加快政策标准制定 积极推动GLS航行新技术应用
2017年11月,我国在科技领域接连发生了应当引起民航业界高度关注的两件大事。一是2017年11月5日我国成功发射北斗三号组网卫星,开启了北斗为全球民航提供全天时全天候卫星导航服务的新时代,预计到2020年,将完成30多颗组网卫星发射,实现全球服务能力,并将按照国际民航标准同时提供星基增强服务。二是2017年11月10日第一架国产大飞机C919成功转场西安阎良,正式开展适航取证试飞工作,预计两到三年内将取得许可,投入商业飞行。北斗卫星导航系统和C919大飞机是我国具有完全自主知识产权的国家重大科技项目,都将在2020年前后正式应用于中国民航,必将对中国民航业的发展产生深远影响。加快GLS航行新技术应用,对破解民航业发展瓶颈、实现民航大国向民航强国的转变,具有重要的政治和现实意义。
一、GLS航行新技术及其使用优势
卫星导航着陆系统GLS(GNSS Landing System)由空中的卫星导航系统(如中国北斗、美国GPS)、地基增强系统(GBAS)和机载导航系统三部分组成。卫星系统同时向地面站和机载导航系统发送信息,卫星地面站(GBAS)将差分修正量以广播方式发送给即将进近的飞机,飞机上的机载导航系统通过接收到的卫星信号及来自地面站的信息,实时计算进近飞行轨迹,最终实现精密进近着陆。
作为国际民航组织(ICAO)基于全球导航卫星系统提出的航行新技术,GLS与传统的ILS(仪表着陆系统)相比,具有导航精度高、可靠性稳定性强的优势,并可降低运营成本。概况起来,主要有以下几方面:
1、可以提升大型机场的容量和效率。
目前国内大型繁忙机场一般都使用多跑道系统运行,空域资源十分紧张。使用GLS进近飞行程序,一方面,由于可以实现更大的下滑角,实现内移的跑道入口,进而缩小进近时的飞行间隔;另一方面,由于可以实现曲线进近,以较短的四边飞行转弯切入五边进近,可以节省飞机进近着陆时间。此外,由于不存在ILS进近的临界保护区限制问题,因此可以缩短地面放行间隔时间。因此,使用GLS航行新技术,可以提高大型繁忙机场的空中容量和地面运行效率。
2、降低机场建设投资和维护成本。
目前广泛使用的ILS(仪表着陆系统),虽然技术成熟,但是一条跑道需要配置两套ILS系统,不但场地占用面积较大,还存在临界保护区限制问题。使用GLS航行新技术,建立一套地面GBAS导航设备,最多可提供48套进近程序,可服务整个机场区域多条跑道,并且精度更高(垂直和水平定位误差可小于1米),信号更稳定,可用性更高(99.99%)。同时,使用GLS航行新技术可以避免ILS需要的定期飞行校验,减少校飞成本和校飞期间对跑道使用的限制。
3、有利于推动机场绿色发展。
国内大型机场周边城市化的发展趋势越来越明显,由于可提供不同角度的下滑道和实现曲线进近,除了可以为航空公司节省燃油降低成本外,相应可以减少机场的碳排放,减少噪音对机场周边居民的影响,使机场的环境变得更加友好。据波音公司测算,使用RNP接GLS进近,平均每架飞机可减少5-10海里航迹,降低噪音1-3分贝,节省燃油15-80磅公斤,减少碳排放20-110公升。
二、国内外GLS航行新技术应用现状
国内应用方面,2015年4月,上海浦东机场首次开展了GLS的试验飞行,同年,民航中南管理局将深圳机场确定为中南地区开展GBAS航行新技术应用的试点机场。2016年,深圳机场启动了GBAS航行新技术前期方案设计论证,2017年4月,民航中南地区管理局在上海组织了深圳宝安机场RNP AR、GLS/ILS独立平行进近程序的模拟机验证,验证表明GBAS航行新技术在深圳机场具备实施可行性且有利于提高深圳机场的运行效率。2017年11月,深圳机场集团正式成立了GBAS航行新技术专项推进组,计划分阶段推进此项工作,第一阶段(2017年-2018年)完成GBAS台站选址及场地保护、实施由北向南双跑道相关平行进近、开展由北向南GLS飞行程序设计;第二阶段(2018年-2019年)实施由南向北RNP AR+ILS相关平行进近、实施由南向北RNP AR+ILS独立平行进近;第三阶段(2020年-2021年)完成GBAS台站建设与安装、机载设备更新及人员培训、实施由南向北RNP AR+GLS独立平行进近。
国外应用方面,美国FAA已于2010年在纽瓦克、孟菲斯、西雅图等机场开展了GBAS(美国称之为LAAS-局域增强系统)CAT I类设施和运行认证工作,正组织开展CATⅡ/Ⅲ类导航设备研制和运行试验;欧洲的法国、意大利、西班牙已开展GLS相关试验工作;澳大利亚ASA于2016年底开展了悉尼机场和墨尔本两个机场的RNP接GLS程序设计,澳航已完成了超过1500次的GLS进近飞行。
导航设施方面,美国霍尼韦尔公司与波音公司合作,在全球范围内积极推广GLS航行新技术及其导航设备系统,该公司的SLS-3000 GBAS地面站已于2007年初在西班牙马拉加机场(Malaga)安装,最新GBAS地面站型号为SLS-4000,已经获得FAA、ASA等国外民航管理机构的认证 ;2014年,国内首套GBAS卫星导航着陆系统,在天津滨海国际机场安装测试和开展适航取证工作。
飞机方面,目前美国波音和欧洲空客大多数机型的通信导航平台都已支持GLS。波音公司的787、747-8、737NG/MAX、777/777X等机型目前都支持GLS CAT I类运行,空客飞机则是根据航空公司需要提供可选择安装。其他型号的飞机如果使用GLS飞行程序,则需要进行改装并取得适航认证。
三、政策建议
2012年国务院印发《关于促进民航业发展的若干意见》,提出大力推广新一代空管系统,加强空管通信、导航、监视能力,加强空管核心技术、适航审定、航行新技术的研发和推广,推动北斗卫星系统在民航领域的应用。2016年,民航局出台《关于推进民航科技教育创新发展的意见》,提出到2020年,要在民航科教创新发展的重要领域和关键环节取得突破性进展与成果,并在实际应用中发挥较大效益。
民航局应当抓住新的历史性机遇,主动作为,积极开展GLS航行新技术应用试点及推广工作。
1、积极参与GLS航行新技术国际标准制定。
成为民航国际标准制定的主要参与者,是民航强国的重要标志。目前,ICAO发布有关卫星导航方面的规则,无线电导航设备,以及目视和飞行仪表程序设计规范,均未将我国北斗卫星系统纳入,RNP AR接GLS飞行程序设计规范也没有正式发布。中国民航作为北斗三号未来的主要应用行业之一,应抓住机遇,组织专业力量,加快制定有关GLS的国际建议标准,积极争取将北斗卫星导航系统及其关联的国产地基导航设备系统、机载导航设备系统的技术、运行标准纳入国际标准制定范畴之中,打破国外垄断,为国产大飞机获得国际适航认证、为GLS通信导航设备国产化创造条件,实现由民航大国向民航强国的迈进。
在国际标准正式发布之前,中国可以先行建立并发布基于北斗导航的民航飞行技术、设备、运行的中国标准,引导国产大飞机C919机载导航卫星增强系统、地基增强系统的国产化研制和适航取证工作。除已发布的《卫星着陆系统(GLS)运行批准指南》外,还应当加快制定并适时发布卫星着陆系统地基增强系统(GBAS)技术标准规范、机载设备技术标准规范、导航台站选址及电离层测试规范、以及设备维护人员的资质要求等系列规范性文件。
2、加强GLS航行新技术试点工作的力度并给予必要的政策支持。
GLS航行新技术应用推广是一项综合性、系统性、战略性工作,涉及政策标准制定、设备准入、适航认证、程序设计、人员培训等诸多方面,无论是机场或是航空公司都需要大量的资金和人员投入,需要民航局牵头,机场、空管部门、航空公司和飞机厂商四方密切合作才能完成。
目前开展的GBAS航行新技术应用试点工作,主要由民航地区管理局牵头推进。大型繁忙机场虽然通过GLS应用试点,可以缓解空域资源紧张、增加机场容量、提高运行效率、减少碳排放以及降低噪声对周边居民影响等动因,但由于投资巨大、周期长见效慢,一定程度上影响了开展试点工作的积极性。航空公司更是由于涉及飞机改装、人员培训、适航申请等一系列问题,明显缺乏主动参与试点工作的意愿。此外,《民用航空通信导航监视工作规则》明确规定,在通信导航监视新技术应用方面,由民航局统一制定和发布政策、规划、规章和标准,统一组织指导和管理新技术应用工作,地区管理局只负责监督管理本地区新技术应用活动。因此,地区管理局在缺乏有效授权和配套政策支持的情况下,单靠行政命令手段,难以取得成效,达到期望的推广效果。
建议以民航局今年9月正式成立民航科教创新工作领导小组为契机,加强民航局对GLS航行新技术应用推广工作的直接领导,由民航局选取试点机场和航空公司积极开展试点工作,给予机场和航空公司必要的资金支持,以及政策扶持,如对试点机场给予航班放量的优先政策、给予试点航空公司航线开辟的优惠政策。
3、尽快将GBAS导航设备纳入使用许可目录。
根据2016年民航局发布的《民用航空通信导航监视工作规则》,购置和使用实行使用许可管理的通信导航监视设备,应当从民航局定期公布的《民用航空通信导航监视设备使用许可目录》中选取。其中第73条、75条规定,已将卫星导航地面设施纳入机场(终端区)、航路、航线导航设施。
目前,局方发布的民用航空通信导航监视设备使用许可目录清单中,与导航相关的使用许可目录只包含了仪表着陆系统(ILS)、指点信标(MB)、多普勒甚高频全向信标(DVOR)、测距仪(DME)、无方向信标(NDB)等五种导航设备,与卫星导航相关的机载导航设备和地面导航设备尚未列入其中。
建议民航局尽快将GBAS系统相关设备纳入使用许可目录,明确要求,在中国民航建立和使用的GBAS地面导航设备,应当同时满足使用中国北斗导航系统和GPS卫星导航系统的要求,推动国内外相关产品开展使用许可认证。
参考资料
1、国务院关于促进民航业发展的若干意见(国发<2012>24号)2012年7月印发;
2、关于推进民航科技教育创新发展的意见(民航发<2016>116号);
3、民航局关于成立民航科教创新工作领导小组的通知(2017<114>号);
4、中南地区航信新技术应用与发展工作委员会第一次专题会议纪要(中南局专题会议纪要2015年第24期);
5、《卫星着陆系统(GLS)运行批准指南》,民航局飞标司2015年12月发布;
6、民航局关于发布把控运行总量调整航班结构提升航班正点率若干政策措施的通知,民航局发(2017)115号
7、民航局、民航空管局、ICAO、FAA官网相关资料
8、《民用航空通信导航监视工作规则》,民航局2016年发布
9、波音公司、霍利韦尔公司相关技术资料
10、国际民航公约附件10《航空电信 第1卷 无线电导航设备》
11、Doc8168《空中航行服务程序 航空器运行第2卷 目视和仪表飞行程序设计》
作者简介:
张立轩,男,1967年10月出生,中共党员,高级工程师,现任职于深圳机场股份公司党委委员、运行指挥中心书记兼运行总监,2016年入选全国民航专家库成员。