На заре авиации от пилота требовалось постоянно находиться в состоянии повышенной готовности. Важно было сосредоточиться не только на управлении транспортного средства, но и на наблюдении за ситуацией внутри и вокруг самолета. Все это приводило к сильной усталости пилотов — физической и моральной — на протяжении всего полета.
Когда полет небольшой, это не такая большая проблема. Но с развитием технологий и глобализацией, увеличивалась и дальность и время полетов. При всем желании человеку тяжело сохранять концентрацию в течение длительных периодов времени. Потенциально это очень опасно. Усталый человек будет ошибаться как в наблюдениях, так и в суждениях, что может закончиться катастрофой.
Системы автопилота: тогда и сейчас
Именно по этой причине функция автопилота появилась удивительно рано. Тяжело поверить, но один из первых самолетов, который оснастили такой системой (хотя и элементарной по современным меркам), построила компания Sperry Corporation в начале 1910-х годов.
Эта функция включала подключение гироскопического указателя курса, также базовая настройка позволяла летательному аппарату двигаться прямо и горизонтально по предварительно установленному пеленгу компаса в течение длительных периодов времени без полного внимания пилота. Такое простое устройство избавило его от большой нагрузки.
Системы автопилота со временем становились все более сложными, и в 1930-х годах Королевское авиастроительное учреждение в Великобритании разработало более совершенную систему. Система «Помощник пилота» использовала гироскопы с пневматическим вращением для фактического управления полетом.
В дальнейшем системы поставлялись с улучшенными алгоритмами управления, сервомеханизмами и даже средствами радионавигации, что позволило самолетам автономно летать ночью или в плохую погоду. Уже в 1947 году самолет C-53 ВВС США взлетал, пересекал Атлантику и приземлялся, все это — полностью под контролем автопилота.
Сейчас крупные самолеты и воздушные судна с 20 пассажирами и более по закону должны иметь встроенную систему автоматизации. Ее уровень различается, но большинство из них обеспечивает так называемое трехосное управление тангажом, креном и рысканием аппарата.
Автопилот не такой «автоматический», как кажется. Нет робота, который сидит в кресле пилота и жмет кнопки, пока настоящий пилот спит. Это просто система управления полетом, которая позволяет пилоту управлять самолетом без постоянного ручного управления. По сути, он позволяет пилоту летать из Нью-Йорка в Лос-Анджелес, не нажимая на рычаги управления в течение шести часов подряд.
Современная автоматическая система управления полетом (AFCS, Automatic Flight Control System) состоит из трех основных частей: компьютера, который наблюдает за полетом, нескольких высокоскоростных процессоров и ряда датчиков, размещенных на разных частях самолета. Датчики собирают данные со всего самолета и отправляют их процессорам, которые, в свою очередь, сообщают компьютеру, что к чему.
Автопилот активируется через некоторое время после взлета и выключается перед посадкой. Разрешение этого программного обеспечения может отличаться от самолета к самолету.
Автопилот может посадить самолет в соответствии с необходимыми командами. Это называется системой автоматической посадки. Если самолет пытается приземлиться в сложных условиях, при наличии тумана, полностью закрывающего прицел, посадка самолета выполняется в соответствии с определенными параметрами безопасности с помощью системы ILS (Instrument Landing System). В таких случаях автопилот, действуя синхронно с другими системами самолета, обеспечивает посадку под контролем кабины экипажа.
Также системы помогают самолету набирать высоту, поддерживать круиз-контроль и горизонтальный полет, а также управлять снижением, заходом на посадку и заключительными этапами посадки. Руление перед взлетом, фактическая посадка и руление после приземления по-прежнему являются прерогативой пилотов-людей. Системы автопилота также отключаются во время экстремальной турбулентности.
По сути, успех автопилота зависит от знаний реального пилота-человека.
В 2020 году Airbus объявила, что успешно разработала и испытала полностью автономную взлетную систему, для промышленности новость была весьма новаторской. Используемая технология отличается от существующих систем посадки по приборам, которые распространены на современных авиалайнерах. Система распознает изображения, чтобы удерживать самолет на центральной линии взлетно-посадочной полосы, регулировать тангаж, скорость и, наконец, поднимает испытательный самолет Airbus в воздух. Это важный шаг к тому, чтобы в недалеком будущем сделать самолет полностью автономным.
Пилоты будут не нужны?
С учетом высокого уровня сложности современных автопилотов, можно подумать, что пилоты не нужны вовсе. Если самолет теоретически может летать сам, зачем они нужны? Оказывается, хотя большую часть работы можно делегировать автопилоту, присутствие человека по-прежнему очень важно. На самом деле, вряд ли это изменится в ближайшее время.
Одна из главных причин — это общее настроение пассажиров самолета и общественности в целом. Признаете вы это или нет, есть что-то очень обнадеживающее в том, что живой разумный человек управляет таким огромным транспортом в воздухе (по крайней мере, пока). Большинство людей не хотят доверять контроль над чем-то, что теоретически может убить их, полностью в руки машины
Интересно, однако, что недавние исследования показывают, что настроение общественности по этому поводу меняется. По крайней мере, в отношении некоторых транспортных средств. Опросы общественного мнения, проведенные еще в 2019 году, показали, что 7 из 10 потребителей считают, что автономные автомобили более безопасны, чем те, которыми управляет человек. Опрос провела система ANSYS, и в нем приняли участие более 22 000 человек в странах Бенилюкса, Китае, Франции, Германии, Индии, Италии, Японии, Испании, Швеции, Великобритании и США. Конечно, этот опрос был в основном посвящен беспилотным автомобилям, но, похоже, люди готовы доверять транспортным средствам, которые обслуживаются компьютером, а не людьми.
Когда дело доходит до беспилотных самолетов будущего, большинство респондентов не полностью сопротивлялось этой идее, но предпочли бы подождать, пока технология станет более продвинутой.
Еще одна причина, почему пилоты нужны, состоит в том, что при определенных обстоятельствах люди сами становятся лучшими «машинами для принятия решений», чем компьютер. Несмотря на всю его сложность, он все равно не сравнится со сложным компьютером в черепе человека. Наш мозг может воспринимать огромное количество информации одновременно, принимать быстрые решения и импровизировать на лету. Такую гибкость невероятно сложно воспроизвести на машине, если вообще возможно.
Более того, учитывая крайне хаотичную среду полета, зачастую могут возникать нестандартные ситуации, в которых регулируемая и управляемая машина не способна принимать решения.
Например, в 2010 году самолет Qantas с 450 пассажирами получил серьезную неисправность в полете. Из-за выхода из строя ротора двигателя его части разлетелись по всему самолету, повредив несколько критически важных систем самолета, в том числе шасси. Бортовая система управления полетом была перегружена аварийными ошибками и сообщениями, с которыми невозможно было справиться одновременно. Пилоты за штурвалом (а также эксперты вне дежурства, которые были среди пассажиров) смогли импровизировать и успешно посадить самолет. Хотя вполне возможно, что система автопилота нашла способ сделать то же самое, именно быстрое мышление и способность импровизировать спасли в тот день сотни жизней.
Так что же безопаснее?
На сегодняшний день полет — один из самых безопасных способов путешествовать. Примерно с 1970 года количество авиационных происшествий с участием коммерческих самолетов (самолетов с более чем 19 пассажирами на борту) постепенно снижалось. К 2019 году количество несчастных случаев со смертельным исходом на миллион рейсов снизилось в 12 раз по сравнению с 1970 годом.
Причина — совершенствование технологий и более строгое регулирование авиационной промышленности, повышение надежности и возможностей автопилота. Судя по статистике за 2019 год, который является последним «нормальным» годом для оценки статистики полетов (год перед пандемией), шансы умереть в авиакатастрофе практически равняются нулю.
При этом, по данным Национального совета безопасности США (одна из стран, где на душу населения приходится больше всего автомобилей), за последние 10 лет уровень смертности при использовании легковых автомобилей был в 1 606 раз выше, чем при полете на самолете. Почему же автомобили с автопилотом есть, а самолетам все еще нужны пилоты?
Автономные технологии в транспортных средствах, хотя и впечатляют, все еще находятся в зачаточном состоянии и не застрахованы от ошибок. Однако ситуация меняется, поскольку машинное обучение становится все более важным компонентом таких систем.
Насколько мы близки к полностью автономному полету?
Как только системы автопилота будут разработаны, протестированы и пользоваться доверием таких организаций, как FAA, роль пилотов-людей со временем будет сокращаться.
Тем не менее, мы, вероятно, никогда не увидим будущее, когда в кабине коммерческого самолета не будет обученного человека. Даже если предположить, что все технические проблемы устранят и автопилоты смогут адаптироваться к ситуациям как люди, пассажиры, вероятно, будут чувствовать себя в большей безопасности, зная, что в кабине есть человек, который якобы контролирует ситуацию.
Но когда речь идет о дронах доставки, военных дронах и, возможно, даже военных самолетов, беспилотное, полностью автономное будущее, вероятно, неизбежно.
Читать далее
Огромную «черную дыру» нашли посреди Тихого океана. В сети гадают, что это
Дайверы нашли сокровища легендарного «Острова золота». Артефакты стоят миллионы долларов
ИИ решил биологическую задачу, над которой ученые бились 50 лет
ANSYS — универсальная программная система конечно-элементного анализа, существующая и развивающаяся на протяжении последних 30 лет, является довольно популярной у специалистов в сфере автоматизированных инженерных расчётов и КЭ решения линейных и нелинейных, стационарных и нестационарных пространственных задач механики.
FAA (The Federal Aviation Administration) — Федеральное управление гражданской авиации США.
Крен (Roll), Тангаж (Pitch), Рыскание (Курс, Yaw) — три угла поворота, соответствующие трём углам Эйлера, которые задают ориентацию аппарата относительно нормальной системы координат (относительно его центра инерции по трём осям).
Сервомеханизм —обычный двигатель постоянного тока со встроенными сервоконтроллерами и коробками передач. В основе его работы лежит система обратной связи, в которую вводится выходной сигнал, несущий информацию о позиции, скорости, ускорении или смещении. Данные передаются корректирующим элементом и усилителем в исполнительный агрегат — привод или электродвигатель.