Регистрация / Вход
Прислать материал

Ход выполнения ПНИ "Исследование потенциала высокоточной лазерной и светодиодной системы посадки скоростных летательных аппаратов в условиях ограниченной видимости"

Докладчик: Калошин Геннадий Александрович

Должность: в.н.с., руководитель группы

Цель проекта:
Обеспечение надежности высокоточного обеспечения посадки скоростных летательных аппаратов (ЛА) по зрительной лазерной и светодиодной СП в условиях I категории ИКАО и оптимизация характеристик для достижения максимальной дальности действия и минимального энергопотребления. Реализация цели проекта позволить повысить регулярность полетов самолетов в условиях I категории ИКАО (высота принятия решения до 60 м при минимальной видимости 800 м) за счет более раннего обнаружения сигнальной навигационной информации, за счет более высокой точности и надежности захода на посадку и эргономичности СП. Позволит снизить аварийность при посадке ЛА и заменить энергоемкие, технически и технологически сложные традиционные светотехнические СП.

Основные планируемые результаты проекта:
Для изучения возможностей надежного обеспечения полетов по I категории ИКАО в проекте решаются две основные задачи:
1. Экспериментальные и теоретические исследования закономерностей переноса контраста яркости лазерных пучков СП в зависимости от их пространственных и цветовых характеристик и порога контрастной чувствительности зрения при наблюдении рассеянного излучения при различных дистанциях, метеоусловиях и времени суток с целью выявления оптимальных пространственных и цветовых характеристик пучков, позволяющих получить необходимые дальности обнаружения и энергопотребления в реальных условиях эксплуатации.
2. Теоретические исследования необходимой осевой силы света светодиодной СП в зависимости от цветовых характеристик и порога контрастной чувствительности зрения при наблюдении огней при различных дистанциях, метеоусловиях и времени суток с целью выявления минимально необходимой силы излучения светодиодов при заданных дальности обнаружения, метеоусловиях и времени суток и,
соответственно, с целью уменьшения энергопотребления.
При теоретическом решении задачи видения прямого и рассеянного излучения лазерных и светодиодных СП в приземном слое атмосферы нами при выполнении проекта будет использован оригинальный подход, основанный на однократном приближении в решении уравнения переноса излучения и решениях, следующих из теории Ми. Предварительные результаты расчетов, полученные с использованием данного
подхода, показывают их соответствие экспериментальным данным. Кроме того, для расчетов коэффициентов аэрозольного рассеяния и ослабления будет использована оригинальная модель атмосферного аэрозоля.
Экспериментальные исследования выполняются с целью выявления оптимального контраста яркости пучка в зависимости от характеристик пучка и порога контрастной чувствительности зрения при наблюдении рассеянного излучения при различных расстояниях, метеусловиях и времени суток.
Эта часть исследований будет выполняться имеющимися в распоряжении участников проекта фотометрами собственного изготовления и японским яркомером типа Konica Minolta (LS-100/110), который предполагается купить за счет средств субсидии. Основой здесь является научно-технический задел участников проекта, включающий имеющиеся методики экспериментальных исследований контраста
яркости лазерных пучков, которые были проведены в Большой аэрозольной камере ИОА СО РАН, входящей в список уникальных установок СО РАН, необходимое оборудование и квалификация исследователей.
При выполнении экспериментальных измерений также будет осуществляется дозиметрия прямого и рассеянного излучения при изменении расстояния до источника с помощью имеющегося дозиметра ИЛД-2М и измерителя мощности и энергии Nova-II фирмы OPHIR-SPIRICON Inc., на который уже оформлены договора на покупку за счет средств субсидии.
Результаты, полученные при выполнении проекта, позволят определить условия и конкретизировать требования к пространственным, цветовым и энергетическим характеристикам световых пучков, при которых возможно надежное обеспечение полетов по I категории ИКАО.
Теоретические и экспериментальные подходы, предлагаемые для решения поставленных задач, используются впервые в задачах по переносу излучения, что является основой для получения новых теоретических и экспериментальных результатов, для публикации в высокорейтинговых зарубежных журналах, включая российские и к правовой защите способов и устройств ориентирования и программ.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Посадка современных скоростных летательных аппаратов (ЛА) на взлетно-посадочную полосу (ВПП) является наиболее ответственным этапом полета. Именно на этом этапе полета происходит наибольшее число аварий.
Для обеспечения захода на посадку ЛА используются различные радиотехнические средства. Гарантией их безопасности являются светосигнальные системы посадки (СП), работающие на относительно близких расстояниях.
Современные радиотехнические система посадки могут обеспечить автоматическую посадку на взлетно-посадочную полосу (ВПП), однако это не делается по экономическим соображениям. Невозможно каждый самолет и аэродром обеспечить дорогостоящим оборудованием, которое к тому же занимает значительную территорию как, например, которое было развернуто для автоматической посадки космического корабля «Буран». Светосигнальная навигационная информация светотехнических СП является простой по своему восприятию, а сама СП с участием человека обладает высокой надежностью при изменении метеоусловий, прежде всего метеорологической дальности видимости. Другими словами, светотехнические СП являются гарантией безопасности радиотехнических и космических средств обеспечения полетов. Именно это и предопределяет интенсивное развитие и непрерывное совершенствование светотехнических СП особенно в последнее десятилетие в связи с появлением новых отечественных коммерческих светодиодных и лазерных источников света, генерирующие непрерывное излучение с необходимыми длинами волн и мощностями, с необходимым ресурсом и наработкой на отказ в десятки тысяч часов, с энергопотреблением отдельно взятого модуля в единицы-десятки ватт и с несопоставимыми для традиционных источников света весогабаритными характеристиками и коэффициентом полезного действия.
В настоящее время усилиями ОАО «НПП Гамма» г. Щелково, ОАО «НПО «ЛЭМЗ», г. Москва, ОАО «НИИ «Экран» г. Самара разрабатывается перспективная интеллектуальная система управления полетами, навигации и посадки.
Нами совместно с Индустриальным партнером ОАО «НИИ «Экран» г. Самара проведены предварительные теоретические исследования, которые показали реализуемость лазерной и светодиодной СП, способной заменить энергоемкие, технически и технологически устаревшие светотехнические СП типа ОВИ и обеспечить посадку самолетов, в том числе и на временные аэродромы в условиях I категории ИКАО. Однако для окончательного решения вопроса об использовании лазерной и светодиодной СП в качестве подсистемы посадки необходимо выполнение прикладных экспериментальных и теоретических исследований, которые в настоящее время выполняются в рамках ПНИ.
Кроме того, результаты, полученные при выполнении ПНИ, будут важны и для других организаций, занимающихся разработкой оптико-электронных приборов, работающих в атмосфере.
Результаты, полученные при выполнении проекта, позволят определить условия и конкретизировать требования к пространственным, цветовым и энергетическим характеристикам световых пучков, при которых возможно надежное обеспечение полетов по I категории ИКАО.
Результаты, полученные при выполнении ПНИ, используются с Индустриальным партнером в ОАО «НИИ «Экран» г. Самара, в ОАО «НПП Гамма» г. Щелково, ОАО «НПО «ЛЭМЗ», г. Москва, при разработке перспективной интеллектуальной системы управления полетами, навигации и посадки. Перспективы коммерциализации результатов ПНИ в виде программ, патентов, методик, рекомендаций, теоретических и экспериментальных баз данных связаны прежде всего с ИП и указанными выше потребителями ожидаемых результатов путем заключения соответствующих контрактов.
Кроме того, полученные результаты могут быть использованы ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», ОАО «ЛИИ им. М.М. Громова», ФГУП Гос. НИИ ГА, ФГУП Гос. НИИ Аэронавигации, ПО «Полет», а также в других организациях, занимающихся разработкой оптико-электронных приборов, работающих в атмосфере: ОАО «НПО ГИПО», ОАО «ПО «УОМЗ».
Масштабность использования лазерных и светодиодных СП по нашим оценкам составят десятки единиц в год. Анализ предварительных данных по теме ПНИ показывает, что прогнозная оценка повышения регулярности полетов и вероятности безаварийной посадки при спользовании лазерной и светодиодной СП повысится на 50%.
Прогнозная оценка экономических характеристик дает годовой экономический эффект от использования лазерной и светодиодной СП при размещении на 30 аэродромах при среднем количестве посадок в год для одного самолета, равного 500, при среднем количестве самолетов, равном 500, и при среднем количестве самолетов на 1 аэродром базирования, равном 50, при стоимости опытного образца лазерной и светодиодной СП, равной 15 млн рублей, составит 250 млн рублей.

Текущие результаты проекта:
1. Промежуточный отчет о ПНИ, в котором изложены:
1.1. Аналитический обзор научно-технической, нормативной и методической литературы по теме ПНИ и выбор направления исследований, включая сравнительную оценка существующих технических решений различных систем посадки самолетов, выбор методов и средств проведения исследований по улучшению условий зрительного захода самолетов на посадку в условиях I категории ИКАО.
1.2. ТЗ на изготовление оптических элементов макета излучателя лазерной СП.
1.3. Отчет о патентных исследованиях по теме ПНИ.
1.4. Методики:
- дозиметрических измерений;
- измерений контраста яркости лазерных пучков;
- метеорологической дальности видимости в модельной рассеивающей среде.
2. Программная документация на программные компоненты программно-технологических пакетов:
- по расчету характеристик прямого и рассеянного излучения лазерной СП;
- по расчету характеристик прямого и рассеянного излучения светодиодной СП;
- для оперативного расчета потоков рассеянного излучения для оценки санитарной безопасности лазерной СП.
Программно-технологические пакеты подготовлены для гос. регистрации в Роспатенте.

Выполнена регистрация ПНИ во ФГАНУ "ЦИТиС" за номером №114102140045.
На Промежуточный отчет о ПНИ получена информационная карта ИКРБС с регистрационным номером №214103070010 от 30.10.14.
Планшет «Лазерная и светодиодная система посадки самолетов на ВПП» экспонировался на Выставке «Оптические системы и технологии — OPTICS-EXPO»,X юбилейный международный форум OPTICS-EXPO 2014 ВДНХ, 11 – 14 ноября 2014 г. и был удостоен Диплома выставки.
Представлены две публикации в научных журналах и две заявки на полезную модель.
Представлена диссертация на соискание ученой степени канд. физ.-мат. наук участником ПНИ Шерстобитовым М.В. Защита состоится 5 декабря 2014 г.
При выполнении исследований используется уникальная научная установка и Центр коллективного пользования.
Для проведения экспериментальных исследований закуплены фотометры: ЛАДИН, OPHIR-SPIRICON и ЛС-110. Для проведения теоретических исследований закуплены высокопроизводительные персональные компьютеры.
Выполняются работы по созданию экспериментальных стендов для измерения величины яркостного контраста лазерных пучков и для измерения метеорологической дальности видимости в модельной рассеивающей среде.