TCAS (Systém varování před kolizí a vyhýbání se srážkám) – Komplexní slovníček

TCAS (Systém varování před kolizí a vyhýbání se srážkám), mezinárodně známý jako ACAS (Airborne Collision Avoidance System) dle standardů ICAO, je základní technologií bezpečnosti letového provozu. Instalován je na většině komerčních letadel a řadě business jetů, TCAS autonomně monitoruje okolní vzdušný prostor kvůli možným hrozbám střetu, dotazuje odpovídače blízkých letadel, analyzuje rychlosti přibližování a předpokládané trajektorie konfliktu a vydává okamžitá doporučení posádce. Na rozdíl od pozemního řízení letového provozu (ATC) pracuje TCAS nezávisle a poskytuje zásadní poslední ochrannou vrstvu před střety ve vzduchu.

Jak TCAS funguje: principy, provoz a algoritmy

TCAS pracuje na principu aktivního dohledu. Vysílá dotazovací signály (1030 MHz) na odpovídače letadel v dosahu. Tato letadla odpovídají na jiné frekvenci (1090 MHz) a předávají identifikační údaje a případně i informaci o výšce. Procesor TCAS měří čas odpovědí, vypočítává vzdálenost, relativní směr a výšku a udržuje průběžně aktualizovanou mapu okolního vzdušného prostoru.

Jádrem logiky TCAS je analýza ohrožení. Pomocí výpočtu „tau“ – předpokládaného času do nejbližšího přiblížení – TCAS posuzuje, zda blízké letadlo představuje riziko střetu. Pokud ano, zvyšuje úroveň varování ve dvou stupních:

• Varování na provoz (TA): Upozorňuje na blízký provoz a poskytuje posádce přehled o situaci.
• Doporučený manévr (RA): Udílí pilotům pokyn ke stoupání, klesání nebo udržení výšky k zabránění kolizi. U letadel vybavených TCAS II a odpovídačem Mode S jsou RA koordinovány datovým spojením pro zajištění komplementárních manévrů.

TCAS dynamicky upravuje prahové hodnoty varování podle výšky, rychlosti přibližování a hustoty provozu, aby se minimalizovala planá varování. Používá algoritmy pro omezení rušení, které zabraňují zahlcení frekvencí v rušném prostoru, a aplikuje potlačení varování v blízkosti země, aby se předešlo nebezpečným manévrům při vzletu a přistání.

Proces dotazování a dohledu TCAS

Architektura a komponenty systému TCAS

Typická instalace TCAS obsahuje:

• Počítač/procesor TCAS: Spouští certifikované algoritmy dohledu, detekce hrozeb a logiku RA.
• Dvojitý anténní systém: Fázované antény na horní a spodní části trupu pro 360° dohled.
• Odpovídač Mode S: Umožňuje selektivní dotazování, hlášení výšky a koordinaci RA.
• Kokpitové displeje: Symboly provozu na navigačních/primárních displejích a překryvy svisloměru pro RA.
• Zvukový varovný systém: Přenáší hlášky „Traffic, traffic“ a pokyny k manévru do sluchátek.
• Ovládací panel: Výběr režimu (Standby, pouze TA, TA/RA, Test).
• Diagnostické rozhraní (BITE): Pro kontrolu stavu systému a diagnostiku.

Moderní TCAS je integrován s zapisovači letových údajů (FDR) a hlasovými zapisovači v kokpitu (CVR) pro následnou analýzu událostí a je navržen s důrazem na bezpečnostní zálohování.

Úrovně varování TCAS: TA, RA a koordinace

Varování na provoz (TA): Označuje potenciálně hrozící letadlo pomocí žlutých symbolů a zvukových hlášek („Traffic, traffic“). Piloti by měli vizuálně vyhledat narušitele a připravit se na případný manévr.

Doporučené manévry (RA): Označují bezprostřední hrozbu střetu a poskytují konkrétní vertikální pokyny („Stoupej“, „Klesej“, „Zvyš stoupání“ apod.). U TCAS II jsou RA automaticky koordinovány mezi vybavenými letadly tak, že jedno stoupá a druhé klesá.

Konec konfliktu: Po odeznění hrozby TCAS informuje posádku o návratu k běžnému letu a vyzývá k hlášení stavu ATC.

Verze TCAS: schopnosti, použití a vývoj

TCAS prošel několika generacemi:

• TCAS I: Pouze TA, používá se u menších letadel.
• TCAS II: Průmyslový standard pro dopravní letadla; poskytuje TA i koordinované RA. Povinný pro většinu komerčních letadel.
• TCAS III: Testován, ale nenasazen; měl přinést i horizontální (otáčecí) RA.
• ACAS X: Modulární, nejnovější rodina podle ICAO, zahrnuje:
  • ACAS Xa: Pro dopravní letadla; pokročilá logika, integrace ADS-B.
  • ACAS Xo: Pro specifické operace, např. paralelní přiblížení.
  • ACAS Xu: Pro bezpilotní prostředky (UAS).
  • ACAS Xr: Pro vrtulníky s optimalizovanou logikou.

Odpovídačové módy: Mode A, Mode C a Mode S

• Mode A: Přenáší pouze čtyřmístný kód (identifikaci). TCAS může zobrazit, ale nevyhodnotit výškový rozestup.
• Mode C: Přidává hlášení tlakové výšky. Umožňuje výšková varování.
• Mode S: Nutný pro plnou funkci TCAS II; přidává selektivní dotazování, unikátní adresu a koordinaci RA digitálně.

Správná funkce odpovídače je zásadní pro TCAS a vyžaduje ji ICAO Annex 10, Volume IV.

Provozní použití TCAS a postupy posádky

TCAS je aktivní ve všech fázích letu kromě potlačení varování v blízkosti země. Klíčové postupy posádky:

• Při TA: Vizuálně vyhledat provoz, udržovat přehled o situaci, připravit se na RA.
• Při RA: Okamžitě provést vertikální manévr, v případě nutnosti upřednostnit před pokyny ATC. Po odeznění nahlásit „Clear of Conflict“.
• Výběr režimu: Ovládací panel umožňuje volbu Standby, pouze TA, TA/RA nebo Test.

Důraz je kladen na rychlou a koordinovanou reakci na RA a následnou komunikaci s ATC.

Regulatorní požadavky: ICAO, FAA, EASA a celosvětové povinnosti

• ICAO: Annex 6 vyžaduje ACAS II (TCAS II v7.1) pro proudová letadla >5 700 kg nebo >19 míst.
• FAA: FAR 121.356 (TCAS II pro >30 míst nebo >33 000 lb); FAR 135.180 (TCAS I/II pro 10–30 míst).
• EASA: ACAS II (v7.1) pro >5 700 kg nebo >19 míst. Platí v celé Evropě.
• Celosvětově: Většina států harmonizuje s ICAO, s mírnými odchylkami.

Omezení a potlačení TCAS

• Závislost na odpovídačích: Nedokáže detekovat letadla bez funkčního odpovídače (např. některá VFR, větroně, balóny, drony).
• Hlášení výšky: Omezená detekce pro pouze Mode A (bez výšky), bez koordinace RA pro letadla bez Mode S.
• Bez horizontálních (otáčecích) RA: Současný TCAS II udílí pouze vertikální manévry.
• Zahlcení frekvence: Ve velmi hustém provozu jsou rychlosti dotazování a dosah omezeny kvůli rušení.
• Potlačení blízko země: Varování jsou potlačena pod 1 000 stop AGL, aby se zabránilo nebezpečným manévrům.
• Planá varování: Algoritmy minimalizují zbytečná varování, ale provozní situace je mohou přesto vyvolat.

TCAS v moderním letectví: dopad na bezpečnost a budoucí trendy

Od svého rozšíření je TCAS považován za hlavní příčinu dramatického snížení rizika střetů ve vzduchu pro letadla vybavená odpovídačem. Významné nehody, jako například Überlingen (2002), vedly k posílení předpisů, úpravám postupů posádek a vylepšením softwaru systému. Vývoj směrem k ACAS X slibuje ještě vyšší bezpečnost díky pokročilé logice, integraci ADS-B a využití pro bezpilotní i vrtulníkové provozy.

TCAS je klíčovým prvkem vrstevnaté bezpečnosti vzdušného prostoru, doplňuje ATC, vizuální vyhýbání i další technologie. Jeho další rozvoj je nezbytný vzhledem ke složitějšímu provozu, rostoucímu počtu letů, smíšeným operacím a novým typům letadel.

Další čtení a odkazy

• ICAO Annex 10, Volume IV: Systémy dohledu a prevence kolizí
• FAA TSO C119: Technické standardy pro TCAS II
• EASA CS-ACNS: Certifikační specifikace pro palubní komunikaci, navigaci a dohled
• RTCA DO-185B: Minimální provozní standardy pro systémy prevence kolizí ve vzduchu
• EUROCONTROL: Série bulletinů ACAS II
• IATA: Materiály k provozu TCAS

TCAS je jedním z největších bezpečnostních úspěchů v letectví – jeho logika, postupy a technologie se neustále vyvíjejí, aby splnily požadavky měnícího se globálního vzdušného prostoru.