков, где можно не только выбрать и заказать оборудование, но и получить всестороннюю консультацию по применению и возможностям метеорологического оборудования. Можно выбрать и отдельные системы, с конкретным набором аппаратных решений и датчиков, а также отображением динамики изменения погоды.

Как пример, на сайте холдинга «Высокоточные комплексы» можно заказать беззондовый определитель профиля ветра, который является дальнейшим развитием метекомплекса 1Б67. БОПВ обладает увеличенным на 10 дБ энергетическим потенциалом, что позволило увеличить максимальную высоту зондирования до 8 км. Минимальная высота зондирования составляет 100 м, а время усреднения параметров ─ не более 10 мин.

Устройство может быть полезным для мест, подверженных сдвигу ветра. С помощью него можно рассчитывать высокочастотные профили, обеспечивая контроль в реальном масштабе времени. Данные могут включаться в местные сводки и METAR/SPECI в качестве дополнительной информации.

Знание погоды является важным звеном в обеспечении безопасности полетов, особенно учитывая климатические и сезонные особенности эксплуатации в большинстве российских регионов. Автоматические метеостанции хорошо справляются с передачей стабильного и надежного потока информации и могут устранить неопределенность, связанную с осуществлением регулярных полетов в сложных погодных условиях.