Как-то у Ричарда Бренсона, основателя Virgin Airlines, спросили:
- Вы все время экономите на всем. Что дальше – вы посадите в кабину одного пилота вместо двух?
- Дальше мы вообще уберем из кабины пилотов.
«Да что там сложного, включил автопилот – и спи». Это любимый аргумент диванной гвардии в разговорах об авиации, после которого неизбежно следует глубокое умозаключение «непонятно, за что им такие деньги платят». А может, и правда полет на самолете такая простая штука, что нет никакого смысла проходить долгое и сложное обучение на пилота самолета , досконально разбираться, как летает самолет , постоянно подтверждать квалификацию, учить английский и трястись от страха накануне ВЛЭК, раз уж кабина современного авиалайнера оборудована волшебной кнопкой «автопилот»?
Автопилотом управляет пилот
Дл начала придется осознать, что волшебной кнопки нет. Вместо нее – целая панель датчиков, тумблеров, переключателей, лампочек и километры проводов, соединяющих все это хозяйство с узлами и агрегатами самолета. Без участия человека они таки останутся стеклом, пластиком и металлом. Поэтому управляет автопилотом пилот. Как бы странно это не звучало.Но прежде чем нажать заветную кнопку, нужно как минимум рассчитать количество топлива с учетом числа пассажиров, груза, погоды, возможности уйти на запасной аэродром «если что», узнать, где вообще есть такие аэродромы на всем протяжении полета, и постоянно держать их в голове, убедиться в работоспособности всех систем, запросить у диспетчера разрешение на руление (а в загруженных международных аэропортах на рулежках пробки порой похлеще городских), докатиться до полосы, еще раз все перепроверить, взлететь, держа в голове необходимость в любой момент немедленно прекратить взлет, набрать высоту и только после этого, заняв эшелон, может быть, перевести управление самолетом в автоматический режим. Это, если погода идеальна и нет необходимости обходить грозовые облака, что бывает довольно редко.
«Полет на самолете в автоматическом режиме» в данном случае будет означать, что пилот выставил определенные значения скорости и высоты. Если условия поменяются, и высоту необходимо будет сменить, автопилот об этом сам не узнает. Мало того, современный автопилот имеет несколько режимов работы, и разные команды пилота не должны противоречить друг другу. Можно, например, задать высоту 10000 футов, но включить режим снижения, и самолет послушно полетит вниз. Он, конечно, будет истошно верещать и пищать, но сам ничего не предпримет, потому что набор лампочек, кнопочек и проводов не знает, как летает самолет .
При грамотном обращении автопилот существенно облегчает жизнь экипажа, беря на себя рутинную часть работы, но высокую зарплаты летчики получают точно не за это. Это все равно, что обижаться на журналистов, что они пишут тексты на компьютере, а не гусиным пером.
Про гусиные перья или почему пилот самолета будет всегда необходим
В книге советского писателя и летчика-истребителя Анатолия Маркуши есть замечательная сцена. Девушка пеняет своему молодому человеку, что он выбрал неправильную профессию, так как пилоты скоро станут не нужны.Это было более полувека назад. Телевидение, к слову, грозившееся «убить» театр и кино, изобрели позже автопилота, а искусство Мельпомены все живет и живет. Что уж говорить про такую тонкую материю как полет на самолете.
Первый автопилот был разработан американской корпорацией Sperry Corporation аж в 1912 году. А в 30-е годы уже многие пассажирские лайнеры оборудовались системами, позволяющими автоматически удерживать курс и выравнивать крен относительно земли.
В 1947 году Douglas C-54 ВВС США перелетел через Атлантику в полностью автоматическом режиме, включая взлет и посадку.
Как ни странно, но если в других сферах техническое совершенство способствует прогрессу, в авиации пока все наоборот. Чем сложнее, больше, комфортнее и «умнее» самолет, тем меньше шансов, что когда-нибудь он полетит сам. Чем технологичней начинка, тем выше вероятность отказа каждой ее составляющей, а чем больше такой начинки, тем больше возможных комбинаций отказов, просчитать которые не в состоянии ни один компьютер.
Вот почему грамотный пилот самолета, обученный пилотированию «на руках», последовательно прошедший все этапы подготовки – от маленькой Цессны до авиалайнера – будет востребованы всегда.
«Взлет опасен, полет прекрасен, посадка трудна»
Это еще Михаил Громов – тот самый, который в 1937 году в компании с Юмашевым совершил беспосадочный перелет Москва – Северный полюс – США - говорил. Даже далекие от авиации люди, не осознавая толком, как летает самолет , понимают, что просто так с высоты 10 тысяч метров он не упадет. Чаще всего авиакатастрофы случаются на взлете и посадке. То есть той части полета, справляться с которой автопилот пока не очень умеет.Да, уже давно созданы системы, способные поднимать и сажать самолет в полностью автоматическом режиме, но надо понимать, что такие самолеты требуют практически лабораторных условий. Во-первых, идеальная погода – ветер не более 10 м/с, никакого дождя, льда, снега или грозы. Во-вторых, аэропорт, оборудованный так называемой ILS (Instrumental Landing System) – системой автоматического захода на посадку.
Грубо говоря, это совокупность маяков и датчиков, с помощью которой полет на самолете
может осуществляться буквально вслепую. Позволить себе такое оборудование могут только очень крупные международные хабы в развитых странах. С другой стороны, в развитые страны обычно очень много желающих прилететь, а чем больше в воздухе самолетов в единицу времени, тем выше вероятность сбоя системы ILS из-за перегруженного всевозможными радиоволнами и датчиками пространства. Замкнутый круг.
Тем не менее, разговоры о том, что скоро автоматика вытеснит из кабины живых пилотов, не умолкают.
5 причин, почему в обозримом будущем этого точно не произойдет
- Отсутствие необходимой инфраструктуры. Посадка на автопилоте при нулевой горизонтальной и вертикальной видимости (например, в плотный туман) разрешается только в аэропортах, сертифицированных по III категории ИКАО. Сертификация эта не то чтобы сложно реализуемая технически, но очень дорогая. Вкладывать такие деньги в полтора километра бетонки, построенные еще английскими колонизаторами (либо розовощекими строителями коммунизма, в зависимости от географии) экономически не выгодно. А экономика в современной авиации решает если не все, то многое.Радиообмен. На протяжении всего маршрута борт сопровождают авиадиспетчеры на земле. А земля большая и разная. Принято считать, что универсальным языком в авиации считается английский, но любой пилот с опытом международных полетов скажет, что в каждой стране он свой. Классикой жанра в этом плане считается «китайский английский», разобрать который с непривычки практически невозможно. Машина с подобным точно не справится, а вот человек умеет приспосабливаться ко всему.
Интуиция умноженная на опыт. Авиастроители в комплект к самолету всегда прилагают руководство по эксплуатации и карты действий в аварийных ситуациях. Так вот, двойные (тройные и т.д.) отказы в них не предусмотрены. Точнее предусмотрены, но с формулировкой «экипаж сам определяет последовательность действий, исходя из своего опыта, знаний и сложившейся обстановки». У автопилота своих знаний нет, а компьютер, который мог бы просчитать все комбинации ситуаций, если и возможен в теории, то в жизни будет весить как три самолета.
Дороговизна. Та же кофеварка, что в магазине «Все для дома» стоит сотню долларов, на борту бизнес-джета будет стоить тысяч десять. Не потому что «крутизна дороже денег», а потому что она обязана соответствовать международным требованиям безопасности для бортового оборудования. Что уж говорить про оборудование, которое отвечает за жизнь пассажиров? Тарифы на авиабилеты при этом будут такими, что гражданская авиация потеряет вообще весь смысл своего существования.
Психология пассажиров. Это самое простое и самое сложное одновременно. Много найдется в мире людей, готовых отдать свои кровные за полет на самолете без пилота? Особенно, если билет этот стоит дороже, чем экспедиция на МКС?
Мечтать приятно, а фантазировать легко. Возможно, когда-нибудь человечество и достигнет такого расцвета, что воспитает искусственный интеллект и построит совершенную ILS-инфраструктуру в самых отдаленных уголках Земли. А пока у нас даже газ с канализацией не везде есть, качественно подготовленный пилот самолета , обучение которого проходило в приближенных к земным реалиях условиях – с живыми примерами, в разных погодных условиях, с необходимостью мгновенно принимать решения головой, а не автопилотом, работу всегда найдет. По крайне мере на ближайшие 100-200 лет.
Автопилот - устройство или программно-аппаратный комплекс, ведущий транспортное средство по определённой траектории. Наиболее часто автопилоты применяются для управления летательными аппаратами, в связи с тем, что полёт происходит обычно в пространстве, не содержащем большого количества препятствий, а также для управления транспортными средствами, движущимися по рельсовым путям.
Идея и схема автопилота были предложены К. Э. Циолковским в 1898. Впервые полёт самолёта, автоматически управляемый автопилотом фирмы «Сперри» (США), был продемонстрирован на Всемирной выставке в Париже в 1914. Первоначально автопилот предназначался только для стабилизации угловых движений самолёта (движения относительно центра масс), что давало возможность выдерживать заданный режим полёта самолёта без участия лётчика. Усовершенствование автопилота позволило создать автоматизированную систему, которая производит управление летательным аппаратом не только относительно его центра масс, но также и его центром масс. Это дало возможность автоматизировать все режимы полёта летательного аппарата от взлёта до посадки. Такие автопилоты автоматически управляют как рулевой системой летательного аппарата, так и его силовыми установками. Создание автопилота сделало возможным полёты беспилотных летательных аппаратов (ракеты, авиа-БПЛА, искусственные спутники Земли и т. д.), позволив тем самым при опасных полетах отказаться от необходимости подвергать риску жизни человеческого экипажа.
Автопилот на самолёте состоит из ряда подобных по принципу действия автоматов (курса, продольно-поперечных кренов, скорости, высоты и др.), совместная работа которых управляет полётом и стабилизует его. Чувствительные элементы каждого автомата измеряет один, определённый для него параметр режима полёта (высоту, или курс, или тягу двигателей) - он называется параметром регулирования. И автоматический блок вырабатывает сигнал, пропорциональный текущему значению параметра. Задатчик режимов полёта вырабатывает сигналы, каждый из которых соответствует требуемому значению определенного параметра регулирования. Эти сигналы сравниваются в вычислительном устройстве. Их разность (рассогласование) после усиления поступает на рулевую машинку автопилота, отклоняющую соответствующий руль самолёта или орган управления двигателем при помощи сервомоторов. Так происходит изменение режима полёта. Когда этот режим достигает заданного, сигнал рассогласования исчезает, рулевая машинка прекращает движение и наступает положение равновесия. Устойчивость систем автоматического управления летательными аппаратами достигается как регулированием по производным от регулируемых параметров, так и отрицательной обратной связью соответствующих видов. Кроме автоматики, в автопилот входят системы управления и регулировки.
Хотя современный автопилот позволяет автоматизировать все этапы полета, тем не менее, взлет и посадка, в связи с большим количеством технических сложностей данных этапов, фактически производятся вручную экипажем самолёта.
Современные автопилоты включают в себя попимо классического авиационного автопилота также и системы пилотирования всевозможных автоматических шагающих, колесных и крылатых роботов, и развивающиеся системы автоматического пилотирования автомобилей в условиях шоссе.
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
Ведущие автогиганты промышленности серьёзно принялись за установку системы автопилота на серийные модели. Сейчас проводятся испытания и тестирования функций, и если верить заявлениям представителей автоконцернов, то результаты превосходят все ожидания. Полноценное внедрение технологии автопилота в современные автомобили позволят транспортному средству набирать необходимую скорость, избегать аварийных ситуаций и совершать манёвры без управления человеком.
На сегодняшний день представлены три типа систем автопилота:
I. Принцип действия электронной системы. Это самая простая форма действия автопилота, которая уже достаточно давно используется в сериях мирового автопрома.
1.1. Яркий пример такой системы - Traffic Jam Assist, которая была создана разработчиками Ford на базе исследовательского комплекса в Германии. «Система помощи в пробках» позволяет транспорту самостоятельно ехать в тесных рядах машин, останавливаться при необходимости и начинать разгонятся, когда впереди идущие автомобили свободно двигаются. Кроме того, Traffic Jam Assist способен управлять автомобилем на поворотах и изгибах дороги. При этом водитель не прилагает никаких усилий для контроля происходящей ситуации, он может позволить себе абсолютно не касаться узлов управления.
Несмотря на то, что система кажется воплощением сюжета фантастического фильма о будущем, в её действии нет ничего инновационного. Traffic Jam Assist действует по принципу двух давно известных автолюбителям систем: круиз-контроля (система анализирует информацию о внешних событиях с радара и принимает решение о необходимой скорости) и программы Lane Assist (не допускает пересечение дорожной линии и вносит правки в курс автомобиля, подруливая в нужном направлении).
Данный автопилот позволит машине придерживаться стабильной скорости в 50-60 км/ч без участия водителя. Но инженеры предостерегают, что владельцы авто не должны полностью расслабляться за рулём, участие человека всегда необходимо.
1.2. Компания Volkswagen решила не отставать и заявила об успехах в разработке системы Temporary Auto Pilot. Эта модель автопилота позволяет автомобилю переходить на самоуправление не только в пробках, но и на трассах с высокими скоростями. «Временный автопилот» по механизмам действия практически идентичен Traffic Jam Assist, но несколько новаторств от Volkswagen позволяют включать автопилот даже на скорости 130 км/ч.
1.3. Cadillac обещает своим клиентам, что их система Super Cruise будет запущена в массовое производство уже в 2015 году. Разработка будет представлять собой синтез автопилота со спутниковым навигатором.
1.4. Компания Google проводит испытание автомобиля-робота, который оснащён комплексом встроенных карт и навигаций. Такая машина способна передвигаться по дорогам даже без присутствия водителя в салоне.
II. Принцип действия электронной сцепки, который подразумевает отслеживание и контроль находящегося впереди транспорта. Первой ласточкой среди автопилотов данного типа должна стать разработка компании Volvо. В основе системы SARTRE (Safe Road Trains for the Environment) заложены радикально новые принципы действия. Их особенность заключается в том, что теперь в участии водителя действительно нет никакой необходимости. Управление транспорта с встроенным SARTRE совершается с помощью впереди едущего авто.
Принцип сцепки подразумевает установление беспроводной связи между двумя автомобилями, которая активируется сразу же после сближения на определённое расстояние. Проще говоря, сзади едущая машина точно следует за «поводырём».
Инженеры Volvo считают такую модель автопилота более безопасной и автоматизированной. Пока точные сроки запуска программы в производство не известны, но представители автоконцерна обещают порадовать автолюбителей уже в ближайшие годы.
III. Третий, самый инновационный принцип действия автопилота заключается в установлении активных взаимосвязей между едущим автомобилем и окружающей средой. Транспортное средство будет взаимодействовать не только с находящимися рядом машинами, но и с дорожной инфраструктурой.
Названия этих автопилотов соответствуют их сути: vehicle-to-vehicle («машина-к-машине») и vehicle-to-infrasructure («машина-к-инфраструктуре»). Крупнейшие автопроизводители уже оценили перспективность этого типа автоуправления и концентрируют огромные усилия и средства на испытании программы. Так, General Motors обещает, что общие возможности системы можно будет оценить уже в 2020 году.
Ведутся активные разработки. Между автоконцернами начата настоящая гонка за победный приз в виде совершенной системы автопилота, которая воплотит идею «умного» автомобиля в реальность.