Довольно часто на авиационных и не очень форумах и сайтах поднимается вопрос о том, насколько современному гражданскому самолету необходим пилот. Мол, при современном уровне автоматики - чем они там занимаются, если за них все делает автопилот?
Ни один разговор не обходится без упоминания автоматических поездов, лифтов, беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), машинок Тесла и, куда без него - единственный полет Бурана.
Психолог: "Вы хотите поговорить об этом"?
Давайте поговорим.
Внимание! Видеоверсию (она более информативна) данной статьи вы можете посмотреть на моем канале YouTube
Что такое "современный автопилот"?
Пожалуй, лучший автопилот из тех, что я когда-либо видел, показан в американской комедии "Аэроплан".
Однако даже такой автопилот нечаянно вышел из строя, и, если бы не героический неудачник Тед Страйкер, хеппи энд бы не получился. Хотя, там была еще и стюардесса... Ну, в любом случае, там были люди.
Надеюсь, мой читатель понимает, что чуть выше я попробовал шутить. Тем не менее, многие пилоты потому и не вступают в спор с далекими от авиации людьми, так как знают, как иной раз ведет себя самая наисовременнейшая техника. Я тоже спорить не собираюсь, просто расскажу о проблематике /а далее вы хоть подеритесь/.
Важно! Не каждая птица долетит до середины Днепра, так и не каждый терпеливый читатель дочитает до середины данного опуса, перейдя сразу в комментарии "мол, да чего тут сложного - управлять самолетом, много вы о себе возомнили". Поэтому, позвольте мне сразу расставить точки над ё:
- Да, современная автоматика уже умеет вести самолет по маршруту, выполнять набор высоты, снижение и даже посадку самолета. Умеет давно и успешно. Пилотирование - это самая легкая из задач, которые решает автопилот. Успешно решает уже туеву кучу десятков лет.
- Да, современные технологии позволяют много чего, но есть одна важная такая вещь - консервативный подход. Вряд ли на свете есть еще хотя бы одна такая же осторожная высокотехнологичная отрасль, как гражданская авиация. Это не Самсунг с Эпплом, в авиации инновации внедряются о-о-очень медленно. Ибо "во имя Безопасности абы чего не вышло". Аминь.
- Автопилот все еще не умеет думать и принимать нестандартные решения (о, поверьте, чего только не бывает в обычных, казалось бы, полетах). Собственно говоря, это и есть основная причина, почему современные самолеты все еще возят два и более людских тел в белоснежных (иногда - салатовых) рубашках с погонами в своих кабинах.
В принципе, толковому читателю вполне было бы достаточно заключительного пункта из данного списка. Но я уже оседлал своего любимого конька и попробуйте меня теперь остановить.
Современные автопилоты представляют себя смесь металла, кварца, пластика, стекла, лампочек, кнопочек, крутилок и проводочков. И переключателей.
Совсем ничего человеческого!
Автопилот управляет самолетом. А пилот - управляет автопилотом (уже в этой фразе скрыт сакраментальный смысл) через специальные интерфейсы. На фото ниже - кабина тренажера не самого современного самолета Боинг 737 классического поколения, но, что характерно, в философии построения кабин (равно, как и взаимодействия "человек-система") принципиальных отличий между ним, созданным в 80-х годах прошлого столетия и Боингом 787 ("Дримлайнер"), впервые поднявшемся в небо несколько лет назад, вы не найдете. Интерфейсы стали более удобными, дисплеи размером побольше и куда более информативнее...
Но суть все та же - пилот управляет самолетом. И неважно как - штурвалом или через настройки автопилота.
Основной пульт управления автоматикой в целом и автопилотом в частности (МСР - mode control panel) можно разглядеть посередине фотографии. Каждая кнопочка на нем отвечает за включение какого-то из режимов автоматического управления, а четыре кнопки справа (A/P ENGAGE A - B CMD CWS) отвечают, собственно говоря, за включение автопилота.
К слову, при той конфигурации органов управления автопилотом, что зафиксирована на фотографии, автопилот не включится. Пусть знатоки ответят почему.
Циферки в окошках MCP означают данные, которые необходимы для того или иного режима работы автопилота. Например, в окошке ALTITUDE можно разглядеть 3500 - это означает, что если после взлета мы включим автопилот и установим какой-нибудь режим набора, то самолет займет высоту 3500 футов и будет тупо на ней лететь, пока пилот не установит новое значение высоты и... снова не включит какой-нибудь режим набора.
Сам по себе автопилот высоту на панели управления не поменяет и в набор не перейдет.
Более того. Пилот может выбрать высоту, к примеру, 10 000 футов, однако, включить не тот режим автопилота, и самолет послушно полетит вниз вплоть до столкновения с землей. Да, он заверещит, как только обнаружит, что его убивают, однако, не предпримет никаких самостоятельных действий для спасения.
Да-да, и на эрбасах все пока что так же.
Аналогично, если впереди по курсу, заданному пилотом в окошке HEADING будет стоять высоченная гора, то самолет так и полетит в гору и обязательно в нее врежется, пока пилот не предпримет какие-либо действия.
Необходимо подчеркнуть - так происходит не из-за того, что современные конструкторы бессильны что-либо придумать. Нет, все это достаточно просто алгоритмизируется (и кое-какие решения есть, внедрены на маленьких бизнесджетах), но пока что отрасль еще не готова принять подобные инновации, как максимально безопасные. Помните, выше я написал, что авиация - очень консервативна? То-то и оно.
Важно отметить то, что автопилот современного самолета работает в паре с автоматом тяги - это еще один набор пластика, железяк и проводочков, который отвечает за автоматическое изменение режима двигателей, то есть, тяги. Однако, иногда автопилоту и автомату тяги приходится работать не в паре (например, если автомат тяги неисправен, что тоже случается), что накладывает значительные ограничения на возможности автопилота - ведь многие автоматические режимы требуют изменения тяги. Например - нужно снижаться, но тяга, установленная на взлетным режим этого тупо сделать не даст. Самолет не менее тупо будет лезть в космос, несмотря на то, что заданная высота на МСР намного ниже высоты полета.
На фото ниже можно увидеть CDU (control display unit) - панель управления FMS, системой управления полетом (flight management system). Через данную панель можно забить кое-какие полезные данные, с помощью которых автоматика будет знать о том, по какому маршруту пилот желает, чтобы его самолет летел. От того, какие данные внесет пилот, зависят оптимальные значения тяги и скорости полета.
Как Вы, возможно, уже догадались - иногда, вследствие каких-то отказов (например, при проблемах с определением количества топлива), FMS работает некорректно, вплоть до полной невозможности использования некоторых ее полезных опций.
После взлета пилот может включить (либо он включается автоматически - it depends) режим автопилота, в котором самолет будет лететь по командам, получаемым от этой системы. Однако, как я уже говорил выше, если упрется в высоту 3500, установленную в окошке МСР, то выше он не полетит, пока пилот не изменит это значение.
А в чем, собственно, проблемы?
Да, все вышенаписанное (весьма бегло и кратко) легко решается путем алгоритмизации процессов и процедур.
Но. Опять вспоминаем про консерватизм - сегодняшняя функциональность автопилотов такая не потому, что технологии недоросли, а вследствие главенствующей "идеи", что самолетом управляет человек, а автоматические системы служат всего-лишь подспорьем.
Идея эта является следствием самого главного ограничения современных программных систем (а автопилот является ничем иным, как устройством, работающим по созданным человеком алгоритмам) является неспособность принимать нестандартные решения, которые зависят от конкретной ситуации.
Сами по себе алгоритмы управления самолетом совсем не сложные, поэтому автопилоты на самолетах стали появляться еще в 1912 году, а в 30-х годах 20-го века начали получать широкое распространение, а с 70-х вполне себе надежно и уверенно приземляют лайнер автоматически, если на то есть соответствующие условия.
Интересно то, что уже тогда начались разговоры о том, что профессия "пилот" скоро себя изживет, как и профессия "кучер" или "лифтер".
Анатолий Маркуша в одной из своих книг пересказывал подслушанные им слова девушки, наставляющей своего молодого человека (по несчастью, пилота), что тому надо искать другую профессию - мол, скоро пилоты станут не нужны, а семью кормить придется.
С тех пор прошло полвека, но ничего не изменилось. Проблема принятия решений в нестандартных ситуациях создателями даже самых новейших самолетов так и не побеждена.
* * *
Да, многие авиационные профессии канули в Лету - бортинженер, который заведовал "хозяйством" самолета, штурман, который обеспечивал навигацию, радист - который вел связь... Их заменили умными системами, это пошло на пользу... Но, как это ни удивительно звучит, одновременно с этим повысились требования к подготовке оставшихся в кабинах пилотов... Кроме того, в некоторых ситуациях пилоты ощущают куда большую нагрузку, даже несмотря на наличие умных электронных помощников.
Теперь им приходится не только справляться с кучей систем (путь и максимально автоматизированных), но и иметь много знаний в голове, которые раньше ими в полете обычно не применялись (и со временем выветривались), так как в кабинах сидели специалисты по направлениям, каждый занимался своим делом и не лез в чужие области.
Да, некоторые беспилотные летательные аппараты летают автономно...
Некоторые - даже умудряются не разбиваться о стену дома. Да и Буран, как мы помним, успешно сделал один (!) полет в автоматическом режиме без пилота на борту.
Повторюсь - это именно те алгоритмы, программирование которых возможно уже очень и очень давно.
Любой интересующийся программист средней руки ради спортивного интереса может придумать дополнение к Microsoft Flight Simulator и сажать свои Бураны хоть в Москве, или в Завьяловке, или даже на палубу Адмирала Кузнецова, а потом идти на авиационный форум и насмехаться над профессией "водитель самолета".
Почитать статью: "Профессия - шофер самолета, "от..." и "до...""
Но вот "водитель самолета", имея понимание о ситуациях, регулярно возникающих в небе, в которых требуется постоянное принятие решений, вряд ли решится пассажиром сесть в самолет, мозгом которого является не человек, а программа Autopilot v.10.00, в которой исправлены ошибки программирования, выявленные в предыдущих девяти катастрофах.
Вы абсолютно правы, когда заявляете о недостатках Человека, как самого ненадежного звена в системе. Это именно так!
Большинство катастроф с 1970-х годов происходят по вине человека - порядка 85%. В том числе и из-за неумения правильно использовать автоматику и, что очень важно - своевременно распознавать ее отказы.
Вспомните катастрофу А330 Air France - уж очень она показательная со всех сторон.
Считается, что самолет оказался в зоне сильного обледенения, связанной с грозовой деятельностью, в результате чего датчики, то есть, органы "чувств" самолета, потеряли способность передавать правильные сигналы. В итоге, они передавали неправильные, автоматика умыла руки... но пилоты не смогли распознать причины отказа, понять ситуацию, в которой оказались, и, как следствие, не смогли пилотировать самолет должным образом.
Все погибли.
Задним умом, изучив эту катастрофу, пилоты знают, что все было довольно банально и просто - достаточно было отдать сайдстик от себя, и самолет сам бы прекрасно вышел из режима сваливания, которое пилотам было просигнализировано...
Но!
- Сигнал предупреждения о сваливании отключается в соответствии с проектными установками при превышении определённого угла атаки и снижении скорости полёта ниже определённого уровня.
- Вследствие этого сигнал о сваливании отключался, а затем снова включался несколько раз в ходе сваливания; он включался, когда пилот отдавал сайдстик от себя, и отключался, когда пилот тянул его на себя. Это могло запутать пилотов.
- Пилоты понимали, что самолёт резко снижается, однако не знали, каким приборам можно доверять; им могло показаться, что неверны все показания приборов
Очень важный момент, о котором многие не думают - самолеты создают люди, то есть те самые неидеальные существа (как и пилоты), и предусмотреть все возможные случаи при создании нового лайнера или той или иной системы - увы, невозможно. Отсюда и консерватизм в авиации.
В приведенном выше случае с А330 пилоты не справились... но тому, как выяснилось, были сопутствующие причины, заложенные при проектировании лайнера. После этой катастрофы Эрбас предпринял кое-какие меры, более того, другие производители тоже не остались в стороне.
Когда кто-то говорит о том, чтобы убрать пилотов из кабины - ведь на их счету 85% всех катастроф - он говорит абсолютно... некорректно . Во-первых, в этих 85% поучаствовали не только пилоты, а во вторых, оставшиеся 15%... тоже следовало бы отнести к человеческому фактору, так как, пожалуй, в большинстве случаев они стали следствием недостаточной предусмотрительности со стороны человека.
Будьте спокойны - когда пилотов уберут из кабины, все 100% (сто процентов) случаев катастроф будут происходить по вине человека, не сумевшего предусмотреть тот или иной сценарий при программировании автоматики.
Это был горький сарказм, не обижайтесь.
Почему самолеты не взлетают автоматически?
Возможно, это станет для кого-то открытием, но сегодня, несмотря на возможность такой режим создать, пассажирские самолеты не взлетают автоматически. И это при том, что уже очень давно освоены автоматическое приземление и автоматический пробег после него. Почему?
Еще Михаил Громов говорил "Взлет опасен, полет прекрасен, посадка трудна". Воистину так!
Нормальный взлет сам по себе проще, чем нормальная посадка, однако, если что-то случается на взлете, там счет идет порой на доли секунд. За это время пилоту нужно принять решение - прекратить взлет или продолжить.
Более того, в зависимости от сиюминутных факторов, по одной и той же причине в один день взлет лучше прекратить, а в другой - лучше продолжить. А пока пилот думает, тяжеленный самолет, имеющий огромный запас топлива (лететь-то далеко!), стремительно ускоряется, а полоса - стремительно заканчивается.
Отказы могут быть разнообразнейшими (увы, но техника все еще отказывает), и не всегда отказ сводится к банальной неисправности двигателя. Да и отказы двигателя тоже могут быть разными.
То есть, от программиста, который захочет убрать человека из контура управления самолетом и контура принятия решений, потребуется написать кучу алгоритмов по действиям в различного рода нештатных ситуациях.
Например - что делать при обнаружении на полосе постороннего предмета (например, животного), которое для начала, надо суметь надежно распознать? Современные видеокамеры уступают возможностям человеческого глаза в паре с мозгом, а если мы вспомним о том, какая слякоть встречается в наших регионах...
После каждого неучтенного случая придется выпускать новую версию прошивки.
В настоящее время конструкторы поступают просто - "неучтенные случаи" решаются тем, что в кабине находится человек, который матюкнется (или промолчит, в зависимости от выдержки), но справится с ситуацией и вернет самолет на землю в подавляющем воображение количестве случаев.
Важно:
Обыватели о таких случаях просто не знают, ведь в прессе появляется далеко не все.
* * *
Вот, к примеру, возьмем мою ситуацию.
Ни одной инструкцией не предусмотрена подобная оплошность - оставить кусок троса аварийного покидания за бортом самолета. Что бы делал Autopilot v.10.00 в таком случае? Как бы он узнал о том, что у него скоро разобьет окно?
Если не предусмотреть процедур на этот случай, он продолжал бы набор 11 км высоты, и вот когда на такой высоте разбилось бы окно, по заложенной программе предпринял бы аварийное снижение с выбрасыванием масок... да только пассажирам они бы уже не очень помогли.
Любителям нейронных систем на заметку:
Что можно изменить в конструкции лайнера для этих случаев? Сегодня модно говорить о внедрении "обшивки с нейронной сетью" или что-то там в этом роде. Мол, для контроля целостности. Здравая идея, хотелось бы увидеть ее надежно реализованной. С высокой степенью защиты от погрешностей.
Что сделали пилоты?
Во-первых, достаточно рано получили информацию о происходящем.
Во-вторых, несмотря на невыявленную природу явления, поняли, чем данная нестандартная ситуация может закончиться и приняли верное решение - на той же скорости снизиться и вернуться на аэродром вылета.
Смог бы автопилот, пусть даже на самолете, напичканном датчиками, определиться с решением?
Конечно, можно в программе написать: "If не уверен, then посадка на ближайшем аэродроме". Если так реализовать сегодня, то таких посадок "на всякий случай" в день во всем мире, думаю, случалось бы десятки.
Это лишь одна из ситуаций, случившейся в карьере лишь ДВУХ пилотов (меня и второго пилота). Но пилотов тысячи, а ситуаций - сотни тысяч.
* * *
Банальное принятие решений при обходе гроз, о сложности которых вряд ли задумываются апологеты скорого царства Терминаторов (ибо не ведают, что это за такое).
Вот, к примеру, мой полет в Геную, я назвал его "рейсом жестянщика" http://denokan.livejournal.com/66370.html
Или рейс в Сочи: http://denokan.livejournal.com/67901.html
Или рейс в Тиват: "Хмурый Тиват"
И это только три рейса. А их в сотни раз больше только у одного отдельно взятого пилота.
Грозы на радаре выглядит по-разному, и не всегда одно решение по обходу будет таким же хорошим для другого случая. А уж если эта гроза находится в районе аэродрома... А если этот аэродром - горный? Приходится думать и принимать решения, которые зачастую основаны на опыте и на... чутье, которое появляется с годами.
Да, с недавних пор производители радаров значительно продвинулись во внедрении автоматических режимов определения опасностей... правда, по общему мнению опытных пилотов, алгоритмы склонны опасности преувеличивать. Весьма преувеличивать. На всякий случай. Консерватизм в действии!
То есть, радары иной раз рисуют такие страшные картинки, которые по правилам надо бы избегать на громадном удалении (что порой невозможно, так как на этих удаления присутствуют картины не менее страшные). При переключении в старый, дедовский, ручной режим, картинки становятся менее страшными (иной раз - значительно менее страшные) и получается вполне себе безопасно пройти, причем, зачастую, даже без намека на болтанку, хотя предыдущая, сгенерированная в автоматическом режиме, картинка, ее прогнозировала.
Более-менее правдиво современные алгоритмы определения опасностей очагов гроз работают на небольших удалениях. Порою бывает так, что туча, казавшаяся страшной на удалении в 200 км, в 60 км оказывается безобидной, а, подлетев поближе, она вообще исчезает, так как фактически находится куда ниже высоты полета. Но иногда бывает и наоборот - издалека смотрится страшно, а вблизи - еще страшнее. И приходится эту тучу облетать.
Такая логика работы автоматических радаров, если честно, пилотов не радует - так как вместо того, чтобы приступать к маневру обхода заранее, сэкономив топливо, ты либо продолжаешь лететь вперед, ожидая в нетерпении, когда автоматика нарисует более-менее правдоподобную картинку, либо... переключаешься в старый добрый ручной режим и действуешь по обстановке.
В общем, направление безусловно здравое, но алгоритмы пока таковы, что в некоторых случаях летать, доверяя автоматическому изображению, придерживаясь существующих правил... просто не получится. Вплоть до полной невозможности обхода. Что будет делать автопилот? Какие алгоритмы решится прописать программист?
Конечно, рано или поздно алгоритмы добьют, усовершенствуют. Хотелось бы, чтобы поскорее.
Грозы...
Если в самолет попадет молния, или он схватит разряд статики, то люди от этого не погибнут, а вот системы могут непредсказуемо выйти из строя. Очень часто "гибнет" именно радар, и самолет "слепнет". Теперь представьте себе самолет, управляемый исключительно автоматикой, общающейся с миром посредством датчиков, коими обвешен лайнер по самое не балуй...
Подобных случаев очень много, и закончились они хорошо лишь потому, что в кабине сидели пилоты.
Что произойдет с "нейросистемой" самолета в случае поражения электричеством? Мне очень любопытно узнать.
Автоматическая посадка самолета
Опять же, кто-то будет удивлен, но большинство посадок до сих выполняются пилотами вручную... Существует множество аэропортов, где автоматическая посадка (сегодня) в принципе невозможна, и это еще одна проблема на пути полнейшей автоматизации полета, так как кроме того, что это накладывает ограничения на аэропорты назначения, это делает проблематичной вынужденные посадки, если в полете вдруг что-то происходит.
Проблема связи
Вы будете удивлены (опять же), но до сих пор наша планета не окутана непрерывной сетью связи. В мире полно "белых пятен" - зон, в которых лайнеры выполняют полеты без какого-либо контроля со стороны диспетчера, без какой-либо связи с землей.
Все так плохо?
Конечно же, все проблемы, описанные выше, можно решить! Вложением огромных средств и значительным усложнением конструкции самолетов. Ведь для того, чтобы самолет "знал", что происходит в мире, его надо окутать сетью разнообразных датчиков.
Кроме этого, каждая система должна быть многократно продублирована (сегодня одним из дублеров является экипаж - так как он способен управлять самолетом даже при отказах практически всех систем). Отказ датчика(ов) должен всегда надежно распознаваться и исключаться из использования, и это уменьшение не должно сказываться критически на безопасности полетов. Выше я уже писал про видеокамеры и подмосковную слякоть...
Каким образом обеспечить распознание отказов датчиков? Установкой дополнительных датчиков!
Следствие?..
Усложнение всей системы, что в итоге... снижает отказоустойчивость и надежность, приводит к значительному удорожанию конструкции самолета. Удорожанию билетов, наконец.
Как решить проблему "белых пятен"? Легко - запуском спутников, установкой соответствующего оборудования на всех самолетах, установкой дополнительных наземных станцией, обеспечиванием дежурства кораблей в различных точках океанов... Понимаете к чему я клоню? Если нет, то говорю прямо - к огромных расходам и, как следствие, удорожанию билетов.
Замкнутый круг!
Стоят ли эти затраты того, чтобы исключить человека из контура управления полетом?
В ближайшие годы, при современном уровне технологий - нет, я так не думаю.
Конечно, если поскупиться надежностью, то давно уже можно на линии выпустить самолеты без пилотов-операторов. В очередной раз я повторюсь - летать без вмешательства пилотов самолеты умеют полвека, если не больше.
Степень автоматизации будет расти - это тоже определяет надежность системы "Экипаж-Воздушное судно". Конечно же, будут продолжаться поиски лучших решений для того, чтобы самолеты надежно летали и без участия человека. Правда, полностью исключить участие человека из полета можно будет лишь тогда, когда будет изобретен искусственный интеллект, не уступающий интеллекту подготовленного человека.
Проблема принятия решений в нестандартных ситуаций никуда не денется. Самолет - не автомобиль, он не может в нестандартной ситуации остановиться на обочине. Самолет - не поезд, который катится по рельсам. И не лайнер в океане, который не утонет, даже если остановятся все его двигатели. И не лифт в шахте.
Одним из предлагаемых вариантов является управление самолетом оператором с земли. То есть, оператор на земле контролирует полет одного или нескольких самолетов, принимая решения в нестандартных ситуациях.
Но, задумайтесь вот над каким моментом - если произойдет что-то, что он решить с земли не в состоянии, он останется живым... А пассажиры погибнут. Потом, конечно же, появится следующая версия программного обеспечения.
Подобная этическая сторона "личной заинтересованности" тоже является проблемой.
В итоге
Вот как-то так. Мы еще полетаем :)
Спасибо за внимание!
Летайте безопасно!
Другие "ликбезы" от автора:
Как пилоты управляют самолетом одной левой?
Почему пилот так лихо шурует штурвалом?
Почему самолеты так круто взлетают?
Как самолеты находят дорогу?
Дайте двигателю воду!!!
Незакрытые закрылки
Пассажир неадекватного реагирования
Понравился рассказ? Жмите "большой палец вверх", подписывайтесь на канал, чтобы не пропустить выход новой небесной истории!
Эти и другие рассказы о летной работе на канале Небесные истории