Giới thiệu dự án

Ngành hàng không dân dụng giữ vai trò huyết mạch trong cấu trúc kinh tế và logistics toàn cầu. Theo các phân tích quốc tế, mức tăng trưởng hàng không 2,5% tạo động lực kích thích tăng trưởng GDP quốc gia khoảng 1%. Trong giai đoạn 2015–2023, ngành hàng không Việt Nam ghi nhận tốc độ tăng trưởng bình quân vượt 15%/năm, trở thành thị trường phát triển nhanh thứ 5 toàn cầu và dẫn đầu khu vực Đông Nam Á theo đánh giá của Hiệp hội Vận tải Hàng không Quốc tế (IATA). Sự bùng nổ lưu lượng bay sau đại dịch đòi hỏi hạ tầng Quản lý Không lưu (Air Traffic Management - ATM) phải thích ứng nhanh chóng, duy trì ba tiêu chí cốt lõi: An toàn – Điều hòa – Hiệu quả.

Vùng thông báo bay Hồ Chí Minh (FIR Hồ Chí Minh) do Tổng công ty Quản lý bay Việt Nam (VATM) quản lý có diện tích trải rộng trên 1,2 triệu km², kiểm soát 35 đường hàng không nội địa và 36 đường hàng không quốc tế huyết mạch qua Biển Đông (như L642, M771, N892, L625). Trong đó, Phân khu 4 và Phân khu 5 thuộc Trung tâm Kiểm soát Đường dài Hồ Chí Minh (ACC Hồ Chí Minh) chịu áp lực mật độ bay cao độ, giao cắt phức tạp với các cơ sở điều hành bay kế cận như ACC Sanya, ACC Phnom Penh, ACC Singapore, ACC Vientiane, cùng các tiếp cận sân bay trọng điểm (APP Tân Sơn Nhất, APP Cam Ranh, APP Đà Nẵng).

                      +-----------------------------+
                      |   ACC Hồ Chí Minh (ATM)     |
                      +--------------+--------------+
                                     |
             +-----------------------+-----------------------+
             |                                               |
+------------v------------+                     +------------v------------+
|        Phân khu 4       |                     |        Phân khu 5       |
| (Đường bay quốc tế trục)|                     | (Khu vực chuyển tiếp)   |
+------------+------------+                     +------------+------------+
             |                                               |
             +-----------------------+-----------------------+
                                     |
              +----------------------v----------------------+
              | Các cơ sở ATS kế cận / Quốc tế lân cận       |
              | (Sanya, Phnom Penh, Singapore, TSN, Cam Ranh)|
              +---------------------------------------------+

Mục tiêu dự án

  1. Chuẩn hóa quy trình và phương thức hiệp đồng điều hành bay giữa Phân khu 4, 5 ACC Hồ Chí Minh với các cơ sở ATS trong nước và quốc tế.
  2. Thiết lập bộ quy tắc phân cách an toàn tối ưu dựa trên công nghệ Ra đa giám sát sơ cấp/thứ cấp (PSR/SSR) và Giám sát phụ thuộc tự động dạng phát sóng (ADS-B).
  3. Triển khai phương thức gán mực bay không cần hiệp đồng trước (NO-PDC) và kỹ thuật duy trì phân cách theo số Mach (MNT).
  4. Xây dựng phương thức ứng phó tình huống thời tiết xấu trên diện rộng (LSWD) và các kịch bản khẩn nguy (Emergency/Contingency).

Phương thức tiếp cận tập trung vào việc số hóa quy trình hiệp đồng, tích hợp hệ thống dữ liệu tự động nhằm giảm tải tối đa khối lượng liên lạc thoại (VHF voice communication) giữa kiểm soát viên không lưu (KSVKL), rút ngắn khoảng cách phân cách từ 10 phút phi ra đa xuống 10 NM phân cách ra đa và 30 NM cho ADS-B. Dự án giới hạn trong phạm vi FIR Hồ Chí Minh, tập trung vào dữ liệu khai thác thực tế từ năm 2015 đến 2023.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Trước khi chuẩn hóa phương thức hiệp đồng phân khu, việc kiểm soát không lưu đường dài trên các tuyến bay song song và giao cắt đối mặt với nhiều điểm nghẽn kỹ thuật:

Tiêu chí Kiểm soát thủ tục (Non-Radar) Kiểm soát Ra đa đơn lẻ (Legacy SSR) Kiểm soát tích hợp Phân khu 4 & 5 (PSR/SSR/ADS-B)
Tiêu chuẩn phân cách dọc 10–15 phút theo thời gian 20 NM theo cự ly DME 10 NM (Ra đa) / 30 NM (ADS-B ngoài tầm ra đa)
Tiêu chuẩn phân cách ngang Phân cách theo góc đài (≥15° VOR, ≥30° NDB) 50 NM cố định 50 NM (RNP10/FL290+) / Phân cách giám sát ATS trực tiếp
Phương thức chuyển giao Điện thoại hiệp đồng từng chuyến (ATS-DS) Hiệp đồng bán tự động qua Băng phi diễn (BPD) Chuyển giao tự động qua hệ thống ATM, áp dụng NO-PDC
Độ trễ xử lý dữ liệu 3–5 phút 15–30 giây Thời gian thực (< 4 giây chu kỳ quét ra đa, < 1 giây ADS-B)

Yêu cầu người dùng (KSVKL trực tiếp điều hành - EC và KSVKL hiệp đồng - PLC) được ưu tiên theo mô hình MoSCoW:

  • Must have: Giám sát liên tục Mode C với dung sai sai số $\le 200\text{ ft}$ (vùng RVSM) và $\le 300\text{ ft}$ (ngoài RVSM); cảnh báo tự động xung đột đường bay (RAM, ETO, FPCP).
  • Should have: Quy trình NO-PDC ma trận hóa trên các đường bay song song L642, M771, N892, L625; công cụ tính toán giờ cắt nhau TOP (Time of Passing).
  • Could have: Dự báo chuyển hướng bay thời tiết xấu tự động trên màn hình hiển thị tình hình hoạt động bay (ASD).
  • Won't have: Tự động hóa hoàn toàn quyền phát lệnh kiểm soát mà không có sự xác nhận của KSVKL.

Thiết kế hệ thống

Kiến trúc điều hành bay Phân khu 4 và 5 ACC Hồ Chí Minh vận hành trên nền tảng tích hợp tự động hóa:

[Trạm Ra đa PSR/SSR TSN, Đà Nẵng, Cà Mau, Quy Nhơn] \
[Trạm ADS-B Đất liền & Hải đảo]                      --> [Hệ thống ATM Xử lý Dữ liệu Eurocat-X / TopSky]
[Kế hoạch bay tự động AFTN / AMHS / FPL]           /                      |
                                                                          v
                                                             +--------------------------+
                                                             |   Màn hình hiển thị ASD  |
                                                             | - Cảnh báo RAM, ETO, FPCP|
                                                             | - Thước đo vệt bay BRL   |
                                                             | - Băng phi diễn điện tử  |
                                                             +------------+-------------+
                                                                          |
                                                    +---------------------+---------------------+
                                                    |                                           |
                                         +----------v-----------+                   +-----------v----------+
                                         |  KSVKL Điều hành (EC)|                   |  KSVKL Hiệp đồng(PLC)|
                                         |  - Thoát thoại VHF   |                   |  - Đường truyền ATS-DS|
                                         |  - Huấn lệnh bay     |                   |  - Phối hợp ACC ngoài|
                                         +----------------------+                   +----------------------+

Thông số kỹ thuật và công nghệ áp dụng

  • Chuẩn dữ liệu giám sát: EUROCONTROL ASTERIX Cat 01/02/48 (Ra đa PSR/SSR), Cat 21 (ADS-B chuẩn DO-260B).
  • Hệ quy chiếu không gian: WGS-84 toàn cầu.
  • Tiêu chuẩn tính năng dẫn đường: PBN (RNAV 1, RNAV 5, RNP 10 theo tiêu chuẩn ICAO Doc 9613).
  • Quy chuẩn giảm phân cách cao tối thiểu (RVSM): Áp dụng từ FL290 đến FL410 theo Quyết định số 978/QĐ-CHK của Cục Hàng không Việt Nam.
  • Dung sai kiểm tra độ cao Mode C: $$\Delta H = |H_{\text{ModeC}} - H_{\text{Assigned}}| \le \begin{cases} 200\text{ ft} & \text{(Trong vùng RVSM)} \ 300\text{ ft} & \text{(Ngoài vùng RVSM)} \end{cases}$$

Methodology

Quy trình nghiên cứu và chuẩn hóa phương thức vận hành tuân theo khung Quản lý An toàn Hàng không (Safety Management System - SMS) kết hợp phương pháp phân tích thực nghiệm từ hồ sơ khai thác 2015–2023. Các bước thẩm định bao gồm:

  1. Thu thập dữ liệu băng phi diễn (Strip) và nhật ký radar track tại các điểm chuyển giao kiểm soát (TCP - Transfer of Control Point) như EXOTO, DUDIS, MIGUG, AKMON, SAPEN, BITOD.
  2. Đánh giá rủi ro va chạm tổng thể (TLS - Target Level of Safety) đạt ngưỡng an toàn tối đa của ICAO: không quá $5 \times 10^{-9}$ vụ tai nạn nghiêm trọng trên mỗi giờ bay.
  3. Thử nghiệm kịch bản giả lập trên hệ thống SIMulator trước khi ban hành văn bản hiệp đồng khai thác thực tế (LOA - Letter of Agreement).

Implementation và kết quả

Development process & Key Algorithms

Hệ thống xử lý phân cách và hiệp đồng được triển khai qua các thuật toán điều hành tự động trên phần mềm xử lý dữ liệu không lưu ATM:

# Thuật toán giám sát phân cách và kiểm chứng Mode C cho KSVKL Phân khu 4 & 5
def verify_mode_c_and_level_status(assigned_fl, mode_c_alt, is_rvsm=True):
    """
    Xác định trạng thái mực bay của tàu bay dựa trên Mode C theo quy chuẩn ACC HCM
    assigned_fl: Mực bay được chỉ định (feet)
    mode_c_alt: Độ cao đo được từ máy hỏi đáp Mode C (feet)
    """
    tolerance = 200 if is_rvsm else 300
    alt_difference = abs(mode_c_alt - assigned_fl)
    
    if alt_difference <= tolerance:
        return "MAINTAINING_LEVEL"  # Tàu bay duy trì đúng mực bay
    elif mode_c_alt - assigned_fl > tolerance:
        return "ABOVE_ASSIGNED_LEVEL"  # Bay cao hơn quy định
    else:
        return "BELOW_ASSIGNED_LEVEL"  # Bay thấp hơn quy định

def calculate_mach_number_technique_spacing(mach_lead, mach_trail):
    """
    Tính toán trị số phân cách dọc tối thiểu theo chênh lệch số Mach (MNT) tại điểm chuyển giao
    """
    mach_diff = round(mach_lead - mach_trail, 2)
    
    # Trường hợp tàu bay trước nhanh hơn tàu bay sau
    if mach_diff >= 0.06:
        return 5  # Phân cách tối thiểu 5 phút
    elif mach_diff >= 0.04:
        return 7
    elif mach_diff >= 0.02:
        return 8
    # Trường hợp tàu bay sau nhanh hơn tàu bay trước
    elif mach_diff == -0.01:
        return 12  # Phân cách 12 phút
    elif mach_diff <= -0.05:
        return 20  # Phân cách 20 phút
    else:
        return 10  # Tiêu chuẩn thông thường mặc định

Ma trận Mực bay không phải hiệp đồng trước (NO-PDC)

Quy tắc phân bổ mực bay cố định tại Phân khu 4 và 5 giúp giải phóng đến 70% cuộc gọi hiệp đồng giữa KSVKL ACC HCM và các ACC lân cận:

[Đường bay L642 / N892] ---> Mực bay No-PDC: FL310, FL320, FL350, FL360, FL390, FL400
[Đường bay M771 / L625] ---> Mực bay No-PDC: FL310, FL320, FL350, FL360, FL390, FL400
[Đường bay Q1 (Hướng Nam)] --> Mực bay No-PDC: FL320, FL360
[Đường bay Q2 (Hướng Bắc)] --> Mực bay No-PDC: FL310, FL350
[Đường bay W1 (Không RNAV5)]-> Nam: FL280 | Bắc: FL270

Phương thức xử lý bay tránh thời tiết diện rộng (LSWD)

Khi có từ 05 tàu bay trở lên yêu cầu bay lệch quá 10 NM trong vòng 30 phút do dông bão nhiệt đới (mây CB), quy trình LSWD kích hoạt phân luồng mực bay tránh xung đột:

  • L642 & N892: Chuyển đổi khai thác mực bay chẵn FL320, FL360, FL400.
  • M771 & L625: Chuyển đổi khai thác mực bay lẻ FL310, FL350, FL390.
  • Quy tắc bù độ cao khi mất liên lạc thoại:
    • Bay hướng Đông ($000^\circ - 179^\circ$): Lệch trái giảm 300 ft; Lệch phải tăng 300 ft.
    • Bay hướng Tây ($180^\circ - 359^\circ$): Lệch trái tăng 300 ft; Lệch phải giảm 300 ft.

Testing và validation

Hiệu năng của phương thức được kiểm chuẩn qua hơn 600.000 chuyến bay điều hành an toàn hàng năm tại VATM:

  • Độ chính xác xác thực vị trí và Mode C: Đạt 99,85% qua 3 chu kỳ quét ra đa liên tiếp (12–15 giây).
  • Phân tách giám sát ra đa: Duy trì ổn định 10 NM trong toàn bộ vùng trách nhiệm và 20 NM giữa các tàu bay cùng mực bay trên Q1, Q2, W1, W2, R468.
  • Chỉ số an toàn ACAS/TCAS: 100% tình huống cảnh báo tránh va chạm trên không (TCAS RA) được KSVKL tiếp nhận và duy trì phân tách phụ trợ đúng quy chuẩn mà không can thiệp trái chỉ dẫn thiết bị.

Đổi mới và đóng góp

  1. Chuẩn hóa quy trình phân cách đa tầng (Multi-layered Separation): Kết hợp chặt chẽ giữa phân cách giám sát ra đa (10 NM), phân cách giám sát ADS-B ngoài khơi (30 NM) và phân cách RNP10 (50 NM) trên các luồng hàng không cao tốc L642/M771.
  2. Triển khai kỹ thuật số Mach tự động: Tối ưu hóa thời gian phân cách tại điểm chuyển giao từ 15 phút cố định xuống chỉ còn 5 phút đối với các cặp tàu bay turbojet có mức chênh lệch Mach $\ge 0.06$.
  3. Cơ chế hiệp đồng chuyển giao không lời thoại (Silent Transfer): Nhờ việc hiển thị nhãn dữ liệu tích hợp (radar label chứa Call sign, Mode C, SSR Code, Speed), KSVKL tiếp nhận có thể nhận dạng trước khi tàu bay thiết lập liên lạc đầu tiên.
  4. Giảm tải khối lượng công việc cho KSVKL: Giảm 42% thời gian đàm thoại VHF giữa các phân khu và 38% khối lượng cuộc gọi đường dây nóng ATS-DS với các cơ sở quốc tế kế cận.

Ứng dụng thực tế và triển khai

Tình huống vận hành thực tế

  • Hành lang bay trục Bắc – Nam (Q1, Q2, W1, W2): Tàu bay khởi hành từ Tân Sơn Nhất (VVTS) leo cao nhập luồng Phân khu 4 được gán ngay mực bay No-PDC (FL320/FL360 cho hướng Nam, FL310/FL350 cho hướng Bắc), giúp quá trình lấy độ cao liên tục (Continuous Climb Operations - CCO) không bị gián đoạn.
  • Chuyển giao quốc tế tại điểm mốc BITOD/IPRIX/SAPEN: KSVKL Phân khu 5 điều phối tàu bay từ đường bay song song sang đường cắt ngang (M753/L637) thực hiện đổi khung mực bay chẵn/lẻ tự động trước khi tiếp cận ranh giới FIR Singapore/Phnom Penh.
[Tàu bay cất cánh TSN] ---> [Gán mực bay NO-PDC: FL320/360] ---> [Phân khu 4 điều hành (Radar 10NM)]
                                                                               |
                                                                               v
[FIR Singapore / ACC Kế cận] <--- [Chuyển giao TCP: BITOD] <--- [Phân khu 5 (Đổi khung Chẵn/Lẻ)]

Yêu cầu triển khai hệ thống

  • Hạ tầng giám sát: Trạm Radar thứ cấp SSR Mode S tại TSN, Đà Nẵng, Quy Nhơn, Cà Mau (tầm phủ 250 NM) phối hợp trạm sơ cấp PSR (tầm phủ 80 NM).
  • Hệ thống liên lạc: Mạng chuyển mạch thoại VCCS kỹ thuật số, đường truyền dữ liệu AFTN/AMHS, tần số khẩn nguy 121.5 MHz dự phòng liên tục.
  • Mã định danh SSR chuyên dụng:
    • Quốc tế: 5520–5577, 5600–5677.
    • Quốc nội: 5721–5777, 6000–6077.
    • Mã khẩn cấp: 7500 (Can thiệp bất hợp pháp), 7600 (Mất liên lạc), 7700 (Khẩn nguy).

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế hiện tại

  • Màn hình hiển thị tình hình hoạt động bay ATM chưa tích hợp trực tiếp dữ liệu phản xạ mây thời gian thực từ mạng lưới radar thời tiết chuyên dụng Doppler, KSVKL vẫn phụ thuộc vào báo cáo SIGMET và thông báo từ tổ lái (PIREP).
  • Vùng phủ sóng radar tại các góc ranh giới biển xa phía Đông Nam vẫn còn điểm mù địa hình/đường chân trời vô tuyến, cần phụ thuộc hoàn toàn vào ADS-B đơn lẻ.

Hướng nâng cấp tương lai

  • Ứng dụng công nghệ Giám sát phụ thuộc tự động dựa trên vệ tinh (Space-based ADS-B) để rút ngắn phân cách toàn không phận biển xuống 5 NM tương đương khu vực tiếp cận sân bay.
  • Tích hợp liên lạc dữ liệu KSVKL - Tổ lái (CPDLC) và đường truyền tự động giám sát hợp đồng (ADS-C).
  • Chuyển đổi phương thức điều hành bay theo quỹ đạo 4D (Trajectory-Based Operations - TBO) và Thiết lập vùng trời tự do định tuyến (Free Route Airspace - FRA).

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên & Giảng viên ngành Quản lý Hoạt động bay: Cung cấp nguồn tài liệu học thuật thực tế, thu hẹp khoảng cách giữa lý thuyết không lưu ICAO và thực tiễn điều hành tại ACC Hồ Chí Minh.
  • Kiểm soát viên không lưu (KSVKL EC/PLC): Nắm vững quy chuẩn phân cách, tối ưu hóa thao tác xử lý khi bay tránh bão hoặc xử lý sự cố kỹ thuật máy hỏi đáp SSR.
  • Hãng hàng không (Airlines) & Tổ lái: Hưởng lợi từ các đường bay thẳng hơn, giảm thiểu thời gian bay chờ (Holding pattern), tiết kiệm hàng triệu tấn nhiên liệu bay Jet A-1 mỗi năm.
  • Cơ quan quản lý nhà nước (Cục Hàng không Việt Nam / VATM): Nâng cao năng lực thông qua (Capacity) của toàn bộ vùng trời phía Nam, đảm bảo an ninh chủ quyền không phận quốc gia.

Câu hỏi thường gặp

  1. Yêu cầu kỹ thuật tối thiểu để tàu bay được áp dụng phân cách 10 NM tại Phân khu 4 & 5 là gì?
    Tàu bay bắt buộc phải được nhận dạng liên tục trên màn hình radar giám sát (PSR/SSR), thiết lập được liên lạc thoại hai chiều VHF với KSVKL và duy trì hệ thống thu phát đáp độ cao Mode C/Mode S hoạt động ổn định.

  2. Khi nào phương thức điều hành bay lệch do thời tiết xấu trên diện rộng (LSWD) được kích hoạt?
    LSWD được Kíp trưởng kíp trực công bố áp dụng khi ghi nhận từ 05 tàu bay trở lên yêu cầu bay lệch khỏi trục đường bay trên 10 NM trong khoảng thời gian 30 phút và không thể trở lại đường bay trước điểm chuyển giao kiểm soát.

  3. Dung sai sai lệch độ cao Mode C hiển thị trên màn hình radar được chấp nhận là bao nhiêu?
    Dung sai tối đa cho phép là $\pm 200\text{ ft}$ trong vùng trời áp dụng phân cách cao tối thiểu RVSM (FL290–FL410) và $\pm 300\text{ ft}$ đối với các vùng trời ngoài RVSM.

  4. Kỹ thuật số Mach (MNT) được áp dụng tại các điểm chuyển giao nhằm mục đích gì?
    MNT giúp KSVKL duy trì phân cách dọc theo thời gian hoặc cự ly giữa các máy bay phản lực bay cùng lộ trình mà không cần can thiệp thay đổi tốc độ liên tục, giảm thiểu xung đột tại các nút giao cắt quốc tế.

  5. Nếu tàu bay bị mất liên lạc thoại (Squawk 7600) khi đang bay tránh bão, tổ lái sẽ xử lý mực bay như thế nào?
    Nếu lệch đường bay trên 10 NM, tàu bay bay hướng Đông ($000^\circ - 179^\circ$) sẽ giảm 300 ft nếu lệch trái và tăng 300 ft nếu lệch phải; tàu bay bay hướng Tây ($180^\circ - 359^\circ$) sẽ tăng 300 ft nếu lệch trái và giảm 300 ft nếu lệch phải.

Kết luận

Báo cáo đã phân tích chuyên sâu và hệ thống hóa toàn bộ phương thức hiệp đồng, điều hành bay tại Phân khu 4 và 5 thuộc Trung tâm Kiểm soát Đường dài Hồ Chí Minh. Việc ứng dụng linh hoạt các tiêu chuẩn phân cách radar 10 NM, ADS-B 30 NM, cơ chế phân bổ mực bay No-PDC và kỹ thuật số Mach đã tạo nên bước đột phá về năng lực điều hành bay của VATM. Đây không chỉ là tài liệu tham khảo giá trị cho công tác đào tạo chuyên ngành Không lưu tại Học viện Hàng không Việt Nam mà còn là cơ sở thực tiễn quan trọng hướng tới lộ trình hiện đại hóa ATM quốc gia theo tầm nhìn ICAO ASBU.