Кабины завтрашнего дня для авиационных работ
08.08.2019
Снижение нагрузки на пилотов – тема, которая в последние годы становится все более актуальной. Приспособления и технические средства, облегчающие работу не только пилота, держащего «ручку», а всего экипажа появляются с завидной регулярностью. Они повышают безопасность и эффективность операций. И новые автопилоты, и средства улучшения ситуационной осведомленности, и современные средства коммуникации для команд, выполняющих пожаротушение, перевозку грузов на внешней подвеске, монтажные и другие авиаработы были жизненно необходимы еще вчера, а в следующем поколении само выполнение подобных миссий без них будет невозможно.
Принцип заимствования
Блистеры («пузыри») для монтажных работ, чтобы оператор мог подглядеть точность установки конструкции, начали ставить на советских вертолетах еще в конце 1950-х. Их ставят и сейчас на самые разные типы воздушных судов, иногда называя витиевато, типа Maximum Pilot View Kit (MPVK). Компания Swiss Rotor Solutions сертифицировала новый блистер для вертолетов Airbus H125/AS350. Устанавливаемый вместо правой двери кабины MPVK обеспечивает в 10 раз большую обзорность нижней полсферы, чем стандартный иллюминатор в полу. Европейские страховые компании уже предлагают скидки до 15% для вертолетов с таким комплектом. Установка занимает от 70 до 150 часов, а стоимость без учета монтажа, составляет примерно $50 тыс. В настоящее время установлено всего 25 MPVK.
Но мы хорошо помним это приспособление на вертолетах Ми-26, Ка-32 и Ми-8. А на милевском шедевре – вертолете Ми-10, нашем супергрузовике 1960-х (все-таки 15 тонн поднимал вертолет), – была установлена отдельная кабина для оператора, который давал команды пилоту при монтажных работах.
Предприятие ПАНХ в советские и новейшие времена сертифицировало немало подобных приспособлений. И подчас отечественные и зарубежные разработки таких средств и приспособлений перекликались по идеям и техническим решениям. Как это было, например, с азимутной системой для груза на внешней подвеске (чтобы он не вращался). Вначале американцы придумали такую систему для S-64, а потом и наши – аналогичную – для Ми-6, Ми-8. Принцип заимствования по сути был не так уж плох.
Интересны новые или условно новые приспособления для авиаработ, появляющиеся сегодня на рынке.
Advanced Aerospace Developments (AAD) GmbH, совместное предприятие IABG и HTM, получило одобрение Part21J EASA для системы зеркал, предназначенной для работы с внешней нагрузкой AS350. Простое в установке оборудование обеспечивает свободный обзор груза и нижней части вертолета. Продукт будет доступен на рынке к концу года. Думается, что на подходе аналогичное устройство, составленное из камера с зумом и монитором – этапы операции можно будет не только контролировать, но увеличивать, записывать и пересматривать. Конечно, зеркальная конструкция намного дешевле.
Onboard Systems International, ведущий поставщик инновационного вертолетного грузового оборудования, получил дополнительные сертификаты типа FAA и EASA на бортовую систему взвешивания Е-54 для AS332 Super Puma. Оборудование также передано Транспорту Канады для сертификации, а шесть комплектов купила Heli Austria. Система отображает массу груза на крюке внешней подвески, а состоит из индикатора С-40, устанавливаемого в кабине, внутреннего жгута и датчика нагрузки. Быстрый взгляд на индикатор обеспечивает пилотов точным пониманием, каков вес груза и позволяет принимать в прямом и переносном смысле взвешенные решения. Система разрешена к установке на версиях AS332С, С1, L и L1.
Решения простые в реализации, но эффективные. Следующая задача не так проста, но и она найдет свое решение. Сегодня в мире разработок бортового оборудования на первом плане – снижение нагрузки на пилотов, особенно если их работа – переносить и устанавливать громоздкие конструкции.
Облегчение жизни пилота или избавление от человеческого фактора?
Благодаря достижениям в области интерфейсов, которые практически должны реализоваться между 2025 и 2030 годами, экипажи смогут уделять миссиям больше времени, чем когда-либо прежде. В тот же период, вероятно, будет наблюдаться рост числа типов, использующих ЭДСУ. Хотя искусственный интеллект интенсивно изучается многими компаниями, еще предстоит найти способы подтверждения решений.
Самой сильной трансформации подвергнется пользовательский интерфейс. Когда сложность полета возрастает, пилот может потерять контроль за ситуацией. Чтобы избежать этого, конструкторы идут путем упрощения управления. Потратив меньше времени на физические аспекты, пилот сможет уделять больше внимания выполняемой операции. В частности, для медицинской эвакуации создаются системы координации с летным медперсоналом, связи с авиадиспетчером и больницами, а также помогающие эффективно справляться с такими проблемами, как ночь или непогода.
В Sikorsky Mission Systems рассматривают пилота в качестве командира миссии, следящего за полетом и вмешивающегося, когда необходимо. Это то, что послужило толчком к разработке системы автоматизированного захода на буровые установки для Sikorsky S-92. В автоматизации полета видятся большие перспективы. В будущем вертолеты смогут самостоятельно взлетать, обходить препятствия, зависать над конечным пунктом и забирать пассажиров и грузы.
У пилота высвободятся умственные ресурсы, которые вместо процедурных задач будут расходоваться на планирование миссий и отражение внезапно возникающих вызовов.
Sikorsky провела обширные исследования в этом направлении с демонстратором SARA – S—76, оснащенным специальным оборудованием, обеспечивающим различную степени автоматизации. Опыт показывает, что на вертолете можно летать с планшетом. Без обычных датчиков, авиагоризонта и т.д., используя только профиль полета. Полный автономный полет далек, особенно из-за проблем с сертификацией. Но созданный интерфейс уже сейчас может найти применение.
Информация становится все более консолидированной, ее легче переваривать даже с меньшим количеством необработанных данных. Автоматический контрольный лист может включать тесты, проводимые, например, с использованием датчиков давления масла. Технику можно заставить выполнить проверку на этапе запуска, указав на систему, которую нужно опросить.
Могут помочь новые способы отображения информации. В обычной кабине пилот вынужден собирать циферки с вариометра, высотомера, указателя скорости, уровня топлива, а также приборов КРД. Во французской компании Akiani, специализирующаяся на изучении человеческого фактора и пользовательского, считают, эти данные можно заменить графической интерпретацией. К примеру, в виде пузыря вокруг символа вертолета на дисплее, меняющего размеры и цвет, что может показывать запас тяги и остаток топлива.
Снижение рабочей нагрузки экономит когнитивные ресурсы пилота, а повышенная умственная доступность оставляет место для подготовки планов действий. Иногда пилот получает так много информации, что пытается понять вещи, не имеющие смысла, и упускает главное. Прозрачные светодиодные экраны смогут обеспечить большую информативность без ущерба обзорности, при этом инструментарий можно менять на каждом этапе полета.
Доступные автопилоты
Использование автопилотов может получить более широкое распространение. Использование таких систем уже в некоторой степени демократизировано. Легкий двухмоторный Airbus H135 предлагается с четырехосным автопилотом в течение нескольких лет, в то время как Genesys HeliSAS предлагает полнофункциональный двухосевой вариант для более легких моделей. Garmin рассматривает возможность дальнейшей автоматизации легких вертолетов и надеется сократить их стоимость.
Говоря о системах повышения стабильности и автопилотах для вертолетов с визуальными правилами полетов (VFR), остро встает проблема амортизации. Можно разработать недорогое решение, но еще надо амортизировать его на небольшом рынке, поэтому разработчикам приходится искать масштабируемые решения для разных платформ.
Другим средством снижения рабочей нагрузки пилота – как из научной фантастики пятидесятилетней давности – может стать голосовое управление. За последние несколько лет такие технологии действительно появились. Для решения рутинных задач пилот может запросто поговорить с авионикой. Например, чтобы на заходе узнать силу и направление ветра.
Такие решения способствуют повышению устойчивости интерфейса человек-машина. Чем интуитивнее взаимодействие, тем меньше риск ошибки. Нажатие на сенсорный экран удобнее, чем ручной ввод координат.
ЭДСУ также может снизить нагрузку. Однако в течение последних двух десятилетий их стоимость для вертолетов была слишком высокой. Airbus использовала технологию для гражданских целей, рассмотрела ее для тогдашней программы X4, но в итоге отказалась от установки на H160.
Все мы помним историю с сертификацией гражданского вертолета «Ансат», оснащенного ЭДСУ, когда отечественный орган, отвечающий за сертификацию, не смог ни с чем соотнести эту технологию, и производитель был вынужден вернуться к традиционной системе управления. Эта система работает на военной версии этого типа вертолета. Аналогично управлением «по проводам» оснащены западные военные вертолёты, такие как NH90 и CH-53K, а первым сертифицированным гражданским вертолетом станет супер-средний Bell 525.
За последние 20 лет военные закупки снижались и будут падать, что даст шанс получить такие системы более дешевым гражданским вертолетам. Основная проблема сегодня заключается в необходимости тройного резервирования каждого элемента системы, что требуется правилами сертификации. Дальнейшее совершенствование технологий неизбежно сделает их доступнее. А перспективы у таких систем сумасшедшие. На Bell 525 ручка циклического шага напрямую контролирует скорость. Пилот не должен мысленно рассчитывать, каким должен быть угол тангажа относительно желаемой скорости и веса. При взлете и заходе на посадку система позволяет повторять маневры независимо от массы. В случае двойного отказа двигателя (что статистически может произойти один раз в жизни вертолета), на перевод на авторотацию отводится нескольких секунд. ЭДСУ обеспечит это автоматически.
Использование проводов также открывает новые возможности в разработке элементов управления. Инженеры могут внимательно посмотреть, как пилот взаимодействует с вертолетом. Bell испытывает различные физические конфигурации управления полетом для своего вертолета будущего, включая прототип аэротакси Nexus. Около 800 человек, включая опытных пилотов и нелетающую публику, опробовали три различных конфигурации на симуляторах виртуальной реальности. Полномасштабная работа над новыми законами управления полетом начнется в следующем году.
Повышение ситуационной осведомленности
Усовершенствованные и комбинированные системы видения, возможно, подошли к зрелости. Улучшенное зрение зависит от оптических датчиков (таких как инфракрасные камеры), позволяющих экипажу видеть сквозь туман или ночью. Данные полета, такие как скорость и искусственный горизонт, накладываются на картинку местности, обеспечивая пилотам полный комфорт. Такие системы улучшают ситуационную осведомленность, но им еще предстоит найти применение в гражданских вертолетах.
При выполнении монтажных работах эти возможности крайне востребованы. Ведь вертолет задействуют в подобных миссиях как раз в сложных ландшафтах, в высотных местностях или заболоченных местностях, в местах лишенных транспортной инфраструктуры. Где в самый разгар операции возможно ухудшение видимости до нуля.
Гражданские самолеты в основном получают такие дисплеи быстрее вертолетов. Из-за меньшей скорости, более широкого поля зрения и разнообразных операций, для вертолетов, вероятно, лучше подходят носимые на голове устройства. Сделать их доступными – задача, над которой работает Collins Aerospace.
Thales развивает монокулярную систему, позволяющую членам экипажа делиться мнением об объектах, представляющих интерес, таких как место происшествия во время медицинской миссии. Один из членов экипажа сможет смотреть на площадку на земле, а другие тоже видеть его картинку.
ИИ может звучать как модное слово, но технология, добившаяся заметного прогресса на потребительском уровне, пока не соответствует стандартам безопасности авиационной электроники.
Основанная на нейронных сетях, Siri-подобная система искусственного интеллекта учится на большом количестве данных. Она работает эмпирическим путем, но способна допустить ошибку. Более того, не может объяснить свой выбор, подрывая доверие к системе.
Эксперты Thales и аэрокосмического исследовательского центра Onera не согласны с тем, сколько времени потребуется для разработки сертифицируемой системы искусственного интеллекта. Их прогнозы составляют минимум три и десять лет соответственно. Collins ссылается на «конец 2020-х». В идеале ИИ мог бы стать «компетентным помощником», ведь в случае тревожного оповещения в кабине, приложение как минимум может помочь найти запасной аэродром.
Пилоты не видят в автопилоте помощника по уважительным причинам – он не может реагировать на непредвиденную ситуацию. Но вероятностный характер ИИ делает его сертификацию практически невозможной. Сертификационные органы должны будут изменить свой взгляд на новую систему, а она должна доказать, что машине можно доверять.
Доверие – это главная проблема современной автоматизации. Когда ситуация ухудшается, некоторые пилоты перестают доверять системе и отключают автопилот до конца миссии, полагая, что раз система подвела, рецидив неизбежен. Алгоритмическая (то есть детерминированная) форма ИИ существует, но пока отстает лет на 10 от вероятностной.
Прогресс в нейробиологии позволил создать новые алгоритмы и тесты, способные выявлять людей, чье поведение ухудшается в стрессовой ситуации. С их помощью когнитивное состояние пилота может быть проверено перед полетом. Однако основной проблемой будет то, как управлять результатом, если окажется, что пилот не в состоянии его завершить.
Многие опасаются, что повышение автоматизации может в конечном итоге списать пилотов в утиль. Но это вопрос далекого будущего. Нахождение на борту людей будет иметь смысл и в обозримом будущем, а автоматизация просто поможет повысить безопасность их работы.
Но есть решения, которые могут изменить качество контроля за операциями уже сегодня. Например, использование АЗН-В экипажами пожарных вертолетов. Высокая точность определения места воздушного судна жизненно важна при одновременных действиях нескольких бортов в условиях ограниченной видимости.
Кстати, до перехода на обязательное использование оборудования ADS-B Out в США осталось менее полугода, и местные операторы экстренно модернизирует свои машины.
Транспондеры смогут работать с компонентами WAAS, обеспечивающими точность в пределах метра. ADS-B In позволяет пилотам лучше понимать, сколько именно ВС находится поблизости. ADS-B Out также повышает безопасность, поскольку позволяет авиадиспетчерам всегда видеть, где находитесь вы. Это делает систему воздушного пространства намного безопаснее.
Будет ли ADS-B Out иметь значение для безопасности при тушении пожаров или других работах, таких как строительные или съемка снежного покрова? Многие считают, что TCAS играет роль, а ADS-B Out – скорее информационное дополнение, поскольку не сообщает об угрозах. Да и диспетчеры подсказать что-то вряд ли смогут, ведь отметки будут сливаться.
Разумеется, все эти инновации изначально подразумевали наиболее требовательных заказчиков коммерческого флота – обслуживание шельфовых месторождений и ветровых электростанций, санавиация, бизнес-ориентированные перевозки. Авиаработы всегда выполняли асы, которым лишнее оборудование только мешало. Но поколение рукастых пилотов уходит, а объем работ возрастает. Вертолеты, оборудованные, условно говоря, карготрониками, найдут немалый спрос в этом секторе. Потому что можно прекрасно автоматизировать повторяющиеся операции: подлет на склад, захват груза, перелет на 5 км, монтажный подход и назад.
Ну, и на очереди беспилотные грузовики – то, чем серьезно занимается Kaman Aerospace. Компания объявила о разработке новой системы управления для K-MAX с беспилотным режимом. Новые возможности для существующих пилотируемых машин должны появиться уже в 2020 году. Одновременно Kaman изучает возможности использования решения для Корпуса морской пехоты США, с которым сотрудничает давно. В марте в Kaman объявили, что предлагают заказчикам собственную аппаратуру, позволяющую переоборудовать пилотируемые версии в беспилотные. Предполагается, что следующее поколение K-MAX будет способно самостоятельно тушить пожары в ночное время, пополнять войска в суровых условиях и доставлять критически важные материалы для поддержки гуманитарных миссий.
Как только автопилот достигнет реальной состоятельности, очень многие авиаработы станут выполнять вертолеты-автоматы. Именно на больших беспилотных вертолетах, а не на легких БПЛА. Кто останется в выигрыше, а кто проиграет?
Выиграют те, кто смогут находить заказчиков и качественно справляться с миссиями, несмотря ни на какие проблемы рынка. Но как только новейшие системы станут обязательными и будут увязаны с сертификацией на выполнение работ – проблемы могут возникнуть у небольших компаний. Новые технологии неизбежно повышают стоимость присутствия на рынке для всех его участников. Производители не останутся в накладе, а вот операторам и заказчикам придется заплатить за прогресс.
