EGNOS - prawdy i mity. Część druga

wywiady

Z Tomaszem Woźniakiem na temat zagrożeń wynikających z wyłączenia systemu EGNOS, możliwości zastosowania EGNOS-a na lotniskach nieutwardzonych oraz potrzebie prawnych regulacji rozmawia Marcin Ziółek w drugiej części wywiadu EGNOS – prawdy i mity.

Część pierwsza wywiadu.

Marcin Ziołek (z części pierwszej): Przedstawił Pan zalety systemu EGNOS. Jakie są jego ograniczenia?
Tomasz Woźniak: System ma oczywiście swój zasięg i to wynika z tego, jak daleko jest przekazany sygnał satelitarny i jaki jest rzut wiązki nadawanej przez satelitę na powierzchnię ziemi. Ze względu na strukturę systemu i jego zasadę działania, sposób rozmieszczenia stacji RIMS oraz położenie satelitów geostacjonarnych system może być wykorzystywany jedynie w Europie i w Afryce Płn. Po rozbudowaniu sieci stacji monitorujących na obszar Afryki Płd. mógłby być także wykorzystywany na półkuli południowej. Położenie satelitów EGNOS i systemów podobnych, na orbicie geostacjonarnej, nad równikiem ma także tę wadę, że sygnał z nich może być trudno dostępny na dużych szerokościach geograficznych na małych pułapach. Systemy satelitarne można stosunkowo łatwo zakłócić. Sygnał satelitarny jest sygnałem o bardzo małej mocy. Abstrahując od tego czy zakłócenie będzie miało charakter celowy, przypadkowy, lokalny czy globalny. Nadajnik o mocy 1W wystarczy do jego zakłócenia w promieniu 100 km. Mogą także wystąpić zakłócenia pochodzące np. od telefonii komórkowej. Generalnie, na skutek działań innego systemu, który działa w pobliżu, mogą nastąpić interferencje lokalne zakłócające pracę systemów odbiorczych GNSS.

MZ: Wynika z tego, że sygnał może zostać zakłócony, a czy może zostać całkowicie wyłączony?
TW: Tutaj istotnym pytaniem jest czy Stany Zjednoczone są w stanie wyłączyć sygnał GPS, który stanowi konstelację źródłową dla GNSS w wykonaniu GPS plus EGNOS. Otóż mimo, że czasami słychać opinie głoszące taką tezę, to można przywołać zdarzenia, które miały miejsce w czasie ataków z 11 września 2001r., kiedy sygnał nie został wyłączony mimo, że samoloty użyte do ataków zostały naprowadzane najprawdopodobniej właśnie GPS-em. W użyciu pozostał również sygnał telefonii komórkowej mimo, iż terroryści porozumiewali się przez telefony komórkowe. Głównym tego powodem był fakt, iż służby bezpieczeństwa korzystają dokładnie z tego samego sygnału, podobnie jak straż pożarna, policja, pogotowie i osoby, które np. wzywają pomocy. Jeśli chodzi o rynek amerykański z technologią GPS, to jest on wart ok. 40 mld dolarów rocznie. Wyłączenie sygnału spowodowałoby również spore straty dla gospodarki i w związku z tym celowe działanie tego typu byłoby możliwe jedynie w przypadku globalnego konfliktu zbrojnego.

MZ: A jak zakłócanie wpływa na wiarygodność systemu? Mówił Pan wcześniej, że system musi być wysoce wiarygodny.
TW: W tej chwili nie obserwuje się celowego zakłócania odbiorników GPS czy EGNOS na masową skalę. Oczywiście swoje metody zakłócania ma wojsko i niemal wszystkie ćwiczenia NATO odbywają się z zakłócaniem celowym, ale występują one tylko w rejonie manewrów i wtedy wiadomo, że żaden przypadkowy pilot się tam nie pojawi. Wiarygodność systemu nawigacyjnego obejmuje swym pojęciem zdolność systemu do informowania użytkownika na czas o nieprawidłowościach w jego pracy. Jeśli informacja na ten temat zostanie przekazana z odpowiednim wyprzedzeniem np. w postaci NOTAM to nie ma problemu. Jeśli zakłócenie jest nieprzewidywalne, to nie ma i tak różnicy w stosunku do innych systemów nawigacyjnych, poza tym, że do zakłócenia GPS wymagana jest mniejsza moc. Bardziej niebezpieczne są jednak zjawiska fizyczne, które występują w przyrodzie, takie jak np. aktywność słońca. Można się spodziewać, że najbliższa taka aktywność zakłóci stan jonosfery i w związku z tym wystąpią problemy z transmisją sygnału, a co więcej może dojść nawet do uszkodzenia satelitów.

MZ: Jakie kryteria musi spełnić lotnisko, które by chciało ustanowić podejścia według EGNOS-a?
TW: Jeżeli dane lotnisko planuje ustanowić podejścia według procedur instrumentalnych, to może się okazać, że potrzebna będzie modyfikacja charakterystyki drogi startowej i wyposażenia lotniska, w zależności od tego jakie minima zarządzający chciałby uzyskać. Pas startowy musi mieć charakter drogi instrumentalnej. Co więcej, w zależności od minimów operacyjnych jakie chce się osiągnąć, może być wymagane, aby droga miała charakter drogi precyzyjnej. Może zaistnieć potrzeba zmiany dokumentacji lotniska, w tym przeprowadzenie ponownej inwentaryzacji przeszkód wokół niego i wyznaczenia nowych płaszczyzn ograniczających zabudowę. Może zaistnieć potrzeba doposażenia lotniska w urządzenia meteorologiczne. Jeżeli zarządzający lotniskiem uzna, że podejście oparte o EGNOS jest wystarczające, to oszczędności wynikające z zaniechania budowy systemu ILS wyniosą ok. 3 mln PLN. Dodatkowo, biorąc pod uwagę, że system ILS wymaga jakiegoś urządzenia wprowadzającego statek powietrzny w jego wiązkę, np. VOR/DME oszczędność może wynieść nawet ok. 6 mln PLN.

MZ: Czy jest możliwe wyznaczenie podejścia według EGNOS-a na lotniskach nieutwardzonych, gdzie początek pasa startowego często jest punktem umownym?
TW: Problem polega na tym, że właśnie na takich lotniskach może być kłopot z wyznaczeniem punktu przyziemienia, który musi być oznakowany, a jego położenie musi być dokładnie zmierzone i opublikowane we współrzędnych WGS-84. Według mojej wiedzy, na obecną chwilę nie ma przepisu krajowego, który by to w jakiś sposób regulował. Według mnie, nie ma nawet przepisu międzynarodowego, który wskazuje jak to zrobić. W połowie października, Eurocontrol ma przygotować dokument o roboczej nazwie Draft Guidance Material For The Implementation Of RNP APCH Operations. W ramach tego przewodnika mają się pojawić informacje odnośnie wymaganej infrastruktury dla lotnisk, m.in. o tym co ma się na nich znaleźć w przypadku wdrażania procedury APV, a do takich będą się zaliczały procedury oparte o EGNOS.

Za każdym razem, gdy jakieś lotnisko będzie chciało wykorzystywać takie podejścia do lądowania, musi się zwrócić do PAŻP z prośbą o opracowanie odpowiedniej procedury, co jest jednak odpłatne. Jakiej wysokości są to koszty trudno mi powiedzieć, ponieważ nie jestem odpowiedzialny za ten obszar funkcjonowania PAŻP. W pierwszej kolejności, w podejście APV-I będą wyposażane prawdopodobnie kierunki podstawowe, na których już funkcjonuje jakaś procedura instrumentalna i najlepiej jeśli będzie to ILS. Pamiętajmy o tym, że początki systemu są trudne i bezpieczniej jest operować na podejściach, które gwarantują także system konwencjonalny, dzięki któremu pilot miałby dodatkową informację potwierdzającą, że wskazania systemu są prawidłowe.

MZ: Publikacje na temat EGNOS-a sugerują, iż sygnał odbierany przez nisko lecący samolot może być zakłócany przez naturalne przeszkody terenowe, takie jak np. budynki, wysokie drzewa czy góry. Czy rzeczywiście tak jest?
TW: Rzeczywiście może się tak zdarzyć. Chodzi o to, że satelity są zlokalizowane na południe od Europy nad równikiem i mogą wystąpić problemy z odbiorem sygnału przy dużych szerokościach geograficznych na małych wysokościach.

MZ: Czy w związku z tym, możliwe jest zrealizowanie podejścia w oparciu o EGNOS na lotnisku położonym w terenie górzystym lub w jego pobliżu?
TW: Tak, ale w każdym przypadku należałoby wcześniej przeprowadzić testy systemu oceniające jakość sygnału zarówno EGNOS, jak i GPS w rejonie takiego lotniska.

MZ: Na co powinien zwrócić uwagę pilot wykonujący podejście według EGNOS-a? Czy coś może go zaskoczyć w czasie lotu? Jakie są różnice?
TW: W przypadku klasycznych systemów nawigacyjnych, które są rozlokowane na ziemi za sygnał i za utrzymanie właściwej sprawności technicznej odpowiada konkretna instytucja. W związku z tym istnieje znacznie większa szansa, niż w przypadku systemów satelitarnych, że pilot o stanie systemu nawigacyjnego dowie się szybko i na czas. O stanie urządzenia radionawigacyjnego, pilot jest informowany, czy to za pomocą NOTAM-ów, czy też poprzez bezpośrednią łączność z kontrolerami.

Natomiast w przypadku nawigacji satelitarnej jest troszeczkę inaczej, bo stan systemu nie zależy od stanu pojedynczego satelity. Nie wystarczy też monitorowanie pojedynczego satelity, bowiem pozycję określa się z wykorzystaniem sygnału z kilku satelitów. Co więcej, naziemne odbiorniki monitorujące znajdują się w innym miejscu niż odbiornik na pokładzie samolotu. Może więc istnieć pewna rozbieżność pomiędzy tym, o czym pilot jest informowany, a tym co obserwuje na pokładzie samolotu. To jest największe niebezpieczeństwo, ale na ogół daje się je przezwyciężyć zapewniając zapasowy system konwencjonalny. Jeżeli niemożliwe jest wykorzystanie nawigacji satelitarnej, to samolot powinien być wyposażony w alternatywne źródło nawigacji. Może to być sensor bezwładnościowy lub źródło oparte o konwencjonalne pomoce NDB lub VOR/DME albo DME/DME.

Generalnie można latać według tego systemu, ale konkluzja jest taka, że zawsze lepiej się zabezpieczać. Dla Europy zapasem konwencjonalnym do potrzeb trasowych jest system DME-DME. W przypadku podejść do lotnisk sprawa jest nierozstrzygnięta. Generalnie najlepszym rozwiązaniem byłoby, gdyby zapasowy system zapewniał tę samą dokładność nawigacji, co podstawowy system nawigacyjny i w tym momencie, jeżeli chce lądować na EGNOS-a w kategorii APV, to na lotnisku powinien znajdować się ILS. W związku z tym, pojawia się oczywiście pytanie „jak powinien wyglądać system zapasowy i czy powinien on się znajdować na lotnisku, na którym chce się wykonać lądowanie, czy na lotnisku sąsiednim?”. Ta kwestia jest nierozstrzygnięta. W Polsce musi to zostać określone przez ULC. W krajach europejskich stosuje się różne rozwiązania. Czasem wymaga się funkcjonowania systemu zapasowego na lotnisku docelowym, a czasem (jak np. we Francji i Wielkiej Brytanii) wystarcza, że istnieje backup konwencjonalny na lotnisku sąsiednim, do którego pilot będzie miał możliwość dotrzeć, jeżeli nie będzie mógł lądować na docelowym. Prawdopodobnie rozwiązanie leży gdzieś po środku.

MZ: A jakie uprawnienia musi posiadać pilot żeby korzystać z możliwości wykonania takiego podejścia? Czy jest już możliwe uzyskanie ich w Polsce?
TW: To jest dobre pytanie. Generalnie na świecie, jeśli chce się stosować jakikolwiek system tego typu, to trzeba mieć na niego uprawnienia. Jeśli chodzi natomiast o Polskę, to jeszcze nie mamy opracowanych żadnych wytycznych dla ośrodków szkoleniowych.

MZ: Czyli technicznie wykonanie takiego podejścia będzie możliwe, ale z formalnego punktu widzenia już nie?
TW: Niestety tak. Jeśli nawet PAŻP opracuje procedury podejścia do lądowania, to na dzień dzisiejszy będą mogli z nich korzystać tylko piloci przylatujący z zagranicy, na statkach powietrznych, które mają odpowiednie, ale zachodnie certyfikaty, ponieważ w Polsce jeszcze nikt ich nie wydaje. Istnieje zagrożenie, że przez jakiś czas system może być niedostępny dla naszego lotnictwa. Niemniej jednak mam nadzieję, że działania, które podejmuje PAŻP wpłyną pozytywnie na instytucje decydujące o jego dopuszczeniu.

MZ: Czy jest jakiś wstępny termin wprowadzenia podejść w oparciu o system EGNOS?
TW: Optymistycznie powiedziałbym, że stanie się to na koniec tego roku, ale to jest bardzo optymistyczne założenie.

MZ: Czy oprócz Warszawy, na terenie naszego kraju znajduje się jeszcze jakaś stacja monitorująca?
TW: W skład systemu monitorowania, czyli części naziemnej EGNOS, wchodzi kilkadziesiąt stacji monitorujących RIMS (Ranging and Integrity Monitoring Station). W Polsce znajduje się tylko jedna stacja, którą zarządza Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk. Sąsiednie zlokalizowane są w Berlinie i w Sofii, ale celem zapewnienia lepszych charakterystyk systemu w tej części Europy, powinna być dostawiona jeszcze jedna, prawdopodobnie na Ukrainie lub w Mołdawii.

Poza stacjami RIMS, PAŻP eksploatuje w celach badawczych trzy stacje monitorujące, niezależne od systemu EGNOS, rejestrujące jego sygnał. Znajdują się one w Warszawie, Krakowie i Rzeszowie.

MZ: Czyli w stolicy znajduje się najdalej na wschód wysunięta stacja całego systemu-jak to wpływa na jakość sygnału?
TW: Tak, stacja warszawska jest najdalej wysunięta na wschód. Na dzień dzisiejszy cierpimy w związku z tym pewne niedoskonałości sygnału EGNOS. Stacje należące do PAŻP wykazują problem z uzyskaniem wymaganych 99% dostępności tego sygnału. Według naszych ocen i raportów zarządzającego systemem EGNOS (ESSP), sygnał ma właściwości mieszczące się w wymaganych tolerancjach mniej więcej do linii Wisły. Natomiast dalej na wschód jest już słabszy. Jednak nie tylko dostawienie nowych RIMS-ów może spowodować poprawę, ale też sama zmiana algorytmu wyznaczania poprawek. Mówi się również o tym, że wprowadzenie w połowie roku nowej wersji oprogramowania EGNOS-a, spowoduje, że prawie cała Polska zostanie objęta sygnałem na takim poziomie, który zapewni mu właściwe parametry.

MZ: Z tego wynika, że użytkownik we wschodniej Polsce mógłby mieć problem z dokładnością?
TW: Z dokładnością nie, ponieważ nasze stacje rejestrują sygnał i jego dokładność jest na poziomie półtora metra w pionie i poziomie. Mogą tam natomiast wystąpić problemy z uzyskaniem właściwej dostępności sygnału.

MZ: Czy obecna infrastruktura monitorująca i przekazująca sygnały do satelity jest bezpieczna, w sensie redundantna, czy są centra zapasowe?
TW: To pytanie powinno być skierowane do zarządzającego systemem, czyli do ESSP (European Satellite Service Provider). Według mnie – tak. Chociaż wiemy, że występują zakłócenia systemu EGNOS, które mogą być spowodowane awarią jednego z RIMS-ów, czyli stacji monitorujących. Generalnie nie wystarczy jedna stacja w Warszawie, muszą być sprawne jeszcze sąsiednie, które są usytuowane w odległości średnio co 500 km. Jeżeli uszkodzeniu ulegają te w Berlinie lub Sofii, to zjawiska pogarszania się dokładności, wiarygodności czy dostępności sygnału są obserwowane w całości systemu.

MZ: Czy w dalszym ciągu przed lotem z wykorzystaniem sensora satelitarnego pilot powinien sprawdzić dostępność sygnału oraz RAIM?
TW: Nie ma przepisu krajowego, który o tym mówi, ale powinien on się pojawić. Według mnie, przygotowując się do lotu pilot powinien sprawdzić publikacje NOTAM, a w przypadku RAIM użyć do tego zamieszczonego na stronie Eurocontrol serwisu AUGUR, który mówi o dostępności satelitów GPS.

MZ: Czy ULC dopuścił latanie z wykorzystaniem sensora GPS?
TW: Nie dopuścił, ale takie próby będą podejmowane przez Agencję, bo warto wiedzieć, że można zrealizować backup za pomocą wprowadzenia procedury w L-NAV, czyli rodzaj podejścia oparty o „czysty” GPS. Sprowadza się to do tego, że lądowanie jest procedurą nieprecyzyjną, ale prowadzoną na GPS tylko w poziomie i z założeniem, że GPS jest dopuszczony do użycia.

W swoich wypowiedziach użyłem kilkukrotnie określenia „czysty GPS”. Miałem na myśli odbiorniki GPS ze wspomaganiem typu ABAS (Airborn Based Augumantaion System). Jednym ze sposobów zapewnienia ABAS-a jest funkcja RAIM, która pozwala odbiornikowi wykryć, że któryś z satelitów w trakcie wyznaczania położenia jest uszkodzony lub nawet wskazać, który dokładnie uległ awarii.

MZ: Proszę powiedzieć, czy PAŻP przygotowuje instrumentalne procedury podejścia wykorzystujące system EGNOS?
TW: Na razie opracowane zostały procedury APV-I, dla których EGNOS został certyfikowany, dla Katowic i Mielca. Lotniska te wzięły udział w projektach polegających na opracowaniu procedur APV-I i wykonaniu lotów próbnych. Oprócz tego, przygotowane są procedury RNAV NPA (wykorzystujące „czystego GPS-a”) dla Gdańska, Krakowa i Warszawy. Nie powinno być większych problemów z opracowaniem procedur dla pozostałych lotnisk. Trzeba zdawać sobie sprawę, że kategorie podejścia określają minimalne warunki pogodowe, przy których podejście może być zrealizowane. Obecnie procedury dzielą się na nieprecyzyjne tzw. NPA i precyzyjne, których najsłabszą kategorią jest kategoria I. Wysokość decyzyjna dla NPA ustanowiona została na poziomie 300 stóp, a dla kategorii I 200 stóp. Kategoria APV-I jest kategorią pośrednią, daje znaczący postęp, ponieważ zapewnia minimalną wysokość decyzyjną na poziomie 250 stóp. Co więcej, przy podejściach nieprecyzyjnych do których nadawałby się „samodzielnie” wykorzystywany GPS, mamy do czynienia z prowadzeniem tylko w płaszczyźnie poziomej w lewo i w prawo, bez ścieżki schodzenia, bez podawania wysokości. W podejściach precyzyjnych mamy zarówno ścieżkę jak i kierunek. Natomiast, podejścia APV-I nie dają wprawdzie jeszcze tych parametrów, które dają podejścia precyzyjne, ale do podejść nieprecyzyjnych dodają także składową pionową, a to już dużo. Generalnie, należy się spodziewać, że w podejścia tego typu wyposażone będą w pierwszej kolejności główne lotniska komunikacyjne w Polsce.

MZ: Proszę powiedzieć coś więcej jak wypadły wspomniane obloty w Mielcu i Katowicach?
TW: 14 marca, samolot Piper PA-34 Seneca II należący do firmy Royal Star Aero, wykonał w Katowicach 6 podejść, a następnie dzień później kolejne 3 w Mielcu. Wyglądało to tak, że wykorzystując wskazania EGNOS-a, załoga schodziła do wysokości decyzyjnej. Żadne z podejść nie musiało zostać przerwane ze względu na wadę sygnału, a jaka była uzyskiwana dokładność, na razie trudno ocenić, ponieważ firma odpowiedzialna za opracowanie raportu jeszcze go nie przygotowała.

Z tego co wiem, sygnał miał dobre parametry, co potwierdzały również nasze obserwacje naziemne. Nie wszyscy wiedzą, ale w trakcie prowadzenia eksperymentu na ziemi były ustawione stacje monitorujące należące do PAŻP, które dodatkowo miały sprawdzać jakość sygnału GPS i EGNOS. Pomiary te wykazały bardzo dobre właściwości. Jeśli chodzi o kategorię w jakiej mógłby być wykorzystywany, to ze względu na charakterystyki poziome - w kategorii I, a charakterystyki pionowe w kategorii APV-I.

MZ: I na koniec nasze pytanie „firmowe” – jaki rodzaj muzyki jest Pana ulubionym?
TW: Generalnie Pop. Najbardziej lubię Madonnę, Tinę Turner i Lionela Richie.

MZ: Dziękuję za rozmowę!
TW: Dziękuję!