Hệ thống tự động giám sát máy bay qua vệ tinh và phát quảng bá ADS-B

Các hệ thống giám sát máy bay hiện tại (ví dụ: ACARS) đang gặp phải một số hạn chế như: bị giới hạn bởi các yếu tố môi trường (như địa hình, thời tiết); hạn chế về tốc độ quay cơ khí của rađa (hầu hết rađa quay với tốc độ 5 vòng/phút) dẫn đến hạn chế về tốc độ cập nhật dữ liệu; độ chính xác định vị máy bay thấp; thông tin nhận được từ máy bay bị hạn chế, chỉ có phiên hiệu và độ cao; số lượng mã nhận dạng máy bay bị giới hạn (4096).

Hệ thống tự động giám sát máy bay qua vệ tinh và phát quảng bá ADS-B (Automatic Dependent Surveillance-Broadcast) là công nghệ mới dựa trên vệ tinh nhằm trao đổi thông tin, định vị và giám sát hành trình của máy bay. ADS-B nâng cao độ an toàn cho chuyến bay nhờ việc liên tục cung cấp thông tin hành trình theo thời gian thực cho trạm kiểm soát không lưu ATC (Air Traffic Control). Máy bay xác định vị trí của mình thông qua hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu GNSS (Ví dụ: GPS, Galileo.) và định kỳ phát quảng bá tín hiệu tần số radio. Ở Mỹ, ADS-B là công nghệ được Cục hàng không liên bang (FAA) lựa chọn làm một trong bốn trụ cột chính thuộc Hệ thống vận chuyển hàng không thế hệ sau (NextGen) [1]. Ở châu Âu, ADS-B thuộc chương trình Vùng trời châu Âu chung SESAR (Single European Sky).

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA  ADS-B

ADS-B còn được gọi là Hệ thống Giám sát tự động phụ thuộc - Phát quảng bá, được mô tả bởi 4 đặc điểm [2]:

-Tự động (Automatic): Hệ thống luôn hoạt động (always ON) mà không cần sự tác động nào của con người.

-Phụ thuộc (Dependent): Thông tin vị trí máy bay phụ thuộc vào dữ liệu định vị rất chính xác từ hệ thống vệ tinh.

-Giám sát (Surveillance): Cung cấp các dữ liệu về máy bay như định danh (ID), tọa độ, độ cao, tốc độ, hướng bay...

-Quảng bá (Broadscast): Hệ thống chủ động phát tín hiệu quảng bá cho mọi máy bay, trạm mặt đất có trang bị hệ thống thu tín hiệu tương ứng mà không cần yêu cầu hỏi.

Sau khi nhận tín hiệu định vị từ vệ tinh (satellite positioning), máy bay đồng thời phát quảng bá dữ liệu định vị này và các dữ liệu khác đến tất cả các máy bay (aircraft-to-aircraft) và trạm mặt đất (ground communication) được trang bị ADS-B. Sau đó, trạm mặt đất truyền dữ liệu này đến ATC. Các trạm mặt đất gửi thông tin về thời tiết, không lưu cho những máy bay được trang bị thiết bị và gói dịch vụ tương ứng.

ADS-B bao gồm 2 phần là ADS-B In (thu vào) hỗ trợ phi công và ADS-B Out (phát ra) hỗ trợ trạm kiểm soát không lưu:

-ADS-B Out phát quảng bá từng giây thông tin chuyến bay như định danh, tọa độ, độ cao, tốc độ, ... cho máy bay và mặt đất. Trong thực tế, những thông tin này hầu như có độ chính xác cao hơn so với thông tin do hệ thống rađa cung cấp. Theo quy định của FAA và Tổ chức hàng không dân dụng quốc tế (ICAO), máy bay hàng không dân dụng đều phải trang bị ADS-B Out từ 1/1/2020.

-ADS-B In cho phép máy bay nhận những thông tin miễn phí về thời tiết, không lưu từ trạm ADS-B mặt đất và các máy bay khác. Việc lắp đặt ADS-B In là tùy chọn, không bắt buộc.

Về mặt thiết bị, có nhiều biến thể khác nhau kết hợp ADS-B In và ADS-B Out. Ví dụ: thiết bị Out- only, chỉ nhằm đáp ứng quy định của FAA, thiết bị cầm tay In-only nhận thông tin thời tiết; thiết bị kết hợp ADS-B In/Out. Lưu ý rằng, hiện không có thiết bị ADS-B Out nào có thể cầm tay, tất cả đều phải lắp trên giá cố định trong máy bay [3]

Thông tin thời tiết và không lưu

Thông qua dịch vụ ADS-B In, có 2 loại thông tin quảng bá được nhận là dịch vụ thông báo bay quảng bá dịch vụ không bá (TIS-B).

-FIS-B chỉ được đáp ứng nếu có bộ thu 978 MHz.

Thông tin thời tiết miễn phí từ trạm mặt đất được gửi lên liên tục trong chuyến bay.

Thiết bị có thể gắn trên giá cố định hoặc cầm tay tương tự như iPad (Hình 2).

-TIS-B là dịch vụ cung cấp thông tin không lưu từ mặt đất nhưng chỉ gửi cho các máy bay có trang bị ADS-B Out trong cự ly 30 dặm (1 dặm = 1,6 km). Thông tin không lưu được thu thập từ các nguồn: rađa giám sát sơ cấp và thứ cấp, các hệ thống đo độ cao mục tiêu di động khu vực sân bay, các hệ thống ADS-B được trang bị trên máy bay.

Tần số làm việc 1090 MHz và 978 MHz

Kênh kết nối dữ liệu của ADS-B làm việc ở hai dải tần số 1090 MHz và 978 MHz: -1090 ES hoạt động ở tần số 1090 MHz tương tự như các bộ phát đáp (transponder) ở Mode A/C/S. Trong thực tế, bộ phát đáp Mode S hiện có trên các máy bay có thể nâng cấp thành bộ phát đáp 1090 ES. (Mode S là một định dạng thông tin phát để hỏi máy bay, sử dụng địa chỉ duy nhất để phân biệt, nghĩa là chỉ có một máy bay cụ thể đúng địa chỉ sẽ trả lời). Đây là công nghệ truyền phát ở độ cao trên 18.0ft (1m = 0,3 ft). Do đó, 1090 ES hầu như áp dụng cho máy bay dân dụng phản lực cỡ lớn. Bộ thu ES có thể phát hiện các máy bay khác có bộ phát ES không đối không (air-to-air) và thông tin không lưu từ trạm mặt đất ADS-B gửi lên nhưng không có thông tin về thời tiết. Chi phí lắp đặt hệ thống 1090 ES hiện còn tương đối cao.

-978MHz, UAT (UniversalAccess Transceiver) thường được áp dụng cho các máy bay dân dụng cỡ nhỏ, bay thấp dưới 18.000 ft. Bộ phát đáp 978 MHz có cơ chế hoạt động tương tự 1090 ES nhưng có thêm thông tin về thời tiết. Chi phí lắp đặt hệ thống 978 MHz UAT thấp hơn nhiều so với 1090 ES.

Trên thị trường có nhiều loại thiết bị chỉ có 1 tần số như: 978 Out, 978 Out/In, 1090ES Out hoặc loại kết hợp 1090ES Out/978 In.

TRIỂN KHAI ADS-B Ở MỘT SỐ NƯỚC

ADS-B đang được triển khai ở Mỹ và một số nước trên thế giới như Úc, Canada, Ailen, Trung Quốc, Thụy Điển, các tiểu vương quốc Ả rập thống nhất (UAE), khu vực châu Á - Thái Bình Dương (APAC)...[1]và Việt Nam. Hình 3 mô tả lộ trình bắt buộc áp dụng ADS-B tại các khu vực trên thế giới: Úc áp dụng tiêu chuẩn DO-260 vào 2013; khu vực APAC chưa có quyết định chính thức năm sẽ bắt buộc áp dụng tiêu chuẩn tối thiểu DO-260; Tây Âu và Bắc Âu áp dụng tiêu chuẩn mới DO-260B vào năm 2017; Canada áp dụng DO-260 vào 2010; Mỹ áp dụng tiêu chuẩn mới DO-260B vào 2020.

-Úc bắt đầu triển khai ADS-B từ 2004 và là quốc gia đầu tiên trên thế giới phủ ADS-B trên toàn quốc từ năm 2009 nhưng chỉ từ độ cao trên 30.000 ft. Úc đã lắp đặt 57 trạm mặt đất tại 28 địa điểm.

-Ở Mỹ, việc triển khai ADS-B được chia thành ba giai đoạn: ADS-B được thực hiện ở dạng tự nguyện, song hành cùng các hoạt động xây dựng quy định của FAA.

Từ 2010-2014: Các trạm mặt đất được xây dựng trong tổng thể hệ thống hàng không quốc gia (NAS - National Airspace System). Hoàn thành tiêu chuẩn kỹ thuật DO-282B cho UAT và D0-260B cho 1090ES.

Từ 2015-2020: Việc lắp đặt thiết bị ADS-B In trên cơ sở tự nguyện. Những máy bay nào lựa chọn lắp đặt các thiết bị bắt buộc sớm trước thời hạn sẽ được hưởng những ưu đãi đặc biệt. Đồng thời, hạ tầng rađa giám sát sơ cấp sẽ được giảm dần theo lộ trình với mục tiêu cuối cùng giảm 50%. Từ 1/1/2020, tất cả máy bay phải có ADS-B Out khi hoạt động trong bất kỳ không gian nào có sử dụng bộ phát đáp.

-Việt Nam [5]: Nằm trong lộ trình triển khai phủ sóng, cung cấp dịch vụ ADS-B tại khu vực châu Á

-Thái Bình Dương theo chủ trương của ICAO, trong đó có Việt Nam với kế hoạch triển khai đã được Bộ Giao thông phê duyệt theo Quyết định số 2339/QĐ- BGTVT ngày 19/10/2011. Tính đến tháng 9/2013, Việt Nam đã hoàn thành việc lắp đặt 3 trạm giám sát ADS-B. Cục hàng không Việt Nam đã chính thức công bố trong Thông tri hàng không A03 năm 2013 (AIC A03/13), kể từ 12/12/2013, dịch vụ ADS-B sẽ bắt đầu được áp dụng đối với các đường bay trên biển thuộc Vùng thông báo bay Hồ Chí Minh ở tại hoặc trên mực bay FL290 (đường bay cao không, trên 8.850 m) nhằm tăng cường khả năng giám sát, nâng cao hiệu quả khai thác các đường bay này. Các nhà khai thác máy bay cũng phải có chứng chỉ khai thác ADS-B liên quan của quốc gia đăng bạ máy bay.

Tài liệu tham khảo

[1].http://en.wikipedia.org.
[2].http://www.ads-b.com.
[3].http://www.propilotmag.com.
[4].Tiêu chuẩn kỹ thuật ra đa giám sát thứ cấp hàng không, TCCS 12: 2012/CHK, Cục Hàng không Việt Nam (http://www.caa.mt.gov.vn).
[5].Trung tâm thông báo tin tức hàng không (http://vnaic.vn/).
[6].ADS-B - Surveillance Development For Air Traffice Management, Airbus 2011.

Hà Phương

(TCTTTT Kỳ 2/3/2014)