6 апреля 2015

Электронные системы в авиации и защита от дурака

Новости

В связи с недавними событиями многие задаются вопросом: «Как теперь летать, если любой из летчиков может оказаться невменяемым? И нельзя ли что-то сделать для того, чтобы ликвидировать риск, связанный с человеческим фактором?» Отвечаем: можно. Осталось только начать массово внедрять систему, которую уже несколько лет назад разработали Boeing и Honeywell — один из крупнейших производителей аэрокосмической электроники.

Электронные системы самолетов и защита от дурака

Суть этой системы проста: в любой непонятной ситуации управление из кабины вообще полностью отключается и больше не включается. Пилот может дергать за любые ручки и нажимать на любые кнопочки. Ощущать себя он будет примерно как белка из видеоролика ниже — потому что управление будет осуществляться с земли.

Как это вообще работает? Конечно, нет никакого диспетчера, который сидит с джойстиком в руках и шлемом виртуальной реальности на голове. Просто необходимые параметры полета заранее загружаются в FMC (Flight Management Computer) — по сути, главный компьютер самолета, а дальше он управляет полетом совершенно самостоятельно. Разумеется, для этого необходима целая уйма электронных систем. И они уже есть.

Летим по проводам

В современных самолетах все чаще применяется технология Fly-by-wire. По-русски она называется более длинно — «электродистанционная система управления«. Впервые такие системы появились в Airbus A320 в конце 1980-х годов. Суть проста: вместо механических способов управления (тросы, гидромагистрали, усилители передаваемого усилия) используются электроприводы, управляемые с помощью компьютера и подключенные просто по проводу, откуда и происходит название технологии.

Преимущества очевидны: самолет становится значительно легче, дешевле и надежнее, в том числе и в плане защиты от дурака. Почему бы тому пилоту Germanwings было не направить самолет сразу камнем вниз? Так же интереснее! Да просто потому, что автоматика внимательно следит за происходящим с самолетом и просто не позволяет человеку задавать слишком большой отрицательный тангаж и снижаться со слишком большой скоростью.

При опасной потере скорости или слишком быстром снижении умная электроника автоматически поправит человека

По той же причине на современных авиалайнерах невозможно даже намеренно допустить сваливание и уйти в штопор: при снижении скорости ниже допустимой умная электроника автоматически «прибавит газу».

Чем больше систем самолета управляется исключительно с помощью компьютера, тем больше вещей может делать автопилот. Например, не только управлять направлением, скоростью и высотой полета, но и в нужный момент выпустить на нужный угол закрылки, потом шасси, активировать автоматическое торможение, то есть в конечном итоге совершить полностью автоматическую посадку без участия пилота. Достаточно будет удаленно загрузить в компьютер параметры маршрута и нужную схему захода на посадку, и все получится «само».

Радиомаяк

Как многие догадываются, для такого фокуса потребуется крайне точная навигация. И тут у авиации практически все готово. Классическая аэронавигация использует наземные радиомаяки, местоположение и частота которых заранее известны. Настроив приемник в самолете на нужную частоту, можно определять свое местоположение относительно этого маяка.

Самый примитивный ненаправленный радиомаяк (NDB, non-directional beacon) имеет одну антенну, и на борту можно только определить, в какой стороне от вас он находится. Азимутальный радиомаяк (VOR, VHF Omni-directional Radio Range) — штука посложнее. Он имеет множество антенн, расположенных по кругу, и благодаря эффекту Доплера позволяет самолету определять не только положение относительно этого радиомаяка, но и магнитный пеленг, то есть, по сути, текущий курс относительно этого маяка.

Часто VOR-маяки совмещаются с дальномерными радиомаяками (DME, Distance Measuring Equipment), позволяющими определять и расстояние до них. С самолета отправляются запросы, с маяка приходят ответы, по разнице во времени прохождения сигнала определяется расстояние. Имея все эти данные, можно однозначно определить свое местоположение в пространстве.

Где бы тут присесть?

Для системы посадки чаще всего применяются курсовые и глиссадные радиомаяки, объединенные в курсо-глиссадную систему (ILS, Instrument Landing System).

Работает это следующим образом: курсовой маяк формирует в пространстве два своего рода «поля» с разными частотами радиосигнала — одно левее от полосы, другое правее. Если сигнал каждой частоты имеет одинаковую мощность, значит, самолет летит строго в центр полосы, и все идет по плану. Если какая-то из них начинает преобладать, значит, нужно сместиться правее или левее.

Глиссадный маяк работает по такому же принципу, но поля находятся, соответственно, выше и ниже линии глиссады — той линии, по которой, плавно снижаясь, самолет и заходит на посадку. Опять же, когда один сигнал становится мощнее другого, нужно чуть изменить вертикальную скорость, чтобы вернуться на правильную траекторию.

Спутник, посади

Все чаще внедряется альтернативная система захода на посадку, по спутниковой навигации, — GLS (GNSS Landing System). Суть технологии в том, что для определения координат в пространстве используется спутниковая система — ГЛОНАСС, GPS или любая другая.

Поскольку точности спутниковых систем как таковых для выполнения точного захода на посадку недостаточно, на земле устанавливаются локальные контрольно-корректирующие станции (GBAS, Ground Based Augmentation System), передающие дополнительный сигнал высокой точности.

В отличие от спутника, наземные станции всегда неподвижны относительно взлетно-посадочных полос, а также находятся гораздо ближе к самолетам: в итоге погрешность в определении координат составляет не более 3 метров. Главные преимущества такой системы — это дешевизна (не нужно устанавливать отдельные маяки для каждой из полос), надежность и более высокая точность ведения по глиссаде.

Это все работает уже сейчас, но доживем ли мы до беспилотных пассажирских лайнеров — хороший вопрос. В теории все нужные для этого технологии уже есть, и нынешние пилоты по большому счету в первую очередь контролируют работу компьютеров на случай внештатных ситуаций.

Вся проблема в том, что при возникновении этих самых внештатных ситуаций электронике доверять пока нельзя. Поэтому в обозримом будущем полностью исключить человека из процесса пилотирования, вероятно, не выйдет. К тому же переоборудование всех самолетов в мире потребует гигантских расходов, так что быстро осуществить полную модернизацию вряд ли получится.