Пилотирование по правилам автономного полета

11.06.2019

Сегодня практически не осталось сомнений в том, что беспилотная техника с искусственным интеллектом со временем вытеснит «традиционные» средства управления воздушными транспортными средствами.

Сегодня эта высокотехнологичная сфера находится на начальном этапе формирования продуктовой линейки – пилотажных комплексов различной глубины автоматизации систем. В среде разработчиков вполне спокойно уживаются два основных подхода, которые пока еще толком не разошлись: одни ставят на развитие беспилотников в чистом виде, в том смысле, что человеческий фактор из управления летающей техникой должен быть полностью исключен; другие ратуют за сохранение живого пилотирования при максимальном упрощении управления ЛА. При этом вполне очевидно, что на каким-то этапе развития технологий, оба подхода сольются в единую среду, позволяющую опционально выбирать разные уровни контроля, что уже реализуется в ряде новейших проектов. Ну, а пока новаторство и бесстрашие разработчиков обеспечивают развитие всех возможных вариантов техники с искусственным интеллектом.

Вместо второго пилота «цифра»

Как пример, в компании Sikorsky – лидирующей в разработках беспилотных вертолетов – разговор идет не о замещении пилота, а о предоставлении ему возможности более эффективно выполнять поставленные задачи с большим уровнем безопасности. И все это с помощью пилот-ориентированной автономной системой управления, позволяющей машине выполнять то, что она может делать лучше, а человеку то, что лучше выполнит он.

Все это имеет название «pilot-directed autonomy» («автономный полет под управлением пилота»), который обеспечивается пакетом технологий с многоспектральными датчиками, высокопроизводительными компьютерами, исполнительными механизмами и передовыми органами управления – «Matrix». Проще говоря, Matrix Technology – это новейший уровень технологии, позволяющий уменьшить нагрузку пилота на всех этапах полета, проще говоря – цифровой второй пилот.

При правильной интеграции «pilot-directed autonomy» появится возможность, свести к минимуму, критические, связанные с человеческим фактором, причины летных происшествий, таких, как столкновение с землей в управляемом полете, или потеря пространственной ориентировки в сложных метеоусловиях. Можно будет включить режим «failsafe», который по умолчанию, будет контролировать и проверять, поступающие от пилота входные сигналы, и сравнивать их с целями миссии и существующими на данный момент времени погодными условиями и накладываемыми в связи с этим ограничениями). Или задействовать «get in the loop», что позволит включить пилота в контур управления и, уведомить его об этом, либо в экстремальной ситуации, вообще отклонить его участие. Все будет зависеть от выбранного летчиком уровня автономности.

Сократить экипаж, упростить управление

Еще в начале работы над Matrix Technology в компании Sikorsky оценили параллель с проектом по автоматизации систем управления воздушными средствами ALLIAS (Aircrew Labor In-cockpit Automation System), разработками которого занималось Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA). Matrix – это часть проекта ALLIAS, основной целью которого является внедрение высокого уровня автоматизации, необходимого для обеспечения работы воздушного судна с сокращенным составом членов экипажа на борту при одновременном повышении, как производительности полетов, так и безопасности и надежности летательного аппарата. Кстати, первый контракт в рамках работы над проектом ALLIAS, DARPA заключило с компанией Sikorsky еще в 2015 году.

Как результат – проект SARA (Sikorsky Autonomy Research Aircraft) – оснащенный системой управления ALLIAS и программно-аппаратным комплексом Matrix Technology вертолет Sikorsky S-76B, зарекомендовавший себя за 40 лет эксплуатации, как безопасное и надежное воздушное судно. Здесь компания стремилась обеспечить пилота максимальным объемом двунаправленного информационного потока в системе, и свести к минимуму объем ввода данных. Вместо традиционного ввода отдельных точек маршрута, он просто дает указание системе «доставить в точку «X» и выполнить «Y», когда будем на месте». Причем, составленный план полета доступен для редактирования, как непосредственно перед полетом, так и в режиме реального времени во время полета. В качестве базового устройства для интерфейса был выбран планшет. Начиная с 2013 года пилоты компании тестировали Sikorsky Autonomy Research Aircraft, и полученный опыт помог сформировать видение «pilot-directed autonomy».

Стоит отметить, что программа ALIAS предусматривает создание съемного комплекта оборудования, который можно адаптировать на любом воздушном судне, что позволит летать сокращенным экипажем без ущерба безопасности. Так компания Sikorsky опробовала диапазон возможностей ЭДСУ на своих вертолетах CH-148 Cyclone, CH-53K King Stallion и S-97 Raider. Полученный опыт помог понять, как, интегрировать высокотехнологичные внешние датчики в каналы управления, и тем самым продемонстрировать базовые возможности воздушного судна, такие как облет препятствий и выбор места посадки. Результатом сотрудничества с DARPA является еще один летательный аппарат, использующий технологию «Matrix» – многоцелевой вертолет UH-60 Black Hawk с полностью электро-дистанционной системой управления. Также идет доработка системы управления вертолета средней грузоподъемности Sikorsky S-92 и дополнение ее технологией Matrix.

Технологии для серийной техники

Особое внимание стоит уделить проектам компании Sikorsky, направление которых – модернизация серийных вертолетов с использованием матричных автономных технологий. Яркой демонстрацией такого подхода можно считать обновление модели S-92B.

Как известно S-92В должен стать первым серийным вертолетом, получившим матричную автономную технологию Sikorsky. Основанием такого решения является стремление сократить эксплуатационные расходы и повысить конкурентоспособность по сравнению с другими винтокрылыми одноклассниками.

Модернизированный вертолет также получит новый редуктор, увеличенные окна и новую дверь кабины, которая будет пригодна как для морских перевозок, так и для поисково-спасательных операций (SAR). В свою очередь новые вычислительные мощности позволят ему довольно далеко продвинуться по пути к автономии, что, несомненно, увеличит востребованность воздушного судна на коммерческом рынке. В компании считают, что усовершенствования будут выгодно отличать S-92 от нового поколения сверхсредних вертолетов, включая Leonardo AW189, Airbus H175 и перспективный Bell 525 Relentless.

Когда незачем рисковать жизнью

Иной подход в плане развития беспилотной авиации со своим вертолетом К-МАХ демонстрирует компания Kaman – транспортное средство, способное в автоматическом режиме доставлять грузы в зоне конфликта. В такой ситуации подобный, более простой, нежели вертолеты, оснащенные продвинутыми системами управления, транспорт выглядит оправданным решением: человеку незачем рисковать жизнью в столь банальных и простых миссиях, ежедневно летая над враждебной территорией.

Долететь из точки А в точку Б и осторожно выгрузить груз – для такой задачи не требуется продвинутых суперкомпьютеров, особых навыков пилотирования и каких-либо сложных технических решений. Весь полет происходит по данным системы GPS, сигналам радиомаяков, а при необходимости – под дистанционным контролем оператора.

Первый прототип транспортного беспилотного вертолета K-MAX Unmanned Multi-Mission Helicopter, созданного в сотрудничестве с корпорацией Lokheed Martin, был представлен военным в 2008 году. Обновленная версия появилась в 2010 году. Первый транспортный вылет в условиях, приближенным к боевым, состоялся 17 декабря 2011 года. Беспилотник доставил на внешней подвеске 1,5 тонны продовольствия на удаленную базу Combat Outpost Payne. Также вертолет удобен для круглосуточной воздушной поддержки при тушении пожаров, он работает на пиковых нагрузках, и приземление необходимо лишь для дозаправки и набора воды.

Развитием темы беспилотников корпорацией Kaman Aerospace Group стала разработка беспилотной авиационной системы K-MAX следующего поколения, которая позволит операторам иметь возможность выполнять пилотируемые или беспилотные полеты. Kaman планирует предложить комплекты беспилотных систем для нового производства и существующих самолетов уже в 2020 году.

В рамках госпрограммы

О российских перспективных вертолетах с искусственным интеллектом стало известно в ходе выставки HeliRussia 2013. Тогда компания «Вертолеты России» заявила о планах по развитию этого направления. По словам тогдашнего директора по развитию Владимира Макарейкина (ныне директора по науке и технологиям холдинга), облик нового вертолета должен быть сформирован в рамках Государственной программы развития авиационной промышленности России до 2025 года, также известной как «Вертолет-2025». Новейшее бортовое оборудование воздушного судна будет основано на «технических или интеллектуальных нейронных сетях и экспертных системах с нечеткой логикой» – то есть речь о создании гибридной интеллектуальной системы управления.

Проект также предполагал, что интеллектуальная бортовая система будет обеспечивать безопасность и регулярность полетов за счет мониторинга состояния элементов конструкции, снижать нагрузку на экипаж за счет системы управления воздушным движением по технологии CNS/ATM (связь, навигация и наблюдение при организации воздушного движения), а также обеспечивать автономное управление вертолетом во всех режимах полета.

Пока российская беспилотная проблематика критически далека от систем, облегчающих управление пилотируемой техники. Фактически, все сколько-нибудь заметные разработчики вертолетов и отраслевых БПЛА, сопоставимых по взлетной массе с легкими и ультралегкими пилотируемыми ЛА, сконцентрированы на создании и внедрении бизнес-моделей, связанных с применением беспилотников разных классов. Даже если речь и заходит об ИИ, то это касается прикладных возможностей легких беспилотников и групп беспилотников.

Так, о планах разработки беспилотных систем, способных объединяться в «стаи дронов» и принимать решения в зависимости от развития обстановки, заявляла компания «Кронштадт». Группа нацелена на создание систем управления и программного обеспечения, обладающего возможностями искусственного интеллекта для любых робототехнических комплексов собственной разработки – водных, сухопутных и воздушных, военного и гражданского назначения.

В апреле этого года российская компания ADA Aerospace объявила о создании уникального дрона-спасателя для быстрого поиска людей, пропавших в лесу или на другом природном ландшафте. Дроны TRIADA снабжены оптической камерой с 50-кратным увеличением, изображение воспринимается сверхчувствительными датчиками и обрабатывается нейронной сетью. Объединение этих технологий помогает обнаружить объект и с вероятностью 98,5% определить, является он человеком или животным.

Создание вертолетов с серьезной автономной начинкой – не только сложная техническая задача, это еще и новая ветвь разработки с точки зрения получения компетенций на этапах проектирования и испытаний ЛА, которую еще только предстоит интегрировать в существующую производственную схему. И чем раньше эта тема оформится в актуальные техзадания, тем лучше будет для конкурентных качеств отечественной техники.

Обзор подготовил Герман Спирин