Радио против видео: нужна ли самолетам автономная посадка вслепую
Посадка — самый сложный и рискованный этап полета пассажирского лайнера, тут случаются и неудачные касания взлетно-посадочной полосы, и выкатывание за ее пределы. Поэтому именно последние минуты воздушного путешествия (когда вдобавок ко всему самолет слегка потряхивает в вечно турбулентных нижних слоях атмосферы) вызывают максимум отрицательных эмоций у аэрофобов. Однако технологии, позволяющие максимально снизить роль человеческого фактора при приземлении, созданы уже давно, а сейчас, похоже, в этой области наступает новая эра.
Условная схема движения самолета по глиссаде по указаниям КГС. Идея привнести в большую гражданскую авиацию новые навигационные технологии, основанные на распознавании предметов
и самообучении, родилась в ходе работ над автономными электрокоптерами.
Летим на маяк
Способность современных лайнеров к выполнению автоматической посадки стала развитием курсо-глиссадной системы (КГС), которую начали разрабатывать в США еще в 1930-x, а уже в начале 1940-х разрешили для использования в гражданской авиации. Основные элементы этой системы — два радиомаяка, курсовой и глиссадный.
Курсовые маяки — это ряд отдельных антенн, размещенных на стойках недалеко от торцов взлетно-посадочных полос. Их функция — создание двух горизонтальных диаграмм излучения. Анализируя разницу частотных характеристик «радиолепестков», аппаратура лайнера не дает машине отклоняться от осевой линии полосы. Примерно по такому же принципу работает глиссадный радиомаяк. Его роль — помочь самолету точно выдержать угол снижения с высоты аэродромного круга до касания полосы. Ошибка обернется посадкой с перелетом или недолетом, что, скорее всего, приведет к серьезному авиапроисшествию. На приборах это выглядит как совмещение положения летательного аппарата с точкой пересечения двух перпендикулярных линий — курсовой и глиссадной.
А350−1000 — самый большой представитель флагманского семейства широкофюзеляжных лайнеров, производимых концерном Airbus.
В зависимости от оборудования как аэродрома, так и самолета возможен заход на посадку по нескольким категориям и подкатегориям КГС. На категорию 1 (Cat I) экипаж полагается до высоты 60 м. Это высота принятия решения, когда командир воздушного судна определяет, будет выполнена посадка или это сопряжено с риском и надо уходить на второй круг. Категория 2 (Cat II) позволяет снизить высоту принятия решения до 30 м, и наконец для категории III высота принятия решения отсутствует. Фактически самолет при помощи аэродромного оборудования самостоятельно определяет параметры посадки и уже не нуждается в помощи. Самая продвинутая категория — Cat III C. Это практически автономная посадка вслепую — с помощью автопилота. Пилоты остаются за штурвалами или сайдстиками, но приближающейся полосы они могут и не увидеть, если ее, скажем, заволокло плотным туманом.
Заходя на посадку, самолет, обладающий «умным видением», находит полосу не по радиолучам, а непосредственно «узнает» ее на земле.
Чем «Боинг» хуже «Трайдента»
Надо сказать, что изначально КГС разрабатывалась не для того, чтобы превратить пассажирский самолет в беспилотник, а именно для помощи экипажу при посадке в условиях ограниченной видимости. Как ни странно, на определенном этапе вперед вырвались европейцы. Первыми лайнерами, сертифицированными по категории 3, стали французский Sud Aviation Caravelle и британский Hawker Siddeley HS-121 Trident. Это произошло в 1968 году. Американцы же долгое время не придавали этой теме должного значения. КГС, особенно на технологическом уровне 1960-х, хорошо работает при низкой видимости, но не слишком надежна при сильных порывах ветра, особенно бокового. Как посчитали в Америке, плохая видимость (например, в результате снежной бури) редко обходится без буйства атмосферы, так что применение КГС все равно окажется невозможным. Когда в английских авиакомпаниях пришло время менять парк своих родных «трайдентов» на американские Boeing 757, британцы были немало озадачены отсутствием в новейших лайнерах возможностей для посадки в затрудненных условиях.
Приближаясь к взлетно-посадочной полосе, самолет делает последовательные снимки окружающего ландшафта и с помощью новейших алгоритмов обрабатывает эти картинки. Таким образом лайнер самостоятельно ориентируется в пространстве, определяя траекторию захода.
На самом деле осуществлять посадку при низкой видимости или даже в ее отсутствие лайнеру помогают не только маяки КГС, но и другая техника. Например, на самолетах, сертифицированных по категории Cat III обязательно применяются радиовысотомеры — локаторы, точно определяющие расстояние до поверхности. Немалую роль играют маркерные радиомаяки, направляющие строго вверх узконаправленный луч, который дает пролетающему лайнеру информацию о расстоянии до ВВП. Большую помощь навигации в гражданской авиации оказало появление систем глобального позиционирования, в особенности GPS, которая фактически сделала ненужными маркерные маяки (в некоторых странах от них уже отказываются).
Лечу как вижу
Как бы то ни было, возможность посадки вслепую или автоматической посадки, обеспечиваемой постоянным совершенствованием КГС, связана в первую очередь с оборудованием аэропорта, и в мире, в том числе и в развитой его части, есть еще немало воздушных гаваней, оборудованных по первой или второй категориям КГС. Сейчас же отрабатывается другая идея — научить само- лет рулить, взлетать и садиться с минимальной помощью наземного оборудования.
В последние пару лет один из мировых грандов гражданской авиации — европейский концерн Airbus — разрабатывает систему ATTOL. Эту аббревиатуру можно расшифровать как «автономные руление, взлет и посадка». Задача проекта — создать пассажирский самолет, который сможет пилотировать себя сам, полагаясь на распознавание видимых объектов и самообучающийся искусственный интеллект. То есть оценивая ситуацию и принимая решения, как это делал бы настоящий пилот. Программа уже вышла далеко за рамки расчетов и гипотез.
16 января A350−100 совершил автономный взлет, демонстрируя возможности нового типа автономного пилотирования. Испытание проходило на домашнем аэродроме Airbus в пригороде Тулузы Бланьяке. Пилоты лишь поставили РУДы во взлетный режим, а дальше лайнер сделал все сам. Разбежался, аккуратно поднял нос и наконец взлетел. В этот же день было проведено еще семь тестовых взлетов, и все они прошли без каких-либо проблем. 29 июня испытания продолжились. Опираясь на визуальную информацию и алгоритмы распознавания объектов, самолет совершил посадку, уникальную в своем роде. Демонстрации предшествовали 450 ч полетов, в ходе которых собирались сырые видеоданные, которые подлежали обработке для определения оптимальных алгоритмов.
Курсовой маяк — важнейший элемент курсо-глиссадной системы. В западной практике эту систему называют ILS — Instrumental Landing System (система посадки по приборам).
Интересно, что идея автономного полета по визуальным ориентирам пришла в «большую авиацию» из программ разработки автономного воздушного такси. Этой тематикой занимается инновационное подразделение Airbus — компания Acubed. Ей же был инициирован проект Wayfinder, в рамках которого и создаются алгоритмы автономного полета.
Как уже говорилось, автоматическая посадка по Cat III C производится в практике гражданской авиации нечасто. Во‑первых, потому что не все аэродромы располагают нужным оборудованием, и, во‑вторых, из-за ограничений по состоянию воздушной среды: при сильном боковом ветре твердая рука пилота предпочтительней «умной» техники. Однако система, демонстрируемая Airbus, пока не может считаться конкурентом курсо-глиссадной системы. Вспомним, что разрабатывалась она прежде всего для посадок в условиях плохой видимости, а как с ней быть, если лайнер полагается в основном на «картинку»? Возможно, затем обе системы будут как-то интегрированы, но в чем точно нет сомнений — это в том, что нас ждет более безопасное авиационное будущее.
