способ предотвращения несанкционированного использования летательных аппаратов

Формула изобретения

1. Способ предотвращения несанкционированного использования летательных аппаратов, заключающийся в том, что средствами пунктов управления воздушным движением определяют текущие координаты и параметры движения летательного аппарата, прогнозируют возможность нештатного изменения траектории его полета, формируют и передают на борт летательного аппарата команды на изменение параметров полета, отличающийся тем, что в процессе предполетной подготовки в бортовую навигационную систему летательного аппарата вводят детерминированные программные траекторные параметры с заложенной невозможностью их изменения, в процессе полета определение текущих координат и параметров движения летательного аппарата дополнительно производят собственными средствами летательного аппарата и средствами космического и воздушного наблюдения, информационно сопряженными с пунктами управления воздушным движением с постоянным определением указанными средствами рассогласования параметров текущей траектории летательного аппарата от детерминированной программной, по информации, размещенной в системе серверов баз обновляемых данных, информационно сопряженных с пунктами управления воздушным движением, об энергетическом потенциале летательного аппарата, о степени важности объектов, расположенных по траектории полета летательного аппарата, и их взаимном положении в процессе полета выявляют конфликтно-опасные летательные аппараты и отслеживают попытки несанкционированного использования выявленных конфликтно-опасных летательных аппаратов по информации об их недопустимом отклонении от детерминированной программной траектории или по тревожному сообщению с борта летательного аппарата, а при наступлении этого события производят реконфигурацию бортовых систем или бортовой аппаратуры летательного аппарата по командам, сформированным бортовым корректирующим устройством, или по командам, сформированным и переданным на борт летательного аппарата указанными средствами наблюдения и пункта управления и снятие этой реконфигурации после уменьшения рассогласования до допустимой величины.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что реконфигурация бортовой аппаратуры летательного аппарата производится введением блокировки гидромеханической части системы штурвального управления путем или задействования механизма расцепления штурвальной колонки от механической проводки, или блокировкой сервопривода системы штурвального управления.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что реконфигурация бортовой аппаратуры летательного аппарата производится отключением системы распознавания “свой-чужой”.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что реконфигурация бортовой аппаратуры летательного аппарата производится включением блока колебательности в автомате стабилизации летательного аппарата.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что реконфигурация бортовой аппаратуры летательного аппарата производится введением искажений в системе построения угла курса и тангажа.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что реконфигурация бортовой аппаратуры летательного аппарата производится введением искажений в системах измерения высоты и скорости полета.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что реконфигурация бортовой аппаратуры летательного аппарата производится введением искажений в системе отображения полетной информации на приборной доске пилотов.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что реконфигурация бортовой аппаратуры летательного аппарата производится включением блока искажений в бортовой радар.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что реконфигурация бортовой аппаратуры летательного аппарата производится принудительным включением системы аварийной сигнализации о нештатном функционировании всех жизненно важных систем летательного аппарата.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что реконфигурация бортовой аппаратуры летательного аппарата производится отключением одного или группы двигателей.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что производится включение системы аварийного слива топлива.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что реконфигурация бортовой аппаратуры летательного аппарата производится включением блока отрицательного мультимедиа воздействия.

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что реконфигурация бортовой аппаратуры летательного аппарата производится включением блока искажений системы глобального навигационного позиционирования.

14. Способ по п.1, отличающийся тем, что реконфигурация бортовой аппаратуры летательного аппарата производится включением блока выдачи рекомендаций экипажу.

15. Способ по п.1, отличающийся тем, что реконфигурация бортовой аппаратуры летательного аппарата производится включением блока перевода управления летательного аппарата в режим дистанционного пилотирования (например, на самолет сопровождения или наземный пункт управления воздушным движением).

16. Способ по п.1, отличающийся тем, что реконфигурация бортовой аппаратуры летательного аппарата производится принудительным включением системы придания непрозрачности остекленению кабины и/или экранов дисплеев и защитных стекол приборов.

17. Способ по п.1, отличающийся тем, что реконфигурация бортовой аппаратуры летательного аппарата производится принудительной механической фиксацией частей тела экипажа.

18. Способ по п.1, отличающийся тем, что реконфигурация бортовой аппаратуры летательного аппарата производится включением системы принудительного ослепления экипажа.

19. Способ по п.1, отличающийся тем, что реконфигурация бортовой аппаратуры летательного аппарата производится включением блока принудительного сваливания в штопор.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области техники, занимающейся разработкой бортовой аппаратуры и бортовых систем летательных аппаратов (ЛА), обеспечивающих как безопасность полетов, так и безопасность наземных объектов особой важности (атомные электростанции, арсеналы, органы управления и др.) при несанкционированном использовании ЛА недоброжелателем.

Известно значительное количество устройств, систем и способов обеспечения безопасности полетов, описанных как в патентной, так и в научно-технической литературе. В патенте РФ № 2115163 (МКИ: G 06 F 17/00 || G 06 F 165:00) описано устройство, обеспечивающее возможность оценки текущего уровня безопасности полета ЛА в признаковом пространстве отказов и действующих ограничений в реальном масштабе времени. Устройство не только констатирует отказовую ситуацию, но и дает инструкцию по действиям по ней. При этом информация об отказах выдается через эфир руководству полетами в пункте управления воздушным движением для оказания помощи экипажу в виде подсказки в интересах безопасности экипажа или его спасения, а также для предотвращения развития отказовой ситуации. При этом рассматриваемые отказы не являются последействием недоброжелателя. В патенте РФ № 2151714 (МКИ: В 64 С 13/16, G 05 D 1/10, G 08 B 19/00) описана система обеспечения безопасности полета пилотируемого ЛА. Технический результат заключается в предотвращении выхода ЛА на критические режимы. Система содержит измерители положения и технического состояния ЛА, блок определения текущих опасных факторов, формирователь автоматического управления, формирователь срабатывания автоматического управления, формирователь команд управления, вырабатываемый совокупность команд в зависимости от положения и технического состояния, наличия опасных факторов и степени приближения к границам ограничений параметров движения ЛА. В патенте РФ № 2015940 (МКИ: В 64 С 13/00) описана система формирования сигналов управления полетом ЛА, обеспечивающая повышение точности и надежности формирования сигналов управления полетом путем введения дополнительного анализа функциональной и аппаратной достоверности физических параметров полета. В патенте РФ № 2089449 (МКИ: В 64 С 13/18) описана информационная система межсамолетной навигации, а в патентах РФ № 2137678 (МКИ: В 64 С 13/18) и № 2114374 (МКИ: F 41 G 7/30) описаны способы дистанционного управления бортовыми комплексами ЛА. В книге Новоселова А.С., Болнокина В.Е. и др. "Системы адаптивного управления летательными аппаратами" изложен широкий спектр методов и составов систем дистанционного управления ЛА по выбранным критериям эффективности с рассмотрением логических вариантов функционирования и взаимодействия наземных пунктов дистанционного управления с ЛА.

Наиболее близким по технической сущности является способ управления полетом ЛА при летных испытаниях, описанный в патенте РФ № 2114374 (МКИ: F41G 7/30), заключающийся в том, что на командном пункте управления полетом определяют текущие координаты и параметры движения ракеты, рассчитывают вероятную траекторию полета, формируют и передают на ракету команды на изменение траектории полета, постоянно определяют и передают на командный пункт управления полетом данные о состоянии окружающей среды на трассе летных испытаний, прогнозируют возможность нештатного изменения траектории полета ракеты и возможное в этом случае загрязнение поверхности земли, водоемов и воздуха, после чего передают на ракету команду либо на продолжение полета к цели, либо на отклонение от траектории и уничтожение ракеты в районе с минимальным ущербом для окружающей среды.

В описанном способе нештатное отклонение траекторий ЛА от программного происходит в признаковом пространстве отказов бортовых систем и не является целенаправленно организованным последействием недоброжелателя. При этом действия на командном пункте управления направлены на то, чтобы с учетом информации об отслеживаемых параметрах метеоусловий по трассе полета выбрать тот момент подрыва ЛА, при котором минимизируется экологический ущерб от продуктов взрыва и остатков топлива для окружающей среды и объектов (например, водоемы, населенные пункты), расположенных в подстилающей зоне траектории ЛА. При нештатном отклонении траектории полета ЛА от программной, являющимся следствием целенаправленного действия недоброжелателя (например, захват управления ЛА террористами), предотвращение преднамеренного нанесения ущерба особо важным объектам (атомные электростанции, учреждения государственной власти, плотины, крупнотоннажные корабли и т.д., расположенным не только в подстилающей зоне траектории ЛА, но и на значительных расстояниях от нее) "методом камикадзе" указанным выше методом не предоставляется возможным.

Целью настоящего изобретения является предотвращение преднамеренного нанесения непоправимого ущерба особо важным объектам "методом камикадзе" ЛА, принудительно захваченным террористами, путем создания на борту условий, препятствующих изменению заданной траектории полета ЛА, затрудняющих пилотирование ЛА, исключающих возможность прицельного наведения ЛА на выбранный объект и создания психологического дискомфорта при его пилотировании.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе предотвращения несанкционированного использования ЛА заключающемся в том, что средствами пунктов управления воздушным движением определяют текущие координаты и параметры движения ЛА, прогнозируют возможность нештатного изменения траектории полета ЛА, формируют и передают на борт ЛА команды на изменение параметров полета, в процессе предполетной подготовки в бортовую навигационную систему ЛА вводят детерминированные программные траекторные параметры с заложенной невозможностью их изменения, в процессе полета определение текущих координат и параметров движения ЛА дополнительно проводят собственными средствами ЛА и средствами космического и воздушного наблюдения, информационно сопряженными с пунктами управления воздушным движением с постоянным определением указанными средствами рассогласования параметров текущей траектории ЛА от детерминированной программной, по информации, размещенной в системе серверов баз обновляемых данных, информационно сопряженных с пунктами управления воздушным движением, об энергетическом потенциале ЛА, о степени важности объектов, расположенных по траектории полета ЛА, и их взаимном положении в процессе полета выявляют конфликтно-опасные ЛА и отслеживают попытки несанкционированного использования выявленных конфликтно-опасных ЛА по информации об их недопустимом отклонении от детерминированной программной траектории или по тревожному сообщению с борта ЛА, а при наступлении этого события производят реконфигурацию бортовых систем или бортовой аппаратуры ЛА по командам, сформированным бортовым корректирующим устройством, или по командам, сформированным и переданным на борт ЛА указанными средствами наблюдения и пункта управления и снятия этой реконфигурации после уменьшения этого рассогласования до допустимой величины.

Способ…отличающийся тем, что реконфигурация бортовой аппаратуры ЛА производится введением блокировки гидромеханической части системы штурвального управления путем или задействования механизма расцепления штурвальной колонки от механической проводки, или блокировкой сервопривода системы штурвального управления.

Способ…отличающийся тем, что реконфигурация бортовой аппаратуры ЛА производится отключением системы распознавания "свой-чужой".

Способ…отличающийся тем, что реконфигурация бортовой аппаратуры ЛА производится включением блока колебательности в автомате стабилизации ЛА.

Способ…отличающийся тем, что реконфигурация бортовой аппаратуры ЛА производится введением искажений в системе построения угла курса и тангажа.

Способ…отличающийся тем, что реконфигурация бортовой аппаратуры ЛА производится введением искажений в системах измерения высоты и скорости полета.

Способ…отличающийся тем, что реконфигурация бортовой аппаратуры ЛА производится введением искажений в системе отображения полетной информации на приборной доске пилотов.

Способ…отличающийся тем, что реконфигурация бортовой аппаратуры ЛА производится включением блока искажений в бортовой радар.

Способ…отличающийся тем, что реконфигурация бортовой аппаратуры ЛА производится принудительным включением системы аварийной сигнализации о нештатном функционировании всех жизненно важных систем ЛА.

Способ…по п.1, отличающийся тем, что реконфигурация бортовой аппаратуры ЛА производится отключением одного или группы двигателей.

Способ…отличающийся тем, что производится включение системы аварийного слива топлива.

Способ…отличающийся тем, что реконфигурация бортовой аппаратуры ЛА производится включением блока отрицательного мультимедиа воздействия.

Способ…отличающийся тем, что реконфигурация бортовой аппаратуры ЛА производится включением блока искажений системы глобального навигационного позиционирования.

Способ…отличающийся тем, что реконфигурация бортовой аппаратуры ЛА производится включением блока выдачи рекомендаций экипажу.

Способ…отличающийся тем, что реконфигурация бортовой аппаратуры ЛА производится включением блока перевода управления ЛА в режим дистанционного пилотирования (например, на самолет сопровождения или наземный пункт управления воздушным движением).

Способ…отличающийся тем, что реконфигурация бортовой аппаратуры ЛА производится принудительным включением системы придания непрозрачности остекленению кабины и/или экранов дисплеев и защитных стекол приборов.

Способ…отличающийся тем, что реконфигурация бортовой аппаратуры ЛА производится принудительной механической фиксацией частей тела экипажа.

Способ…отличающийся тем, что реконфигурация бортовой аппаратуры ЛА производится включением системы принудительного ослепления экипажа.

Способ…отличающийся тем, что реконфигурация бортовой аппаратуры ЛА производится включением блока принудительного сваливания в штопор.

Техническая сущность изобретения поясняется чертежом на примере перелета пилотируемого ЛА (например, пассажирский дальнемагистральный самолет) из одного пункта в другой.

Экипаж самолета 1, находящегося в аэропорту 2 (показана только взлетная полоса) с разрешения пункта управления воздушным движением 3, обслуживающим данный аэропорт, готовится к перелету в аэропорт 4, который обслуживается пунктом управления воздушным движением 5. Вдоль трассы полета могут находиться несколько таких пунктов, информационно взаимоувязанных друг с другом и с бортом сопровождаемого ими самолета в процессе его полета. В процессе предполетной подготовки в вычислители бортовых навигационных систем вводят блоки памяти с размещенными в них детерминированными программными траекторными параметрами с заложенной невозможностью их изменения. Т.е. экипаж в процессе полета не имеет возможности каким-либо образом изменить заложенные траекторные параметры. Их изменение возможно только по инициативе пункта управления воздушным движением, в зоне управления которого в данный момент находится самолет (например, по радиоканалу), в случаях обхода грозы, невозможности посадки в аэропорту прибытия по метеоусловиям, появления технических неисправностей. Такие же детерминированные траекторные параметры размещены в памяти вычислительных систем всех пунктов управления воздушным движением, размещенных в радиусе досягаемой дальности ЛА данного типа. В общем случае в них же размещены детерминированные траекторные параметры всех ЛА, пребывающих в зоне видимости и устойчивого информационного обмена, в соответствии с расписанием и маршрутизацией полетов. Траекторные параметры, включая участки послевзлетных разворотов и маневрирования перед посадкой, могут задаваться в различной форме, например совокупностью пар Н (L), (L) (текущие высота и ортодромный курс по дальности L), текущими координатами X, Y, Z по дальности L или времени t в связанной с землей системой координат, или в другой форме. После взлета самолета и начала его полета по детерминированной программной траектории средствами пунктов управления воздушным движением определяют текущие координаты и параметры движения ЛА и прогнозируют возможность нештатного изменения траектории полета по рассогласованию параметров текущей траектории ЛА от детерминированной программной на величину, более чем заранее заданная. При этом допустимая величина рассогласования может быть переменной на различных участках траектории: на участке захода на посадку она должна быть меньше. В процессе полета определение текущих координат и параметров движения ЛА, а также выявление рассогласования между текущими и детерминированными программными траекторными параметрами дополнительно производятся его собственными бортовыми средствами и средствами космического (например, спутник разведки) и воздушного наблюдения (например, самолет типа "Авакс"). К собственным средствам определения текущих координат относятся инерциальная навигационная система (ИНС) или аппаратура спутниковой навигационной системы. Предполагается также, что вычислительные системы средств воздушного и космического наблюдения тоже содержат детерминированные программные траекторные параметры ЛА, находящихся в зонах их видимости и устойчивого информационного обмена. Таким образом, выявление рассогласования между текущими и детерминированными программными параметрами траектории осуществляется одновременно на борту ЛА, в пунктах управления воздушным движением, на средствах воздушного и космического наблюдения. Как в зоне полета, так и в зоне досягаемой дальности ЛА, обладающего значительным энергетическим потенциалом (сотни тонн общей массы, десятки тонн топлива, большая скорость полета), расположено большое количество объектов различной степени важности, включая и объекты особой важности (объекты атомной и гидроэнергетики, учреждения государственной власти, пусковые установки с ядерными зарядами, склады и предприятия особо токсичной продукции, пункты управления, места проведения массовых мероприятий, крупные объекты на водной поверхности и др.), разрушение или уничтожение которых чревато необратимыми катастрофическими последствиями. В рамках предлагаемого способа координаты этих объектов размещаются в серверах баз данных 6, например, в географической системе координат (, ). Так как координаты этих объектов могут быть как постоянными (сооружения, здания и др.) 7_i(i=l-n), так и переменными 7_k(k=l-m) (объекты надводного и подводного базирования, приезд высокопоставленных делегаций, манифестации и др.), то информационное содержимое отмеченных серверов баз данных должно быть постоянно обновляемым. Территориальное размещение рассматриваемых серверов баз обновляемых данных должно носить, как минимум, региональный характер с назначением специальных служб обновления данных. Вследствие того, что дальность полета многих типов ЛА носит трансконтинентальный характер (L>10 тыс. км), обновление серверов баз данных должно носить характер межгосударственных отношений с назначением соответствующих служб. Описываемые серверы информационно сопряжены и информационно доступны пунктам управления воздушным движением, наземным и космическим средствам наблюдения.

Вдоль трассы полета ЛА с различными энергетическими потенциалами, а также в зоне их досягаемых дальностей, могут появляться объекты с различными степенями важности. По соотношению степени важности объекта, энергетического потенциала ЛА и их взаимному расположению выявляются конфликтно-опасные ЛА, которые являются объектом приоритетного внимания средств наблюдения за ними на предмет строгого следования по заданным программным траекторным параметрам.

На борту ЛА 1, осуществляющего полет по траектории 8 с заданными детерминированными траекторными параметрами, может произойти нештатная ситуация, следствием которой может стать появление сигнала о рассогласовании между текущими и детерминированными программными траекторными параметрами на величину, более чем заранее допустимую, что будет обнаружено бортовыми средствами ЛА, средствами пункта управления воздушным движением и средствами воздушного и космического наблюдения. Предположим, что это произошло в точке 9 траектории 8, и ЛА, перейдя на ручное управление, произвел несанкционированный разворот и по траектории 10 продолжил полет в направлении объекта особой важности 7_i(_i, _i). Появление отмеченного выше сигнала при отсутствии причины технического характера (например, по оперативному анализу телеметрируемых параметров) идентифицируется как попытка несанкционированного использования выявленного конфликтно-опасного ЛА (например, при захвате управления ЛА террористами). Эта попытка может быть идентифицирована также по тревожному сообщению экипажа ЛА до начала его несанкционированного разворота или в процессе взлета.

При наступлении этого события производится реконфигурация бортовых систем и бортовой аппаратуры путем посылки в них релейных сигналов или командных слов, в составе которых содержатся информационные элементы (например, биты в соответствующих разрядах), определяющих вид реконфигурации. Она может включать в себя:

- введение блокировки гидромеханической части системы штурвального управления путем или задействования механизма расцепления штурвальной колонки от механической проводки, или блокировкой сервопривода системы штурвального управления;

- отключение системы распознавания “свой-чужой”. Этим достигается выделение конфликтно-опасного ЛА в воздушном пространстве среди большого количества других ЛА с целью упорядоченной концентрации на нем внимания пунктов управления воздушным движением, средств ПВО и истребительной авиации;

- включение блока колебательности в автомате стабилизации (замена коэффициентов стабилизации), что приведет к раскачиванию ЛА по всем осям до границы его неустойчивости, затруднению пилотирования ЛА и наведению его на объект. Дополнительно к этому - стрессовое состояние экипажа с возможным отказом от дальнейших несанкционированных действий;

- включение блоков искажения в системах построения курса, тангажа, например циклическим суммированием с переменной по величине и времени уставкой. Эта обстоятельство приведет к потере ориентировки в пространстве и усложнит поиск объекта нанесения таранного удара;

- включение блоков искажения в системах измерения высоты и скорости, что затруднит пилотирование ЛА;

- включение блока искажения в системе отображения полетной информации на приборной доске пилотов (углы атаки и скольжения, обороты двигателей и др.), например “мерцанием” показаний;

- принудительное включение системы аварийной сигнализации о нештатном функционировании всех жизненно важных систем ЛА. Это обстоятельство повлечет стрессовое состояние экипажа с потерей глубины логических действий с возможным последующим отказом от несанкционированных действий;

- отключение одного или группы двигателей, а также включение системы аварийного слива топлива, что затрудняет пилотирование ЛА и уменьшает его досягаемую дальность полета;

- включение блока отрицательного мультимедиа воздействия (звуковое сопровождение на частотах, неблагоприятно воздействующих на слуховой аппарат, а также выведение на бортовой дисплей изображений, неприятных для ощущений террористам). Это обстоятельство повлечет стрессовое состояние экипажа с потерей полноты логических действий;

- включение блока выдачи рекомендаций экипажу, например включение изображения главы террористической организации, приказывающего прекратить несанкционированные действия;

- включение блока перевода управления в режим дистанционного пилотирования (например, на самолет сопровождения или пункт управления воздушным движением);

- включение систем придания непрозрачности остеклению кабины путем поляризации остекления, внутреннего или внешнего его забрызгивания, а также принудительного ослепления экипажа. Особенно эффективно это действие на начальной стадии взлета, когда несанкционирование использования ЛА может быть исключено в принципе;

- принудительную механическую фиксацию частей тела экипажа, что может затруднить ручное пилотирование ЛА или исключить переход на ручное управление перетягиванием штурвала;

- включение блока принудительного сваливания в штопор, например, путем одновременного формирования сигналов на реверс или отключение двигателей, на рули высоты (для увеличения угла атаки), крена и курса. Это действие является одним из последних, когда обнаружится неизбежность столкновения ЛА с объектом особой ценности при исчерпании всех других, но подобная операция выполняется по команде с пункта управления воздушным движением по принятию соответствующего решения при лимите времени на задействование средств ПВО и истребительной авиации.

Последовательность выдачи команд на виды реконфигурации бортовых систем или бортовой аппаратуры определяется мерой усиления эффекта их последействия. Причем эта последовательность команд может формироваться на средствах наземного и воздушного базирования, на пункте управления воздушным движением, а также на борту самого ЛА, подвергнутого попытке несанкционированного использования (кроме команды на принудительное сваливание в штопор). Т.е. на борту ЛА размещен блок реконфигурации, информационно сопряженный с элементами бортовой аппаратуры и бортовых систем, формирующий последовательность команд при появлении недопустимого рассогласования между текущими и детерминированными траекторными параметрами. При этом следует отметить, что при уменьшении рассогласования до допустимой величины (что можно трактовать как отказ экипажа от несанкционированных действий) ранее выданные команды на реконфигурацию бортовой аппаратуры и бортовых систем снимаются.

Применение данного изобретения позволит предотвратить преднамеренное нанесение непоправимого ущерба особо важным объектам таранным ударом по ним ЛА, принудительно захваченным террористами, путем создания на борту условий, препятствующих изменению заданной траектории полета ЛА, затрудняющих пилотирование ЛА, исключения возможности прицельного наведения ЛА на выбранный объект, уменьшения его досягаемой дальности полета, а также создания психологического дискомфорта при его пилотировании.