Lotnictwo cywilne


Rola i zastosowanie komputerów w lotnictwie

Automatyzacja - zaleta czy zagrożenie? Różne filozofie projektowania automatyki lotniczej

Wielu z nas nie wyobraża sobie zapewne życia bez komputera. Komputery obecne są wszędzie - w naszej pracy, szkole, domu... Ułatwiają nam codzienne życie wykonując za nas wiele prac. Wiek XXI to wiek automatyzacji, a więc prawie wszystkie urządzenia sterowane są komputerowo i wykorzystują mikroprocesory. Jedną z dziedzin, jaka nie mogłaby poprawnie funkcjonować bez wspomagania komputera, jest właśnie lotnictwo. Największy rozwój komputeryzacji w lotnictwie dał o sobie znać w lotnictwie wojskowym w latach pięćdziesiątych. Lotnictwo wojskowe zawsze przodowało w tej dziedzinie. Systemy nawigacyjne naprowadzały wówczas pociski na cel. Dalszy rozwój komputeryzacji w lotnictwie zawdzięczamy amerykańskiemu programowi podboju kosmosu. Dziś komputery w lotnictwie używane są w bardzo szerokim zakresie.

Projektowanie samolotu

Jeszcze sto lat temu latania uczono się na próbach i błędach. Każdy błąd był nauczką dla następnych amatorów lotnictwa będących jednocześnie konstruktorami i lotnikami. Należy jednak pamiętać o tym, że i konstrukcje nie były tak skomplikowane. Wiele lat później, jeszcze w latach sześćdziesiątych, projektowanie samolotu rozpoczynano od ołówka i czystej kartki papieru. Wykonywano także wiele skomplikowanych obliczeń matematycznych, by sprawdzić wytrzymałość konstrukcji. Dzisiaj narzędziem służącym do projektowania konstrukcji lotniczych są programy komputerowe typu CAD/CAM. Za ich pomocą wykonuje się trójwymiarowy model samolotu. Potem, również na komputerze, wykonuje się obliczenia sprawdzające wytrzymałość płatowca i badania aerodynamiczne modelu.

Symulacje - nauka latania i analiza wypadków lotniczych

Zarówno piloci, jak i kontrolerzy ruchu lotniczego, mają dziś do dyspozycji symulatory. To dzięki nim uczą się swojego zawodu, a już po uzyskaniu licencji trenują. Nie są to jednak symulatory typu Flight Simulator na komputer PC, lecz takie, które do złudzenia przypominają lotnicze realia. Piloci mają do swojej dyspozycji kabiny symulacyjne, które wyglądają jak kokpit prawdziwego samolotu. Obraz udający środowisko zewnętrzne jest trójwymiarowy i zsynchronizowany tak, by pilot miał kąt widzenia 180o. W takiej kabinie symulacyjnej jest 6 ekranów otaczających pilota i mających kształt oszklenia kokpitu. By osiągnąć maksymalny realizm, kabiny symulacyjne są wyposażone w podnośniki hydrauliczne. Ich zadaniem jest symulacja turbulencji i przeciążeń. Operator, znajdujący się w oddzielnym pomieszczeniu, może zaprogramować absolutnie wszystko - tak, by pilota podczas pracy nie zdziwiło nic i by był on przygotowany na każdą ewentualność. Obok operatora siedzi osoba "udająca" kontrolera ruchu lotniczego. Możliwe jest zarówno wprowadzenie do komputera złych warunków pogodowych jak i symulacja awarii. Piloci muszą wtedy ćwiczyć np. lądowanie bez silników podczas burzy,lądowanie bez podwozia, awarię systemów elektronicznych, hydraulicznych, pompy paliwowej czy awarię radia. Bardzo podobnie jest na szkoleniu kontrolerów ruchu lotniczego. Symulatory wykorzystuje się również do analizy wypadków lotniczych. Dzięki symulacji można np. sprawdzić tor lotu spadającej maszyny i wykonać animację komputerową. Po wypadku odtwarza się go w kabinie symulacyjnej,by przećwiczyć zaistniałą sytuację dowolną ilość razy i by wykluczyć jej powtórzenie.

W przypadku awarii Apollo 13 jeden z astronautów wszedł do kabiny symulacyjnej statku kosmicznego. Zaprogramowano symulator tak, by sytuacja w symulatorze była identyczna jak w Apollo. Nie tylko wyłączono niektóre systemy, ale także ogrzewanie i światło. Ken Mattingly, astronauta, miał więc w symulatorze tak ciemno i zimno, jak jego koledzy w kosmosie. Dzięki temu sprawdzono co mogą zrobić astronauci i jaka będzie ich wytrzymałość. Wyniki doświadczenia przekazano astronautom z Apollo przez radio. Jest to, moim zdaniem, doskonały przykład na to, jak użyteczne mogą być symulatory. Bez ich "pomocy" z pewnością powrót Jima Lovell`a, Freda Haise`a i Jacka Swigert`a nie byłby możliwy.

Lotniska

Przy obecnym natężeniu ruchu lotniczego i stale rosnącej liczbie pasażerów, na pewno nie łatwo byłoby zapisywać wszystko na kartkach. Z pomocą agentom odprawy lotniskowej przychodzą zaawansowane systemy rezerwacji i sprzedaży, za pomocą których można dokonać rezerwacji szybko, łatwo i przyjemnie :-). System rezerwacyjny sprawdza dostępność miejsc w samolocie (korzystając z bazy danych), następnie osoba w kasie biletowej wprowadza dane podróżnego i umożliwia mu wybór miejsca w samolocie. Potem rezerwacja jest przesyłana do bazy danych linii lotniczej. Sporządza się tam m.in. listę pasażerów i wymagań (np. posiłek specjalny, osoba wymagająca opieki czy mówiąca w innym języku). Za pomocą internetu można się też połączyć z systemem rezerwacji, by sprawdzić, o której godzinie dany samolot odleciał czy wylądował. Możliwe jest także dokonanie rezerwacji za pomocą internetu.

Kontrola ruchu lotniczego

Głównym urządzeniem niezbędnym kontrolerom ruchu lotniczego jest radar. Radar wykrywa obiekty znajdujące się w powietrzu. Nie potrafi jednak zinterpretować danych samolotów ani przedstawić tego kontrolerowi w czytelnej postaci. Tutaj również funkcjonują komputery. Pierwszym, podstawowym zadaniem komputera w kontroli ruchu lotniczego, jest interpretacja danych. Komputer odczytuje z kodu transpondera samolotu jego dane. Następnie musi przedstawić to kontrolerowi w czytelny i przejrzysty sposób, by ten mógł odczytać znak wywoławczy samolotu, jego wysokość, prędkość i kod przydzielony przez komputer. Po kliknięciu kontroler może również wyświetlić inne dane dotyczące lotu maszyny takie jak: typ samolotu czy plan lotu. Okrągłe wskaźniki zastąpiono monitorami cyfrowymi - umożliwia to graficzne zobrazowanie sytuacji w powietrzu i nie przemęcza oczu kontrolerów :-).

Drugie zadanie to zarządzanie terminalem FSW (Flight Strips Workstation). Jest tam baza planów lotu, możliwe jest także przesyłanie planów do Haren niedaleko Brukseli, gdzie plan lotu musi zostać zaakceptowany, by lot był możliwy.

Pojedynczy kontroler czasem musi sprawować nadzór nad 30 samolotami jednocześnie. W tej sytuacji łatwo jest o brak koncentracji, utratę separacji i przeoczenie, które kilkaset osób może przypłacić życiem. Do komputera wprowadzono więc bezpieczne granice separacji, czyli bezpiecznego odstępu w pionie i w poziomie pomiędzy samolotami. Jeśli samoloty za bardzo zbliżą się do siebie, komputer wszczyna alarm - rozlega się syrena, a wskaźniki na ekranie przed oczami kontrolera odpowiadające zagrożonym samolotom zaczynają migać (jeszcze zanim dojdzie do utraty separacji). Komputer czuwa więc nad bezpieczeństwem sytuacji w powietrzu i... sprawdza kontrolera :-).

W przypadku awarii systemu włącza się system zapasowy, by kontroler na stanowisku nie stracił obrazu. Jest to automatyczne, czuwa więc nad tym system komputerowy. Nagrywaniem rozmów kontrolerów z pilotami, również "zajmuje się" komputer.

FMS - komputer sterowania lotem

Każdy nowoczesny samolot posiada system sterowania lotem FMS (Flight Management System). W największym uproszczeniu jest to komputer pokładowy, do którego załoga wprowadza informacje za pomocą klawiatury CDU (Control Display Unit) lub nośnika takiego jak taśma magnetyczna. Sercem FMS jest FMCS (Flight Management Computer System - system komputerowego sterowania lotem). Jego zadanie polega na zbieraniu informacji o funkcjonowaniu wszystkich systemów i urządzeń samolotu oraz wyświetlanie ich na monitorach EFIS (są one umieszczone przed pilotami). FMCS może automatycznie zdiagnozować samolot, a załoga może uzyskać wydruk z testu. FMS służy również do opracowania trasy lotu. Jest zintegrowany z autopilotem i systemami nawigacyjnymi (jak GPS) - może więc sterować samolotem utrzymując zaprogramowaną wysokość, prędkość i kurs. FMS w swej pamięci stałej posiada bazę (którą łatwo uaktualnić) pomocy nawigacyjnych jak lotniska, punkty trasowe czy częstotliwości stacji radarowych. Wystarczy więc wpisać punkty odlotu i przylotu oraz punkty trasowe. FMS odnajdzie je w swej bazie i ustawi odpowiedni kurs. FMS steruje również radiem, ciągiem silników i wychyleniami powierzchni sterowych. TMS (Thrust Management System) funkcjonuje nawet, gdy sterowanie silnikiem odbywa się ręcznie.
W niektórych samolotach można tak zaprogramować FMS, by samolot wylądował automatycznie, uruchomił rewersy ciągu i hamulce i zatrzymał się na pasie startowym.

W skrócie: podsystemy FMS i ich funkcje:


Inne funkcje FMS:

Niewątpliwie samoloty mające najbardziej rozbudowane systemy komputerowego sterowania lotem to samoloty Airbus.

Podziękowania dla Jacka Tomczak - Janowskiego za pomoc w realizacji poniższej podstrony.