Стеклянная клетка. Автоматизация и мы
Шрифт:
История автоматизации полетов началась ровно сто лет назад, 18 июня 1914 года в Париже. День был теплым и солнечным, словно специально предназначенным для живописного шоу. Близ моста Аржантейль на обоих берегах Сены толпилось великое множество людей. Люди пришли посмотреть авиационное соревнование Concours de la S'ecurit'e en A'eroplane, организованное для того, чтобы продемонстрировать самые современные средства обеспечения безопасности полетов [5]. В состязании участвовали почти 60 самолетов и летчиков, демонстрировавших чудеса тогдашней техники и оборудования. Последним в программе на биплане Curtiss-С2 выступил симпатичный американец Лоуренс Сперри. Рядом с ним в открытой кабине сидел его французский механик Эмиль Кашен. Пролетев над толпой зрителей, Сперри приблизился к трибуне судей, отпустил руки от штурвала и поднял их вверх. Толпа восторженно взревела – самолет летел самостоятельно, без участия пилота!
Но это было только начало. Сперри сделал
Curtiss-С2 был первым в мире самолетом, оборудованным автопилотом. Этот аппарат, названный его создателями «гироскопическим стабилизатором», был построен двумя годами ранее самим Сперри и его отцом – знаменитым американским изобретателем и промышленником Элмером Сперри. Аппарат состоял из пары гироскопов [13] – горизонтального и вертикального, которые были установлены под сиденьем пилота и вращались под действием потока воздуха от пропеллера со скоростью несколько тысяч оборотов в минуту. Они с поразительной точностью улавливали малейшие отклонения ориентации самолета в трех осях вращения: боковой крен, продольное и вертикальное смещение. Как только положение и ориентация самолета отклонялись от заданных величин, заряженные щетки, прикрепленные к телам вращения гироскопов, касались металлического кожуха, замыкая электрическую цепь. В результате изменялась величина тока, управляющего моторами, которые, в свою очередь, регулировали положение управляющих элементов крыльев (элеронов), а также рулей высоты. Плоскости элеронов и рулей меняли положение и выправляли ориентацию самолета. Горизонтальный гироскоп поддерживал нужное состояние крыльев и киля, а вертикальный гироскоп следил за положением рулевого управления.
13
Гироско2п – устройство, способное реагировать на изменение углов ориентации тела, на котором оно установлено, относительно инерциальной системы отсчета (простейший – юла).
Понадобилось почти 20 лет на дальнейшие испытания и усовершенствования, большая часть которых была выполнена на деньги Военного министерства, прежде чем гироскопический автопилот отважились применить во время коммерческого полета. Тем не менее, когда это произошло, публика отреагировала на автопилот как на непостижимое чудо. В 1930 году в журнале Popular Science была опубликована восторженная статья о том, как автоматизированный самолет – большой трехмоторный Ford – пролетел за три часа без участия человека от Дэйтона (штат Огайо) до Вашингтона (округ Колумбия). «В пассажирском салоне расположились четыре человека, в то время как в кабине пилотов никого не было. Штурвалом управлял железный пилот величиной не более автомобильного аккумулятора» [6]. Когда три года спустя отважный американский летчик Уайли Пост совершил первый одиночный кругосветный полет с помощью автопилота, окрещенного «механическим Майком», пресса объявила о начале новой эры авиации. «Остались в прошлом дни, когда лишь искусство пилота и его почти птичье ощущение пространства могли поддерживать верный курс полета в беззвездную ночь и в тумане, – писала The New York Times. – В будущем коммерческие полеты станут целиком автоматическими» [7].
Внедрение гироскопических автопилотов открыло прежде всего перед военной и транспортной авиацией широкие горизонты. Новый прибор, взяв на себя ответственность за поддержание заданного курса, избавил пилотов от постоянной изнурительной борьбы с рычагами, педалями и рулевыми тягами. Помимо того что автопилот избавил людей от переутомления, неизбежного во время длительных полетов, он также дал им возможность сосредоточиться на других, более интеллектуальных задачах. Летчики могли теперь следить за приборами, заниматься вычислениями, решать множество различных задач, их труд стал более интеллектуальным и творческим. Летать начали выше и дальше при меньшем риске потерпеть аварию. Появилась возможность летать в такую погоду, которая раньше считалась абсолютно нелетной. Кроме того, теперь на самолетах можно было выполнять немыслимые ранее маневры. Касалось ли дело перевозки пассажиров или прицельного бомбометания, летчики могли совершать маневры, которых требовали конкретные обстоятельства. Претерпели изменения и сами самолеты, они стали быстрее и сложнее.
Средства автоматического рулевого управления и стабилизации самолета особенно быстро развивались и совершенствовались в 30-е годы. В это время физики стремительно познавали законы аэродинамики, а инженеры изобретали датчики давления, пневматические регуляторы, амортизаторы и другие полезные приспособления, улучшавшие характеристики механизма автопилотов. Самое большое достижение в этой области произошло в 1940 году, когда Sperry Corporation создала первую электронную модель автопилота – А-5. Для усиления сигналов гироскопа были использованы вакуумные трубки. В результате А-5 смог работать на более высоких скоростях, так как быстрее реагировал на изменения среды и корректировал параметры полета. Этот самолет был способен улавливать малейшие изменения в ускорении. В сочетании с новыми прицелами для бомбометания электронный автопилот сыграл выдающуюся роль в успехе воздушной кампании, которую вели союзники во время Второй мировой войны.
В сентябре 1947 года командование американскими ВВС провело экспериментальный полет, показавший фантастические возможности автопилотов. Военный летчик-испытатель Томас Уэллс вывел на старт в Ньюфаундленде транспортный самолет С-54 Skymaster [14] с семью членами экипажа на борту. После этого Уэллс снял руки со штурвала, нажал кнопку автопилота и, как вспоминал позже один из членов экипажа, «откинулся на спинку кресла и сложил руки на коленях» [8]. Самолет самостоятельно взлетел, после чего автопилот отрегулировал положение закрылков и воздушных заслонок, а когда была набрана нужная высота, убрал шасси. Затем машина самостоятельно пересекла Атлантику, совершив при этом несколько запрограммированных последовательных маневров. Каждый элемент самолет выполнял по данным альтиметра. Экипажу заранее не сообщили ни о маршруте, ни о пункте назначения. Самолет прокладывал курс самостоятельно, ориентируясь на сигналы радиомаяков, установленных на суше и на военных кораблях в Атлантическом океане. На рассвете следующего дня С-54 долетел до берегов Англии. Самолет начал снижаться, выпустил шасси и превосходно выполнил посадку на полосу аэродрома. Капитан Уэллс снял руки с коленей, положил их на штурвал и вырулил самолет на стоянку.
14
Этот самолет имел еще одно название – Дуглас DC-4/C-54 «Скаймастер».
Через несколько недель после этого полета в британском авиационном журнале Flight Journal появилась статья, оценивающая его значение. «Представляется неизбежным, – писал автор, – что новое поколение автопилотов сделает ненужным присутствие на борту штурманов, радистов и бортинженеров. Их заменят машины». Правда, для пилотов автор делает исключение. Их присутствие, во всяком случае в обозримом будущем, будет необходимо, но только для того, чтобы следить за индикаторами приборов и гарантировать нормальное протекание полета [9].
В 1988 году, через 40 лет после того, как С-54 на автопилоте пересек Атлантику, европейский аэрокосмический консорциум Airbus Industrie представил новый реактивный пассажирский самолет А-320, рассчитанный на 150 пассажиров. Лайнер был уменьшенной версией исходной модели А-300, но, в отличие от своего предшественника, вновь созданный самолет оказался подлинным чудом. Это был первый компьютеризированный коммерческий пассажирский лайнер. Самолет стал вестником кардинального изменения во всей гражданской авиации в ближайшем будущем. Ни Уайли Пост, ни Лоуренс Сперри не узнали бы панель управления нового самолета. В кабине не было никаких привычных циферблатов, стрелок навигационных приборов и органов управления. Вместо них на панели светились шесть экранов на катодных трубках, расположенных непосредственно под козырьком фонаря кабины. На мониторах пилоты видели текущие данные сети бортовых компьютеров.
Мониторы панели управления А-320 (стеклянная кабина, как назвали ее летчики) были не главной отличительной чертой нового самолета. Инженеры NASA за десять лет до представления А-320 внедрили использование электронно-лучевых экранов для слежения за полетной информацией, а производители реактивных пассажирских самолетов стали устанавливать их в пилотских кабинах начиная с конца 70-х годов [10]. Цифровая система управления полетом – это принципиальное отличие А-320 от самолетов со времен машин братьев Райт [11]. До его создания система управления пассажирскими самолетами была в большей степени механической. Фюзеляжи и полости крыльев были набиты тросами, тягами, кабелями, блоками и шестернями, а также гидравлическими трубками, насосами и клапанами. Инструменты управления – ручка управления, рукоятка дроссельной заслонки и рулевые педали – были механическими системами, регулировавшими ориентацию направления движения и скорость самолета.