Вы бы полетели на полностью автоматизированном самолете ? Или вы предпочитаете ощущение, что все под контролем человека?
Если вы предпочитаете последнее, вы не одиноки. Но разве это иррациональное чувство? Давайте посмотрим на мир автономных самолетов настоящего и будущего.
Почему самолеты не автономны?
Короче говоря, в определенной степени они уже есть. Но прежде чем мы ответим на этот вопрос напрямую, было бы полезно взглянуть на историю автономных функций в самолетах.
На заре авиации от пилота требовалось постоянно находиться в состоянии повышенной готовности.
Его или ее внимание было постоянно сосредоточено на полете, управлении и наблюдении за ситуацией внутри и вокруг самолета, чтобы гарантировать отсутствие надвигающейся опасности. Такая деятельность часто оставляла пилотам мало времени, чтобы заняться чем-либо еще, и занимала их физически и морально на протяжении всего полета.
Это не обязательно было большой проблемой для коротких полетов продолжительностью в несколько часов или около того, но поскольку самолеты становились больше, быстрее и увеличивались дальности полета, время полета становилось все длиннее и дольше. При всем желании человека очень утомительно подвергаться воздействию высоких уровней осознания и концентрации в течение длительных периодов времени.
Это не только утомительно для пилота, но и потенциально очень опасно. Усталый человек может и часто будет ошибаться в суждениях, что может закончиться катастрофой.
По этой причине функции автопилота были разработаны на удивление рано в истории полетов. Вы не поверите, но один из первых самолетов, которые когда-либо были оснащены системой автопилота, хотя и элементарной по современным меркам, был Sperry Corporation в начале 1910-х годов.
Эта система включала подключение гироскопического указателя курса и индикатора ориентации. Базовая настройка позволяла летательному аппарату лететь прямо и горизонтально по предварительно установленному пеленгу компаса в течение длительных периодов времени без полного внимания пилота. Такое простое устройство, как вы понимаете, избавило пилотов от большой нагрузки.
Системы автопилота со временем становились все более изощренными, и в 1930-х годах компания Royal Aircraft Establishment в Великобритании разработала более совершенную систему. Называемая «помощником пилота» , эта система автопилота использовала гироскопы с пневматическим вращением для фактического управления полетом в определенной степени.
Flickr
Дальнейшие разработки были сделаны в течение следующих нескольких десятилетий с улучшенными алгоритмами управления, сервомеханизмами и даже добавленными средствами радионавигации, что позволило самолетам автономно летать ночью или в плохую погоду. Такие системы стали настолько сложными, что уже в 1947 году самолет C-53 ВВС США мог взлетать, пересекать Атлантику и приземляться, причем полностью под контролем автопилота.
В более современное время более крупные самолеты и самолеты с более чем 20 пассажирами, как правило, по закону должны иметь встроенную автоматизацию. Уровень автоматизации различается, но большинство из них обеспечивает так называемое трехосное управление тангажом и креном.
В большинстве случаев современные системы автопилота компьютеризированы и могут вносить изменения или решения за доли секунды на основе большого количества данных, вводимых с датчиков и другого оборудования для мониторинга, размещенного вокруг самолета. Сюда будут входить такие данные, как текущее положение самолета, курс, высота, скорость и т. д, И при необходимости автоматически регулироваться «дифферент» самолета.
Эти системы автопилота также будут более чем способны набирать высоту самолета после взлета, поддерживать круиз-контроль и горизонтальный полет, а также управлять снижением, заходом на посадку и, во все большей степени, заключительными этапами посадки. Руление перед взлетом, фактическая посадка и руление после приземления, как правило, по-прежнему являются прерогативой пилотов-людей.
Системы автопилота также обычно отключаются в периоды экстремальной турбулентности, когда ожидается, что пилот вручную возьмет на себя управление.
Airbus
То же самое обычно и при взлете. По крайней мере на данный момент.
Еще в 2020 году Airbus объявила, что успешно разработала и испытала полностью автономную взлетную систему. Взлет и посадка автономного такси (ATTOL) проект новаторский для промышленности.
Используемая технология отличается от существующих систем посадки по приборам (ILS), которые распространены на современных авиалайнерах, и использует технологию распознавания изображений, чтобы удерживать самолет на центральной линии взлетно-посадочной полосы, регулировать дифферент и скорость и, наконец, поднимать испытательный самолет Airbus в воздух.
Это важный шаг к тому, чтобы в недалеком будущем сделать самолет полностью автономным.
Когда пилоты будут уволены, если вообще будут?
Таким образом, с учетом высокого уровня сложности современных автопилотов, вам может быть простительно думать, что пилоты кажутся чем-то вроде баловства в кабине. Если самолет теоретически может летать сам, зачем нам пилоты?
Оказывается, хотя большая часть реальной работы, так сказать, полета может быть делегирована автопилоту самолета, присутствие человека по-прежнему чрезвычайно ценно . На самом деле, вряд ли это изменится в ближайшее время.
Одна из главных причин, хорошо это или плохо, — это общее настроение публики и пассажиров самолета. Признаете вы это или нет, есть что-то очень обнадеживающее, зная, что живой, дышащий человек управляет чем-то вроде самолета. Большинство людей не хотят отдавать полный контроль над чем-то, что теоретически может убить их.
Flickr
Вы бы в глубине души доверили бы свою жизнь компьютеру? Для большинства ответ — нет, и это понятно. В конце концов, что, если с автопилотом что-то пошло не так и на самолете некому было управлять? Что, если его взломали? Что, если самолету необходимо совершить аварийную посадку в незапланированном месте, например, на реке Гудзон?
Интересно, однако, что некоторые недавние исследования могут показать, что общее настроение общественности по этому поводу меняется, по крайней мере, в отношении некоторых транспортных средств. Некоторые опросы общественного мнения, проведенные еще в 2019 году, показали, что семь из десяти потребителей считают, что автономные автомобили управляются лучше, чем те, которыми управляет человек.
Опрос был проведен ANSYS и было опрошено 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 кажется, что люди становятся все более лояльны к идее доверять автономным транспортным средствам,.
Когда дело доходит до некоторых будущих теоретических беспилотных летательных аппаратов, большинство респондентов не полностью сопротивлялись этой идее, а предпочли бы подождать, пока технология станет более зрелой.
«Хотя общественность разделяет некоторые опасения по поводу безопасности обоих видов транспорта, многие из опрошенных доверяют технологии, которая управляет этими транспортными средствами. 71% респондентов считают, что автономные автомобили лучше водят, чем люди, или превзойдут человеческие способности в течение 10 лет. 70% потребителей, которым комфортно летать на автономных самолетах в течение их жизни, большинство из которых не знали об уровне автономии, уже задействованном в коммерческих полетах «, — говорится в отчете ANSYS.
Еще одна важная причина, по которой пилоты, вероятно, останутся частью большинства полетов, заключается в том, что при определенных обстоятельствах люди на самом деле являются лучшими машинами для принятия решений, чем настоящие машины. Несмотря на всю сложность компьютера, он все равно меркнет по сравнению с мягким и сложным компьютером между вашими ушами.
Ваш мозг может воспринимать огромное количество информации одновременно, принимать быстрые решения и, так сказать, импровизировать на лету. Такую гибкость невероятно сложно воспроизвести на машине, если это вообще возможно.
Человек также имеет доступ к некоторым другим датчикам, недоступным для машины — чувствам. Хотя при определенных обстоятельствах они менее надежны, чем цифровые или механические датчики, бывают случаи, когда что-то, что не звучит или не кажется правильным для пилота, может указывать на некоторую проблему, которую бортовая система управления полетом не может обнаружить. Однако важно отметить, что большинство пилотов обучены доверять органам управления полетом, показаниям и т. д., А не своим чувствам, поскольку люди также часто могут приходить к ложным выводам.
Современные системы управления полетом часто, например, полагаются на давление воздуха для расчета скорости, угла атаки и т. д. Если эта система выходит из строя по какой-либо причине, профессиональный пилот проходит обучение и тренинг для обнаружения потенциальной неисправности и внесения исправлений вручную.
В некоторых странах или в некоторых случаях системы GPS могут быть заблокированы по соображениям безопасности . Большинство современных самолетов в значительной степени полагаются на информацию GPS для обеспечения точности полета, и отключение систем автопилота самолета таким образом делает человека-пилота еще более важным. Людям не нужно полагаться на цифровые сигналы для навигации, и они могут импровизировать или находить другие надежные средства навигации, потерянные для самолета.
Более того, учитывая очень хаотичную среду полета, неизвестные или очень редкие события могут и будут время от времени возникать. Это не ситуации, в которых регулируемая и управляемая машина способна принимать решения. Это особенно верно в ситуации, с которой раньше никогда не сталкивались.
Если вы все еще настроены скептически, исторический пример может вас убедить.
Wikimedia Commons
В 2010 году самолет Qantas с 450 пассажирами получил серьезную неисправность в полете. Из-за выхода из строя ротора двигателя осколки разлетелись по всему самолету, повредив несколько критически важных систем самолета, в том числе его шасси. Бортовая система управления полетом была перегружена аварийными ошибками и сообщениями, с которыми невозможно было справиться одновременно. Пилоты на станции (а также некоторые пилоты вне дежурства 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 экипажем, спасли людей в тот день.
Можно ли сделать самолеты полностью автономными?
Как мы уже говорили, многие современные самолеты в определенной степени уже частично автономны. Хотя автономные системы обычно доступны только на больших коммерческих самолетах, они также невероятно важны для многих современных военных самолетов.
Например, F-16 — яркий тому пример. Говоря аэродинамически, он разработан так, чтобы быть немного нестабильным благодаря принципу, известному как расслабленная статическая устойчивость (RSS) . При возникновении помех по тангажу или крену самолет с RSS не может продолжать движение по тангажу или крену в направлении возмущения. В отличие от обратной положительной статической устойчивости, самолеты с RSS не возвращаются к прямому и горизонтальному полету, если пилот отпускает рычаги управления.
Это дает лучшие крейсерские характеристики , снижает усилие на рукоятке для поддержания новой скорости без восстановления триммеров и делает самолет более отзывчивым в полете, если пилоту необходимо резко изменить положение самолета в трехмерном пространстве, поскольку меньше времени теряется на попытки » отменять «попытку коррекции планера. Однако это, очевидно, потенциально довольно опасно, если пилот по какой-либо причине выбывает из строя.
По этой причине в F-16 и некоторых других самолетах с RSS используется так называемая квадруплексная или четырехканальная система управления полетом по проводам, чтобы усилить действия пилота с помощью ручки управления и руля направления для получения желаемого результата. результат в положении самолета без причинения потенциальной катастрофической потери управления из-за RSS самолета .
Причина в том, чтобы обеспечить самолету очень высокую маневренность в полете. Все это происходит без участия пилота, и если эта система выйдет из строя, самолет превратится в не более чем дорогой, быстрый кусок металла по прихоти силы тяжести.
По сути, « вы не летите на F-16, он летает на вас !».
Другие современные самолеты также используют преимущества RSS, например, знаменитый истребитель-невидимка F-117 «Nighthawk» . Нетрадиционная форма этого самолета была разработана для уменьшения его радиолокационной заметности. Как и F-16, F-117 использует свою собственную сложную систему управления полетом по проводам, чтобы не сбиться с курса.
Что касается небольших гражданских самолетов, то в последние годы были достигнуты некоторые заметные успехи в их автономности. Например, еще в 2019 году Мюнхенский технический университет (TUM) вместе со своими партнерами по исследованиям совершил прорыв в предоставлении средств, позволяющих легким коммерческим самолетам приземляться без участия пилота или поддержкие с земли.
В проекте, получившем название « C2Land », использовалась специально разработанная оптическая система и система дистанционного управления полетом для полностью автономной посадки небольшого самолета на взлетно-посадочной полосе. Это огромный прорыв, и при более тщательном тестировании и уточнении он может оказаться революционным для отрасли.
Но на самом деле это не то, что люди подразумевают под автономным летательным аппаратом — то есть вообще никакого человека-пилота. Существует множество примеров больших и малых самолетов, которые якобы полностью автономны, которые в настоящее время эксплуатируются и находятся в стадии разработки, и главным из них являются беспилотные летательные аппараты.
Большинство коммерческих дронов сегодня будут иметь высокий уровень автоматизации, например защиту от ударов или столкновений. У них также будут некоторые другие автоматизированные функции для постоянной регулировки потребляемой мощности и настроек, чтобы они могли зависать. Но даже эти дроны обычно требуют вмешательства человека через пульт дистанционного управления, чтобы «решить», куда он направляется.
C2Land
Есть несколько дронов безопасности, которые могут работать автономно после обнаружения злоумышленника. Эти дроны запускаются сами по себе, занимают позицию и снимают фотографии или видеозаписи нарушителя — и все это без участия человека-оператора (хотя элементы управления можно переопределить).
В декабре 2020 года компания American Robotics получила одобрение FAA на некоторые из своих полностью автоматизированных дронов. Эти коммерческие дроны, разработанные компанией из Массачусетса, будут использоваться для доставки грузов без какого-либо вмешательства человека во время полета.
Значение этого события нельзя недооценивать, но оно имеет некоторые довольно важные оговорки. Например, постановление ограничивает работу дронов только в сельской местности и на высоте ниже 122 метров и они должны иметь максимальный взлетный вес 9 килограммов.
Это очень интересно, но такие дроны не могут использоваться для перевозки людей, как самолеты. Так какие же потенциально полностью автономные летательные аппараты скоро будут доступны?
Один примечательный пример в настоящее время разрабатывается компанией Joby Aviation. Все электрические вертикального взлета и посадки (eVTOL) транспортного средства , эта компания может первой пройти сертификацию для автономного корабля.
Миниатюрное судно разрабатывается как небольшое воздушное такси и недавно согласовало с FAA то, что называется базой сертификации G-1 . Это основано на соблюдении компанией требований сертификации для небольших самолетов до 19 мест и максимального взлетного веса 8 618 кг.
Как и предыдущее одобрение автономных дронов, это еще один важный шаг на пути к тому, чтобы полностью автономные летательные аппараты стали реальностью.
Еще одна интересная разработка в области автономных летательных аппаратов — это предложения по созданию специально построенных аэропортов для таких самолетов вместо использования существующей инфраструктуры. Один из ярких примеров — планируемый аэропорт электронных самолетов в Великобритании.
Предложение было сделано британским стартапом под названием Urban Airport , который в партнерстве с Hyundai разработал и, возможно, фактически построил первый в своем роде аэропорт eVTOL.
Новый проект, получивший название «Городской аэропорт», направлен на сокращение выбросов и обеспечение всей инфраструктуры eVTOL, которая когда-либо понадобится пассажирам. Этот футуристический аэропорт будет на 60% меньше традиционной вертолетной площадки, и теоретически его можно будет установить за несколько дней или недель.
Тем временем Hyundai заявила, что планирует создать собственный самолет eVTOL и поддерживает развитие хаба Air One в городском аэропорту в рамках своего плана коммерциализации своих самолетов к 2028 году. Новый микро-аэропорт строится в городе Ковентри и будет готов к ноябрю 2021 года. Проект выиграл правительственный грант Великобритании в размере 1,2 миллиона фунтов (1,65 миллиона долларов). Он станет центром для будущих самолетов eVTOL, таких как воздушные такси и беспилотные летательные аппараты.
Hyundai
Будут ли безопасны автономные самолеты?
Выше мы уже коснулись некоторых аспектов безопасности автономных систем. Но лучший вопрос: будут ли автономные самолеты безопаснее пилотируемых?
Чтобы ответить на этот вопрос, возможно, стоит потратить немного времени на изучение безопасности самолетов сегодня. Например, есть ли правда в утверждении, что полет — «один из самых безопасных способов путешествовать?».
Как оказалось, это действительно так. Примерно с 1970 года количество авиационных происшествий с участием коммерческих самолетов (самолетов с более чем 19 пассажирами на борту) постепенно снижалось . Это произошло в то время, когда количество рейсов быстро увеличивалось. К 2019 году количество несчастных случаев со смертельным исходом на миллион рейсов снизилось в 12 раз по сравнению с 1970 годом, с 6,35 до 0,51 несчастных случаев со смертельным исходом на миллион рейсов.
Причина этого — сочетание технологических усовершенствований самолетов, более строгого регулирования авиационной промышленности и, конечно же, повышения надежности и возможностей автопилота. В 1972 году не было ни одной, не двух аварий со смертельным исходом, когда команда отвлекалась на болтовню (о футболе и рождественских планах).
Судя по статистике за 2019 год, который является последним «нормальным» годом количества полетов перед пандемией, ваши шансы фактически умереть в авиакатастрофе были практически нулевыми.
В Соединенных Штатах , например, общее количество авиационных происшествий (не со смертельным исходом) с зарегистрированными в США гражданскими самолетами (как большими, так и малыми самолетами) в 2019 году составило около 1302. Это меньше по сравнению с 1347 в 2018 году и следует за общим снижением с течением времени. . Конечно, в данных есть некоторые всплески, большинство из которых связано с беспрецедентными событиями, такими как теракты 11 сентября в США, которые явно искажают данные.
Число погибших в гражданской авиации увеличилось с 395 в 2018 году до 452 в 2019 году. Все, кроме 8 из 452 смертей в 2019 году, произошли на борту самолета (такие события, как сердечные приступы пассажиров и т. д.). Четыре из этих смертей были связаны с коммерческой авиакомпанией.
Хотя сотни смертей с участием самолетов могут показаться очень высокой цифрой, важно рассматривать это в перспективе. Если взять соотношение на 100000000 пассажиро-миль, ваши шансы умереть из-за полета в основном представляют собой ошибку округления до нуля.
Сравните это со статистикой пассажирских наземных транспортных средств за тот же период. По данным Национального совета безопасности , « за последние 10 лет уровень смертности в авариях легковых автомобилей на 100 000 000 пассажиро-миль был более чем в 9 раз выше, чем у автобусов, в 17 раз выше, чем у пассажирских поездов, и в 1606 раз выше, чем у регулярных авиакомпаний».
Это огромная разница, и помните, что эти самолеты и большинство транспортных средств все еще управляются людьми. Но какая разница, если таковая имеется, сделает самолет полностью автономным?
В некотором роде безопасность более крупных коммерческих самолетов является своего рода прокси для этого потенциального будущего полета. FAA, например, оценивает, что большинство самолетов около 90% времени летает на автопилоте.
Но, как мы подробно описывали ранее, автопилоты тоже могут совершать ошибки. Именно по этой причине пилоты-люди все еще должны находиться в кабинах, чтобы действовать как своего рода «проверка чувств» или аварийная поддержка, если произойдет немыслимое.
Мало того, любая автоматизированная или компьютеризированная система хороша ровно настолько, насколько хороши заложенные в нее программы и правильное ее использование.
Теоретически это логично, но такие организации, как FAA, выразили некоторые опасения, что использование автопилотов приводит к тому, что пилоты теряют свое преимущество.
Согласно отчету, подготовленному FAA , «несколько недавних происшествий, включая крушение в июле 2013 года рейса 214 Asiana Airlines, показали, что пилоты, которые обычно летают с автоматизацией, могут совершать ошибки, когда сталкиваются с неожиданным событием или переходят на ручной полет». Эксперты отрасли обеспокоены тем, «достаточно ли у пилотов обучения и опыта для поддержания навыков ручного полета».
Большинство авиакомпаний поощряют своих пилотов летать вручную, когда это безопасно и насколько это возможно, но весь смысл таких систем автопилота заключается в снижении стресса и утомляемости пилотов и используются соответственно.
Но как часто системы автопилота действительно выходят из строя?
К сожалению, по этому вопросу нет надежной статистики, но несколько десятилетий широкого использования систем автопилота, кажется, указывают на то, что сбои очень редки или часто являются результатом ошибки пользователя.
Но у нас есть некоторые данные от систем автопилота для других видов транспорта, например, автомобилей. Подобно аналогичным системам в самолетах, автономные функции в автомобилях показали резкое снижение количества аварий в автомобилях.
Некоторые исследования, например, показывают, что автономные транспортные средства уже значительно превосходят автомобили, управляемые человеком, с точки зрения безопасности. По данным Министерства транспорта (DOT) и Национальной администрации безопасности дорожного движения (NHTSA) , почти 94% аварий на дорогах США происходят из-за человеческой ошибки, поэтому беспилотные автомобили могут значительно снизить количество аварий и смертельных случаев. на дорогах сегодня.
И каждый год на дорогах до сих пор бывает много аварий. Только в 2019 году в дорожно-транспортных происшествиях в США погибло чуть более 360000 человек. Причины этих аварий сильно различаются, но вождение автомобиля в состоянии алкогольного или наркотического опьянения, не уделяя должного внимания какой-либо причине, или усталость водителя.
Поскольку бортовой автоматизированный водитель никогда не будет пить, не может отвлекаться и не устанет, пока у него есть мощность, широкое внедрение этой технологии должно привести к резкому снижению этого показателя со временем. Они также значительно улучшают топливную экономичность. Автономные системы в транспортных средствах обычно могут найти кратчайший и / или самый быстрый маршрут между двумя точками.
Но автономные автомобили по-прежнему довольно редки, поэтому реалистично оценить влияние на безопасность дорожного движения очень сложно. Однако некоторые организации, такие как Google, провели довольно глубокие исследования именно по этой теме.
В рамках своего проекта Google по созданию беспилотных автомобилей они обнаружили, что автономные транспортные средства не имели серьезных аварий на протяжении 1,8 миллиона миль автономного вождения. Это впечатляет и, возможно, дает представление о том, какое влияние эта технология может оказать на наши дороги.
Однако важно отметить, что автономные технологии в транспортных средствах, хотя и впечатляют, все еще находятся в зачаточном состоянии и не застрахованы от ошибок. Точно так же, как пилоты, водители-люди, пока они являются compus mentis , имеют тенденцию быть более приспособленными к мошенническим ситуациям, чем предварительно запрограммированные компьютеры.
Однако ситуация меняется, поскольку машинное обучение становится все более важным компонентом таких систем. При наличии достаточного опыта вождения и времени эти системы должны быть в состоянии соответствовать, если не превосходить, и в этой области.
Итак, подводя итог, насколько мы близки к полностью автономному полету?
Технологически мы, кажется, более-менее там. Как только системы автопилота будут разработаны, протестированы и будут пользоваться доверием таких организаций, как FAA, роль пилотов-людей со временем будет сокращаться.
Однако, как и сегодня, мы, вероятно, никогда не увидим будущего, в котором в кабине коммерческого самолета не было бы обученного человека. Даже если мы предположим, что все технические проблемы устранены и автопилоты станут адаптироваться как люди, многие пассажиры, вероятно, будут чувствовать себя в большей безопасности, зная, что человек присутствует и якобы контролирует ситуацию.
Однако когда дело доходит до дронов для доставки, военных дронов и, возможно, даже военных самолетов, беспилотное, полностью автономное будущее , вероятно, неизбежно.
Изменится ли это со временем, особенно по мере того, как широкая публика все больше привыкает к автономным транспортным средствам, еще предстоит увидеть. Но ясно одно: дальнейшая автоматизация всех аспектов транспорта (самолетов, поездов и автомобилей), вероятно, сделает путешествия в будущем еще безопаснее.
До тех пор, пока эти системы безопасны, невзламываемы и защищены от массивных электромагнитных атак.
Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК