افرادی که در بخش‌های مختلف صنعت هوافضای جهانی کار می‌کنند، اهمیت روزآمد کردن فناوری‌ها، روش‌ها و مفاهیم جدید را به خوبی می‌دانند. این بروزرسانی‌ها معمولا با هدف بهبود ایمنی، کاهش آلودگی و افزایش ظرفیت ترافیک‌ هوایی صورت می‌گیرند. در زیر لیستی از ۱۰ فناوری مختلف اویونیکی و مفاهیمی که در حال حاضر مورد تحقیق قرار گرفته، گردآوری شده است.

• ADS-B مبتنی بر فضا برای کاهش فاصله تفکیک در اقیانوس‌ها

از چند سال گذشته اداره هوانوردی فدرال در حال توسعه یک راهکار تجاری است تا بتواند مقررات تفکیک (جداسازی) هواپیماهایی که در حریم هوایی اقیانوس‌ها تحت کنترل ایالات متحده پرواز می‌کنند را کاهش دهد. این اداره گروهی را برای انجام تحقیقات برای انتخاب بهترین راهکارهای قابل اجرا تشکیل داد. در نهایت این گروه پس از بررسی‌ روش‌های مختلف، سامانه ADS-B مبتنی بر فضا (فضایی) را برای حریم هوایی اقیانوسی معرفی کردند.

دو فناوری نظارتی ویژه توسط گروه کارشناسی مذکور برای بهبود جریان ترافیک هوایی اقیانوسی شامل فناوری‌های ADS-B مبتنی بر فضا و ADS-C در نظر گرفته شده است. سامانه ADS-C یک روش نظارتی است که مشابه با سامانه ADS-B از سیستم‌های نصب شده موجود در هواپیما استفاده می‌کند تا به صورت خودکار اطلاعاتی مانند موقعیت، ارتفاع، سرعت، شناسه و داده‌های هواشناسی را در قالب گزارشی به واحد خدمات ترافیک هوایی یا سیستم زمینی مرکز عملیاتی خطوط هوایی برای نظارت بر انطباق مسیر ارسال کند. بر خلاف سامانه ADS-B، در این روش هواپیما اطلاعات را به صورت سراسری منتشر نمی‌کند و ارسال اطلاعات در قالب یک گزارش خاص برای ایستگاه درخواست‌دهنده زمینی انجام می‌شود.

کارشناسان این گروه به این نتیجه رسیدند که معرفی فناوری ADS-B مبتنی بر فضا در حریم هوایی اقیانوسی می‌تواند حداقل فاصله تفکیک‌پذیری را به 15nm کاهش دهد. به منظور دستیابی به این سطح از کاهش تفکیک‌پذیری، کارشناسان مشخص کردند که ADS-B مبتنی بر فضا باید با سیستم ناوبری هوایی آینده (FANS)، دیتا لینک خلبان– کنترلر، ADS-C و قابلیت‌های سطح 4 عملکرد ناوبری مورد نیاز (RNP4) همراه باشد.

در فناوری ADS-B مبتنی بر فضا، از ماهواره‌ها برای انتقال اطلاعات منتشر شده توسط هواپیماها استفاده می‌شود. با توجه به محدودیت‌ دید مستقیم فرستنده و گیرنده در سیستم ADS-B، سیگنال‌ ارسالی از هواپیما ممکن است در مناطقی از کره زمین (به خصوص اقیانوس‌ها و نواحی کوهستانی) در دسترس گیرنده‌های زمینی نباشد. بنابراین استفاده از ماهواره‌ها برای جمع‌آوری این اطلاعات و انتقال آن به ایستگاه‌های زمینی راهکاری مناسب برای حل این چالش است.

طرح شرکت Aireon برای استفاده از 66 ماهواره در سیستم ADS-B مبتنی بر فضا به منظور پوشش دهی سراسر کره زمین

• هواپیمای الکتریکی

آقای ارمنکو مدیر حمل‌ونقل هوایی ایرباس در اواخر ماه ژوئن ۲۰۱۷، یک سخنرانی مبنی بر اینکه چطور راه‌اندازی فناوری هواپیمای هیبریدی الکتریکی می‌تواند یک مفهوم بلند پروازانه در آینده هوانوردی تجاری باشد، ارائه کرد. او ضمن اشاره به عقب ماندگی بخش‌های مختلف صنعت هوایی از ورود فناوری‌های نوین به دلیل وجود سطوح مختلفی از گواهینامه‌ها و مجوزها، اظهار کرد که ایرباس قصد رهایی از این محدودیت‌ها را داشته و می‌خواهد فناوری‌های مختلفی را به این صنعت وارد کند.

بخش عمده‌ای از تحقیقات و توسعه‌ها در مورد هواپیماهای الکتریکی ایرباس در مرکزی تحت عنوان E-Aircraft در مونیخ آلمان صورت گرفته است. شرکت زیمنس از مهم‌ترین همکاران ایرباس در این پروژه محسوب می‌شود که وظیفه ساخت موتورهای الکتریکی با بازدهی بالا را دارد. این شرکت اخیرا توانسته است یک موتور الکتریکی قدرتمند را تولید کند که با وزن 50 کیلوگرم، می‌تواند توان خروجی 260 کیلو وات را ارائه دهد. ارمنکو در این رابطه می‌گوید: «تا چند سال قبل توان خروجی موتورهایی با وزن 50 کیلوگرم حدود چند ده کیلو وات بود، اما امروز ما به توان چند صد کیلو وات رسیده‌ایم و من پیش‌بینی می‌کنم این عدد در آینده‌ای نزدیک به 2 مگا وات برسد.» او در ادامه سخنرانی خود گفت: «هدف نهایی ما ساخت یک هواپیمای هیبریدی الکتریکی در سطح خانواده ایرباس A320 است. این هدف نیازمند دستیابی به موتورهایی با توان خروجی 40 مگا وات است.»

لازم به ذکر است یکی از اهداف اصلی ایرباس برای توسعه هواپیماهای الکتریکی، کاهش آلودگی زیست محیطی و نویزهای صوتی است.

طرح ایرباس برای یک هواپیمای الکتریکی با نام E-Fan X که پیش‌بینی می‌شود تا سال 2020 اولین پرواز خود را انجام دهد.

• تاکسی خودران

در نمایشگاه پاریس 2017، معاون توسعه شرکت بوئینگ برخی از مفاهیم هواپیماهای تجاری آینده را که در حال حاضر مورد تحقیق است، ارائه کرد. یکی از این مفاهیم استفاده از سیستم تاکسی خودران هوایی بود. این وسایل نقلیه از موتورهای الکتریکی بهره‌ می‌برند که توان پرواز و فرود پرنده را به صورت عمودی فراهم می‌کنند. چنین پرنده‌ای باید بداند در کجا قرار دارد و چه چیزهایی در محیط اطرافش است. دستیابی به این اطلاعات نیازمند حجم زیادی از ترکیب داده‌های حسگرها است. در این مفهوم محققان به دنبال ترکیب داده‌های حسگرهای تصویری با اطلاعات موجود در هواپیما، داده‌های ADS-B و سیستم جلوگیری از برخورد ترافیک هوایی (TCAS) به عنوان راه‌حل‌های موجود هستند. این تاکسی هوایی از هوش مصنوعی برای مسیریابی و شناسایی موانع استفاده می‌کند.

• نرم‌افزار سیستم‌های ماموریت باز (OMS)

سیستم‌های ماموریت باز مفهوم جدیدی است که می‌تواند تحول اساسی در اویونیک هواپیماهای نظامی ایجاد کند. این مفهوم زیر مجموعه‌ای از معماری سیستم‌های باز است که هدف آن کاهش هزینه‌های توسعه و چرخه حیات و در عین حال ارائه یک مسیر قابل قبول برای ارتقاء و گسترش قابلیت‌های سیستم است.

اخیرا شرکت لاکهید مارتین و آزمایشگاه تحقیقاتی نیروی هوایی اعلام کردند که پرواز آزمایشی یک هواپیمای F-16 در طول یک عملیات هوا به زمین با موفقیت انجام شده است. آزمایش آن‌ها بر اساس نرم‌افزار سیستم‌های ماموریت باز انجام شد. به عبارتی دیگر این گروه در حال ارزیابی استفاده از نرم‌افزار سیستم‌های ماموریت باز در آینده هستند تا سریعا قابلیت‌های مستقل بیشتری روی هواپیماهای نظامی ایجاد کنند.

• مجموعه پروتکل‌ اینترنت

در حال حاضر کمیته مهندسان الکترونیک هوایی از طریق مجموعه پروتکل اینترنت

[۱] (IPS) در حال توسعه طرحی برای استفاده از یک زیرساخت شبکه جدید برای ارتباطات سرویس‌های ایمنی هوانوردی در آینده است. در واقع IPS به منظور بهبود عملکرد ارتباطی داده‌های هوا به زمین نسبت به سیستم‌های قدیمی گزارش‌دهی و ارتباطات هواپیما (ACARS) طراحی خواهد شد.

 

این مجموعه از پروتکل‌ها در صنعت هوانوردی برای برنامه‌های کاربردی ایمنی در سرویس‌های ترافیک هوایی و مخابرات عملیاتی هوانوردی (AOC) در نظر گرفته می‌شود. شبکه IPS سیستم‌های موجود در بخش هوا به زمین را به طور جداگانه روی یک شبکه داخلی به هم متصل می‌کند. این شبکه شامل یک گروه از شبکه‌های کوچک‌تر به هم پیوسته است که از مجموعه پروتکل‌های IPv6 استفاده می‌کنند. ارتباطات بین سیستم‌های هوایی به زمینی، توسط ارائه دهندگان سرویس‌های مخابرات هوایی مانند SATCOM یا AeroMACS انجام می‌شود. در نسخه شماره 23 مجله نحوه عملکرد فناوری IPS در صنعت هوایی شرح داده شد.

شمای کلی از معماری IPS در صنعت هوایی

• نسخه ۶ پروتکل اینترنت (IPv6)

در جلسه سالیانه کمیته مهندسان الکترونیک هوایی (AEEC) و کمیته تعمیر و نگهداری اویونیک (AMC) در 2017 در شهر میلواکی، فعالیت جدیدی را اتخاذ کردند و آن مسئولیت توسعه یک نقشه‌راه صنعتی برای استفاده از پروتکل اینترنت نسخه ۶ (IPv6) در ارتباطات داده‌ای هوا به زمین بود. پروتکل IPv6 جدیدترین نسخه پروتکل اینترنت (IP) است که ارتباط‌های اینترنتی بر پایه آن شکل می‌گیرد. این نسخه قرار است جای نسخه ۴ این پروتکل (IPv4) را که هم‌اکنون استفاده می‌شود بگیرد. پروتکل IPv4 از فضای آدرسی ۳۲ بیتی و IPv6 از فضای آدرس‌دهی ۱۲۸ بیتی استفاده می‌کند. از این‌رو با ایجاد آدرس‌های IP بیشتر، کاربران و دستگاه‌های بیشتری روی اینترنت ارتباط برقرار می‌کنند. نکته قابل توجه در این نقشه راه، تمرکز بر استفاده از محصولات تجاری رایج در بازار برای استفاده در زیرساخت‌های زمینی و سیستم‌های اویونیک هواپیما است. بنابراین اتخاذ یک رویکرد انتقال از معماری سیستم‌های اویونیک مبتنی بر IPv4 به سیستم‌های سازگار با IPv6 اهمیت زیادی دارد.

• اویونیک فراصوت

در آینده ای نه چندان دور شاید پروازهای بین کشورها با هواپیماهای فراصوت یک قدم به واقعیت نزدیک‌تر شود. ناسا به همراه شرکت لاکهید مارتین روی پروژه هواپیمای فراصوت کار می کنند که می تواند دیوار صوتی را در شرایطی که صدای ناشی از آن را نیز خفه شده، بشکند. کارشناسان دستیابی به  اهداف این پروژه را آغازی بر سفرهای هوایی کمتر از ۳ ساعت به هر نقطه از جهان می‌دانند.

فناوری جت فراصوت کم صدا (به اختصار QueSST) به این معنی است که هواپیمای فراصوتی قادر باشد موج‌های لرزشی خود را طوری به زمین برساند که به صورت ضربه نرم و سبک شنیده شود. از این‌رو برخی شرکت‌ها از جمله هانی‌ول تصمیم به ارائه فناوری‌های جدید برای کاهش صدای ناشی از هواپیماهای فراصوت گرفتند.

شرکت هانی‌ول با مشاهده اطلاعات بصری در مورد تاثیر انفجار صوتی (بمب صوتی) ناشی از پرواز هواپیمای فراتر از سرعت صوت، تصمیم به توسعه یک نرم‌افزار گرفت. این نرم‌افزار قادر به تشخیص موقعیت دقیق انفجار صوتی، و چگونگی تاثیر آن روی زمین است و اینکه چطور خلبان مشخصات پرواز را تغییر دهد تا تاثیر انفجار کاهش پیدا کند. اخیرا هانی‌ول با همکاری مرکز تحقیقات پرواز آرمسترانگ ناسا، فناوری جدید خود را آزمایش کرده است. در این آزمایش نرم‌افزار پیشگویانه در تلفیق با فناوری نمایشگر کابین خلبان Primus Epic (ساخت شرکت هانی‌ول) اطلاعات مربوط به زمان و مکان مناسب برای عبور از دیوار صوتی را در اختیار خلبان قرار می‌دهد. این تجهیزات روی یک هواپیمای جت فالکن 900 نصب شده است. نرم‌افزار پیشگویانه پارامترهای پرواز و موقعیت هواپیما را دریافت و نتایج بررسی خود را از طریق نمایشگرهای کابین ارائه می‌کند.

کارشناسان هانی‌ول بر این باورند که هواپیمای فراصوت طبق فناوری جدید می‌تواند با اطمینان زیر سطوح قابل قبول نویز باقی بماند.

هواپیمای مافوق صوت AS2، طراحی شده توسط شرکت Aerion که پیش‌بینی می‌شود در سال 2021 اولین پرواز خود را انجام دهد.

• تبدیل هواپیما به ماهواره‌های ارتباطی

شرکت شبکه بی‌سیم هوابردی (AWN) که در کالیفرنیا مستقر است، می‌خواهد یک شبکه بی‌سیم هوایی با پهنا و سرعت بالا توسط اتصال هواپیمای تجاری در پرواز ایجاد کند. در واقع در این طرح هواپیماهای تجاری در نقشی مشابه با ماهواره، یک شبکه مخابرات جهانی را ایجاد می‌کنند. در سال گذشته میلادی کمیته ارتباطات فدرال (FCC) یک مجوز عملیاتی تجربی برای توسعه سیستم ارتباطات هوا به هوا معرفی شده توسط شرکت AWN صادر کرد. تست‌های اولیه توسط AWN روی دو نوع هواپیمای آزمایشی بوئینگ انجام شد که طی آن یک داده از نوع Broadband بین هواپیماها و ایستگاه‌های زمینی منتقل شد. این اولین نوع اتصال هوا به هوا و هوا به زمین شبکه‌ای از نوع مش است. بنابراین این توانایی به یک فرصت مهم برای بهبود و ایجاد اتصال جهانی به منظور رفع محدودیت‌های فعلی تبدیل شده است.

طرح شبکه مخابرات جهانی مبتنی بر هواپیماهای تجاری

• حسگر عصبی

یکی از هیجان‌انگیزترین پروژه‌های تحقیقاتی آزمایشگاه پیشرفته فناوری‌های هانی‌ول، تحقیق در مورد استفاده از امواج مغزی انسان برای کنترل پرواز در کابین خلبان هواپیما است. در برنامه کنترل عصبی از الگوریتم‌هایی برای انطباق آنچه انسان برای کنترل هواپیما تفکر می‌کند، استفاده می‌شود. به عبارت ساده از امکانات آزمایشگاه یک نمایشگر رایانه است که به یک کلاه هدست حسگر عصبی متصل است. هدف این سیستم این است که خلبان تنها با استفاده از افکار خود هواپیما را کنترل کند. هدست به خلبان اجازه می‌دهد کنترل هواپیما را از طریق دنبال کردن الگوی چراغ های چشمک‌زن روی صفحه نمایشگر انجام دهد.

برای مثال زمانیکه خلبان تمایل به چرخاندن هواپیما به سمت راست است، باید روی الگوهای روشن‌شده سمت راست نمایشگر رایانه تمرکز کند. سپس هدست‌های عصبی از حسگرهای نوار مغزی برای اندازه‌گیری تغییرات در میلیاردها نرون که در مغز برای انتقال فرمان مورد نظر خلبان به منظور کنترل پرواز رخ می‌دهد، استفاده می‌کنند.

هر چند این پروژه هانی‌ول بیشتر شبیه به فیلم‌های علمی و تخیلی است، اما بیش از یک دهه از ایده فناوری عصبی برای استفاده در کاربردهای احتمالی داخل کابین خلبان می‌گذرد. در حقیقت تابستان 2015 شاهد مانور یک هواپیمای King Air بودیم که در آن خلبان توانست از طریق کنترل عصبی، به سیستم خلبان خودکار اصلاح شده این هواپیما فرمان بدهد.

معاون فناوری‌های پیشرفته هانی‌ول درباره این فناوری می‌گوید: «تحقیقات این تیم به توانمند کردن امواج مغزی خلبان برای پرواز هواپیما ختم نخواهد شد، زیرا مهم‌تر از آن درک چگونگی ارتباط خلبانان با سیستم‌های هواپیما است به طوریکه فناوری‌های آینده کابین خلبان به ویژه ابزارهای ناوبری بتوانند بصری‌تر و آسان‌تر استفاده شوند.»

استفاده از امواج مغزی انسان برای کنترل پرواز هواپیما در آزمایشگاه فناوری‌های پیشرفته هانی‌ول

• ربات خلبان

با پیشرفته‌تر شدن صنایع هوایی و فناوری‌های مورد استفاده در آن کار برای خلبانان بیشتر از گذشته سخت می‌شود و انجام تمرین فراوان از ملزومات کار در این حرفه خواهد بود. محققان شرکت آرورا اثبات کرده‌اند که یک ربات می‌تواند به صورت خودران و مستقل یک هواپیمای بوئینگ ۷۳۷ را در محیط شبیه‌ساز فرود آورد. آرورا یکی از شرکت‌های اصلی همکار آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی ایالات متحده (دارپا) است و در زمینه سیستم‌های خودکار کابین خلبان فعالیت دارد.

این سامانه که آلیاس (ALIAS) نام دارد می‌تواند به عنوان کمک خلبان در کنار خلبان اصلی قرار بگیرد تا از پیچیدگی‌های فرایند پرواز برای خلبان کاسته و کار را برای او ساده‌تر کند. سامانه آلیاس یک رابط کاربری نصب شده روی تبلت دارد که با استفاده از پردازش گفتار و یادگیری ماشین می‌تواند با کاربر ارتباط داشته باشد. همچنین امکان غیرفعال کردن آن به وسیله خلبان در شرایط خاص وجود دارد. این سامانه می‌تواند کارهای معمول را به دست بگیرد و تصمیمات مهم‌تر را برای خلبان باقی بگذارد تا تمرکز وی افزایش یابد. تست این سامانه در شبیه‌ساز هواپیمای بوئینگ 737 در ماساچوست آمریکا انجام شده است. در این شبیه‌سازی هدایت هواپیما از ارتفاع سه هزار پایی تا زمان فرود در اختیار ربات آلیاس بوده است.

جان ویسلر معاون اول سازمان آرورا در این رابطه می‌گوید: «سامانه آلیاس توانسته قابلیت‌های خود را در این تست اثبات کند. این سامانه می‌تواند حجم کار خلبانان را تا حد زیادی کاهش دهد و گامی بلند به سوی خودکار کردن بسیاری از وظایف خلبانان باشد.»

فناوری آلیاس شرکت آرورا در شبیه‌ساز پرواز B737

[۱] Internet Protocol Suite