Η ιστορία των αυτόματων πιλότων [GR]

Ο αυτόματος πιλότος είναι ένα μηχανικό, ρομποτικό, ηλεκτρικό ή υδραυλικό σύστημα, το οποίο χρησιμοποιείται για την καθοδήγηση ενός οχήματος χωρίς την υποστήριξή του από τον άνθρωπο. Οι αυτόματοι πιλότοι χωρίζονται ανάλογα με την χρήση τους. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε αεροσκάφη, σε πλοία ή σε διαστημόπλοια και πυραύλους.

Οι πρώτοι αυτόματοι πιλότοι

Από την 'γέννηση' της αεροπορίας, κάθε αεροσκάφος απαιτούσε συνεή επίβλεψη από έναν πιλότο για να μπορεί να πετάει με ασφέλεια. Καθώς η διάρκεια των πτήσων μεγάλωνε, Δημιουργήθηκε η ανάγκη της δημιουργίας κάποιου μηχανίματος για να εκτελεί τα καθήκοντα του πιλότου. Έτσι δημιουργήθηκε ο αυτόματος πιλότος. Ο πρώτος αυτόματος πιλότος κατασκευάστηκε το 1912 από τον Sperry Corporation . Ο αυτόματος πιλότος ήταν συνδεδεμένος με την πυξίδα, τον δείκτη υψομέτρου και τον τεχνιτό ορίζοντα. Ακόμη μπορούσε να ελέγχει  το υδραυλικά συστήματα΄, όπως το πτερύγιο της ουράς, καθώς και το πτερύγιο ανύψωσης (το πτερύγια των φτερών δεν ήταν συνδεδεμένα, καθώς ο ρόλος τους ήταν μόνο η διατήρηση της ισορροπίας του αεροσκάφους). Έτσι, το αεροσκάφος μπορούσε να πετάει προς μια κατεύθυνση και σε οριζόντιο επίπεδο, πάνω σε μια πορεία, χωρίς να απαιτεί την προσοχή του πιλότου, γεγονός που είχε ως αποτέλεσμα να μειωθούν σημαντικά τα καθήκοντα του πιλότου.

Ο Lawrence Sperry παρουσίασε δύο χρόνια αργότερα, το 1914, σε ένα συνέδριο στο Παρίσι σχετικά με την ασφάλεια την αεροπορία ,την σπυδαία του δημιουργία, όπου κατα την διάρκεια της παρουσίασης, ο πιλότος ειχε τα χέργια του σηκωμένα στον αέρα, έτσι ώστε να είναι ορτά από το κοινό, καθ'όλη την πτητική διαδικασία. Αυτό το σύστημα αυτόματου πιλότου μπορούσε να πραγματοποιεί αυτοματοποιημένα απογηώσεις και προσγειώσεις. Ως επακόλουθο, ο Γαλλικός στρατός παρουσίασε ιδιαίτερο ενδιαφέρον, μαζί με άλλους ιδιώτες. Αργότερα, ο Wiley Post χρησιμοποίησε αυτόν τον αυτόματο πιλότο για να κάνει τον γύρο του κόσμου σε λιγότερο από οχτό μέρες, το1933.

Περετέρω βελτιώσεις προγματοποιήθηκαν, όπως η αναβάθμηση του ελέγχου του αυτόματου πιλότου με αλογόρυθμους και με ειδικές υδραυλικές σερβομηχανές. Επιπροσθέτως, άλλες προσθήκες οργάνων, όπως  η ραδιοπλοήγηση, κατέστησε εφικτή την πτήση υπό δυμενείς συνθήκες καθώς και χωρίς φως. Το1947 ένα πολεμικό C-53 του αμερικάνικου στρατού έκανε υπερατλαντική πτήση, συμπερλαμβανομένου της απογήωσης και της προσνήωσης, χρησιμοποιώντας αποκλειστικά αυτόματο πιλότο. Στην αρχή της δεκαετίας του 1920, το Standard Oil, τάνκερ που κατείχε ο J.A Moffet έγινε το πρώτο πλοίο με αυτόματο πιλότο.

Σύγχρονοι αυτοματοι πιλότοι

Δεν ειναι απαραίτητο για ενα αεροσκάφος να έχει αυτόματο πιλότο. Παλιότερα και μικρότερα αεροσκάφη ιδιωτικής χρήσης, όπως και μικρά αεροσκάφη με λιγότερο από είκοσι θέσεις, που συνήθως ανοίκουν σε μικρές αεροπορικές ετερίες και εκτελούν πτήσεις εκτός προγράμματος, μπορεί να μην έχουν αυτόματο πιλότο καθώς χρησιμοποιούνται για μικρής διάρκειας πτήσεις και συνήθως έχουν δύο πιλότους. Η εγκατάσταση αυτόματου πιλότου σε αεροσκάφη με περισσότερες από είκοσι θέσεις είναι υποχρεωτική από το διεθνές συμβούλιο της αεροπορίας.

Υπάρχουν τρία επίπεδα ελέγχου των αυτόματων πιλότων στα μικρά αεροσκάφη.

1. Ο αυτόματος πιλότος που ελέγχει την κλίση και είναι κυρίως γνωστός με τον όρο 'ευθυγραμμιστής των φτερών'
2.  Ο αυτόματος πιλότος που ελέγχει την κλίση και μπορεί να θεωρηθεί ως: 'κάτι περισσότερο από ένα μηχάνημα που ισιώνει τα αεροσκάφος και έχει μια περιορισμένη ικανότητα διόρθωσης του ρυθμού ανώδου' ή ακόμα μπορεί να λαμβάνει δεδομένα από έναν ραδιοδέκτη, φορτωμένο στο αεροσκάφος, ο οποίος  μπορεί να παρέχει στον αυτόματο πιλότο ακριβή στοιχεία έτσι ώστε να μπορεί να λειτουργεί μετά την απορείωση έως λίγο πρίν την προσγείωση.
3.  Ο αυτόματος πιλότος αυτού του επιπέδου προσθέτει την δυνατότητα του ελέγχου του πτερυγίου της ουράς, που επιρρεάζει την κατεύθυνση της ατράκτου και δεν είναι απαραίτητος στα μικρά αεροσκάφη.

Οι αυτόματοι πιλότοι στα σύγχρονα-περίπλοκα αροσκάφη ελέγχουν τρείς λειτοργίες (κλίση, ανήψωση, κατεύθυνση) και χωρίζονται με βάση την φάση της πτητικής διαδικασίας, δηλαδή την πλοήγηση στο έδαφος, την απογείωση, την άνοδο, την οριζόντια πτήση, την κάθοδο, την προσέγγιση και την προγείωση. Οι αυτόματοι πιλότοι του σήμερα καλύπτουν όλες τις φάσεις που προαναφέρθηκαν εκτός από την πλοήγηση στο έδαφος (taxiing). Η προσγείωση εκτελούμενη από αυτόματο πιλότο είναι γνωστή ως  CAT IIIb. Η δυνατότητα για αυτόματη προσγείωση υπάρχει σε αρκετά μεγάλα αεροδρόμια και ειδικά σε αυτά που καιρικά φαινόμενα, όπως η ομίχλη, συμβαίνουν συχνά. Η προσγείωση, η έξοδος από τον αεροδιάδρομο και η οδήγηση ενός αεροσκάφους στην θέση σταθμευσής του είναι η λεγόμενη CAT IIIc. Η προαναφερθήσα μέθοδος δεν υπάρχει σήμερα, αλλά πολλοί πιστεύουν πως βρίσκεται στο κοντινό μέλλον. Ο αυτόματος πιλότος συχνά είναι ένας τομέας του συστήματος διαχείρησης πτήσης (Flight Management System).

Προγράμματα υπολογιστών χρησιμοποιούνται στους αυτόματους πιλότους, τα οποία δέχονται πληροφορίες για την θέση του αεροσκάφους και για από σύστημα ελέγχου πτήσης, έτσι ώστε να κατευθύνουν το αεροσκάφος. Σε αυτά τα συστήμτα, πέραν των κλασικών συστημάτων ελέγχου πτήστης (πηδάλιο κτλ), πολλοί αυτόματοι πιλότοι ελέγχουν την ταχύτητα του αεροσκάφους, μεταφέρουν κάυσιμα σε άλλα τεπόζιτα για να βοηθήσουν στην ισορροπία του αεροσκάφους στο ιδανικό ύψος για αυτό. Παρόλο που οι αυτόματοι πιλότοι μπορούν να διαχειριστούν καταστάσεις υψηλού κινδύνου, συνήθως χρησιμοποιούνται για το γεγονός πως μπορούν να διαχειρίζονται το αεροσκάφος, καταναλώνωντας λιγότερα καύσιμα σε σχεση με τους πιλότους.

Ο αυτόματος πιλότος στα εμπορικά αεροσκάφη 'διαβάζει' την θέση και το υψόμετρο της ατράκτου από το ενσωματωμένο σύστημα πλοήγησης. Αυτά τα συστήματα είναι επιρρεπή στα λάθη, τα οποία συνήθως οφείλωνται σε αλοιώσεις των δεδομένων κατά την μεταφορά ή σε άλλους εξωτερικούς παράγοντες (μαγνητικά πεδία, καιρός), αλλά οι κατασκευαστές γνωρίζωντας αυτό το γεγονός δημιούργησαν τους ψηφιακούς επεξεργαστές δεδομένων και το έξι διαστάσεων φίλτρο του Κάλμαν. Οι έξι διαστάσεις είναι η ανήψωση, η κλίση, η κατεύθυνση, το υψόμετρο και οι δύο συνεταγμένες (γεωγραφικό πλάτος και μήκος). Τα αεροσκάφη συνηθίζεται να ακολουθούν πορίες που έχου οριζμένο παράγοντα απόδωσης και για αυτόν τον λόγο το περιθόριο λάθους είναι μηδαμινό. Για να εξαλειφθεί αυτό το περιθόριο οι κινήσεις του αεροσκάφους παρακολουθούνται από υπολογιστές. Όσο μεγαλύτερη είναι η πτήση, τόσο περισσότερα λάθη γίνονται στα συστήματα. Ως ένα ακόμη μέσο προστασίας από τα λάθη αυτά είναι η βοήθεια μέσω ασυρμάτου και GPS τα οποία βοηθούν στηνη διόρθωση της θέσης του αεροσκάφους.

Λεπτομέριες για τα υπολογιστικά συστήματα

Τα εξαρτήματα του αυτόματου πιλότου διαφέρουν από αεροσκάφος σε αροσκάφος, αλλά σε γενικές γραμμές είναι σχεδιασμένα με βάση την αξιοπιστία και την ακρίβια σε σχεδόν όλες τις συνθήκες. Για παρέδειγμα, το Rockwell Collins AFDS-770 Autopilot Flight Director System που χρησιμοποιείται στο Boeing 777, χρησιμοποιεί τριπλούς FCP-2002 μικροεπεξεργαστές.

Το λογισμικό και τα εξαρτήματα στους αυτόματους πιλότους είναι στενά συνδεδεμένα. Κάποιοι αυτόματοι πιλότοι ενσωματώνουν ένα χαρκτηριστικό ασφαλείας που σε περίπτωση ανάγκης διαφορετικοί υπολογιστές θα 'τρέξουν' λογισμικά με διαφορετική αρχιτεκτονική, σχεδιασμένα από διαφορετικούς κατασκευαστές σε διαφορετική γλώσσα προγραμματισμού. Αυτό γίνεται διότι οι πιθανότητες διαφορετικές ομάδες προγραμματιστών να κάνουν τα ίδια λάθη είναι ελάχιστες. Καθώς τα λογισμικά γίνονται ολοένα και πιο ακριβά και πιο περίπλοκα, η χρήση αυτού του χαρακτηριστικού ασφαλείας γίνεται πιο σπάνια, αφού λιγοστεύουν οι εταιρίες που μπορούν να χρηματοδωτούν την καασκευή του.

Κατηγορίες

Οι προσγειώσεις που πραγματοποιούνται με την βοήθεια οργάνων χωρίζονται σε κατηγορίες από τον Παγκόσμιο Οργανισμό Πολτικής Αεροπορίας. Ο χωρισμός έγινε με βάση του βαθμού ορατότητος  και της κατεύθυνσης του αεροσκάφους, έτσι ώστε να μπορέσει να γίνει προσγείωση χωρής την οποιαδήποτε παρέμβαση του πιλότου.

CAT I - Σε αυτή την κατηγορία, ο πιλότος μπορεί να προσγειωθεί έχωντας ως ύψος για την τελική λήψη της απόφασης τα 61 μέτρα και ορατότητα (RVR) στα 550 μέτρα. 

CAT II - Σε αυτή την κατηγορία ο πιλότος μπορεί να επιχειρήσει προσγείωση ότν το ύψος του κυμαίνεται στα 30 μέτρα και η ορατότητα RVR είναι στα 300 μέτρα. Autopilots have a fail passive requirement.

CAT IIIa -Αυτή η κατηγορία δίνει στους πιλότους το δικαίωμα να προσγειωθούν έχωντας ευθυγραμμιστεί με τον αεροδιάδρομο στα 15 μέτρα από το έδαφος και με ορατότητα στα 200 μέτρα.

CAT IIIb - Αυτή η κατηγορία είναι όπως η IIIa, αλλά με την προσθήκη της αυτόματης επιβράδυνσης μετά την προσγείωση. Αυτή η κατηγορία δίνει στον πιλότο το δικαίωμα να προσγειωθεί με ύψος τελικής απόφασης λιγότερο από 50 μέτρα και ορατότητα 76 μέτρα  ή 91 μέτρα για τις ΗΠΑ. Για την προσγείωση χωρίς βοήθεια και καθοδήγηση από τον πύργο ελέγχου είναι απαραίτητη η αντίστοιχη λειτουργία του αυτόματου πιλότου. Για αυτήν την κατηγορία χρειάζεται έστω και μερική καθοδήγηση από το σύστημα καθοδήγησης του αεροδιαδρόμου (runway guidance system).