👩🏼‍🤝‍👨🏽 📯 🖐🏽 “Save Concord” ou um relatório dos testes do sistema de radar russo para procurar objetos estranhos na pista 👇🏿 🚄 ⛈️

Vista da pista a / p "Orlovka" do radar SKVPP-76

Esta foto do modesto aeródromo de Orlovka (código ICAO: UUTO) na região de Tver é realmente muito simbólica. Pela primeira vez na história, a Rússia se junta a um clube de líderes tecnológicos capazes de projetar e produzir sistemas de radar para monitorar a pista quanto à presença de objetos estranhos.

Não é fácil comprar esse sistema de um fabricante estrangeiro (esses são projetos de peças) e caro. Além do preço do equipamento, o contrato exige pagamento por projeto para um aeroporto específico, serviços de supervisão de instalação e, em seguida, pagamento de serviço autorizado por toda a vida útil do sistema.

O problema do lixo é invisível, mas muito relevante

Na história da aviação, há muitos casos em que detritos que caíram da estrutura de aeronaves ou equipamentos de aeródromos apareceram na pista e causaram danos às aeronaves durante a decolagem ou aterrissagem. A catástrofe de Concorde que ocorreu em 2000 foi uma tragédia que mostrou a urgência desse problema.

A Comissão Européia estima que os danos anuais à aviação mundial por detritos nas pistas sejam de aproximadamente US $ 13 bilhões. Isso inclui atrasos nos vôos e danos nas coberturas de pneus de aeronaves, cada uma custando até US $ 5.000 e deve ser substituída por uma nova após danos.

Na Pobeda Airlines, o problema do lixo nas pistas russas também é chamado de muito relevante.

O problema de objetos estranhos na pista e nas vias de taxi é relevante na Rússia. Embora, diferentemente da UE, não concedamos subsídios para o desenvolvimento de sistemas, mas há queixas de companhias aéreas. Por exemplo, o diretor da companhia aérea Pobeda, em entrevista ao jornal Kommersant, fala de pelo menos cem casos em 2019, quando o trem de pouso desta empresa foi danificado. Ao mesmo tempo, o diretor da Pobeda classifica formalmente a verificação das pistas: "Os funcionários simplesmente dirigem de carro e inspecionam a superfície". O artigo observa que em Vnukovo, no verão, é realizada uma inspeção a cada três horas e no inverno - pelo menos seis vezes por dia.

Que tipo de lixo acontece na pista

Na prática internacional, objetos estranhos na pista são chamados FOD, Foreign Object Debris (objetos estranhos). Entre esses itens, parafusos, porcas, tirantes, ferramentas que caíram de serviços de reparo de automóveis, pedaços de pneus, mangueiras etc. são encontrados com mais frequência.O

relatório da FAA (Federal Avaition Agency, órgão regulador da aviação americano) mostra que mais de 60% do lixo é composto de metal itens e 18% - pedaços de borracha. Ao mesmo tempo, a parcela principal de objetos é bastante pequena, cerca de 3x3 cm. Portanto, a FAA criou uma metodologia para avaliar a capacidade do equipamento de pista de pouso de encontrar objetos estranhos em uma pista usando um cilindro de metal padrão com um diâmetro de 38 mm e uma altura de 31 mm (sem pintura). Agora, esse tipo de teste é usado em todo o mundo.

Cilindro de referência Ø38 mm e altura 31 mm

Cilindro de referência Ø38 mm e altura 31 mm

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O que posso dizer - um círculo estreito desses fabricantes, cujo número total em todo o mundo pode ser contado literalmente nos dedos. Quatro líderes incluem o Stratech Group, Reino Unido Qinetiq / USA Moog Inc., Xsight Systems Ltd. e Trex Aviation Systems Inc, que representam quase dois terços da receita do mercado (fonte: FactMr ). Esta é uma área de alta tecnologia em que são necessárias competências de radiolocalização e optoeletrônica, matemática e processamento de dados de máquinas de uma empresa de manufatura.

Os sistemas modernos capazes de detectar objetos estranhos na pista e nas pistas de táxi usam dois princípios físicos, inclusive na forma de soluções conjuntas:
• Radares de banda milimétrica;
• Câmeras de espectro visível e infravermelho, incl. com sistema de reconhecimento de padrões;
• Radar híbrido + sistemas de câmera.

Tanto os radares quanto as câmeras têm suas vantagens e desvantagens, no entanto, existe uma propriedade comum - esses sistemas são muito caros, por si mesmos e pelo custo de sua implementação na infraestrutura de aeroportos.

Por exemplo, o sistema Xsight FODetect (fabricado em Israel, usado no aeroporto Ben Gurion), quando implementado, requer a substituição completa das luzes de sinalização nas bordas da pista, como Em seu lugar, um design integrado é instalado, incluindo uma lanterna, uma câmera de vídeo e um radar de curto alcance. O funcionamento desse sistema requer a instalação de serviços subterrâneos ao longo da pista e em todo o território do aeroporto, e esse trabalho volumoso é melhor realizado com uma completa modernização ou construção de uma nova pista.

Localização dos radares Tarsier FOD no aeroporto de Heathrow. Fonte: Moog Inc

É geralmente aceito que a solução ideal para pistas ativas e pesadas é uma solução na forma de um radar independente com um grande raio de ação, com o qual você pode monitorar a presença de objetos estranhos em toda a faixa. Essa. um radar para faixas curtas nos aeroportos regionais ou 2-3 radares por faixa nos aeroportos internacionais. É assim que o sistema de detecção de FOD da pista de decolagem de Tarsier (fabricado nos EUA) funciona no aeroporto de Heathrow, usando apenas 4 radares para todo o aeroporto - 2 radares por pista de 3,7 km de comprimento.

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Fabricantes estrangeiros de sistemas FOD e as principais características do equipamento (compilado pelo autor)

Testes do radar SKVPP-76 na base experimental de vôo de Orlovka

Agora, voltamos ao experimento com base no centro experimental de vôo da preocupação MANS no aeródromo de Orlovka, na região de Tver. Em março de 2020, a empresa DOK, fabricante de radares de ondas milimétricas de São Petersburgo, em colaboração com a empresa MANS, realizou testes em larga escala do sistema de controle de radar SKVPP-76 (radar FOD de 76 GHz) em Orlovka .

O radar opera a uma frequência de 76 GHz (comprimento de onda 3,9 mm) no regime de modulação de frequência linear quase contínua (FMCW). O princípio de operação - o radar determina a distância ao alvo (objeto FOD) pela diferença de frequências entre os sinais de radar emitidos e recebidos. A vantagem do radar FMCW DOC é em pequenas antenas de 60 cm com alto ganho (até 50 dB). O ponto na faixa permite que um feixe de passagem única visualize a área com até 2 km de comprimento.

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Mapa de localização do radar SKVPP-76 no aeroporto de Orlovka

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Na foto: o radar SKVPP-76 no aeroporto de Orlovka

Dado que o radar foi projetado para um alcance de até 1000 m (e esse parâmetro foi projetado como o melhor entre sistemas similares no mercado mundial), e a pista Orlovka (ICAO: UUTO) tem apenas 800 m, o radar SKVPP-76 foi colocado a uma distância de 40 m da beira da pista (pista "06") em um suporte de metal com 3,5 m de altura, proporcionando uma altura total do centro das antenas de radar a 4,7 m acima da pista. Ao mesmo tempo, a distância do ponto de instalação do radar até a extremidade da pista (pista "24") era de 910 m. Esse arranjo de equipamentos possibilitou testar a capacidade do SKVPP-76 em detectar objetos a distâncias próximas do máximo possível (1000 m de acordo com a especificação).

Para confirmar a capacidade do radar de detectar um alvo de teste calibrado, um cilindro de referência foi colocado na superfície da pista a uma distância de 650 m. Por que 650, não 910 m? Como se viu durante o experimento, no extremo da pista há uma inclinação descendente e uma “zona cega” surge para o radar.

Layout do cilindro de teste na pista O

controle e a leitura do radar foram realizados através da rede local de aeródromos em um computador com o software de teste FieldScanner instalado. O software FieldScanner permite determinar na tela a presença de marcas de vários objetos na pista, incluindo o cilindro de referência, e assim confirmar o fato de detectar objetos estranhos.

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Captura de tela do radar: esquerda - pista vazia, direita - pista com cilindro de teste

Todo mundo que olhar para esta captura de tela dirá: "E o que você pode descobrir aqui?" Portanto, os engenheiros explicaram que o software de teste se destina apenas a responder à pergunta “o radar vê o alvo ou não” (ou seja, confirma que o sinal do alvo de teste é maior que o nível de ruído e reflexos da superfície da pista). No software de teste, a imagem não é limpa de alvos falsos, como marcas do solo circundante, manchas, costuras e buracos no revestimento da tira, etc. Ao mesmo tempo, para visualizar a detecção do cilindro de teste, devido ao seu pequeno tamanho, a marca no radar é aumentada para o número de pixels distinguíveis na tela do monitor.

O software de controle de pista industrial deve ser treinado em uma pista específica no modo de inteligência artificial.

O software de controle de pista industrial para esse radar é desenvolvido com base na inteligência artificial (Deep Learning) e, após a implantação do sistema no aeroporto, esse software deve passar por um modo de treinamento em uma banda específica. Após o treinamento, o software torna-se capaz de identificar objetos potencialmente perigosos e separá-los de alvos falsos, como elementos de luz de fundo, solavancos, costuras no revestimento, etc. O comprador do radar também pode solicitar a revisão do software para algumas condições especiais.

Não há um bom experimento sem problemas

Um problema está sempre pronto para intervir em testes de campo de equipamentos complexos, e mais frequentemente do que não um. Assim foi em Orlovka. Como já mencionado acima, durante o experimento, verificou-se que o perfil da pista apresenta uma depressão na extremidade mais distante da faixa e, portanto, a visibilidade direta com o feixe do radar foi fornecida até um comprimento de cerca de 720 m, contando a partir da borda da pista como o percurso "06". O restante do comprimento da pista caiu na “zona cega” devido à altura insuficiente do suporte do radar - não havia visibilidade do fragmento côncavo dessa pista.
~720

A visibilidade direta da superfície do extremo oposto da pista era limitada a ~ 720 m (foto através de binóculos)

Foi um momento inexplicável, mas eles não começaram a refazer o pedestal sob o radar, porque pouco antes de escanear a faixa, o radar foi verificado em uma seção de um quilômetro da rodovia local e, nesse experimento, o cilindro foi encontrado com sucesso. Para isso, o radar foi instalado na traseira de um caminhão e um cilindro de referência foi colocado a 1 km no asfalto. O radar detectou facilmente esse alvo.

Testando o radar em uma seção de 1 km de uma estrada reta Em

baixo, na captura de tela do radar, pode ser visto que uma margem significativa permanece na faixa de detecção do alvo - até cerca de 1,5 km. No entanto, além de 1 km, a detecção de um alvo de teste com dimensões lineares da ordem de 3 cm não é mais garantida.

Marcar no monitor de radar a partir de um cilindro localizado na estrada

Como encontrar um engenheiro em uma faixa de rações secas

Objetos estranhos não calibrados a serem pesquisados pelo radar

Além do cilindro de referência Ø38 mm e altura de 31 mm, o experimento conduziu uma demonstração da detecção de um conjunto de 10 objetos não calibrados diferentes dispostos em uma faixa a distâncias de 250 ma 650 m, contando desde a borda como o curso "06". Os itens incluíam duas chaves, garrafas de líquidos, latas, uma bobina de arame e um pato de borracha.

radar também encontrou uma chave facilmente na pista O radar também encontrou uma

lata Para não aborrecer os leitores com fotos de garrafas e latas na faixa, podemos dizer brevemente - o radar SKVPP-76 detectou todos os 10 objetos estranhos não calibrados, o que confirmou ainda mais as características técnicas do equipamento e sua aplicabilidade para esta classe. tarefas.

À esquerda, há uma imagem de radar de uma pista vazia, à direita, uma pista com 10 objetos estranhos

Como foi e será - em vídeo

O vídeo mostra o processo de digitalização da pista de Orlovka com o radar SKVPP-76. Isso parece um pouco chato, mas não para especialistas: o dispositivo de posicionamento do radar digitaliza como uma série de pequenos movimentos em forma de L que consistem em rotação em azimute (eixo X) e ajuste da inclinação da antena em elevação (eixo Y).

E no vídeo promocional inferior, você pode ver como o radar deve funcionar no modo "combate", sendo incorporado ao sistema de segurança de vôo do aeroporto.

A alta faixa do SKVPP-76 (a capacidade de controlar 1 km à esquerda e 1 km à direita = 2 km) é sua importante vantagem no mercado deste equipamento, possibilitando dispensar um único radar com uma única conexão (incluindo sem fio) na rede local para monitoramento Pistas de até 2 km de comprimento. Em outras palavras, a implementação não exigirá terraplenagem significativa na infraestrutura. Acredita-se que um comprimento de pista de pelo menos 1830 m seja suficiente para aceitar aeronaves com peso de até 90 toneladas, como Airbus 319, Airbus 320 ou Boeing 737-800.

Vantagens importantes do radar russo são antenas de alto alcance, tamanho compacto e alto ganho. O roteiro do projeto prevê o compartilhamento do radar com uma câmera de vídeo de alta resolução - de acordo com as práticas mundiais.

Agora estamos aguardando esse projeto de engenheiros domésticos passar pela fase de implementação, e os radares SKVPP-76 chegarão aos aeroportos russos, onde garantirão a segurança dos vôos.

Agradecimentos especiais à preocupação da MANS por sua ajuda na organização dos experimentos.