Кибернетическая картина мира

Технической основой для введения внешнего управления является наличие бортовых вычислительных систем, которые уже сейчас выполняют большой объем работ по управлению ТС. Авиационные вычислительные системы решают сложные навигационные задачи, задачи контроля, диагностики и управления всего самолетного оборудования, связи и т. д. В прил. 1 приведены материалы по развитию бортовых вычислительных систем на основе опыта ОКБ «Электроавтоматика». Корабельные вычислительные системы тоже решают множество задач и позволили значительно сократить количество обслуживающего персонала на борту судна за счет автоматизации.

Новые поколения автомобилей тоже снабжены вычислительными системами, которые помогают экономить горючее и повышают безопасность движения. Но внедрение внешнего управления является сложной проблемой, для решения которой нужно решить много задач как технических, так и психологических, и юридических.

Следует заметить, что развитие ТС идет очень быстрыми темпами, транспортные системы наносят большой экологический ущерб планете, в транспортных авариях гибнет много людей, и становится очевидной необходимость пересмотра всей концепции развития ТС и ее объединения с концепцией безопасности. Все ТС должны иметь возможность внешнего управления, что позволит не только повысить безопасность, но и облегчить решение проблем заторов на дорогах и перевозок.

Для того чтобы решить эти проблемы необходимо иметь компьютерную модель всего транспортного пространства, населенную представителями всех ТС – агентами, которые бы полностью отражали местоположение ТС, их характеристики, цели и возможности и т. д., т. е. должен быть построен многопользовательский виртуальный мир. Задача эта непростая, но в наше время достижимая, она может решаться поэтапно, по отдельным регионам, с тем чтобы в будущем охватить всю планету. С помощью многопользовательского виртуального мира можно было бы проигрывать различные варианты решения транспортных задач и выбирать оптимальные, исходя из сложившейся ситуации.

В системе поддержки управленческих (рис. 1.6) решений могут моделироваться сложные ситуации реального транспортного мира в ускоренном режиме в виртуальном транспортном мире и выбираться наилучшие решения [33].

51

БЙЛМ¹ДХЖФВ ЛЙ¹ЖКИЗЙЛЖФВ ЕБЙ ЕЖЗ¼З¹¼¾ЖЛЖ¹Ш КБКЛ¾Е¹

©¾¹ДХЖФВ ЛЙ¹ЖКИЗЙЛЖФВ ЕБЙ

Рис. 1.6. Система поддержки управленческих решений при использовании многоагентной системы, где каждое ТС представлено своим агентом

Планируется участие в разработке ведущих научно-исследова- тельских, опытно-конструкторских и летно-испытательных организаций авиационной отрасли России, специализирующихся в проектировании, эксплуатации и испытаниях:

– тяжелых и легких, гражданских и боевых летательных аппаратов (ЛА);

– бортовых систем автоматического и штурвального управления ЛА;

– наземных систем управления полетами; – бортовых и наземных радиосвязных систем,

– и других, имеющих большой творческий потенциал, опыт и научно-технический задел в областях:

– проектирования, испытаний и эксплуатации ЛА; – проектирования и эксплуатации бортовой аппаратуры и про-

граммного обеспечения (ПО) для бортовых комплексов гражданских и военных ЛА;

– системной реализации свойств отказоустойчивости и отказобезопасности комплексов бортового оборудования как эргатических (человекомашинных) систем;

– разработки и эксплуатации стендов имитационного и полунатурного моделирования;

– аттестации ЛА, оборудования и ПО; – эксплуатации систем управления полетами.

В качестве примера успешного решения аналогичной задачи можно указать на беспилотный полет советского космического самолета «Буран».

52

Настоящая концепция является результатом предварительной проработки решения задачи защиты от использования террористами ЛА в качестве оружия массового поражения (разрушения) в Санкт-Петербургском государственном университете аэрокосмического приборостроения совместно с Санкт-Петербургским опытно-конструкторским бюро «Электроавтоматика» – одной из ведущих фирм авиационной отрасли в области интеграции бортового оборудования всех типов самолетов и вертолетов. На основе предложенной концепции может быть разработан ряд технических заданий для поэтапного выполнения работы, цель первого этапа – проведение экспериментального полета тяжелого пассажирского самолета в режиме внешнего управления.

Проблема должна решаться с привлечением ведущих зарубежных фирм и организаций. Борьба с международным терроризмом возможна лишь в масштабах всей планеты. При этом кроме технических проблем возникают чисто юридические проблемы, связанные с несовершенством как российского, так и международного законодательства. Разработка правовых вопросов внешнего управления осуществляется по двум уровням. На первом уровне производится разработка международного соглашения, где оговариваются следующие вопросы:

1) типы ЛА, оборудованных системами внешнего управления; 2) маршруты полетов, на которые не допускаются ЛА, не обору-

дованные системами внешнего управления; 3) порядок допуска к эксплуатации аппаратов с внешним управ-

лением; 4) международная и национальная системы инспектирования и

проверки положений соглашения; 5) ответственность эксплуатанта, допустившего нарушение кон-

кретного положения соглашения. Второй уровень – национальное законодательство. Необходимо проанализировать проекты нормативных актов, в которых определяется правовое положение национальных наземных служб внешнего управления, их полномочия, права, обязанности и ответственность, пределы вмешательства в управление ТС через многоагентную систему, правовые основы взаимодействия служб внешнего управления, находящихся на прилегающих территориях как в пределах одного государства, так и на территориях разных государств, механизмы реализации международных обязательств.

53

Концепция бортового комплекса внешнего управления воздушным судном в экстремальных ситуациях

Обстоятельства, при которых стало возможным применение воздушных судов (ВС) в качестве орудия совершения крупных террористических актов в США 11 сентября 2001 года, указывают на целесообразность безотлагательной разработки специальных технических средств обеспечения безопасности ВС и его пассажиров и предотвращения террористических актов, при которых управление ВС переходит к злоумышленникам. Одним и вариантов технической реализации может стать бортовой комплекс внешнего управления (БКВУ) воздушным судном.

Настоящая концепция КВУ воздушным судном в экстремальных ситуациях предусматривает взаимодействие БКВУ и наземного центра внешнего управления (НЦВУ) в составе службы управления воздушным движением и включает в себя функциональные блоки, рассматриваемые далее.

Блок выявления экстремальной ситуации на борту ВС. К экс-

тремальным ситуациям на борту ВС в данной концепции рассматриваются случаи:

– террористических актов, при которых управление ВС переходит к злоумышленникам от летного экипажа, члены которого утратили работоспособность вследствие ранения, смерти в результате атаки террористов, или экипаж вынужденно подчиняется террористам при совершении ими террористического акта;

– преднамеренного значительного отклонения ВС от предписанного службой движения маршрута и профиля полета и угрожающего столкновением с крупным или особо важным объектом на земле;

– утраты экипажем работоспособности в силу других причин, например внезапной болезни, отравления или внезапной разгерметизации отсеков ВС в полете на большой высоте и невозможности воспользоваться индивидуальными кислородными приборами.

В качестве признаков экстремальных ситуаций, относящихся к данной концепции, могут рассматриваться:

а) нажатие каким-либо членом летного экипажа «тревожной кнопки» с автоматической передачей самолетным ответчиком СО системы вторичной радиолокации в службе управления воздушным движением кодированного сообщения о бедствии и необходимости перехода на режим внешнего управления;

54

б) автоматическое определение в вычислительной системе самолетовождения чрезмерного, нелогичного текущего отклонения от линии заданного пути и профиля полета и направления ВС в сторону крупных и важных наземных объектов – вероятных целей воздушных террористов. Координаты потенциальных целей сведены в специальные реестры и введены в память ВС или специального дополнительного вычислителя;

в) автоматическое определение неработоспособного состояния членов экипажа по таким признакам, как:

– ослабление или отсутствие усилия обжатия кистями рук органов штурвального управления (штурвал или ручка управления самолетом, рукоятки управления двигателями) одновременно обоими летчиками в режиме ручного (штурвального) пилотирования ВС;

– нарушение ритма дыхания при потере сознания; – нарушение или остановка пульса артериального давления обо-

их летчиков и др.; г) нарушение логики работы экипажа (или террористов) с борто-

вым оборудованием; д) автоматическое распознавание речевых сообщений экипажа

иприказов террористов путем сравнения с библиотекой паролей из лексикона летного экипажа и библиотекой речевых угроз и словесных команд террористов.

Во всех указанных случаях распознавание признаков и формулирование вывода о наличии критической ситуации на борту ВС должно сопровождаться подключением к бортовому комплексу связи бортовых акустических, визуальных и параметрических средств и информационных каналов объективного контроля в целях передачи информации с борта ВС службе управления воздушным движением. При этом к комплексу связи подключаются акустические и телевизионные датчики объективного контроля, размещенные в кабине экипажа, на подходах к нему, в пассажирских

игрузовых салонах и грузовых отсеках, а также самолетное переговорное устройство.

Передача информации от перечисленных источников может осуществляться не в реальном времени, а с временным разделением сеансов передачи уплотненных массивов данных, в том числе от бортовых устройств регистрации акустической, визуальной и параметрической информации. В реальном масштабе времени, возможно, по специальному каналу связи могут передаваться параметры

55

движения ВС и работы силовой установки, сигналы ограничительной сигнализации, необходимые для внешнего управления кодовые слова обмена информацией.

В качестве бортовых средств связи могут быть использованы командные радиостанции КВ- и УКВ-диапазонов, система автоматического обмена данными, самолетный ответчик вторичной радиолокации в режиме S, а также специальный дополнительный радиотелеметрический канал и перспективная низкоорбитальная спутниковая система связи, аппаратура зависимого наблюдения.

Блок принятия решения по введению внешнего управления ВС

может располагаться как на борту ВС, так и на рабочем месте диспетчера службы управления воздушным движением и оператора НЦВУ. В первом случае решение о переходе на режим внешнего управления принимает экипаж, и оно автоматически передается на рабочее место диспетчера НЦВУ. Во втором случае на рабочих местах авиадиспетсчера и оператора внешнего управления анализируется принятая с борта ВС оперативная информация от средств объективного контроля, и решение принимает служба движения после установленных специальных процедур и попыток радиосвязи с экипажем терпящего бедствие ВС.

Блок отключения органов управления полетом и бортовым оборудованием в кабине экипажа и перехода на автоматическое управление полетом принципиально может быть реализован путем перехода на дополнительное.

Бортовой комплекс автоматического управления полетом должен обеспечивать полет ВС по запрограммированному маршруту или по маршруту, переданному из центра внешнего управления (в составе службы управления воздушным движением) в бортовую ВСС, для скорейшего выхода ВС к аэродрому посадки с учетом стандартных правил выполнения полетов. При этом ВСС выполняет стандартные программы вычислений в режимах горизонтальной и вертикальной навигации, используя измерительную информацию от штатных информационно-измерительных и радиотехнических систем и датчиков. В ВСС в соответствии со штатным программноматематическим обеспечением формируются команды управления траекторным движением для вычислительной системы управления полетом (ВСУП) и управления приборной скоростью (или числом М полета) для вычислительной системы управления тягой (ВСУТ) или ВСУП.

56

От бортового комплекса связи ВСС принимает командную информацию по оперативному изменению программы полета, а при необходимости – и по новым радионавигационным точкам, и другой аэронавигационной информации, и по переключению режимов работы ВСС и ВСУП. Таким образом, комплекс связи в предлагаемом БКВУ будет играть роль виртуальных пультов управления и индикации (ПУИ ВСС), комплексного пульта радиотехнических средств (КП РТС), пульта управления ВСУП (ПУ ВСУП).

Впроцессе автоматического полета бортовые системы предупреждения о критических режимах полета, система предупреждения о приближении земли, система предупреждения столкновений в воздухе, система сигнализации и локализации отказов, комплексная информационная система сигнализации работают в штатных режимах. Их сигнализации и команды управления в ВСС, ВСУП, ВСУТ передаются на НЦВУ.

Вкачестве дополнительного навигационного датчика для многорежимный радиоприемник посадки (БМРП) как базовая рассматривается бортовой навигационная система независимого и точного определения местоположения ВС и посадки в автоматическом режиме.

Дополнительным радионавигационным средством может стать также комплекс автоматических средств наблюдения и предотвращения конфликтных ситуаций в воздушном пространстве – отечественная бортовая система автоматического зависимого наблюдения – вещательного (АЗН-В). Система АЗН-В должна осуществлять периодическую (до одного сообщения в секунду) передачу по линиям связи радиовещательного типа без предварительного установления контакта таких параметров как координаты, опознавательный индекс ВС и т. д. для использования любым заинтересованным в этой информации бортовым и наземным пользователем.

Данная концепция отвечает идеям Глобального аэронавигационного плана. Концепция Free flight (CNS/ATM) требует использования четырех базовых комплексов бортового радиоэлектронного оборудования:

1) комплекса средств обмена данными между участниками воздушного движения о текущем местоположении и направлении движения каждого ЛА;

2) навигационной системы независимого и точного определения местоположения ВС и посадки в автоматическом режиме;

57

3) комплекса автоматических средств наблюдения и предотвращения конфликтных ситуаций в воздушном пространстве;

4) системы электронной индикации и отображения информации в кабине, обеспечивающей экипаж информацией о параметрах полета и состоянии систем в ясной, логичной и недвусмысленной форме.

Очевидно, предлагаемая концепция внешнего управления ВС в экстремальных ситуациях, как дополнительный комплекс, может взаимодействовать с перспективным бортовым и наземным оборудованием по концепции Free flight. Программные и аппаратные средства, которые могут быть созданы согласно концепции внешнего управления, дополнят комплекс автоматических средств наблюдения и предотвращения конфликтных ситуаций в воздушном пространстве, обеспечат отображение дополнительной информации на рабочем месте диспетчера управления воздушным движением и оператора с внешнего управления. Кроме того, будет обеспечено изменение программ полета по радиотелеметрической линии «земля – борт».

Блок НЦВУ (в составе диспетчерского пункта управления воздушным движением), где должны вырабатываться сигналы внешнего управления, передаваемые на борт ВС, оборудуется комплексом связи. Рабочее место оператора внешнего управления связано с рабочими местами всех диспетчеров управления воздушным движением, в зонах ответственности которых может находиться терпящее бедствие ВС при внешнем управлении.

Рабочее место оператора внешнего управления оборудуется комплексом средств отображения параметрической и визуальной информации, наземными дубликатами ПУИ ВСС, КП РТС, ПУ ВСУП и другими необходимыми пультами управления, имеющими физическую или виртуальную техническую реализацию.

Оператор внешнего управления в экстремальной ситуации управляет ВС через ВСС в соответствии с реальной воздушной обстановкой и метеорологическими условиями на маршруте следования ВС, координируя свои действия с диспетчерами службы движения, обеспечивающими скорейшее приземление ВС на одном из ближайших аэродромов, специально оборудованных дополнительными радионавигационными системами посадки, обеспечивающими автоматическое приземление ВС.

Вместе с оператором внешнего управления может дежурить представитель службы безопасности на воздушном транспорте, осу-

58

ществляющий визуальный и акустический контроль и электронное документирование действий террористов в целях дальнейшего расследования, а также дистанционную нейтрализацию террористов путем применение спецсредств.

Блок включения данных о терпящем бедствие ВС в многопользовательский «виртуальный мир» в целях обеспечения безопасного управления воздушным движением представляет собой про-

граммный модуль, который используется в многопроцессорной вычислительной системе АСУ воздушным движением.

Блок управления автоматической посадкой самолета в режи-

ме внешнего управления включает в себя комплекс аппаратных и программных средств обеспечения автоматической посадки на аэродроме, оборудованном комплексом радиотехнических средств. Разрабатываемое в России, США, Франции радионавигационное оборудование навигации и посадки использует три стандарта: ILS, MLS и GNSS, рекомендованные ICAO для использования в гражданской авиации. Указанные системы могут использоваться на равных правах. Система ILS была принята в 1950-х гг. и не обеспечивает автоматической посадки. Система MLS принята в 1985 г. и обеспечит автоматическую посадку ВС в перспективе, по мере оборудования аэропортов и совершенствования комплексов бортового оборудования. Глобальная навигационная спутниковая система GNSS в качестве базовой для обеспечения автоматического захода на посадку была одобрена Советом ICAO как стандартная в январе 2001 г. (Поправка 76 к тому 1 Приложения 10 к Конвенции

ICAO).

Рассмотренные функциональные блоки в технической реализации могут представлять собой как самостоятельные технические средства, так и модифицированное ПО штатных бортовых вычислительных систем. Рассмотрим кратко возможные технические решения, которые позволят реализовать концепцию внешнего управления, имея в виду, что внешнее управление сводится:

– к участию человека-оператора НЦВУ в изменении запрограммированного в бортовой ВСС маршрута, профиля и скорости полета;

– к управлению скоростью полета через ВСУТ или через продольный канал ВСУП;

– к введению в действие систем вспомогательного управления шасси и механизацией крыла в соответствии с руководством по летной эксплуатации данного типа ВС;

59

– к передаче (при необходимости) на борт ВС параметров работы наземных радиомаяков радионавигационных систем, если они отсутствуют в памяти бортового комплекса;

– к оперативному изменению траектории движения ВС и его угловой ориентации в случаях, когда в целях безопасности полетов

ипри отказе средств автоматической выработки решений для предотвращения столкновений с другими ВС, столкновений с землей

иназемными препятствиями, при выходе на критические режимы полета;

– к оперативной нейтрализации террористов, проникших в кабину экипажа ВС, путем применения бортового комплекса спецсредств.

Как отмечалось выше, ряд фирм ведут разработку многорежимного бортового приемника (MMR). В России такой приемник, разрабатываемый под индексом БМРП, обеспечивает возможность посадки по маякам ILS, MLS и GNSS, формируя в режиме полета по спутниковой навигационной системе сигналы отклонения от заданной траектории посадки ВС в ILS-подобном формате. Точность определения координат ВС существенно возрастает за счет применения дифференциального режима, в котором используются дифференциальные данные при одновременной работе аппаратуры на борту ВС с космической группировкой навигационных искусственных спутников Земли и с сигналами расположенного на территории аэродрома стационарного радиомаяка, формирующего дифференциальные данные.

Таким образом, российская промышленность разрабатывает высокоточные и надежные технические средства обеспечения автоматической посадки ВС, которые делают возможным внешнее управление автоматическим самолетовождением, в том числе полетом по штатному или оперативно измененному маршруту в верхнем и нижнем воздушном пространстве, в зонах подхода, круга, посадки,

иавтоматический заход воздушных судов на посадку в экстремальной ситуации при отключенных бортовых средствах управления, размещенных в кабине экипажа ВС или в его технических отсеках.

Всовременном мире угрозы терроризма будут возрастать, что заставит перейти на использование самолетов с внешним управлением. В США готовится законодательный акт, по которому в Америку будут допускаться только самолеты, для которых предусмотрено внешнее управление. Если до недавнего времени приоритетными были требования по экологии, уровню шума и т. д., то сейчас на

60