W tej notce ograniczam się do przedstawienia tych przyrządów nawigacji poziomej TU154M PLF 101, które miały zastosowanie podczas lotu do Smoleńska. Przyrządami tymi były:
- dwa systemy TKS-P2 wraz z oprzyrządowaniem;
- dwa systemy FMS typu UNS-1D firmy UASC.
Uzupełniającą rolę pełniły także systemy WBE-SWS, który dostarczały do FMS pomiarów prędkości IAS/TAS.
Urządzenie TKS-P2 to system żyroskopowy, który współpracował także z kompasem ID-3 i dzięki temu dostarczał innym systemom pokładowym informacji o:
- kursie geograficznym, w dokumentacji nazywanym żyroskopowym GPK;
- kursie magnetycznym, stabilizowanym danymi z systemu żyroskopowego i przez to nazywanym kursem żyromagnetycznym GMK.
Wg dokumentacji, system TKS-P2 dostarcza poprawne dane tylko wtedy, gdy przechylenie samolotu nie przekracza 55°.
Kurs magnetyczny wypracowany jest przez blok BGMK i zapisywany przez rejestratory systemu MSRP-64. Wykresy zmian kursu magnetycznego i prędkości IAS samolotu w różnych fazach lotu samolotu pokazują rysunki 1 i 2. Wg zamieszczonego w raporcie MAK rysunku 3, kurs ten jest także dostarczany do systemu FMS. Potwierdzeniem tego zdaje się być wartość odnotowana przy końcu na wejściu systemu FMS2:
“FMS 281 Analog Heading Inputs, Last Known Heading Value (magnetic referenced) 259.5°”,
podczas gdy, kurs geograficzny wyliczony ze współrzędnych punktów: DRL, próg pasa i KTA wynosi około 267°.
Rys 1. Kurs samolotu podczas pokonywania trzeciego i czwartego zakrętu
Rys 2. Kurs samolotu w końcowej fazie lotu
Informacja o kursie bieżącym może być pokazywana na przyrządzie nawigacyjnym PNP-1. O tym, czy przyrząd ten pokazuje kurs geograficzny, czy magnetyczny decyduje dedykowany przełącznik umieszczony na tablicy sterującej znajdującej się na suficie kabiny pilotów. Czołówkę przyrządu nawigacyjnego pokazano na rysunku 2a, a fragment pulpitu z przełącznikami ГПК/ГМК (GPK/GMK) na rysunku 2b. Przełączniki są umieszczone po prawej stronie pulpitu pod napisem КУРС—ПНП ЛЕВ. И ПРАВ.
22 – pokrętło nastawy kursu zadanego
8 - strzałka wskaźnika kursu zadanego
7 - nieruchoma strzałka pokazująca kurs na skali 15
15 - skala pokazująca kurs bieżący
Rys 2a. Czołówka przyrządu nawigacyjnego PNP-1
Rys 2b. Fragment pulpitu z przełącznikami GPK/GMK
Dzięki dostępności pomiaru kursu geograficznego oraz magnetycznego możliwa jest nawigacja samolotu poprzez zadanie kursu oczekiwanego na przyrządzie PNP-1 i aktywowanie podążania systemu sterowania samolotu za nim przez wybranie na pulpicie PN-5 trybu ZK (zadany kurs). Taki tryb sterowania pomija udział systemu FMS w nawigacji.
Wyjaśnienia podawane w podręcznikach przez korporację UASC odnośnie systemu FMS stanowią, że system ten używa do nawigacji danych z wielu dostępnych źródeł i na tej podstawie wylicza najbardziej prawdopodobne współrzędne położenia samolotu. Te dane są porównywane z kursem zadanym przez pilota wprost lub wyliczonym (legs) na podstawie punktów orientacyjnych (waypoints), co decyduje o wymuszeniach kierowanych do układów wykonawczych systemu sterowania samolotu. W locie do Smoleńska źródłami danych branych pod uwagę mogły być systemy: GPS, TKS-P2 i VOR/DME. Praktycznie w ostatniej fazie lotu użyteczne były tylko dane z systemów GPS i TKS-P2.
W raporcie MAK zawarty jest rysunek 43, pokazujący trajektorię samolotu w pobliżu Smoleńska. Z rysunkiem tym jest pewien problem. Widomo bowiem, że został on sporządzony na podstawie danych z systemu MSRP-64 („Filght path calculated based on the FDR data”) przez całkowanie prędkości IAS po czasie z uwzględnieniem kursu magnetycznego, pochodzącego jak opisano wyżej z systemu TKS-P2. Nie wiadomo jednak, czy mapa podkładowa i wrysowany w nią krąg podejścia są zorientowane wg współrzędnych geograficznych, czy magnetycznych lub jakoś inaczej jest to skoordynowane z danymi FDR, np. przez ich przeliczenie do układu geograficznego. Rezultat jest taki, że na tym samym rysunku trajektoria pokazana na środku przebiega na północ od linii pasa startowego, a w prawym dolnym rogu wg danych z systemu TAWS na południe od linii pasa startowego.
Rys 3. Fragment rysunku 43 z raportu MAK pokazujący trajektorię wg danych FDR
Rys 4. Fragment rysunku 43 z raportu MAK pokazujący trajektorię wg danych TAWS i GPS
Porównanie wyliczeń trajektorii samolotu przez MAK i pana M. Jaworskiego można znaleźć tu:
https://www.salon24.pl/u/mjaworski/869033,calkowanie-sie-przydaje
Niezależnie od rysunku 43 w raporcie MAK, z trajektorią samolotu jest także inny problem. Informacje podawane przez wieżę kontrolną nakazywały w pewnym momencie lot wg kursów 040˚ i 079˚, w domniemaniu magnetycznych, a tymczasem wg tego, co odnotowało się w zapisach rejestratorów, samolot poruszał się wg kursów magnetycznych bliskich odpowiednio 31˚ i 70˚. Istnieje domniemanie, że samolot był sterowany w tym czasie przez system FMS i dodatkowo z jego logu wynika, że piloci wprowadzili do tego systemu jednak wartości 40 i 79. To oznacza, że pojawił się tu jakiś błąd polegający na tym, że kursy magnetyczne zostały potraktowane jako kursy geograficzne.
System FMS powinien reagować na stan przełącznika wskazującego, jaki kurs samolotu ma być wyświetlany na ekranie: magnetyczny ze znakiem ˚ na końcu czy geograficzny ze znakiem T na końcu. Przez domniemanie można było przyjąć, że skoro pokazywane są kursy magnetyczne, to również wartości wprowadzane będą interpretowane jako magnetyczne – pewności jednak nie ma. Z rozkodowania stanu systemu FMS2 wiadomo, że przy końcu system ten pracował w trybie wizualizacji kursów magnetycznych. Dostępna dokumentacja nie pokazuje, gdzie fizycznie umieszczony jest ten przełącznik i czy łatwo byłoby go przestawiać w trakcie lotu – prawdopodobnie ulokowany jest gdzieś w pobliżu przełącznika trybu wizualizacji systemu TKS-P2. Teoretycznie nie można zatem wykluczyć, że w trakcie lotu piloci przestawiali przełącznik i że jego wcześniejsze ustawienie było inne. Moim zdaniem mamy jednak do czynienia z wewnętrznym błędem systemu FMS.
Przesłanką wskazującą na błąd systemu FMS są następujące odczyty zawartości pamięci systemu FMS2 o numerze seryjnym 281:
FMS 281 Analog Heading Inputs
Last Known Heading Value (magnetic referenced) 259.5°
FMS 281 status
Magnetic Heading Not Valid. Last known heading value was 267.1°
Magnetic Variation E 7.61°
Skoro na wejściu z systemu TKS-P2 ostatnią poprawną wartością był kurs magnetyczny 259.5°, to ostatni kurs magnetyczny w statusie powinien był mieć wartość zbliżoną, tymczasem odczytano wartość 267.1° ≈ 259.5° + 7.61°. To oznacza, że wtedy gdy TKS-P2 wskazywał wartość około 71° zapisywaną przez rejestratory MSRP jako 70°, w statusie mogła się pojawić wartość zbliżona do 79° ≈ 71.4° + 7.61°. Przez pilota zadany był kurs 79° i mogło się zdarzyć tak, że system FMS uznał, że samolot porusza się właściwym zadanym kursem. Jak widać błąd mógł wyniknąć stąd, że zapisana w statusie w polu _HDG wartość nie jest wcale kursem magnetycznym, ale geograficznym i to raczej FMS, a nie pilot powinien był przeliczyć wprowadzone kursy do układu geograficznego.
Można sprawdzić, że podobny błąd nie wystąpił wtedy, gdy zadany kurs nie był wprowadzany do FMS przez pilota komendą CMD HDG, ale wynikał z wprowadzonych współrzędnych punktów nawigacyjnych (waypoints). Wtedy bowiem przy ustawionym trybie wizualizacji kursów magnetycznych na ekranie CDU pokazywane są kursy magnetyczne, ale wewnętrze wyliczenia prowadzone są wg kursów geograficznych, np.: zapisany w statusie True Track Angle przy końcu ma wartość 252.2°, a na ekranie CDU sygnalizowana była wartość TKE (błąd kursu) równa L015°. Są to wartości zgodne pod warunkiem, że kierunek DRL->XUBS jest rozpatrywany w układzie geograficznym jako 267.2°, a nie magnetycznym jako 259°.
Dane o kursie przekazywane przez TKS-P2 są poprawne tylko wtedy, gdy przechylenie samolotu jest mniejsze niż 55°. To tłumaczy, dlaczego rozkodowanie końcowego stanu pamięci systemu FMS2 określono następująco: „Magnetic Heading Not Valid”. Jak jednak widać z wykresu na rysunku 2, system MSRP-64 przy końcu lotu rejestrował malejące wartości kursu magnetycznego nawet wtedy, gdy przechylenie przekraczało 55°. Dokładniejsza analiza pokazuje, że w chwili gdy przechylenie osiągnęło tę wartość krytyczną, kurs magnetyczny zatrzymał się na wartości około 254° i dopiero po chwili zaczął się zmniejszać dalej. Wytłumaczeniem może być to, że pomiędzy TKS-P2, a systemem rejestracyjnym funkcjonuje urządzenie BR-40, które jest urządzeniem elektromechanicznym, zbudowanym w oparciu o dwa selsyny i potencjometry. To mogło powodować, że rejestrowane wartości nie pochodzą wprost z TKS-P2, ale są rezultatem działania urządzenia BR-40, które zachowało się tak, pozbawione prawidłowych wartości na wejściu.
Rys 5. Zewnętrzny wygląd urządzenia BR-40
Rys 6. Schemat urządzenia BR-40
Zaskakujące jest także porównanie wartości wyliczonych przez FMS1 i FMS2:
FMS 281 status
Position N 54:49.483 E 032:03.161
Heading Not Valid. Last known heading value was 267.1°
FMS 281 Cross-Side FMS Inputs (z FMS1)
Position N 54:49.492 E 032:03.157
Heading No Computed Data
Last known heading value was 264.8°
Z tego wynikałoby, że system FMS1 dłużej niż FMS2 otrzymywał z współpracującego systemu TKS-P2 zmierzone wartości kursu, jednak wcześniej błędnie wyliczał już złą pozycję samolotu. Wartości pozycji pokazywane przez FMS2 wydają się być bardziej prawdopodobne biorąc pod uwagę układ szczątków samolotu na wrakowisku. Wytłumaczeniem takiego układu pozycji i kursów może być to, że system FMS2 wcześniej otrzymał informację, że jego system TKS-P2 już nie działa i przeszedł na oznaczenie pozycji tylko na podstawie GPS. Natomiast system FMS1 mógł otrzymywać informacje ze swojego systemu TKS-P2 dłużej, ale były to od pewnego momentu wartości błędne i dlatego ostateczne wyliczenie pozycji samolotu było obarczone większym błędem.
Ostatecznie pokazane tu błędy urządzeń nawigacyjnych nie miały wpływu na powstanie katastrofy. Błędy rysunków poglądowych w raportach nie miały też wpływu na ustalenie jej przyczyn.
21.06.2018 godzina 17:16 dodano rysunki: 2a i 2b.
Literatura
[1] RAPORT z odzyskania danych FMS w zał. 4 do raportu KBWLLP: "FMS DATA EXTRACTION FOR NTSB IDENTIFICATION: ENG10SA025" Universal Avionics Systems Corporation June 25, 2010
[2] UNS-1B, UNS-1C, UNS-1Csp, UNS-1D, UNS-1K FLIGHT MANAGEMENT SYSTEM , Universal Avionics Systems Corporation, Report No. 2423sv602 Change 1, January 5, 1998
[3] Методическое пособие по дисциплине “Авиационные приборы” Точная курсовая система ТКС- П2, Государственный Аэрокосмический Университет имени академика М.Ф.Решетнёав, Кафедра ТЭЭ и ПНК, Красноярск 2009
