مسیر تغییر و پیشرفت کابین خلبان

[1] مجموعه‌ای از اقدامات توصیه شده هوافضا[2] (ARP) را برای طراحی کابین خلبان، طرح‌بندی، نصب و عملیات که شامل حداقل الزامات ذکر شده در زیر است، در نظر می‌گیرد.

• توانایی دستیابی به پنل‌های کنترلی بدون تلاش برای جابجایی از موقعیت مرجع
• مشاهده ابزارهای پرواز بدون تلاش زیادی
• حداقل دید خارج از کابین خلبان
• ارتباطات زبانی آسان در داخل کابین خلبان

المان‌ها و طرح‌بندی کابین خلبان

اگرچه تغییرات قابل توجهی در طرح‌بندی و چیدمان کابین خلبان از یک هواپیما به هواپیمای دیگر وجود دارد اما اجزای مشترک زیادی در بین آن‌ها است. وابسته به اینکه کابین خلبان یک یا دونفره باشد، مجموعه‌ای از سیستم‌های الزامی و دلخواه در داخل نصب می‌شود. با پیشرفت فناوری سیستم‌های جدید زیادی به کابین خلبان افزوده شده است که بیشتر با هدف افزایش ایمنی هواپیما طراحی شده‌اند. یکی از ملاک‌های اصلی در طراحی چیدمان سیستم‌های کابین خلبان، بهینه‌سازی فضا و دسترسی آسان خلبان و کمک او به سیستم‌های اصلی است. در هواپیماهای مدرن امروزی با یکپارچه‌سازی هر چه بیشتر سیستم‌ها در فضای مورد نیاز صرفه جویی زیادی شده است. این رویکرد باعث خلوت دیده شدن مجموعه کابین شده و خدمه با تمرکز حواس بیشتری وظایف خود را انجام می‌دهند.

کابین یکپارچه طراحی شده توسط شرکت گارمین برای هواپیماهای سری Beechjet

تغییر نسل از آنالوگ به دیجیتال

تا دهه 1970 جداره کابین خلبان هواپیمای غیر نظامی (در واقع هر سطحی که در دسترس خلبان بود) با نشانگرها، ابزار، تجهیزات و کنترل‌های الکترومکانیکی پر شده بود. پنل‌های کنترل با مجموعه‌ای بزرگ از صفحه‌های عقربه‌دار پیچیده طراحی شده بودند. به طوریکه یک هواپیمای ترابری معمولی از این دوره دارای بیش از 100 ابزار نمایشگر و کنترل بود که اغلب اطلاعات را از طریق عقربه‌ها و نمادها نمایش می‌دادند. ابزارهای ناوبری نیز داده‌ها را به صورت آنالوگ و با کمک عقربه‌ها، درجه‌ها و شماره‌اندازهای مکانیکی برای خلبان و کمک‌های او نمایش می‌دادند. در واقع می‌توان گفت عدم پردازش اطلاعات توسط سیستم‌های کامپیوتری و گسترده‌ بودن اطلاعات، وجود یک شخص اضافی به عنوان مهندس پرواز را در داخل کابین الزامی می‌کرد.

کابین خلبان 3 نفره هواپیمای ایلیوشین ایل-۸۶

در این مدل هواپیماها ارائه اطلاعات در فضایی گسترده پیش روی خلبان و کمک‌ها، امکان بروز خطاهای انسانی را افزایش می‌داد. علاوه بر این نمایشگرهای مکانیکی عمر کوتاهی داشته و احتمال خرابی آن‌ها در حین پرواز زیاد بود. از این‌رو اقدامات اولیه برای یک تغییر نسل بزرگ در کابین خلبان از سوی محققان ناسا آغاز شد. نتیجه فعالیت آن‌ها طراحی و ساخت مجموعه‌ای از سیستم‌ها بود که می‌توانستند اطلاعات را به طور قابل درک در فضایی مجتمع و کوچک به خدمه ارائه کنند. هر چند پیاده‌سازی چنین سیستم‌هایی در هواپیماهای نظامی از اواخر دهه 1960 میلادی آغاز شد، اما استفاده از آن‌ها در هواپیماهای مسافری و تجاری به دهه 1980 میلادی بر می‌گردد و هواپیمای بوئینگ 2707 را می‌توان در این زمینه پیشتاز دانست.

دیجیتالی کردن اطلاعات فیزیکی مورد نیاز برای کنترل پرواز و ناوبری و همچنین برای اهداف عملیاتی و اطلاعاتی منجر به تغییر عمیق در کابین خلبان از دهه 1970 شده است. در حال حاضر به لطف پیشرفت در فناوری کامپیوتر و الکترونیک، داده‌ها می‌توانند در محل دریافت یا اندازه‌گیری از قالب آنالوگ به دیجیتال تبدیل شوند و توسط کامپیوترها پردازش و روی صفحه نمایش کامپیوترهای موجود در کابین خلبان نمایش داده شوند.

انقلاب کابین خلبان شیشه‌ای

در دهه‌های 1980 و 1990 نمایشگرهای CRT تحولات زیادی در نحوه ارائه اطلاعات به خدمه هواپیما ایجاد کردند. اما در اواخر این دوره‌ی زمانی، نمایشگرهای LCD به دلیل بازدهی، قابلیت ‌اطمینان و خوانایی بیشتر به سرعت مورد توجه سازندگان هواپیما قرار گرفتند. هزینه پایین ساخت و تعمیرونگهداری این نوع نمایشگرها باعث شد ارائه بیشتر اطلاعات در کابین خلبان روی آن‌ها انجام شود. استفاده از نمایشگرهای LCD و حذف ابزارآلات آنالوگ در هواپیماها با مفهوم کابین خلبان شیشه‌ای رواج یافته است.

در واقع این تغییر عمیق در ظاهر و طرح‌بندی (چیدمان) کابین خلبان توسط دو پیشرفت فنی کلیدی به وجود آمد: 1- دسترسی به سیستم‌های الکترونیکی قابل قبول و قابل اعتماد برای دیجیتالی کردن و پردازش اطلاعات، 2- توسعه نمایشگرهای LCD که قادر به سازگاری با شرایط نور محیطی بسیار متغیر در کابین خلبان هواپیما است. در کنار دیگر نوآوری‌هایی مانند سیستم مدیریت پرواز (FMS)، معرفی کابین شیشه‌ای خلبان امکان ساخت هواپیماهای بزرگ با تنها دو خدمه پرواز را فراهم کرده است. مجموعه این فناوری‌ها باعث حذف بسیاری ازنمایشگرها، کلید‌ها و علائم هشداری کابین خلبان شده است.

اما این پایان انقلاب در کابین خلبان نیست، از اوایل قرن بیست‌و‌یکم میلادی سیستم‌های دید مصنوعی ([3]SVS) و دید پیشرفته (EVS[4]) مورد توجه سازندگان و خلبانان قرار گرفت. این سیستم‌ها شامل تجهیزاتی برای ارائه یک دید 3 بعدی و واقع‌گرایانه از دنیای بیرون هواپیما هستند. در هواپیماهای مسافری خلبان می‌تواند از طریق این سیستم‌ها ویژگی‌های جغرافیایی محیط، اطلاعات ناوبری و حتی باند فرود را به صورت مجازی پیش روی خود ببیند. فناوری‌های مذکور در هواپیماهای نظامی علاوه بر این قابلیت‌ها امکان ارائه یک تصویر مجازی واضح از محیط عملیاتی و حتی امکان شلیک موشک را از طریق فرامین حرکتی خلبان فراهم می‌کند.

ارائه سیستم‌های دید پیشرفته (تصویر سمت راست) و دید مصنوعی (تصویر سمت چپ) از سوی شرکت راکول‌کالینز

آینده کابین خلبان

با توجه به تغییرات سریع فناوری نمی‌توان آینده کاملا مشخصی از کابین‌های خلبان آینده ترسیم کرد، با این حال می‌توان با توجه به قابلیت‌های برخی از نوآوری‌ها و همچنین نقشه‌راه فناوری شرکت‌های بزرگ صنعت هوایی، آینده کوتاه مدت را پیش‌بینی کرد. یکی از مهم‌ترین حوزه‌هایی که هم در بخش نظامی و هم در بخش غیرنظامی سرمایه‌گذاری زیادی روی آن صورت گرفته است، توسعه سیستم‌های مبتنی بر هوش مصنوعی است. بهره‌گیری از سیستم‌های خودکار که بتوانند در شرایط پیش‌بینی نشده نیز تصمیم صحیح بگیرند، می‌تواند از خسارت‌های جانی و مالی اشتباهات انسانی در کابین خلبان جلوگیری کند.

سیستم‌های خلبان خودکار و مدیریت عملیات از جمله بخش‌هایی است که هوش مصنوعی می‌تواند در آن‌ها تغییرات عمده‌ای ایجاد کند. ربات خلبان یکی دیگر از ایده‌های استفاده از هوش مصنوعی در کابین است. سال گذشته آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی ایالات متحده (دارپا) مراحل آزمایش یک ربات به عنوان خلبان در شبیه‌ساز هواپیمای بوئینگ 737 را با موفقیت انجام داد. این ربات که بر اساس هوش مصنوعی طراحی شده‌ است می‌تواند تمامی مراحل پرواز را اجرا کرده و حتی به خطاهای ایجاد شده روی سیستم‌های هواپیما نیز پاسخ دهد.

از دیگر فناوری‌های آینده کابین خلبان نفوذ بیشتر دستگاه‌های الکترونیکی قابل حمل در فرایند دریافت اطلاعات خلبانان است. اتصال بی‌سیم یک تبلت با سیستم‌های اویونیک کابین می‌تواند مجموعه بسیار زیادی از اطلاعات را به سادگی در اختیار خلبانان قرار دهد. قابلیت لمسی بودن این‌گونه دستگاه‌ها به خلبان امکان مرور سریع اطلاعات ناوبری، نقشه پرواز، آب‌وهوا، عملکرد سیستم‌ها و هشدارهای ایمنی را می‌دهد.

با مروری کوتاه از گذشته تا آینده تحولات کابین خلبان می‌توان دریافت که ایمنی پرواز و افزایش بهره‌وری مهم‌ترین دلایل این تغییرات هستند. کاهش بار کاری خلبان و وابستگی کمتر به عملیات‌های انسانی در فرایند‌های پرواز مسیر حرکت به سمت افزایش ایمنی هواپیما است. از سوی دیگر استفاده از سیستم‌های هوشمند در ناوبری و کنترل پرواز می‌تواند با ارائه مسیرهای بهینه‌‌، علاوه بر کاهش زمان پرواز مصرف سوخت را نیز کم‌تر کند.

[1] Society of Automotive Engineers

[2] Aerospace Recommended Practices

[3] Synthetic Vision Systems

[4] Enhanced Vision Systems