Denokan (пилот-инструктор одной крупнейшей авиакомпании в России): Довольно часто на авиационных и не очень форумах и сайтах поднимается вопрос о том, насколько современному гражданскому самолету необходим пилот. Мол, при современном уровне автоматики – чем они там занимаются, если за них все делает автопилот?
Ни один разговор не обходится без упоминания беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), и как апогей – полет Бурана.
“Вас мучает этот вопрос, Вы хотите поговорить об этом”?
Что ж, давайте поговорим.
Что такое автопилот?
Самый лучший автопилот из тех, что я когда-либо видел, показан в американской комедии “Аэроплан”.
Однако и в том фильме он нечаянно вышел из строя, и, если бы не героический неудачник, хеппи энд бы не получился. Хотя, там же была еще и стюардесса… Ну, в любом случае, был человек.
Собственно говоря, многие пилоты потому и не вступают в спор с далекими от авиации людьми, что знают, как иной раз ведет себя самая современная техника. Я же спорить не буду, просто расскажу, а далее вы там хоть подеритесь) Шутка.
Наши автопилоты представляют себя смесь металла, пластика, стекла, лампочек, кнопочек, крутилок и проводочков. И переключателей. Совсем ничего человеческого.
Пилот управляет автопилотом (уже в этой фразе скрыт сакраментальный смысл) через пульты. На фото ниже – кабина тренажера не самого современного самолета B737CL, но реально, в этом плане нет глобальных отличий между ним, созданным в 80-х годах прошлого столетия и В787, впервые поднявшемся в небо несколько лет назад.
Основной пульт управления автоматикой в целом и автопилотом в частности (МСР) можно разглядеть почти посередине фотографии. Каждая кнопочка на нем отвечает за включение какого-то из режимов автопилота, а четыре кнопки справа (A/P ENGAGE A – B) отвечают, собственно говоря, за включение автопилота. К слову, при той конфигурации органов управления автопилотом, что зафиксирована на фотографии, автопилот не включится. Пусть знатоки ответят почему.
Циферки в окошках означают данные, которые необходимы для того или иного режима работы автопилота. Например, в окошке ALTITUDE можно разглядеть 3500 – это означает, что если после взлета мы включим автопилот и установим какой-нибудь режим набора, то самолет займет высоту 3500 футов и будет тупо на ней лететь, пока пилот не установит новое значение высоты и… снова не включит какой-нибудь режим набора.
Сам по себе автопилот высоту не поменяет и в набор не перейдет.
Более того. Пилот может выбрать высоту, к примеру, 10 000 футов, однако, включить не тот режим автопилота, и самолет послушно полетит вниз вплоть до столкновения с землей.
Аналогично, если впереди по курсу, заданному пилотом в окошке HEADING будет стоять гора, то самолет так и полетит в гору и обязательно в нее врежется, если пилот не предпримет какие-либо действия.
Да, стоит еще отметить то, что автопилот современного самолета работает в паре с автоматом тяги – это еще один набор железяк и проводочков, который отвечает за автоматическое изменение режима двигателей, то есть, тяги. На фото выше на МСР слева можно разглядеть небольшой переключатель с надписью A/T ARM/OFF, он отвечает за включение автомата тяги в режим готовности к использованию. Однако, иногда им приходится работать не в паре (например, если автомат тяги неисправен), что накладывает значительные ограничения на автопилот, т.к. многие режимы автопилота требуют изменения тяги. Например – автопилоту нужно снижаться, но тяга, установленная на взлетным режим этого тупо сделать не даст.
На фото ниже можно увидеть панель управления FMS – системой управления полетом (flight management system). Через данную панель можно забить кое-какие полезные данные, с помощью которых автоматика будет знать о том, по какому маршруту сегодня летит самолет, о том, какие значения тяги и скорости будут оптимальными именно сегодня.
После взлета пилот может включить (либо он включается автоматически) режим автопилота, в котором самолет будет лететь по командам, получаемым из этой системы. Однако, как я уже говорил выше, если упрется в высоту 3500, установленную в окошке МСР, то выше он не полетит, пока пилот не изменит это значение.
Самым главным ограничением современных программных систем (а автопилот является ничем иным, как железякой, набитой алгоритмами) является неспособность принимать нестандартные решения, которые зависят от конкретной ситуации.
Сами по себе алгоритмы управления самолетом совсем не сложные, поэтому автопилоты на самолетах стали появляться еще в 1912 году, а в 30-х стали получать широкое распространение.
Более чем уверен, что уже тогда начались разговоры о том, что профессия “пилот” скоро себя изживет, как и профессия “кучер”. Через много лет Анатолий Маркуша в одной из своих книг пересказывал подслушанный им разговор одной девушки, высказывающей претензии своему молодому человеку в том, что ему надо искать другую профессию, мол, скоро пилоты станут не нужны.
С тех пор еще лет 40 прошло, и данная тема – принятие решений в нестандартных ситуациях создателями новейших самолетов так и не побеждена.
Да, многие авиационные профессии канули в Лету – бортинженер, который заведовал “хозяйством”, штурман, который обеспечивал навигацию, радист – который вел связь… Их заменили умными системами, это бесспорно. Правда, одновременно к этому повысились требования к подготовке… а в некоторых ситуациях и нагрузка на оставшихся в кабине двух (!) пилотов. Теперь им приходится не только справляться с кучей систем (путь и максимально автоматизированными), но и иметь много знаний в голове, которые раньше ими в полете обычно не применялись (и со временем выветривались), т.к. в кабине сидели узкие специалисты по этим направлениям.
Да, некоторые БПЛА летают автономно (а некоторые – управляются операторами с земли), да и Буран успешно сделал один (!) полет в автоматическом режиме без пилота на борту. Но это именно те алгоритмы, программирование которых возможно уже очень и очень давно.
Любой интересующийся программист ради спортивного интереса может придумать дополнение к Microsoft Flight Simulator и сажать свои Бураны хоть в Завьяловке, а потом идти на авиационный форум и насмехаться над профессией “водитель самолета”.
Но вот я, “водитель самолета”, имея понимание о ситуациях, которые возникают в небе, для которых требуется постоянное принятие решений, не решусь сесть в самолет, мозгом которого является не человек, а программа Autopilot v.10.01, в которой исправлены ошибки программирования, выявленные в предыдущих десяти катастрофах.
Например, на сегодня, несмотря на практическую возможность такой режим создать, самолеты не взлетают автоматически. И это при том, что уже очень давно освоены автоматическое приземление и автоматический пробег после него. Почему?
Еще Михаил Громов говорил “Взлет опасен, полет прекрасен, посадка трудна”
. Истина. Взлет проще, чем посадка, однако, если что-то случается на взлете, счет идет иногда на доли секунд. За это время пилоту нужно принять решение – прекращать взлет или продолжать. Более того, в зависимости от факторов, по одной и той же причине в один день взлет лучше прекратить, а в другой – лучше продолжить. Пока пилот думает, тяжеленный самолет, имеющий огромный запас топлива, стремительно ускоряется, а полоса стремительно уменьшается. Отказы могут быть разнообразнейшими (увы, но техника все еще отказывает) и не всегда отказ сводится к банальной неисправности двигателя. Да и отказы двигателя тоже могут быть разными.
То есть, от программиста, который захочет убрать человека из контура управления самолетом и контура принятия решений, потребуется написать кучу алгоритмов по действиям в различного рода нештатных ситуациях. И после каждого неучтенного случая выпускать новую версию прошивки.
В настоящее время “неучтенные случаи” решаются тем, что в кабине находится человек, который матюкнется (или промолчит, в зависимости от выдержки), но справится с ситуацией и вернет самолет на землю.
И в большинстве случаев досужие обыватели о таких случаях просто не знают, ведь в прессе не все сообщается.
Ни одной инструкцией не предусмотрена подобная оплошность – оставить кусок троса аварийного покидания за бортом самолета. Что бы делал Autopilot v.10.01 в таком случае, как бы он узнал о том, что у него скоро нафиг разобьет окно? Никак. Он продолжал бы набор 11 км высоты, и вот когда там разбилось бы окно, по заложенной программе предпринял бы аварийное снижение с выбрасыванием масок… да только пассажирам они бы уже не очень помогли.
Что сделали пилоты? Во-первых, достаточно рано получили информацию о просходящем. Во-вторых, несмотря на невыявленную природу явления, поняли, чем данная нестандартная ситуация может закончится и приняли единственное верное решение – снизиться и вернуться на аэродром вылета.
И это лишь ОДНА из ситуаций, случившейся в карьере лишь ДВУХ пилотов (меня и второго пилота). А пилотов тысячи, а ситуаций сотни тысяч.
Некоторые “домохозяины” оппонируют цифрами, мол, человек – слабое звено, согласно статистике 80% всех катастроф произошли по вине человеческого фактора.
Все верно. Техника стала настолько надежной, что в большинстве случаев отказывает человек. Однако, я еще раз напомню, что досужие “домохозяины” просто не задумываются, что многие полеты, в которых произошел отказ техники, закончились благополучно лишь потому, что в кабине сидел человеческий фактор.
Уверяю, если убрать из кабины пилотов, то доля человеческого фактора увеличиться ЕЩЕ больше, но только в этом случае под человеческим фактором будет пониматься ошибка программирования.
Далее, в самолете может весь полет все работать очень хорошо, однако… может работать не очень хорошо на земле. Чтобы самолет долетел до аэродрома и приземлился там, созданы еще целая куча систем, которые что?… Правильно, иногда отказывают. И в этом случае пилот “просыпается” и делает свою работу.
Банальное принятие решений при обходе гроз. Вот, к примеру, мой полет в Геную, я назвал его “рейсом жестянщика”http://denokan.livejournal.com/66370.htm l
И это только три рейса. А их в сотни раз больше только у одного отдельно взятого пилота.
Грозы на радаре выглядит по-разному, и не всегда одно решение по обходу будет таким же хорошим для другого случая. А уж когда эта гроза находится в районе аэродрома… А если этот аэродром – горный? Приходится думать и принимать решения…
Если в самолет попадет молния, или он схватит разряд статики, то люди от этого попадания не погибнут, а вот системы могут непредсказуемо выйти из строя. И случаи были, которые закончили хорошо лишь потому, что в кабине сидели пилоты.
Стоит добавить еще ко всему вышесказанному, что далеко не во всех аэропортах сегодня самолет может выполнить автоматическую посадку. Для нее нужны довольно-таки тепличные условия по сравнению с теми, в которых совершить посадку может пилот. Конечно, это вопрос программирования алгоритмов, но задача достаточно непростая, чтобы обеспечить равную надежность.
Конечно, если поскупиться надежностью, то давно уже можно на линии выпустить самолеты без пилотов-операторов.
Главной причиной того, почему до сих пор на гражданские линии не вышли самолеты без пилотов, является эта самая НАДЕЖНОСТЬ. Для нужд военных или грузоотправителей надежность может быть не такой высокой, чем для перевозки людей по воздуху.
Конечно же, степень автоматизации будет расти. Это тоже определяет надежность системы “Экипаж-воздушное судно”. Конечно же, будут продолжаться поиски лучших решений для того, чтобы самолеты надежно летали без участия человека. Правда, полностью исключить участие человека из полета можно будет лишь тогда, когда будет изобретен искусственный интеллект, не уступающий интеллекту подготовленного человека. Проблема принятия решений в нестандартных ситуаций никуда не денется. Самолет не автомобиль, чтобы в нестандартной ситуации просто тупо остановиться на обочине.
Одним из вариантов является управление самолетом оператором с земли. То есть, оператор на земле контролирует полет одного или нескольких самолетов, принимая решения в нестандартных ситуациях. Если происходит что-то, что он решить с земли не в состоянии, он остается живым… А пассажиры гибнут. Потом появляется следующая версия программного обеспечения.
Так что давайте направим свои усилия не на обсуждение профессии пилот (каждое такое обсуждение рано или поздно переходит в тему “за что пилоты получают ТАААКие деньги?”, а сконцентрируем усилие на созидание по своей прямой специальности.
Что ж, буквально пара “счастливых спасений” самолета и людей в нем находившихся.
Небольшой текст из Википедии:
Борт OO-DLL вылетел из Международного аэропорта «Багдад» в 18:30 UTC и взял курс на Бахрейн. После взлёта самолёт набрал высоту 8000 футов (2450 метров), когда внезапно раздался взрыв ракеты, выпущенной из ПЗРК «Стрела-3». Взрывом было повреждено левое крыло, началась утечка топлива из левых крыльевых баков, также была повреждена механизация, что способствовало возрастанию сопротивления и падению подъемной силы. Также стремительно начало падать давление во всех трёх гидросистемах и вскоре произошел полный их отказ.
Как и на рейсе 232 United Airlines, который также потерял гидравлику, экипаж борта OO-DLL мог управлять самолётом только тягой двигателей. Бортинженер вручную выпустил шасси.
После 10 минут экспериментов над поврежденным самолётом экипаж запросил экстренную аварийную посадку в аэропорту Багдада и начал снижаться, выполняя плавный правый разворот.
Так как из поврежденного крыла началась утечка топлива, нужно было контролировать уровень топлива в баке, бортинженер начал перекачку топлива из правого в левый крыльевой бак, для предотвращения отказа левого двигателя, который бы неминуемо привёл к катастрофе.
КВС и второй пилот приняли решение садиться на взлетную полосу №33R.
На высоте 400 футов (120 метров) усилилась турбулентность, которая раскачивала поврежденный Airbus A300. Касание самолета с ВПП произошло со смещением от осевой линии, пилоты мгновенно активировали реверсы тяги, но самолёт сошел с полосы и помчался по грунту, оставляя за собой шлейф песка и пыли. Окончательно самолёт остановился примерно через 1000 метров, при этом никто не пострадал.
В другом источнике я читал, что на этом приключения не кончились, самолет остановился на минном поле. Но все остались живы, и это главное. Через пару недель пилоты снова летали, а бортинженер решил, что данный полет является хорошим апогеем карьеры и перешел на наземную работу в DHL.
При преподавании CRM данный полет рассматривается как яркий пример замечательного взаимодействия в экипаже, которые грамотно сумелли распорядится небольшими ресурсами, и сумели вернуть самолет на землю.
Следующий пример еще более показателен.
Знаменитая “посадка на Гудзон”
Рейс AWE1549 вылетел из Нью-Йорка в 15:24 EST (20:24 UTC). Спустя 90 секунд после взлёта речевой самописец зафиксировал замечание командира экипажа относительно попадания птиц. Спустя ещё секунду зафиксированы звуки ударов и быстрое угасание звука обоих двигателей.
Самолёт успел набрать высоту 3200 футов (975 метров). КВС подал сигнал бедствия и сообщил диспетчеру о столкновении самолёта со стаей птиц, в результате которого были выведены из строя оба двигателя. Потеря тяги обоих двигателей была подтверждена предварительным анализом записей бортовых самописцев.
Пилотам удалось развернуть самолёт, взлетавший на север, на юг, спланировать над Гудзоном, не задев мост Джорджа Вашингтона, и приводнить лайнер напротив 48-й улицы Манхэттена, при этом не разрушив тяжёлый заправленный самолёт. Окончательно он остановился напротив 42-й улицы. Всего самолёт пробыл в воздухе около трёх минут.
После приводнения самолет остался на поверхности воды, и пассажиры через оба аварийных выхода вышли на плоскости крыльев. Все находившиеся на борту пассажиры были спасены паромами и катерами, подошедшими через несколько минут к аварийному воздушному судну (рядом с местом приводнения находится одна из паромных переправ между Манхэттеном и Нью-Джерси).
78 человек получили медицинскую помощь по поводу незначительных травм и переохлаждения (температура воды была достаточно низкой, разные СМИ приводят цифры от «около нуля» до порой отрицательной температуры воды).
Эти ребята вообще отработали так, как будто каждый день только и делали, что сажали самолет, полный топлива и пассажиров, без двигателей на воду Гудзона. Сама по себе посадка на воду очень сложна, тем более на реку с мостами и насыщенным движением.
Взаимодействие экипажа и диспетчера в данной ситуации является ярким примером того, как надо работать в казалось бы, 100% безвыходной ситуации. Вот, собственно и все, что я хотел сказать…
Если перечислять все случаи “счастливых спасений”, менее громких, на это уйдет очень много времени.
Исторически автопилот появился, потому что самолет – это аэродинамический агрегат, который движется по законам аэродинамики, а аэродинамика предусматривает такое понятие, как устойчивость и управляемость летательного аппарата. Еще во время обучения инструктора часто говорили нам – не мешайте лететь самолету. Он сам летит, вы ему главное не мешайте. Помогайте или предупреждайте какие-то происшествия. И конструкторы всегда стремились сделать так, чтобы воздушные суда были устойчивы и управляемы на всех этапах полета – взлете, посадке и в самом полете. Стремление к созданию устойчивой и управляемой системы легло в основу идеи создания автопилота.
На этом фундаменте и родилась мысль о том, что можно автоматизировать полет. Особенно актуально это стало тогда, когда появились длительные полеты, точнее необходимость длительных перелетов. Например, при полете Чкалова и Байдукова через северный полюс, им приходилось попеременно управлять самолетом в течении нескольких суток. Если бы в те времена был хороший автопилот, подобные полеты проходили бы намного проще.
Конструктора, которые занимались созданием систем управления и создание самолетов, вообще давно задумывались над этим вопросом. Как правило, первые конструктора сами же летали и понимали, как тяжело бывает в длительном полете выдерживать конкретный режим полета. По этому автопилот появился как развитие идеи стабильного полета.
Простейшие автопилоты появились в 30-х годах прошлого века, при этом были совершенно не похожи на современные. Например, для упрощения полета можно было прикрепить резинку на штурвал, чтобы зафиксировать его в нужном положении, либо механически зафиксировать рычаг управления двигателем на определенных оборотах. По мере усложнения систем управления, развивались и автопилоты. Появилась идея зафиксировать определенные узлы в определенных режимах. Постепенно это преобразовалось в полноценную систему управления полетом. Практически сразу после второй мировой войны автопилот появляется в том виде, в котором мы знаем его сейчас.
Первоначально автопилот, как и многие другие изобретения, получил распространение на военных самолетах, а после был приспособлен для гражданской авиации. Первые автопилоты требовали большого внимания от пилота, например на самолетах 50-х годов требовалось очень долго и внимательно настраивать автопилот перед полетом по разным каналам управления – по крену, по высоте, по тангажу, и так далее. По нескольку минут уходило только на настройку каждого из перечисленных параметров. Сегодня же можно запрограммировать полет от взлета до посадки и почти не вмешиваться в процесс полета.
По большому счету, при использовании автопилота, функция пилота в современном самолете сводится к простому контролю, на случай отказа какой-либо из систем. При этом автопилот используется не только для управления самолетами, но и в космической отрасли. Приведу пример - полет «Бурана» полностью управлялся автопилотом, при том, что было предусмотрено и ручное управление, но было решено не вмешиваться в работу программы. При полете программа учитывала не только параметры, заданные перед началом полета, но была способна также учитывать информацию, поступающую с датчиков и из центра управления полетами.
Подобно программам, использовавшимся при полете «Бурана», современные автопилоты учитывают множество параметров, поступающих от датчиков, диспетчерских служб на земле, а также от других воздушных судов. К примеру, система предотвращения воздушных столкновений. При использовании этой системы, при приближении самолетов друг к другу, она автоматически будет пытаться развести самолеты по разным высотам, передавая указания пилотам о снижении или увеличении высоту полета.
Последнее время все более актуальной проблемой становится тема «противостояния» автопилота и пилота при управлении самолетом. Потому, что с одной стороны, при использовании автопилота полет упрощается, а с другой стороны, происходит «дисквалификация» пилота от управления полетом.
Пилот гражданской авиации сегодня, как правило, управляет полетом на этапе руления и взлета. После набора высоты более 50 метров и уборки шасси, пилот может передать процесс управления автопилоту, при этом, конечно, полностью контролируя его работу. Посадка происходит как в ручном, так и в автоматическом или полуавтоматическом (директорном) режиме, большая часть современных лайнеров оснащена автопилотами, способными посадить самолет. При этом на высоте менее 100 метров, пилот принимает управление самолетом на себя. Помимо этого, пилот обязан принять управление в случае каких-либо проблем при посадке или взлете, а также во время полета на высоте.
При этом, разумеется, как пилоты, так и автопилоты, совершают ошибки. Последний пример – авиакатастрофа Боинг 737 в Ростове-на-Дону, когда при заходе на посадку погодные условия привели к тому, что автоматическое управление не справлялось с погодными проблемами, возникшими при приземлении, пилот же, переняв управление на себя переоценил свои возможности, и вместо ухода на второй круг попытался посадить машину вопреки сложившимся погодным условиям. При этом первый раз автопилот принял решение увести машину на второй круг.
Полностью заменить пилота на автопилот при нынешнем уровне развития технологии, пока представляется затруднительным, потому что пилот по-прежнему сохраняет самую важную функцию – контроль работы автопилота, и полный анализ его действий. При текущей тенденции развития такое представляется возможным как минимум через 30-50 лет, потому что пассажиры авиакомпаний предпочитают доверять жизнь пилоту, нежели машине, которая пока не способна превзойти человека в аналитической оценке ситуации и принятии каких-то действий в случае возникновения проблем. При чем это происходит не только по причинами превосходства логики над машиной, но и по психологическим причинам, потому что пассажирам пока что легче доверить свой полет профессионалу, а не машине.
По темам постов, которые их больше всего интересуют. Давайте сегодня вместе с вами узнаем и раскроем тему от res_man : "История Автопилота "
Автопилот представляет собой совокупность нескольких устройств, совместная работа которых дает возможность автоматически, без участия человека, управлять движением самолета или ракеты. Создание автопилота составило важную эпоху в истории авиации, так как сделало воздушные полеты гораздо более безопасными. Что же касается ракетной техники, где все полеты осуществляются в беспилотном режиме, то без надежных автоматических систем управления эта техника вообще не могла бы развиваться.
Главная идея автоматического пилотирования заключается в том, что автопилот строго поддерживает правильную ориентацию перемещающегося в пространстве аппарата. Благодаря этому аппарат, во-первых, удерживается в воздухе и не падает, а во-вторых, не сбивается с заданного курса, поскольку от правильной ориентации, прежде всего, и зависит траектория его полета. В свою очередь, ориентация аппарата в пространстве определяется тремя углами. Во-первых, это угол тангажа, то есть угол между продольной осью аппарата и плоскостью земли (или, как говорят, плоскостью горизонта). Отслеживание этого угла позволяет самолету сохранять продольную устойчивость - не «клевать носом», а ракете, совершающей полет по баллистической траектории - точнее поразить цель. Во-вторых, это угол рысканья, то есть угол между продольной осью аппарата и плоскостью полета (так мы назовем плоскость, перпендикулярную плоскости горизонта и проходящую через точку старта и точку цели). Угол рысканья указывает на отклонение аппарата от заданного курса. И, в-третьих, это углом крена, то есть угол, который возникает при повороте корпуса аппарата вокруг его продольной оси.
Своевременное исправление крена позволяет самолету сохранять поперечную устойчивость и гасит беспорядочное вращение ракеты. Автоматическое управление аппаратом было бы невозможно, если бы не существовало надежного и простого способа определения этих углов. К счастью, такой способ есть, и он основан на свойстве быстро вращающегося гироскопа сохранять неизменным в пространстве положение своей оси.
Иоганн Боненбергер, немецкий астроном и математик, изобрел гироскоп еще в 1817 году. Фуко, Жан Бернар Леон - французский физик, усовершенствовал гироскоп и дал ему его теперешнее название. Было замечено, что массивное твердое тело цилиндрической формы, вращающееся с большой скоростью вокруг своей оси, способно сохранять неизменное положение в пространстве при отсутствии внешних сил. Кроме того, при механическом воздействии на такое тело возникало явление прецессии гироскопа - вращение вокруг оси прецессии, перпендикулярной моменту внешних сил. Эффект был назван гироскопическим и лег в основу всех инерциальных систем навигации.
Простейшим гироскопом является детский волчок, быстро вращающийся вокруг своей оси. Попробуйте повалить его щелчком, и вы увидите, что это невозможно - волчок лишь отскочит в сторону и будет продолжать вращение.
Однако ось ОА волчка не имеет постоянной ориентации, поскольку ее конец А не закреплен. Гироскопы, применяемые в технике, имеют намного более сложное устройство: ротор (собственно волчок) закрепляется здесь в рамках (кольцах) 1 и 2 так называемого карданова подвеса, что дает возможность оси АВ занять любое положение в пространстве.
Такой гироскоп может совершать три независимых поворота вокруг осей АВ, DE и GK, пересекающихся в центре подвеса О, который остается неподвижным относительно основания.
Главное свойство быстро вращающегося гироскопа, как уже было сказано, состоит в том, что его ось стремится устойчиво сохранять в мировом пространстве приданное ей первоначальное направление. Например, если эта ось была изначально направлена на какую-то звезду, то при любых перемещениях самого прибора и случайных толчках она будет продолжать указывать на эту звезду даже тогда, когда ее ориентация относительно земных осей изменится. Впервые это свойство использовал в 1852 году французский физик Фуко для экспериментального доказательства вращения Земли вокруг ее оси. Отсюда и само название «гироскоп», что в переводе с греческого означает «наблюдать вращение».
Гироскопы нашли широкое применение в авиации. В главе, посвященной аэроплану, уже говорилось о том, какой важной проблемой для первых авиаторов было сохранение в полете правильной ориентации самолетов.
Многие конструкторы думали тогда над созданием автоматических стабилизаторов. В 1911 году американский летчик Сперри разработал первый автоматический стабилизатор с массивным гироскопом. Впервые самолет с таким стабилизатором поднялся в воздух в 1914 году. А в начале 20-х годов фирма Сперри создала уже настоящий автопилот.
СПЕ́РРИ (Sperry) Элмер Амброуз (12 октября 1860, Кортленд, штат Нью-Йорк — 16 июня 1930, Бруклин, штат Нью-Йорк), американский изобретатель и промышленник. Наиболее известные его изобретения — гироскопические компасы и стабилизаторы.
В детстве проявлял интерес к технике и электричеству. В возрасте 19 лет занялся усовершенствованием электрических машин и дуговых ламп. В 1880 он основал электрическую компанию «Сперри» для их производства и сделал первые изобретения в этой области. В 1888 основал компанию для производства горных электрических машин. В 1890 Сперри занялся проблемами транспорта, разработал электровоз и электрические моторы для трамваев, основал электрическую железнодорожную компанию. В 1894 разработал электрические автомобили с изобретенной им аккумуляторной батареей.
После 1900 вместе с С. П. Таунсендом основал электрохимическую лабораторию в Вашингтоне. Там они разработали процесс утилизации олова из старых канистр. В это же время основал в Чикаго компанию для производства проводов и плавких предохранителей.
К 1918 он начал производство дуговых прожекторов, дававших в 6 раз более яркий свет по сравнению с существовавшими в то время.
В течение десятилетий Сперри интересовался гироскопами и их практическим использованием. Первым гирокомпас осуществил немецкий изобретатель Х. Аншютс-Кемпф в 1908.Сперри основал компанию гироскопов в Бруклине в 1910, а в 1911 установил свой гирокомпас на американском линейном корабле «Делавер». Позднее он применил гироскопы в приборах для управления торпедами, судами и самолетами.
В начале 1920-х гг. фирма «Сперри» создала первый автопилот, управлявший рулями и следивший за сохранением заданного режима полета. Позднее были созданы автоматические системы управления рулями и двигателями самолета. Такие автопилоты позволили осуществлять полеты без участия летчика и даже управлять летательными аппаратами на расстоянии. Широкое применение системы автоматического управления на основе гироскопов нашли в ракетах.
За свою жизнь Сперри основал 8 производственных компаний и получил более 400 патентов. Основанная им корпорация «Сперри» и сегодня производит компьютеры, средства управления, электрическое и гидравлическое оборудование.
Раньше других с проблемой автоматического управления ракетой столкнулись немецкие конструкторы - создатели первой в истории баллистической ракеты «Фау-2». Автомат стабилизации «Фау-2» состоял из гироскопических приборов «Горизонт» и «Вертикант». «Горизонт» позволял определить плоскость горизонта и угол наклона (угол тангажа) ракеты относительно этой плоскости.
Но с историей гироскопа связано еще одно имя - Билл Лир. Имя этого человека в нашей стране было практически неизвестно, а вот западная пресса писала об Уильяме Пауэлле Лире (таково его полное имя) на протяжении полусотни лет: начиная с двадцатых годов прошлого века и вплоть до его смерти — до 1978 года…
Билл Лир не случайно заслужил такое пристальное внимание прессы, ведь вся его жизнь была пронизана страстью к изобретениям, которые, в отличие от «творений» множества других «технических гениев» всегда работали. Всего он получил более 150 патентов. Его детищем являлись: автомобильное радио и частный реактивный самолет; восьмидорожечный магнитофон и автопилот и многое многое, другое, но… начнем по порядку.
Уильям Лир родился в Ганнибале, штат Миссури, 14 мая 1902 года, и его детство нельзя назвать счастливым. Мать его развелась, когда Билл был еще несмышленым младенцем. Вскоре она снова вышла замуж, и вместе с новым мужем ударилась в религию. Жестокость этих религиозных фанатиков по отношению к своим детям была бы более уместна где-то в Средневековье, чем в начале XX века, и мальчик, не выдержав постоянного давления, ушел в себя.
Тайно от матери Билл запоем читал фантастику и журналы по электронике. В 12 лет он купил свой первый набор инструментов, собрал собственный приемник и выучил азбуку Морзе. В 17 лет терпение Билла лопнуло, он бросил школу, «добавил» себе один год и ушел служить во флот, навсегда расставшись со своими чересчур религиозными родителями.
У Билла, помимо электроники, была еще одна «страсть»: из закомплексованного, забитого матерью ребенка он вырос в настоящего ловеласа и не мог спокойно пропустить ни одну женскую юбку. Это его «увлечение» и дало повод к первому изобретению.
Радио в машине
Лиру не давало покоя желание катать в авто красивых девушек под приятную музыку. Но в то время совместить эти две вещи было практически невозможно. Проблема состояла не только в том, что приемники представляли собой напичканные хрупкими лампами «бабушкины сундуки» красного дерева, занимали все заднее сиденье автомобиля (больше они никуда не влезали), да и по цене были сопоставимы со стоимостью самой машины.
Нет. Первые хитрецы, перетащившие свой «музыкальный ящик» в автомобиль, вдруг обнаружили, что для более-менее сносного приема нужна хорошая антенна. Причем самый компактный вариант автоантенны того времени представлял собой могучую конструкцию, похожую на балконную сушилку для белья и отнюдь не украшал собой лаковые кузова «Роллсов» и «Паккардов». Помимо этого возникали проблемы с настройкой (волна постоянно «уходила»), плюс раздельное питание: приемнику нужна своя батарея, а то и две, а иногда даже три. А еще добавились постоянные помехи от системы зажигания…
Эта проблема дала повод Лиру проявить себя. Он затолкал громоздкий ящик под водительское сиденье, приделав к нему для удобства «салазки» (как и на всех современных магнитолах); что-то помудрил с антенной, после чего она приняла достойный вид; совместил систему питания приемника с автомобильным аккумулятором; разместил ось конденсатора переменной емкости, которым приемник настраивался на нужную частоту, не горизонтально, как делали все до него, а вертикально, после чего настройка почему-то перестала сбиваться и, наконец, с помощью нехитрых приспособлений перенес шкалу и все ручки настройки на щиток приборов.
Билл Лир оформил патент на свое изобретение, а его хороший знакомый, некто Поль Гэлвин, по достоинству оценив новую конструкцию приемника, с успехом начал ее продавать. Так, благодаря изобретению Лира и финансовым усилиям Гэлвина на свет появилась компания «Моторола».
Дух авиации
Получив в 1931 году с «Моторолы» достойный дивиденд, Билл купил себе небольшой биплан и начал осваивать воздушное пространство — летать на самолете было его детской мечтой.
Как-то во время очередного полета, Лир заблудился в облаках и долго не мог отыскать свой аэродром. Это происшествие подвигло его на очередное изобретение — лироскоп — прибор, позволяющий определить местоположение и направление движения. Этот прибор, как и большинство его изобретений, стал промышленным стандартом — более половины всех американских самолетов оснащены изобретением, сделанным Лиром в тридцатых годах прошлого века.
Для выпуска своего лироскопа (то, что мы привыкли называть автопилотом) Билл организовал собственную компанию «Лир Инк». В 1940-х этот прибор уже полностью доминировал на рынке, а за годы войны их было выпущено более чем на 100 миллионов долларов.
Пилоты американских реактивных самолетов использовали исключительно его продукцию. В результате Лир скопил приличное состояние и приобрел в Швейцарии владение огромное ранчо. Он очень часто посещал ранчо и, как-то прогуливаясь по своей территории, случайно наткнулся на полуразобранный швейцарский истребитель. Эта «встреча» дала Биллу Лиру новую идею.
Создание «Лир Джет»
К тому времени Лиру стукнуло уже 60 лет. Его компания «Лир Инк» процветала. Казалось бы, что еще человеку надо? Но изобретатель был неутомим. Очередная идея-фикс — постройка частного реактивного самолета — захватила его на столько, что он продал свою фирму и организовал новую, назвав ее «Лир Джет».
Инженеры по аэронавтике говорили, что самолеты «Лир Джет» никогда не полетят. Эксперты аэрокосмической промышленности говорили, что это нелепая идея. Банкиры отказались финансировать проект и предрекали его поражение. Лир рассказывал: «Все банкиры обращались к моим конкурентам с вопросом: "Может ли он сделать реактивный самолет?" А те отвечали: "Он ничего не смыслит в авиации. Он не является аттестованным инженером по аэронавтике. У него не больше десяти миллионов долларов. Наверняка он не сможет этого сделать».
Однако, несмотря на все препятствия, результат оказался потрясающим. Самолет компании «Лир Джет» превзошел все сертификационные параметры Управления Авиации США. Уже через два года после появления на свет фирма Билла Лира стала лидером в своей области и остается ей до сих пор. К примеру, очередной Лир Джет 85, представление которого состоялось 30 октября 2007 года, через тридцать лет после смерти создателя компании, стал первым реактивным самолетом, полностью состоящим из композиционных материалов.
Но, вернемся в 60-е годы. Строя свой первый самолет, Лир пытался наполнить его самыми передовыми техническими новинками, как облегчающими управление, так и создающими комфорт. Одной из таких комфортных новинок считалась музыкальная стереосистема.
Проблема состояла в том, что компактных стереомагнитофонов, способных поместиться в салон самолета, попросту не существовало. И Билл, строя реактивный самолет, попутно решал эту «маленькую» на первый взгляд проблему. И благополучно ее разрешил. Так появился первый восьмидорожечный стереомагнитофон.
В 1950 году Билл Лир получил самую высокую награду авиации — «Коллиер Трофи» за изобретение автопилота. Он удостоился почетной докторской степени в области техники от Университета Мичигана в 1951 году. Пять других университетов удостоили Лира почетных докторских званий, самыми престижными из которых были Нотр-Дам и Карнеги-Меллон. Лир увековечен в Зале Славы Авиации и награжден Медалью Тайлена в 1960 году.
Автопилот известный как «круиз-контроль» или «Круиз» является системой, которая поддерживает постоянную скорость автомобиля, прибавляя или автоматически уменьшая газ в случае необходимости (например при движении по наклонной).
В легковом автомобиле автопилот впервые установили более половины столетия назад и система может быть определена как первый «помощник» водителя в буквальном смысле слова.
Из истории круиз-контроля
Первый автомобиль с круиз-контролем был Chrysler Imperial 1958 года выпуска. Устройство учитывало вращение карданного вала и с помощью электромагнитного клапана управляло подачей топлива. Неудивительно, что «автопилот» появляется в первый раз в США, где потребность в помощи водителю на бесконечных дорогах была необходима. Именно на автомагистралях система «круиз-контроль» является наиболее эффективной.
За свою более чем 50 летнюю историю «автопилот» проходит долгий путь развития. Система постоянно совершенствовалась, особенно в период бурного внедрения автомобильной электроники. Современная система «круиз-контроль» опирается на многочисленные датчики и переключатели находятся под контролем электронного блока. «Автопилот» очень удобен особенно в дальних поездках, где возможно поддержание постоянной скорости и ритма движения. При таких обстоятельствах электроника поддерживает и оптимальную работу двигателя, что в свою очередь имеет важное значение для экономии топлива.
«Автопилот» бесспорно удобен, особенно для водителей со спокойным стилем вождения. Система включается и управляется с помощью рычага или кнопок на рулевом колесе и выключается при ускорении или замедлении. Любое нажатие на педаль акселератора или тормоза автоматически выключает «автопилот» и передаёт контроль водителю.
При повторном включении система может самостоятельно вернуть автомобиль к первоначальной скорости. По объяснимым причинам «автопилот» является наиболее эффективным в сочетании с автоматической коробкой передач, но также устанавливаются и на автомобили с механическими передачами.
Адаптивный круиз-контроль
Следующим шагом в развитии «круиз-контроля» стала система «адаптивный круиз-контроль» - ACC, также известный как «активный автопилот». Она была впервые внедрена в 1999 году в Mercedes-Benz S-класса и BMW E38 (7-серия).
Основным элементом адаптивного круиз-контроля является радар расположенный в передней части автомобиля, который отслеживает скорость и расстояние до впереди идущего транспортного средства.Таким образом автоматически регулируется скорость, поддерживается заданное водителем безопасное расстояние. Если транспортное средство впереди внезапно снизит скорость или радар обнаружит перед вами какой-то объект, система автоматически применяет тормоза. Если путь свободен, ACC разгоняет автомобиль до заданной скорости.
А нужен ли он вообще?
«Автопилот» как опция устанавливается в основном в автомобилях высокого класса. Как правило является частью заводского оборудования, но может быть установлен отдельно. Устройство редко повреждается и любые проблемы чаще всего связаны со сломанной или повреждённой кликабельной кнопкой / лепестком.
Основным недостатком использования системы является то, что из-за неё в значительной степени теряется контакт с автомобилем и дорогой. Слишком большое доверие «автопилоту», особенно ACC, также может иметь неприятные последствия. «Круиз-контроль» необходим, если вы ежедневно проезжаете большие расстояния, особенно по шоссе, например работаете в городе, а живёте далеко за городом. Система практически нецелесообразна в городских условиях.
Автопилот – это устройство или программно-аппаратный комплекс, который может вести вверенное ему транспортное средство по заданной траектории. История автопилота началась с поддержания определённого курса полёта, но со временем развитие технологии позволило сделать самолёты, которые могут сами садиться и взлетать, поезда, которые ездят без участия машиниста, и робоавтомобили, которые уже скоро могут стать обычным делом на дорогах общего пользования.
Кадр из фильма «Аэроплан»
Летательные аппараты
Первая разработка в области автоматизации управления самолётом была сделана в США в 1912 году компанией Sperry Corporation. Автопилот помогал автоматически удерживать курс полёта и стабилизировать крен. Гидравлический привод с блоком, получающий сигналы от гирокопаса и высотомера, был связан с рулями высоты и управления. Устройство назвали «гироскопическим стабилизирующим аппаратом», его впервые установили на самолёт Curtiss C-2 и показали на выставке во Франции 18 июня 1914 года.В рамках демонстрации во время полёта оба пилота вылезли на крылья самолёта, чтобы показать способность летательного аппарата и продолжать полёт без ручного управления.
В СССР к теме автопилотов проявлялся большой интерес, о чём говорит издание «Основы теории автоматического пилотирования и автопилоты. Сборник статей». В книгу вошли переведённые статьи «Общая теория автоматического регулирования», «Автопилот Сименса для самолетов», «Гиропилот Сперри» и другие, описаны принципы автоматического пилотирования и конструкции автопилотов. Ознакомиться с книгой можно на одном известном ресурсе, который уже второй месяц пытаются заблокировать на территории России.
Применение автопилота необходимо не только для того, чтобы снизить нагрузку на живого человека во время управления, но и для управления торпедами и ракетами, когда пилота внутри них нет и не может быть (исключение есть - тип японских торпед под названием кайтэн , которыми управляли смертники).
В 1947 году американский военно-транспортный самолёт Douglas C-54 Skymaster, построенный на базе пассажирского DC-4, перелетел через Атлантический океан под управлением автопилота. И взлёт, и посадка были осуществлены в автоматическом режиме.
Douglas C-54
Смысл автопилота состоит в том, чтобы система поддерживала правильную ориентацию аппарата. В случае с самолётом ориентация в пространстве определяется тремя углами. Это угол тангажа - угол между продольной осью летательного аппарата и горизонтальной плоскостью, угол рыскания - угол поворота корпуса в горизонтальной плоскости, и угол крена - он возникает при повороте самолёта вокруг продольной оси.
Для сохранения ориентации необходимо её определить, и в этом помог гироскоп. Американский лётчик Элмер Сперри использовал его, чтобы сначала просто стабилизировать самолёт, а затем и создать автопилот в начале 1920-х годов. Если первый автопилот мог сохранять заданный режим полёта, то последующие системы управляли рулями и двигателями самолёта и могли не только летать без участия лётчика, но и взлетать и садиться.
Тангаж, рыскание и крен
Отличный пример раннего автопилота - немецкая баллистическая ракета дальнего действия «Фау-2», которую в конце Второй мировой войны принял на вооружение Вермахт. Ракета взлетала вертикально, после чего в действие вступала автономная гироскопическая система управления.
Но чрезмерное увлечение автопилотом привело к тому, что пилоты гражданской авиации в США стали допускать ошибки при ручном управлении. Они , и в результате исследований показывают неудовлетворительные результаты проверки лётных навыков. Это приводит к человеческим жертвам. Похожая проблема с автоматикой есть у офицеров военных кораблей флота США, они применяют GPS, но мало кто из курсантов умеет обращаться с секстантом.
И, конечно, существует огромное количество и дронов других типов, которые способны работать как под управлением оператора-пилота, так и самостоятельно и .
Рельсовый транспорт
В 1967 году в столице Великобритании открыли линию Лондон Виктория. Это была первая линия, на которой поезда управлялись с помощью системы Automatic Train Operation. После этого технологию ATO развивают, чтобы поезда могли ездить абсолютно без участия живых водителей в кабине или сотрудников на борту.
Королева Елизавета в поезде на линии Лондон Виктория, 1969 год
Разделяют четыре уровня «развитости» автоматизированных систем для рельсового транспорта. Одна из самых простых систем - это ATO в лондонской подземке, а самая сложная - в метро Копенгагена , где поезда движутся постоянно без водителей, сами открывают и закрывают двери, оперативно реагируют в экстренных случаях на, например, людей на рельсах. Кабины машиниста нет вовсе, и пассажиры наблюдают за движением через лобовое стекло. В центре управления работают всего пять операторов в смену, которые могут вмешаться в работу в экстренной ситуации, но по большей части контролируют работоспособность систем. Автоматика позволила перейти на круглосуточный режим работы, и метрополитен закрывается на одну ночь шесть раз в год для проведения капитального ремонта.
В декабре 2014 года Google представила . До этого компания показывала макет с неработающими фарами. В Google уверены, что робомобили .
Кроме Google над беспилотными автомобилями работает ряд крупных автопроизводителей. Например администрация шведского Гётеборга сотню беспилотных автомобилей к 2017 году на сумму 56,3 миллиона евро. в стране планируют запустить власти Японии. продажи беспилотных авто к 2020 году. Прототипы уже есть у Audi и Toyota, Tesla уже , а Ford