В ближайшие годы новые технологии, основанные на зрительном восприятии, повысят функциональность и эффективность пилотской кабины
B ближайшие годы новые технологии, основанные на зрительном восприятии, повысят функциональность и эффективность пилотской кабины. От систем синтетического оптического видения до коллиматорных индикаторов нового поколения — разработчикам авионики есть что предложить производителям авиатехники для их новых программ.
Системы синтетического видения (SVS) первого поколения повсеместно становятся стандартным оборудованием, решая задачу повышения ситуационной осведомленности. А вот системы второго поколения, находящиеся на разных стадиях разработки в лабораториях и на борту испытательных самолетов, призваны не только повысить безопасность полетов, но и принести некоторые экономические преимущества.
Honeywell, Rockwell Collins и Universal Avionics среди других производителей авионики с SVS-функционалом прорабатывают возможности получения «посадочных бонусов» посредством систем SVS нового поколения, индикаторов на лобовом стекле (HUD) или на приборной доске (HDD).
Идея в том, чтобы дополнить базовую систему SVS, которая выводит равноугольное изображение внешнего пространства по ходу полета на основной пилотажный дисплей (PFD), вторым источником высокоточных данных для валидации. Обеспечив второй источник данных, производители, по идее, смогут сертифицировать систему, которая позволит снизить минимумы по видимости и высоте принятия решения об уходе на второй круг для заходов по категории 1 или заходов по приборам с использованием вертикального наведения по спутникам.
Для начала разработчики попытаются получить одобрение на снижение высоты принятия решения с нормативных 200 до 150 футов и дальности видимости на полосе с 2400 футов (730 м) до 1400 футов (430 м). Это позволит существенно сэкономить на стоимости бортового и наземного оборудования, которое необходимо для снижения минимумов: инструментальной системы посадки категории 2 или 3 либо системы улучшенной визуализации (EFVS), которая обычно требует установки охлаждаемой инфракрасной камеры и коллиматорного дисплея, а также специальной подготовки и дополнительных расходов на ТО.
Компания Honeywell уже проводит внутренние испытания прототипа системы SmartView-Lower Minimums (SV-LM) на борту самолета Dassault Falcon 900EX и собирается начать летные испытания на обоснование концепции по стандартам FAA в условиях приборного, а затем и визуального полета. Эта испытательная программа не замещает сертификационных испытаний, хотя построена аналогичным образом и призвана обеспечить проекту обратную связь со стороны экспертов FAA. «В конечном итоге мы получим требования к системе», — объясняет летчик-испытатель Honeywell Сэнди Ваятт. Разработкой требований к функционированию системы занимается RTCA (Комиссия по авиационным радиотехническим средствам), которая также изучает возможности снижения минимумов при использовании EFVS. «Потом в FAA скажут: да, если система соответствует этим требованиям, то вы сможете получить такие-то преимущества», — продолжает Ваятт. Если эти испытания пройдут успешно, Honeywell намеревается снизить посадочный минимум до 100 футов (30,5 м).
Компания Universal Avionics не столь уверена в успехе этой затеи. «У FAA есть сомнения относительно оборудования, которое устанавливается на приборной доске (head-down display, HDD), — говорит директор по производству Поль Дэррера, имея в виду опасения регулирующих органов, что пилоты не смогут без ущерба для безопасности полетов эффективно распределять внимание между приборной доской и закабинным пространством так близко к земле. — Представители Universal, как и другие члены RTCA, работают над решением этих вопросов. Пока у FAA остаются сомнения, динамическая демонстрация работы системы не требуется и мы ее не планируем».
Компания Universal Avionics первой среди разработчиков сертифицировала SVS для использования на основном пилотажном дисплее (PFD) в 2006 г. В этом году компания намеревается представить SVS второго поколения. Как будет называться этот продукт, пока неизвестно. Первая SVS разработки Universal под названием Vision-1 сильно уступает конкурирующим системам из-за технологических прорывов, осуществленных за последний год Honeywell и Rockwell Collins, которые интегрировали в свои продукты базы данных по ВПП и другой полезный функционал. «Мы постоянно работаем над SVS, — говорит Дэррера. — Самым большим затруднением было выбрать принципиальный подход к решению этой задачи, но то, что в итоге получилось, нас удовлетворяет». По его словам, новая SVS будет также размещаться на PFD, при этом в качестве опции будет предлагаться SVS на многофункциональном дисплее (MFD), который, как правило, размещается на центральной консоли. Новая система будет включать базу данных ВПП, схемы рулежек с трехмерным изображением и другие инновационные функции.
До сих пор рулежные схемы показывали положение самолета на двухмерной схеме сверху, эта функция была доступна на MFD. Функция останется, но в дополнение к ней 3D-системы предоставят пилотам инструкции по рулению, а рано или поздно будут в автоматическом режиме получать разрешения от диспетчеров руления и отображать их непосредственно на PFD. Honeywell разрабатывает такую систему для дисплея на приборной доске, а Rockwell Collins помимо HDD трудится над выведением данной информации на коллиматорный дисплей (HUD).
Дэррера рассказал еще об одной функции будущей системы: обратном отсчете оставшейся полосы. Система будет выдавать пилоту звуковые сигналы об оставшейся длине полосы с любого места, где он поставит курсор. Сейчас SVS тестируется на самолете Cessna Citation VII, это экспериментальная работа, которая выполняется до запуска сертификационной испытательной программы, запланированной на вторую половину года.
Компания Rockwell Collins также нацелилась на снижение минимумов с помощью дополнений к своей системе на HUD. Базовая версия уже устанавливается на бизнес-джеты Bombardier Global 5000 и 6000 с марта 2012 г. Этот разработчик — новичок на рынке SVS по сравнению с Universal Avionics и Honeywell, которые сертифицировали свои версии SVS для коммерческого транспорта в 2006 и 2007 г. соответственно.
Как и Honeywell, Rockwell Collins намеревается для начала получить разрешение на снижение минимумов до 150 футов, но при помощи HUD. «Мы также стараемся снизить объем подготовки и ТО для снижения минимумов, — говорит Мэтт Каррико, старший инженер Rockwell Collins. — Сейчас, чтобы уйти ниже 200 футов (а это возможно на некоторых самолетах, оборудованных HUD), необходимо получить дополнительную подготовку, и, кроме того, стандарты по техническому обслуживанию самолета повышаются. Но мы считаем, что с нашей системой на HUD никакого дополнительного обучения не нужно, а современные встроенные системы мониторинга позволяют обойтись без дополнительного ТО. Мы пытаемся доказать это, но пока регулирующие органы не приняли наши аргументы». По словам Каррико, эта система будет сертифицироваться в рамках существующей платформы Pro Line Fusion в течение следующей «пары лет», более точная информация недоступна.
Ключевым элементом подхода, осуществляемого Rockwell Collins, является технология активных сенсоров, которые отслеживают высоту и горизонтальную скорость на заходе. «Когда вы спускаетесь ниже 200 футов, то точности WAAS в GPS уже недостаточно». Для ВПП, оборудованных ILS по категории 1, мониторинг может осуществляться по тем же лучам ILS. Для LPV-заходов нужны другие технологии, но в обоих случаях, как считает Каррико, преимущества HUD неоспоримы. «Мы уверены, что, когда вы летите ниже минимума, ваше внимание должно полностью находиться за пределами кабины, — говорит Каррико. — В ходе испытаний мы установили, что использование HUD (коллиматорного дисплея на лобовом стекле) приводит к сокращению количества технических ошибок пилотирования на заходе. SVS на коллиматорном дисплее дает пилоту дополнительные указания, помогающие найти полосу. При этом взгляд свободно перемещается с HUD на закабинное пространство и глазам не приходится перефокусироваться».
Правда, Honeywell приводит данные аналогичных исследований, демонстрирующих такой же уровень технических ошибок при использовании дисплея, расположенного на приборной доске. Но если FAA окончательно отвергнет этот вариант, у Honeywell найдется «козырь в рукаве». В 2012 г. компания запатентовала в США устройство типа очков с дисплеем на один глаз, с функцией слежения за положением головы пользователя. Хотя Honeywell отказывается обсуждать патент, можно предположить, что эта карта может быть разыграна в борьбе за снижение посадочных минимумов.
В более долгосрочной перспективе все три разработчика планируют создать комбинированные системы, которые интегрируют функции синтетического видения с другими сенсорами, потенциально — с приемником инфракрасного излучения и радаром, для получения единого достоверного изображения закабинного пространства по ходу движения самолета на PFD или (в случае Rockwell Collins) на HUD. Такая система в идеале будет способна обеспечивать посадку при нулевой видимости без сложного бортового и наземного оборудования, которое сейчас необходимо для работы посадочных систем при низкой видимости.
Готовясь к этому моменту, компании создают системы для руления с функционалом синтетического видения. Так, Rockwell Collins разрабатывает 3D-изображение с выводом на HUD и PFD для руления, которое включает целый набор разнообразных подсказок для повышения ситуационной осведомленности, в том числе подсвеченную траекторию руления и, в конечном итоге, автоматическую передачу данных от диспетчера руления. На дисплей также выводится скорость руления, расстояние до следующего поворота и его направление, расстояние до следующего пункта получения разрешения. Если пилот отклоняется от маршрута, подается звуковой сигнал.
Прототип аналогичной системы от Honeywell — это продолжение существующей системы SmartRunway, которая помимо изображения выдает звуковые предупреждения и отсчеты, а также текстовые сообщения, основываясь на положении самолета во время руления. Одним нажатием на кнопку пилоты смогут превратить PFD в рулежный дисплей с трехмерным изображением сзади и сверху самолета на фоне движущегося компаса. Траектория движения выделена ярким розовым цветом, показана скорость руления. Опасные пересечения, которые FAA определила как места повышенного риска столкновений, отмечены красными и белыми кругами, а там, где рулежная дорожка пересекает действующую ВПП, перед изображением самолета возникает изображение стены. Положения других самолетов и наземного транспорта, полученные на основе данных взаимного зависимого наблюдения, отмечены тетраэдрами.
Хотя производители авионики не приходят к единому мнению относительно подхода к воплощению сложных навигационных функций, они единодушны в своем оптимизме в отношении нового типа дисплеев, который уверенно завоевывает рынок потребительской электроники: органические светодиодные дисплеи (OLED) прекрасно приживутся в авиации, если устранить возникающие сбои.
Эта технология, которая уже используется в ряде мобильных телефонов и телевизоров Samsung и LG, позволяет делать дисплеи более тонкими, легкими и яркими, вдобавок они смогут «приспосабливаться» к неровным несущим поверхностям, после того как будут решены вопросы надежности и износостойкости.
Дисплеи OLED излучают свет различных цветов на пиксельном уровне, что позволяет сделать их «потрясающе тонкими», как говорит Поль Экман, старший директор центра Rockwell Collins по дисплеям. Прототипы насчитывают всего полдюйма (1,3 см) в толщину.
Технология жидкокристаллических дисплеев, которая сейчас используется в кабинах, требует яркого источника света позади дисплея, а это значит, что сам дисплей должен быть толщиной в несколько дюймов. В таких дисплеях пиксели действуют как затворы, которые либо блокируют, либо подкрашивают луч света.
«Технология OLED вызывает большое воодушевление в отрасли, — говорит Экман. — Помимо снижения толщины дисплея она также позволяет повысить контрастность изображения, поскольку черный цвет — это отсутствие света, а не луч, затененный затвором, как на ЖКД. Цветопередача очень насыщенная. В смартфонах эта технология зарекомендовала себя прекрасно». Однако исследователи считают, что для использования в кабинах она пока не созрела.
«У всей отрасли одна и та же проблема — проработанность технологии OLED в исполнении таких компаний, как Samsung и LG, — говорит Ракеш Джа, директор по инжинирингу кабинных интерфейсов Honeywell. — Ключевой вопрос в том, когда эта технология дозреет и сможет быть адаптирована под использование в аэрокосмической индустрии».
И Honeywell, и Rockwell Collins приобретают такие дисплеи и устраивают им в своих лабораториях настоящие испытания с целью приблизить их созревание. Если срок службы мобильных телефонов в среднем не превышает 3–5 лет, дисплей в кабине самолета должен прожить намного дольше, при этом работая постоянно в режиме максимальной яркости. «Пока что дисплеи OLED не выдерживают суровых условий эксплуатации в течение многих часов, а ведь это как раз то, что нам нужно», — сетует Экман.
Помимо низкой продолжительности жизни, разработчиков авионики не устраивает то, что OLED бликуют из-за металлической структуры материала. Rockwell Collins в 2012 г. разработал прототип сенсорного дисплея на основе OLED-технологии с целью изучения проблемы бликов. «Мы изучаем возможности поляризации, но результаты пока неудовлетворительны», — признался Экман.
Джон Крофт, AVIATION WEEK
Источник: АТО
