امروزه حریم هوایی بستری مناسب برای پاسخگویی نیازها و تقاضاهای بخش‌های مختلف هوایی از جمله خطوط هوایی، هواپیماهای کوچک، بالگردها، بالن‌ها و هواپیماهای بدون سرنشین است. از اینرو مبحث ناوبری هوایی موضوع قابل توجهی است که در سال‌های اخیر بیشتر به آن پرداخته شده‌ است. افزایش ترافیک هوایی باعث شده است تا سازمان‌های قانون‌گذار بین‌المللی و منطقه‌ای الزامات سختی را برای تعیین موقعیت دقیق پرنده اعمال کنند. به همین دلیل وابستگی به سیستم‌های ماهواره‌ای همچون GPS به دلیل هزینه پایین پیاده‌سازی و دقت نسبتا مناسب به مراتب افزایش پیدا کرده است.

اما تنها مشکلی که وجود دارد این است که اگر ماهواره‌ها دچار خرابی و شکست شوند، سیستم‌های ناوبری هوایی فعلی نمی‌توانند پاسخگوی تقاضا و الزامات بوده و عملکرد مورد انتظار را ارائه دهند. علاوه ‌بر این امکان دسترسی به تجهیزات ناوبری غیر وابسته برای بسیاری از پرنده‌های بدون سرنشین کوچک وجود ندارد.

به عنوان نمونه سرویس‌های موقعیت‌یابی، ناوبری و زمانی[1] (PNT) در سامانه ماهواره‌ای ناوبری جهانی[2] (GNSS)، می‌تواند ظرفیت، ایمنی و کارآمدی حریم هوایی را افزایش دهد و دائما از عملیات‌های ناوبری مبتنی بر عملکرد[3] (PBN) پشتیبانی کند. اما با یک رخداد مانند تداخل در سیگنال‌های GNSS یا قطع شدن آن، بسیاری از سرویس‌‎های ماهواره‌ای از دسترس خارج شده و سیستم‌های ناوبری قدیمی مانند VOR، DME، NDB و رادار ثانویه نیز نمی‌توانند عملکرد مورد نیاز را تامین کنند. بنابراین عملیات کنترل ترافیک هوایی با مشکل جدی مواجه می‌شود.

با توجه به این واقعیت نگران‌کننده و رشد پیوسته ترافیک هوایی در سراسر جهان، لازم است طرح‌هایی برای ارائه عملکرد مورد نظر همراه با حفظ اطمینان، ایمنی و امنیت اجرا شوند. این طرح باید سرویس‌های موقعیت‌یابی، ناوبری و زمانی را بطور پیوسته ([4]APNT) در اختیار کاربران قرار دهد.

در راه حل‌های فعلی برای APNT، از زیرساخت‌های زمینی برای ارتباط با سیستم‌های اویونیک پرنده استفاده می‌شود. با این حال تمام راه‌حل‌های موجود، نیازمند یک اصلاح اساسی در سیستم‌های اویونیک هواپیماهای کوچک هستند.

کنسرسیوم [5]NAVISAS تحت نظر انجمن پژوهش و توسعه خدمات اطلاعاتی اروپا ([6]CORDIS) مفهوم جدیدی از سرویس‌های APNT را برای هواپیماهای کوچک پیشنهاد کرده است. این طرح با یکپارچه‌سازی فناوری‌های جدید و ادغام تعدادی از سیستم‌های اویونیکی ناوبری (بدون تاثیر روی سیستم‌های اویونیکی دیگر) سرویس‌های مربوطه را در اختیار کاربران قرار می‌دهد.

کنسرسیوم NAVISAS این هدف را با ترکیب مجموعه‌ای از سامانه‌‌های ماهواره‌ای ناوبری جهانی (مانند GLONASS، GPS و Galileo) و یک واحد پیشرفته اندازه گیری اینرسی (IMU) با عنوان ژایروسکوپ میکرو اتمی بدست خواهد آورد. این نوع ژایروسکوپ بر اساس چرخش اتمی و انحراف گشتاور مغناطیسی هسته با استفاده از فناوری سیستم‌های میکرو الکترومکانیکی (MEMS) عمل می‌کند. فناوری این ژایروسکوپ متکی به یک سلول مشابه مورد استفاده در ساعت های اتمی مینیاتوری است. این طرح به منظور بهبود در عملکرد و امنیت عملیات ناوبری سازگار با حریم و ترافیک هوایی استفاده می‌شود.

این فناوری شکاف بین قیمت بالای ژایروسکوپ‌های ناوبری و محدودیت‌های بازار برای سیستم‌های ناوبری غیر اینرسی را پر می‌کند. بنابراین می‌توان گفت انتخاب مناسب و مقرون به صرفه‌ای برای سیستم‌های اویونیک هواپیماهای کوچک است. در تعاریف صورت گرفته از سوی کنسرسیوم NAVISAS، هواپیماهای کوچک شامل هواپیماهای فوق‌العاده سبک، بسیار سبک، هواپیماهای آکروباتیک و پرنده‌های کنترل از راه‌دور و بدون‌سرنشین می‌شود.

مفهوم زمان‌بندی، موقعیت یابی و ناوبری برای هواپیماهای کوچک

مفهوم زمان‌بندی، موقعیت یابی و ناوبری برای هواپیماهای کوچک

روند اجرای پروژه

اهداف و گام‌های این پروژه را می‌توان به طور خلاصه اینگونه بیان کرد.

  • گام اول: امکان‌سنجی و بررسی مشخصات و محدودیت‌های اجرای APNT بر مبنای یک ترکیب از ناوبری ماهواره‌ای و یک واحد اندازه‌گیری اینرسی پیشرفته مبتنی بر ژایروسکوپ‌های اتمی ساخته شده با MEMS
  • گام دوم: یک مجموعه مرکب از تعداد زیادی از سامانه‌های GNSS به مرجع زمانبندی ثابت نیاز خواهد داشت. گام دوم این کنسرسیوم بررسی چگونگی ادغام یک ساعت اتمی درون ساختار ژایروسکوپ اتمی در حین فرایند ساخت سلول MEMS است.
  • گام سوم: تجزیه و تحلیل تاثیر این روش روی ایمنی و عملکرد هواپیماهای کوچک و همچنین سیستم ATM
  • گام چهارم: تهیه یک نقشه‌ راه توسعه به منظور بررسی چگونگی استفاده از این پروژه در هواپیماهای کوچک و حتی فراتر از آن در هواپیماهای بزرگ

بر اساس این برنامه، کنسرسیوم ابتدا تمرکزش را روی تعریف نیازمندی‌های NAVISAS قرار داد. از اینرو فرآیندی را برای استخراج نیازمندی‌ها و تجزیه و تحلیل جنبه‌های مورد نیاز ترتیب داد و سندی را برای تدوین نتایج حاصل از تجزیه و تحلیل ارائه کرد. علاوه بر این تاکنون یک طراحی مفهومی اولیه از سیستم NAVISAS ارائه کرده است. همچنین یک بلوک دیاگرام از عملکرد آن با در نظر گرفتن عملیات هوانوردی و نیازهای مرتبط و همچنین چشم اندازهای SESAR برای عملیات ATM آینده تعریف کرده است.

بلوک دیاگرام ساده از ارتباطات سیستم NAVISAS در هواپیما

بلوک دیاگرام ساده از ارتباطات سیستم NAVISAS در هواپیما

در ادامه تیم طراحی استانداردهای لازم و محدودیت‌های خاص زیست محیطی و عملیاتی برای هواپیماهای تجاری که ممکن است NAVISAS در آینده روی آن ها تاثیر بگذارد ارائه کرده است. طرح‌های اولیه برای ادغام این نوع سیستم در صنعت هوانوردی مطرح شده و ممکن است در آینده نیازهای بازار در صنعت هوانوردی با این تکنولوژی برآورده شود. این پروژه توسط کارگروه مخابرات، ناوبری و نظارت CORDIS در اوایل سال 2016 شروع و تا اواخر سال 2017 ادامه خواهد داشت.

 

پانویس ها:

[1] Positioning, Navigation and Timing

[2] Global Navigation Satellite System

[3] performance-based navigation

[4] Alternative Positioning, Navigation And Timing

[5] Navigation of Airborne Vehicle with Integrated Space and Atomic Signals

[6] Community Research and Development Information Service