ما را در شبکه‌های اجتماعی دنبال کنید:

28 اردیبهشت 1402

Anthem: کابین خلبان یکپارچه شرکت هانی‌ول

مقدمه

اواخر سال 2021 میلادی هانی‌ول اعلام کرد دو شرکت ورتیکال ایرواسپیس و لیلیوم در برنامه‌های تاکسی‌ هوایی خود از کابین یکپارچه جدید این شرکت با نام Anthem استفاده خواهند کرد. در این مطلب قصد داریم ضمن مروری بر ویژگی‌های این کابین یکپارچه، به این سوال پاسخ دهیم که چرا دو شرکت مذکور کابین Anthem را برای برنامه‌های خود درنظر گرفته‌اند؟

اتصال کابین به فضای ابری

شرکت هانی‌ول از یک دهه قبل به دنبال ایجاد یک تغییر اساسی در مفهوم پردازش‌های دیجیتال سیستم‌های کابین خلبان بوده است. مفهومی که در آن قرار است پردازش‌ها به جای کامپیوترهای اویونیک، روی نمایشگرهای هوشمند کابین خلبان اجرا شوند. پشتوانه این تغییر اساسی استفاده از فناوری پردازش ابری (Cloud Computing) است که هانی‌ول آن را از طریق پلتفرم جدید خود با نام Forge محقق خواهد ساخت. این پلتفرم نرم‌افزاری که در سال 2019 بطور رسمی معرفی شد قابلیت‌های پردازشی مشابه با Azure مایکروسافت را دارد و به دارندگان هواپیما امکان انجام خودکار فرایندهای تجزیه و تحلیل داده‌های هواپیما را به منظور نظارت بر سلامت هواپیما و پیش‌بینی خرابی‌های بالقوه می‌دهد.

مدیرکل بخش سیستم‌های اویونیک شرکت هانیول درباره قابلیت‌های Anthem می‌گوید:«پلتفرم Forge به سیستم اویونیک کابین خلبان این امکان را می‌دهد که کلیه اطلاعات از جمله داده‌های پرواز، داده‌های تعمیرونگهداری، وضعیت کلی هواپیما در هر لحظه و برنامه‌های پروازی را بصورت خودکار روی فضای ابری ذخیره کنند. بدین ترتیب این اطلاعات می‌تواند توسط کاربران مجاز در هر نقطه از دنیا در دسترس باشد.»

این مقام مسئول هانی‌ول همچنین در مورد نگرانی‌های مربوط به حملات سایبری می‌گوید:«پلتفرم Forge شامل یک گیت‌وی قدرتمند است که ارتباط سیستم‌های اویونیک را با فضای ابری و دنیای بیرون هواپیما برقرار می‌کند. ما تمام نیازمندی‌های قانونی مرتبط با امنیت سایبری را در این سیستم برآورده کرده‌ایم و پلتفرم دارای گواهی‌نامه سطح 3 تضمین امنیت (SAL3) خواهد بود. در هنگام پرواز ارتباط با شبکه ابری از طریق شبکه پر سرعت SATCOM برقرار می‌شود و در شرایطی که هواپیما روی زمین باشد، این ارتباط توسط WiFi یا شبکه سلولی تلفن همراه ایجاد خواهد شد. بنابراین هواپیما می‌تواند در هر لحظه علاوه بر ارسال اطلاعات به اپراتورهای زمینی، کلیه پایگاه‌های داده مورد نیاز خود مانند اطلاعات ناوبری، ارتباطی، نقشه‌های سه بعدی زمین و ترافیک منطقه را بارگیری کند.»

برنامه‌ریزی از راه‌دور پروازها

هانی‌ول یکی از مزیت‌های مهم سیستم Anthem را کاهش چشمگیر زمان آماده‌سازی قبل از پرواز اعلام کرده است. این شرکت ادعا می‌کند با استفاده از قابلیت‌های سیستم یکپارچه کابین خلبان Anthem، این زمان می‌تواند تا 45 دقیقه در هر پرواز کاهش یابد. در بیشتر هواپیماهای مدرن، خلبان قبل از پرواز زمان زیادی را صرف آماده‌سازی هواپیما می‌کند که بخش زیادی از آن‌ها باید لحظاتی قبل از پرواز و متناسب با شرایط مسیر انجام شود. اتصال کابین خلبان به شبکه باعث می‌شود تا بسیاری از این فرایندها بصورت خودکار و از طریق برنامه‌های نرم‌افزاری انجام شوند. رابط کاربری Anthem همچنین امکان برنامه‌ریزی از راه دور پرواز را فراهم می‌کند. این بدان معناست که خلبان می‌تواند در اتاق هتل یا ترمینال فرودگاه بسیاری از تغییرات برنامه پروازی را مستقیماً روی سیستم مدیریت پرواز Anthem  و از طریق فضای ابری بروزرسانی کند. خلبان همچنین می‌تواند کلیه برنامه‌های مورد نظر خود را از طریق تبلت یا کیف الکترونیکی پرواز به سیستم اعمال کند.

کابین Anthem به طور مداوم (حتی در صورت خاموش بودن هواپیما) به سرور‌های روی زمین متصل است و خلبان در هر زمان می‌تواند به سرویس‌های ارائه شده از جمله نمایش داده‌های راداری، تصاویر زنده فرودگاه مقصد، اطلاعات ترافیک هوایی یا سرویس‌های مبتنی بر اینترنت دسترسی داشته باشد. ویژگی‌ این سرویس‌ها عدم نیاز به پردازش اطلاعات در سمت هواپیما است و بخش عمده آن روی زمین میزبانی می‌شود.

کابین هواپیما، موبایل شماست

یکی دیگر از رویکردهای هانی‌ول در طراحی رابط کاربری Anthem، تبدیل آن به یک سیستم شبه تبلت است. این رابط کاربری که «مرورگر کابین امن[1]» نامیده می‌شود به خلبانان این امکان را می‌دهد که با برنامه‌های نرم‌افزاری تعامل زیادی داشته باشند و مانند سیستم‌عامل‌های آیفون و اندروید بتوانند بین اپلیکیشن‌ها حرکت کنند. بنابراین خلبانان و دارندگان هواپیما امکان اعمال تنظیمات شخصی زیادی را روی نمایشگرهای کابین خواهند داشت.

کابین جدید هانی‌ول به یک سیستم تشخیص گفتار پیشرفته مجهز است که می‌تواند با کمترین خطا مکالمات کنترلر ترافیک هوایی را به متن تبدیل کند. همچنین خلبان می‌تواند از این سیستم به منظور صدور دستورات صوتی به هواپیما استفاده کند.

اویونیک نرم‌افزاری

هانی‌ول ابتدای سال جاری اعلام کرد از سیستم‌عامل بلادرنگ Deos شرکت DDC-I در کابین خلبان Anthem استفاده می‌کند. این سیستم‌عامل به توسعه‌دهندگان امکان استفاده ساده از تراشه‌های پردازنده چندهسته‌ای را می‌دهد و آن‌ها قادر خواهند بود از ویژگی‌هایی مانند پارتیشن‌بندی کاملا مستقل و زمان‌بندی‌های قطعی بهره‌مند شوند. همچنین سیستم عامل Deos با پارتیشن‌بندی کش به صورت fine-grained، علاوه بر کاهش پیچیدگی طراحی، امکان دسترسی به پردازش‌های سریعتر و کارآمدتر را فراهم می‌کند.

سیستم‌عامل Deos برای اولین بار در اواخر دهه 1990 با هدف میزبانی از نرم‌افزارهای اویونیک طراحی شد. این سیستم‌عامل که مطابق استانداردهای نرم‌افزاری DO-178 توسعه یافته است، می‌تواند برنامه‌های اویونیک تا سطح تضمین طراحی DAL A را اجرا کند. قابلیت ماژولار بودن سیستم‌عامل نیز باعث می‌شود طراحان بتوانند به راحتی برنامه‌های توسعه یافته را در پروژه‌های دیگر مورد استفاده قرار داده و فرایند صدور گرواهینامه‌ها نیز کاهش یابد. بنابراین هانی‌ول به راحتی می‌تواند کابین Anthem را به تغییرات اندک برای پلتفرم‌های مختلف آماده کند.

شرکت هانی‌ول در طراحی کابین Anthem روی افزایش بهره‌وری پردازش‌ها و استفاده بهینه از سخت‌افزار متمرکز بوده است. این رویکرد باعث کاهش قابل ملاحظه تجهیزات سخت‌افزاری شده است، به گونه‌ای که از لحاظ حجم و وزن، این کابین نسبت به سایر نمونه‌های شرکت هانی‌ول 50 درصد صرفه‌جویی داشته است.

کابین شیشه‌ای

در حالت معمول طرح کابین Anthem شامل 2 الی 4 نمایشگر تمام لمسی با رزولوشن 2k است که در ابعاد متفاوت برای جاسازی در هواگردهای مختلف موجود خواهد بود. همچنین یک نمایشگر لمسی جایگزین نمایشگر چندمنظوره سنتی روی pedestal خواهد شد که فرایند تعامل خلبان با سیستم‌های مدیریت پرواز را تسهیل می‌کند. طبق اعلام نماینده شرکت هانی‌ول، به منظور زیباسازی و استفاده بیشتر از فضا، نمایشگرها دارای حداقل حاشیه غیرفعال خواهند بود.

یکی دیگر از ویژگی‌های سخت‌افزاری Anthem، ماژولار بودن بخش پردازشی آن است. هانی‌ول سعی کرده با توزیع منابع پردازشی در سطح سیستم، علاوه بر بی‌نیازی از تجهیزات خنک کننده حجیم، لزوم رزرو یک بخش از هواپیما برای نصب کابینت اویونیک را نادیده بگیرد. همچنین این رویکرد باعث می‌شود نصب سیستم روی پلتفرم‌های مختلف آسان‌تر و سریع‌تر انجام شود.

آزمایش کابین

شرکت هانی‌ول به منظور آزمایش کابین Anthem از یک هواپیمای پیلاتوس PC-12 استفاده کرده است. کابین در یک سمت هواپیما (کمک خلبان) نصب و راه‌اندازی شده‌ و تاکنون بیش از 100 ساعت پرواز آزمایشی توسط آن انجام شده است.

نصب کابین Anthem در سمت کمک خلبان هواپیمای PC-12 به منظور آزمایش‌ سیستم

چرا Anthem برای تاکسی‌های هوایی یک گزینه مناسب است؟

همانطور که پیش از این اشاره شد قرار است کابین یکپارچه شرکت هانی‌ول در دو پروژه بزرگ تاکسی هوایی یعنی VA-1X شرکت ایرواسپیس و لیتیوم جت شرکت لیتیوم مورد استفاده قرار گیرد. دلیل این انتخاب را می‌توان از جنبه‌های مختلف بررسی کرد.

  • سبک و کوچک: با توجه به رویکرد هانی‌ول در استفاده از معماری توزیع شده در پردازش‌ها و استفاده از سخت‌افزار مشترک برای توابع مختلف، حجم سیستم‌های کابین کاهش چشمگیری داشته است. همچنین تلفیق گسترده سیستم‌ها و نرم‌افزاری شدن برنامه‌های اویونیک تعداد ارتباطات بین سیستمی و در نتیجه حجم کابل و سیم‌ها را کاهش داده است.
  • یک کابین برای همه پلتفرم‌ها: معماری ماژولار و امکان استفاده از انواع مختلف نمایشگرها باعث می‌شود کابین Anthem گزینه مناسبی برای طیف وسیعی از پلتفرم‌ها (از تاکسی‌های هوایی کوچک گرفته تا هواپیماهای مسافری 20 نفره) باشد. سخت‌افزارها می‌توانند متناسب با حجم پردازش و ارتباطات مورد نیاز، کم یا زیاد شوند.
  • رابط کاربری قدرتمند، اما ساده: با توجه به اینکه ممکن است کاربران و خلبانان تاکسی‌های هوایی سطح آشنایی کمتری با پیچیدگی‌های قوانین هوانوردی داشته باشند، هانی‌ول رابط کاربری Anthem را به گونه‌ای طراحی کرده است که کاربر حس استفاده از تبلت یا گوشی هوشمند خود را داشته باشد.

  • آماده‌سازی سریع هواپیما: همانطور که اشاره شد ارتباط ابری Anthem به خلبان یا دارندگان هواپیما این اجازه را می‌دهد که از راه‌دور و حتی زمانی که هواپیما خاموش است به سیستم‌های اویونیک و بخصوص مدیریت پرواز هواپیما دسترسی داشته و برنامه‌ پرواز خود را روی آن برنامه‌ریزی کنند. در مورد تاکسی‌های هوایی که معمولا نیاز است آماده‌سازی هواپیما برای پرواز در کمترین زمان ممکن انجام شود، این ویژگی یک مزیت کلیدی محسوب می‌شود.
  • تعمیرونگهداری ساده‌: ارتباط ابری Anthem بخش‌های مختلف موتور، سیستم‌های الکتریکی و اویونیک هواپیما را به یک نرم‌افزار پیشرفته نظارت بر سلامت متصل می‌کند و اطلاعات بصورت بلادرنگ و حتی حین پرواز پردازش می‌شوند. سیستم قادر خواهد بود خرابی‌های بالقوه را تشخیص داده و قبل از بروز آن‌ها، دارندگان هواپیما را آگاه کند. همچنین این اطلاعات می‌تواند از طریق ارتباط ابری در اختیار شرکت‌های سازنده قطعات قرار گرفته و از آن برای تحلیل عملکرد استفاده شود. نرم‌افزاری بودن توابع اویونیک و ماژولار بودن سخت‌افزار نیز در کنار کاهش خرابی‌ها، امکان تعمیر و جابجایی سریع قطعات معیوب را فراهم می‌کند.
  • پرواز خودکار: یکی از اهداف اصلی سازندگان تاکسی‌های هوایی ایجاد امکان پرواز کاملا خودکار از مبدا تا مقصد است. نرم‌افزار Anthem این امکان را فراهم خواهد کرد که هواپیما با استفاده از حسگر‌های مختلف نصب شده روی خود و اطلاعات دریافتی از سرورهای ابری همچون دوربین‌های فرودگاهی یا نقشه‌های سه‌بعدی شهری، بتواند این هدف را برآورده کند.

تاکسی هوایی شرکت ورتیکال ایرواسپیس

شرکت انگلیسی ورتیکال ایرواسپیس از سال 2016 بطور رسمی فعالیت خود را با هدف تولید یک پلتفرم عمود پرواز و تمام الکتریکی آغاز کرد. این پلتفرم که  VA-X4 نام دارد ظرفیت حمل یک خلبان و 4 مسافر (450 کیلوگرم) را خواهد داشت. هشت موتور الکتریکی ملخی نیروی محرکه لازم جهت برخاست و حرکت افقی هواپیما را تامین می‌کنند. چهار عدد از این موتورها با قابلیت کج شدن (tilt) در لبه جلویی بال قرار دارند و چهار موتور دیگر ثابت بوده و روی لبه پشتی بال نصب می‌شوند.

تاکسی هوایی ورتیکال ایرواسپیس قادر خواهد بود با سرعت 240 کیلومتر بر ساعت در برد عملیاتی 160 کیلومتر پرواز کند. با وجود استفاده از انرژی الکتریکی، پلتفرم هیچگونه آلودگی کربن تولید نخواهد کرد و این باعث می‌شود تا برای پرواز در محیط‌های شهری یک گزینه‌ ایده‌آل محصوب شود. علاوه بر این، ساختار موتورها، بال و ملخ به گونه‌ای است که در مقایسه با هلیکوپترهای هم اندازه، این پلتفرم تا 100 برابر آلودگی صوتی کمتری خواهد داشت.

طبق اعلام شرکت ورتیکال ایرواسپیس، هانی‌ول علاوه بر اویونیک و کابین یکپارچه، تامین‌کننده سیستم کنترل پرواز مبتنی بر فناوری پرواز با سیم (FBW[2]) نیز خواهد بود. یکی از اهداف شرکت ایجاد قابلیت پرواز تمام خودکار است که مجموعه اویونیک هانی‌ول این هدف را محقق خواهد ساخت. بر اساس اعلام شرکت ورتیکال ایرواسپیس، عرضه رسمی تاکسی هوایی VA-X4 سال 2024 میلادی خواهد بود.

تاکسی هوایی شرکت لیتیوم

شاید بتوان پروژه لیتیوم را یکی از پیشتازان رقابت تاکسی هوایی معرفی کرد. شرکت آلمانی لیتیوم از سال 2015 به صورت یک استارت‌آپ کار خود را آغاز کرد و بلافاصله برنامه ساخت یک پلتفرم عمودپرواز به عنوان تاکسی هوایی را کلید زد. مدیر شرکت پیش از تاسیس آن بطور تخصصی روی پروژه ساخت هواگردهای عمود پرواز کار کرده بود که حاصل آن چهار نمونه آزمایشگاهی با نام‌های گلیتر، هگزا، دراگون و فالکن بود. سال 2017 او موفق شد یک پلتفرم عمودپرواز با ابعاد واقعی به نام ایگل را آزمایش کند. این پلتفرم دارای موتورهای الکتریکی و قابلیت حمل دو سرنشین بود. به دنبال این موفقیت، کارشناسان شرکت لیتیوم برنامه ساخت یک پلتفرم عمودپرواز تمام الکتریکی با قابلیت حمل 5 سرنشین را آغاز کردند.

سال 2019 اولین آزمایش پروازی لیتیوم انجام شد. آزمایش اولیه تنها محدود به نشست و برخاست پلتفرم به صورت عمودی بود، اما طی ماه‌های آینده حرکت افقی آن با زاویه 25 درجه نیز آزمایش شد. طی 100 ساعت پرواز آزمایشی، کارشناسان شرکت موفق به شناسایی و رفع عیب در بخش‌های مختلف هواپیما از جمله سیستم کنترل پرواز شدند. در طی این آزمایش‌ها انواع مختلفی از تست‌‌های ایمنی از جمله بروز خطا در سیستم‌های موتور، فلپ‌ها و توزیع انرژی انجام شد. هر چند نمونه اولیه لیتیوم در سال 2020 هنگام تعمیر و نگهداری بر اثر آتش‌سوزی بطور کامل نابود شد، اما مهندسان شرکت پا را فراتر گذاشته و با افزایش ابعاد لیتیوم، ظرفیت حمل سرنشین را تا 7 نفر (6 مسافر و یک خلبان) افزایش دادند.

بر اساس برنامه، نمونه اولیه نسخه جدید لیتیوم قرار است در سال 2022 پرواز آزمایشی خود را انجام دهد و معرفی رسمی آن در سال 2024 خواهد بود.  نیروی محرکه این هواگرد توسط 36 موتور الکتریکی (12 موتور روی بال‌های جلو و 24 موتور روی بال‌های عقب) تامین می‌شود و عملکرد آن‌ها به گونه‌ای از یکدیگر ایزوله شده است که در صورت بروز خطا یا خرابی در یکی، امکان گسترش آن به دیگر موتورها وجود نخواهد داشت.

لیتیوم دارای قابلیت پرواز با سرعت 300 کیلومتر بر ساعت در برد عملیاتی 300 کیلومتری است که از این لحاظ در میان رقبای خود پیشتاز است. البته مدیران شرکت تاکید کرده‌اند این نهایت سرعت و برد لیتیوم نخواهد بود و در نسخه‌های بعدی با تغییر فناوری‌های ذخیره‌ انرژی در باتری، به رکوردهای بسیار بالاتری دست خواهند یافت.

اختصارات:

[1]Secure Cockpit Browser

[2] Fly by Wire

مراجع:

اگر مطلب برای شما مفید بود آن را در شبکه‌های اجتماعی به اشتراک بگذارید. بسترهای خود را انتخاب کنید!

سایر مقالات علمی و محتوای آموزشی پژوهشکده اویونیک