Tom Hoffmann, magazyn informacyjny FAA dotyczący bezpieczeństwa

Jeśli nie zauważyłeś, trwa komercyjny wyścig kosmiczny. Dzisiejsze nagłówki gazet regularnie zachwalają zawrotne tempo rozwoju i innowacji komercyjnego przemysłu kosmicznego — od rakiet wielokrotnego użytku, przez turystykę kosmiczną, po nanosatelity wielkości pudełka po butach. Częstotliwość uruchamiania również ostatnio wzrosła. W ciągu zaledwie ostatnich 12 lat zaobserwowaliśmy, jak tempo (patrz rysunek 1) komercyjnych operacji wystrzeliwania i ponownego wejścia w przestrzeń kosmiczną w USA rośnie z około trzech licencjonowanych operacji rocznie do około dwóch tygodniowo!

Wraz z rozwojem tej branży FAA opracowała bezpieczną infrastrukturę operacyjną, która zapewnia bezpieczeństwo opinii publicznej i wszystkim użytkownikom krajowego systemu przestrzeni powietrznej (NAS), w tym lotnictwa ogólnego. Jednak złożoność operacji kosmicznych wymaga pewnych innowacyjnych pomysłów, aby zrównoważyć rozwój przemysłu, wydajność operacyjną i, co ważniejsze, bezpieczeństwo dla wszystkich.

Niebiańskie zmiany

Piloci lotnictwa ogólnego (GA) doskonale wiedzą, że zmiany w lotnictwie są czymś stałym, ale jest to również coś, z czym ta grupa doskonale sobie radzi. W zależności od miejsca w kraju, do którego regularnie latasz, możliwe, że napotkałeś pewne zmiany spowodowane komercyjną działalnością kosmiczną. A jeśli nie, cóż, to prawdopodobnie tylko kwestia czasu.

Licencjonowane przez FAA miejsca startu i lądowania, czyli „porty kosmiczne”, rozszerzają się geograficznie i nie ograniczają się już do wybrzeży. Zapoznanie się z tym rozwijającym się sektorem NAS jest tak samo ważne dla twojego bezpieczeństwa, jak dla wszystkich ludzi zapiętych pasami i czekających na wystrzelenie w kosmos (więcej na ten temat później).

FAA współpracuje z partnerami federalnymi i przemysłowymi w celu określenia najbezpieczniejszej ścieżki operacji startu i powrotu w przestrzeń kosmiczną oraz sposobu bezpiecznego zintegrowania ich z przestrzenią powietrzną przy jak najmniejszym zakłóceniu dla innych użytkowników. Przyjrzyjmy się bliżej temu procesowi i zobaczmy, co to może oznaczać dla Ciebie.

Wprowadzenie nowych warunków

Po pierwsze, nikt nie poprosi pilotów GA o rozwiązanie obliczeń optymalizacji trajektorii ani o zmierzenie wysokości w jednostkach astronomicznych. Mimo to istnieje kilka kluczowych terminów i pojęć, których znajomość może być pomocna podczas operowania w pobliżu obszarów z aktywnością startową. Dobrym punktem wyjścia jest zapoznanie się z 14 CFR sekcja 91.143 , Ograniczenie lotów w pobliżu operacji lotów kosmicznych . W Stanach:

Kiedy zgodnie z niniejszą sekcją wydawane jest zawiadomienie dla misji lotniczej (NOTAM), żadna osoba nie może obsługiwać żadnego statku powietrznego zarejestrowanego w USA ani pilotować żadnego statku powietrznego na podstawie upoważnienia certyfikatu lotnika wydanego przez FAA, w obszarach wyznaczonych w NOTAM dla operacji lotów kosmicznych, z wyjątkiem sytuacji, gdy jest to dozwolone przez [kontrolę ruchu lotniczego (ATC)].

14 CFR część 450 , która obejmuje wymagania dotyczące licencji na start w kosmos i ponowne wejście, opisuje kryteria bezpieczeństwa dotyczące startu w sekcji 450.101, stwierdzając, że:

Operator startu musi ustanowić wszelkie obszary zagrożenia statku powietrznego niezbędne do zapewnienia, aby prawdopodobieństwo zderzenia z gruzem mogącym spowodować wypadek statku powietrznego nie przekraczało 1 × 10 ⁻⁶ [jeden na milion].

Tak więc przepisy wymagają od FAA ochrony przestrzeni powietrznej w pobliżu startu lub ponownego wejścia, ale także wymagają od pilotów, gdy jest to wskazane, unikania tej samej przestrzeni powietrznej. Operatorzy startowi często wykorzystują wiedzę personelu DOD lub NASA Range do opracowania tych ochronnych obszarów zagrożenia dla statków powietrznych (AHA) wymienionych w części 450. Wykonują złożone obliczenia w celu określenia ryzyka dla statków powietrznych w obszarach powyżej i wokół punktu startu oraz pod ścieżką rakiety nośnej, która leci w kosmos.

STREFA ZAGROŻENIA STATKIEM POWIETRZNYM (AHA)

Używany przez kontrolę ruchu lotniczego do oddzielania ruchu lotniczego od rakiety nośnej, pojazdu powracającego, rakiety amatorskiej, wyrzuconych etapów, sprzętu lub spadających szczątków generowanych przez awarie związane z którąkolwiek z tych czynności. AHA jest oznaczony przez NOTAM jako TFR lub stacjonarna rezerwacja wysokości (ALTRV). O ile nie określono inaczej, pionowe granice AHA rozciągają się od powierzchni do nieograniczonych. — Podręcznik informacji lotniczych

Czynniki do rozważenia dla AHA obejmują rodzaj operacji, historię lotów rakiety nośnej, a także jej konfigurację, w tym liczbę etapów oraz to, czy jakiekolwiek owiewki, pierścienie osłony, akumulatory lub inne zużyte elementy zostaną odrzucone podczas startu.

„AHA jest zasadniczo polem obejmującym przestrzeń powietrzną, w której ryzyko dla statku powietrznego przekracza dopuszczalne limity” — wyjaśnia Duane Freer, kierownik Grupy Operacji Kosmicznych FAA w Centrum Dowodzenia Systemu Kontroli Ruchu Lotniczego w Wirginii. „Operacje ruchu lotniczego następnie biorą to pudełko i określają, jak najlepiej chronić przestrzeń powietrzną”.

Kontrola ruchu lotniczego (ATC) wykorzystuje różne przestrzenie powietrzne specjalnego przeznaczenia do tworzenia AHA, w tym tymczasowe ograniczenie lotów (TFR), strefę o ograniczonym dostępie lub strefę ostrzegawczą, przestrzeń powietrzną przydzieloną przez ATC (ATCAA) i stacjonarną rezerwację wysokości (ALTRV). W niektórych przypadkach jest to kombinacja wszystkich pięciu.

„Często mozaika tych przestrzeni powietrznych jest potrzebna do ochrony obszaru startu” — mówi Freer. „Jesteśmy ograniczeni, gdy udamy się 12 mil od brzegu, gdzie nie możemy korzystać z TFR ani obszarów o ograniczonym dostępie”. Wtedy obszary ostrzegawcze, ATCAA i ALTRV uzupełniają potrzebną ochronę.

Informacje w tych obszarach zagrożenia startu i ponownego wejścia w przestrzeń kosmiczną są przekazywane pilotom za pośrednictwem powiadomień dla misji lotniczych (NOTAM), zwykle z 48 do 72 godzinnym wyprzedzeniem. NOTAM zawiera szczegółowe informacje dotyczące czasu, rozmiaru i zakresu ograniczeń i może zawierać terminy takie jak „wystrzeliwanie rakiet”, „wystrzeliwanie w kosmos” lub „ponowne wejście w przestrzeń kosmiczną”, w zależności od rodzaju operacji.

Dla pilotów GA, towarzyszące TFR i obszary o ograniczonym dostępie są tym, co najprawdopodobniej zobaczysz graficznie na mapie planowania lotu przed startem. Ale możesz również zobaczyć obszary ALTRV przedstawione w niektórych aplikacjach do planowania lotów (np. ForeFlight) lub termin zawarty w NOTAM związanym ze startem. ALTRV chroni przestrzeń powietrzną pod przewidywanym obszarem startu i polami gruzu, często dalej od miejsc startu.

Na przykład na rycinie 2 zobaczysz początkową AHA — „AHA A” — na wschód od miejsca startu i inną, znacznie większą — „AHA B” — setki mil dalej na wschód od miejsca startu. Chociaż ALTRV zazwyczaj mają większy wpływ na przewoźników lotniczych i operatorów lotnictwa biznesowego niż GA, dobrze jest mieć świadomość sytuacyjną tych stref, szczególnie gdy start może obejmować AHA bliżej lub nad lądem.

Wykonane w kosmosie

W przeciwieństwie do znanego aksjomatu w lotnictwie cywilnym, gdzie lądowania zawsze powinny równać się startom, w komercyjnej przestrzeni kosmicznej jest nieco inaczej. Jak pokazano na wykresie rytmu startów kosmicznych i ponownych wejść (rysunek 1), liczba startów znacznie przewyższa liczbę ponownych wejść. Na szczęście jest to zgodne z projektem. W przypadku startów suborbitalnych zarówno wznoszenie, jak i opadanie są liczone jako start, ponieważ nie osiągają one orbity i nie wchodzą ponownie. Ponadto nie oczekuje się, że wiele pojazdów orbitalnych ponownie wejdzie do lądowania. Zgodnie z projektem wiele z nich ponownie wchodzi do atmosfery i spala się wysoko w atmosferze ziemskiej.

Jednak ten rachunek może wkrótce ulec zmianie ze względu na oczekiwany wzrost niektórych rynków, takich jak suborbitalna turystyka kosmiczna i produkcja w warunkach mikrograwitacji.

Tak więc, podczas gdy obecne operacje ponownego wejścia w kosmos z orbity zwykle odbywają się w odległych obszarach nad wodą przy minimalnym wpływie na GA, przyszłe operacje ponownego wejścia mogą obejmować więcej operacji ponownego wejścia w głąb lądu i wymagać bardziej uważnego oka.

Najeźdźcy z kosmosu

Jak szczegółowo opisaliśmy tutaj, wiele planowania i przygotowań wymaga bezpiecznego komercyjnego startu kosmicznego lub operacji ponownego wejścia na powierzchnię. Ale tak jak słyszymy o naruszeniach TFR przez prezydenta lub wydarzenia specjalne, naruszenia przestrzeni powietrznej miały również miejsce podczas operacji startowych. Te wtargnięcia mogą nie skutkować wysłaniem F-35 w celu przechwycenia zabłąkanego samolotu, ale mogą mieć poważne i nieoczekiwane konsekwencje. W żargonie kosmicznym takie naruszenia przestrzeni powietrznej są znane jako zanieczyszczenie zasięgu i mogą łatwo doprowadzić do nieudanego startu.

„Do tej pory mieliśmy tylko kilka przypadków zanieczyszczenia zasięgu w Stanach Zjednoczonych, ale przy spodziewanym wzroście liczby operacji istnieje większy potencjał na więcej”, mówi Glenn Rizner, starszy doradca techniczny w Biurze ds. Przestrzeni Komercyjnej FAA .

Jeden z takich najazdów miał miejsce w Virginia's Wallops Flight Facility, Mid-Atlantic Regional Spaceport, w 2018 roku. Gdy komercyjny lot zaopatrzeniowy na Międzynarodową Stację Kosmiczną zbliżał się do startu (T-0), mały samolot GA przeleciał w pobliżu miejsca startu prawdopodobnie z zamiarem uzyskania dobrego widoku lub zdjęcia. Śledzenie radarowe samolotu pokazało, że orbituje tuż przy wybrzeżu, aby znajdować się w najlepszej pozycji w T-0. Niestety tor jego lotu naruszył przestrzeń powietrzną AHA, co spowodowało, że operator przerwał start. Z tego aktu wynikało wiele implikacji, z których natychmiastowe było naruszenie przez pilota sekcji 91.143 14 CFR i prawdopodobnie innych przepisów.

Jednak implikacje wykraczają daleko poza to. Operator startu musiał ponownie skoordynować działania z portem kosmicznym i personelem Range, aby uzyskać nową możliwość wystrzelenia. Należało wziąć pod uwagę potrzeby DOD w zakresie przestrzeni powietrznej. Należało przygotować i rozpowszechnić nowe NOTAMY. Przewoźnicy lotniczy, krajowi i międzynarodowi, a także loty GA ponownie musieli zmienić trasę wokół nowej wyznaczonej przestrzeni powietrznej AHA. Błędna akcja jednego samolotu wpłynęła na niezliczone operacje NAS.

Poza implikacjami dla NAS, sfaulowany zasięg stanowi również oczywiste zagrożenie dla każdego na pokładzie samolotu, który dokonuje wtargnięcia ze względu na ryzyko spadających szczątków. Ale czy wiesz, że zagraża to również życiu ludzi znajdujących się na statku kosmicznym i towarzyszącego im personelu pomocniczego? Ci mężczyźni i kobiety znajdują się w pobliżu milionów funtów wysokociśnieniowego i lotnego paliwa napędowego. Jeśli próba startu zostanie usunięta, astronauci muszą zostać usunięci z kapsuły, a pojazd opróżniony ze zbiornika z dużą ostrożnością.

Koszt wyszorowanego startu jest również znaczący, sięgający ponad 1 miliona dolarów. Rozważania dotyczące kosztów obejmują wycofanie personelu ochrony, zamknięcia dróg, świeże paliwa i wpływ na sąsiednie obiekty startowe. Okna uruchamiania są często ograniczone i zależą od kilku zmiennych, więc mogą minąć godziny, dni lub tygodnie, zanim operatorzy będą mogli zmienić termin uruchomienia.

Do tego dochodzi koszt i niedogodności dla linii lotniczych i innych operatorów NAS, którzy muszą ponownie poruszać się po tych obszarach i być może ponosić opóźnienia. Z drugiej strony, zapewnienie bezpieczeństwa i poprawa wydajności wokół zamykania przestrzeni powietrznej na potrzeby startów i lotów powrotnych to obszar, w którym FAA poczyniła ogromne postępy.

Gwiezdny wysiłek

W ciągu zaledwie kilku ostatnich lat FAA była w stanie skrócić zamknięcia przestrzeni powietrznej z czterech godzin do około dwóch godzin, aw niektórych przypadkach nawet do 30 minut. Aby to zrobić, FAA wykorzystuje wieloaspektowe podejście, które oprócz poprawy wydajności pozwoliło agencji zachować wyjątkowe wyniki w zakresie bezpieczeństwa.

Kluczowe znaczenie ma Zespół Operacji Kosmicznych Organizacji Ruchu Lotniczego FAA, kierowany przez Duane'a Freera. Stacjonujący w „Pokoju Challengera” w Centrum Dowodzenia FAA, zespół ten współpracuje bezpośrednio z operatorami startu i powrotu, aby zapewnić pomoc w planowaniu misji i wsparcie w czasie rzeczywistym podczas działań startu i powrotu.

„Jeśli wystąpi jakikolwiek problem, zespół Space Ops korzysta ze specjalnej gorącej linii z operatorem, aby zgłosić anomalię lub awarię i w razie potrzeby stosuje plan awaryjny” — mówi Freer. Dodaje, że ta gorąca linia odegrała kluczową rolę w uzyskaniu świadomości sytuacyjnej w czasie rzeczywistym oraz w dynamicznym otwieraniu i zamykaniu przestrzeni powietrznej.

Inne narzędzie, Space Data Integrator (SDI) , jeszcze bardziej zwiększa świadomość operacyjną, dostarczając w czasie rzeczywistym dane telemetryczne dotyczące lokalizacji, prędkości i wysokości pojazdu. Freer porównuje SDI do systemu radarowego, który pomaga jego zespołowi sprawdzić, czy pojazd kosmiczny porusza się po nominalnej ścieżce. SpaceX jest obecnie jedynym operatorem korzystającym z SDI, ale FAA jest w trakcie dołączania kilku innych do systemu.

„Przyszłe dodatki do SDI zapewnią większą wydajność i przekażą informacje w czasie rzeczywistym do zakresów kontrolera” — dodaje Freer. „SDI to fundament domu, który budujemy”.

Kulminacja współpracy

Bezpieczna integracja operacji wystrzeliwania i ponownego wejścia w przestrzeń kosmiczną z serwerem NAS może być złożoną misją dla FAA, ale nie jest to zadanie, któremu muszą sprostać sami. Zamiast tego agencja regularnie polega na wielu partnerach branżowych i rządowych, którzy wdrażają te protokoły bezpieczeństwa i pomagają je rozwijać i ulepszać w przyszłości. W ramach procesu wspólnego podejmowania decyzji (CDM), FAA spotyka się co kwartał ze wszystkimi aktywnymi operatorami startów, uczestniczącymi agencjami rządowymi (np. NASA, DOD, Siły Kosmiczne) i różnymi członkami społeczności lotniczej, aby wspólnie rozwiązywać problemy i zarządzać nimi.

„Niemal wszystkie narzędzia, którymi dysponujemy dzisiaj do promowania bezpieczeństwa i wydajności przestrzeni powietrznej, były w takiej czy innej formie zaangażowane w proces CDM” — mówi Freer.

Ważnym rezultatem tej współpracy i ulepszonych możliwości monitorowania są znakomite wyniki w zakresie bezpieczeństwa w branży oraz zdolność FAA do zmniejszenia wpływu AHA na użytkowników przestrzeni powietrznej i natychmiastowego uwolnienia tej przestrzeni powietrznej, gdy tylko będzie bezpieczna. To dobra wiadomość dla wszystkich, w tym dla społeczności AH.

Utrzymanie tej rosnącej trajektorii bezpieczeństwa i wydajności to wspólny wysiłek. Jak więc możesz być częścią równania bezpieczeństwa, jeśli chodzi o komercyjną działalność w przestrzeni kosmicznej?

„Zacznij od zapoznania się z lokalnym obszarem, w którym lecisz, aby sprawdzić, czy istnieje potencjał dla operacji kosmicznych” — mówi Freer.

„Jeśli znajdujesz się w pobliżu miejsca startu lub miejsca ponownego wejścia, warto przeprowadzić dodatkowe planowanie przed lotem” — dodaje Rizner. Obejmuje to sprawdzanie NOTAM i wybranego narzędzia do planowania lotów w celu zweryfikowania wszelkich przyszłych działań związanych z startem lub ponownym wejściem. Inną bezpieczną opcją jest żądanie śledzenia lotu od ATC.

Dlatego następnym razem, gdy będziesz gotowy do „wystrzelenia” do następnego miejsca docelowego, pamiętaj o innych użytkownikach NAS, którzy mogą być gotowi zrobić to samo w bardziej dosłowny sposób. Pracując razem, wszyscy osiągniemy większe wyżyny.

Ucz się więcej

Integrator danych kosmicznych

Strona z danymi o przestrzeni komercyjnej FAA

Strona integracji komercyjnej przestrzeni powietrznej FAA

Tom Hoffmann jest redaktorem FAA Aviation News. Jest pilotem zawodowym i posiada certyfikat płatowca i zespołu napędowego.