НЕГАТИВНОЕ ВЛИЯНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ НА ПРОИЗВОДСТВО ПОЛЁТОВ

Введение

Автоматизированная система управления (сокращённо АСУ) – комплекс аппаратных и программных средств, предназначенный для управления различными процессами в рамках технологического процесса, производства, предприятия[1]. АСУ применяются в различных отраслях промышленности, энергетике, транспорте и т. п. Сфера авиации не стала исключением, где встроенный в самолёт автопилот является АСУ.

В соответствии с общепринятым представлением под автоматизированной системой понимается «человеко-машинная система, обеспечивающая автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления в любых сферах человеческой деятельности». В определении особо следует выделить понятие «человеко-машинная система». В автоматических системах функции человека сводятся к разработке, отладке и контролю работы системы.

Само же управление осуществляется без участия человека.

В автоматизированных системах наличие человека (коллектива людей) в контуре управления является принципиальным. Человек (коллектив людей) является главным определяющим звеном системы управления, поскольку он принимает решения и несет за них всю ответственность – в этом принципиальная разница между автоматическими и автоматизированными системами.

Таким образом, термин «автоматизированная», в отличие от термина «автоматическая», подчёркивает сохранение за человеком-оператором некоторых функций, либо наиболее общего, целеполагающего характера, либо не поддающихся автоматизации.

Важнейшая задача АСУ – повышение эффективности управления объектом на основе роста производительности труда и совершенствования методов планирования процесса управления. Однако иногда избыточное доверие таким системам приводит к катастрофам.

Автопилот

Авиационный автопилот предусматривает автоматическую стабилизацию параметров движения летательного аппарата (автопарирование возмущений по курсу, крену и тангажу) и в качестве дополнительных функций – стабилизацию высоты и скорости. Для выполнения своих задач автопилот фактически связан со всеми системами самолёта, получая необходимые входные сигналы, и выдавая требующиеся управляющие сигналы.

Системы автоматического управления проектируются многоканальными, то есть параллельно работают два, три и даже четыре абсолютно одинаковых канала управления на общий рулевой привод, и отказ одного-двух каналов никак не влияет на общую работоспособность системы.

Система контроля постоянно отслеживает соответствие входных сигналов, прохождение сигналов по цепям и выполняет непрерывный контроль выходных параметров системы автоматического управления в течение всего полёта (например, путём сравнения с эталоном).

Как правило, автопилот активируется через некоторое время после взлета и выключается перед посадкой.

Однако после включения автопилота требуется периодический контроль его работоспособности и, в зависимости от режима автопилота, определенные операторские воздействия целеполагающего характера.

Безусловно, автопилот является системой, которая позволяет пилотам совершать длительные перелёты без постоянного ручного управления, что уменьшает нагрузку на пилота, и, соответственно, значительно увеличивает трудоспособность экипажа.

Однако АСУ стали настолько точными, что авиакомпании предпочитают доверять выполнение полёта именно автопилоту практически на всех этапах полёта: набор высоты, крейсерский полёт, снижение, заход на посадку и порой даже посадку. Хорошо ли чрезмерное доверие автоматике и всегда ли стоит ей доверяться?

История показала, что авиационная катастрофа может произойти по вине автопилота. В этой статье мы предлагаем рассмотреть соответствующие инциденты.

Катастрофа Boeing 757 под Пуэрто-Плата

Катастрофа Boeing 757 под Пуэрто-Плата произошла 6 февраля 1996 года. Авиалайнер Boeing 757-225 авиакомпании Birgenair выполнял плановый межконтинентальный рейс ALW 301 по маршруту Пуэрто-Плата–Гандер–Берлин–Франкфурт-на-Майне.

Однако он рухнул в воды Атлантического океана в 26 километрах от аэропорта вылета через 5 минут после взлёта. Погибли все находившиеся на борту 189 человек, из которых 176 пассажиров и 13 членов экипажа [3].

Данная катастрофа стала крупнейшей в истории самолёта Boeing 757 и единственной в истории авиакомпании Birgenair, негативная реакция СМИ в сторону которой привела к её дальнейшему банкротству через несколько месяцев.

Командиром воздушного судна был опытнейший пилот - 62-летний Ахмет Эрдем, налёт которого составлял практически 25000 часов. Второй пилот был менее опытным, его налёт составлял примерно 3500 часов, однако в кабине также был и третий пилот, на случай, если кто-то устанет. Это был опытный пилот 51-летний Мухлис Эвренезоглу с налётом в 15000 часов.

Во время разгона самолёта по ВПП КВС заметил, что его указатель скорости даёт неверные показатели, скорость была менее скорости принятия решения, поэтому командир был обязан прервать взлёт. Однако капитан понимал, что прерванный взлёт, заруливание на перрон, задержка рейса из-за технического обслуживания являются потерей времени, и, следовательно, денег. Указатель скорости второго пилота работал исправно, и КВС решил продолжить взлёт. Рейс 301 вылетел из аэропорта Пуэрто-Платы в 23:42 UTC, взлёт лайнера был осуществлён вторым пилотом. Через несколько минут после взлёта экипаж активировал автопилот.

Однако после этого экипаж начал получать предостережения от руля направления и датчика скорости, предупреждающее о том, что самолёт не устойчив по скорости. Тем временем при наборе высоты 1400 метров командир заметил, что его указатель скорости действительно даёт неправильные показания скорости в 650 км/ч, а указатель на панели второго пилота – 370 км/ч. Каким же показаниям верить? Получая противоречивую информацию, КВС медленнее оценивает ситуацию и принимает решения. Экипаж попытался перезапустить систему, отключить цепи питания, в надежде, что сигналы тревоги прекратятся. Однако сигнализация не исчезла.

Затем автопилот сообщил, что скорость настолько велика, что достигла опасного предела.

Из-за того, что приборы со стороны КВС показывали превышения скорости, автопилот плавно повышал угол атаки и постепенно уменьшал обороты двигателей. При этом показания скорости по приборам второго пилота падали. Командир не мог понять, чему верить, показаниям второго пилота, или своим собственным и сигнализации автопилота. КВС доверился автопилоту и потянул ручку управления двигателей на себя, уменьшая тягу силовых установок.

Почти сразу же сработал stick shaker, это тряска штурвала, которая сигнализирует о предстоящем сваливании самолёта, то есть о том, что скорость самолёта слишком мала. В то же самое время автопилот продолжает давать противоречивый сигнал о том, что скорость слишком велика. Прежде чем пилоты поняли, что происходит, самолёт ушёл в сваливание, потерял управление и начал резко терять высоту. Затем командир решил толкнуть ручку управления двигателями от себя, увеличивая тягу двигателей до максимума. Однако ВС слишком задрало нос, под таким углом воздухозаборник одного из двигателей не захватывал воздух, поэтому левый двигатель не начал работать интенсивнее, а заглох.

Самолёт резко закрутило влево по спирали и он вошёл в неуправляемый штопор, для выхода из которого не было высоты. В итоге борт 301 потерпел крушение, упав в Атлантический океан. В то время никто не предполагал, что автопилот – прибор, который мог, как надеялись лётчики предотвратить катастрофу, фактически стал её причиной.

Чёрные ящики были единственной надеждой разобраться в ситуации, их успешно нашли и подняли с глубины.

Расследование причин катастрофы рейса ALW 301 проводил доминиканский Генеральный Директорат гражданской авиации (DGAC). В ходе расследования было установлено, что правильная скорость самолёта на момент развития ситуации, приведшей к катастрофе, была 410 км/ч, но после расшифровки бортовых самописцев было выяснено, что у КВС скорость самолёта отображалась как 650 км/ч, а у второго пилота – 370 км/ч. После изучения найденных обломков лайнера следователи выяснили, что одна из трёх трубок Пито (со стороны КВС) была заблокирована гнездом песочной осы [4].

Окончательный отчёт расследования DGAC был опубликован 25 октября 1996 года. Согласно нему, причинами катастрофы стали засорившаяся трубка Пито, повлиявшая на работу указателей скорости, и неправильные действия экипажа, не разобравшегося в противоречивых показаниях указателей скорости и допустившего сваливание самолёта из-за уменьшения скорости.

Однако командир доверился показаниям автопилота, который признан надежнейшей системой, обеспечивающей безопасность полётов.

Конечно, тряска штурвала – надёжный сигнализатор, и стоило ему довериться и незамедлительно принять соответствующие меры по увеличению скорости. Но тут уже сыграл роль человеческий фактор.

Многие годы ICAO рекомендует производить подавляющую часть полёта в режиме автопилота, такие же настоятельные рекомендации присутствуют и в РПП авиакомпаний, в связи с чем пилоты не просто теряют навык ручного управления, но и привыкают слепо верить автопилоту, не обращая внимания на другие факторы.

Катастрофа Boeing 737 под Амстердамом

Катастрофа Boeing 737 под Амстердамом – авиационная катастрофа, произошедшая 25 февраля 2009 года.

Авиалайнер Boeing 737-800 авиакомпании Turkish Airlines выполнял плановый рейс TK 1951 по маршруту Стамбул–Амстердам, но при заходе на посадку внезапно потерял высоту и пластом рухнул на землю в 1,5 километрах от аэропорта Схипхол. Из находившихся на его борту 135 человек (128 пассажиров и 7 членов экипажа), погибли 9, ещё 86 получили ранения различной степени тяжести. [5]

Рейс TK 1951 вылетел из Стамбула в 08:23 CET. Самолётом управляли КВС Арысан и второй пилот-стажёр Сезер; второй пилот Озгюр сидел на откидном кресле и следил за действиями стажёра. Во время крейсерского полёта стало заметно, что один из радиовысотомеров работал некорректно, на высоте около 11000 метров прибор показывал высоту -2,5 метра. Около 10:20 лайнер начал выполнять заход на посадку в Амстердамском аэропорту Схипхол. Экипаж активировал автопилот, и, снизившись до 300 метров, начал проводить предпосадочную проверку систем, которую необходимо было произвести заранее.

В этот момент никто не следил за действиями автопилота, лётчики производили проверки согласно чек-листу.

Однако внезапно включился stick shaker – предзнаменование грядущего сваливания. Автомат тяги снизил обороты двигателя, дроссельные заслонки закрылись, самолёт начал сваливаться. Автомат тяги – система управления, обеспечивающая автоматическое воздействие на органы управления двигателями самолета или вертолета с целью сохранения заданного режима полета [6, с. 6].

Радиовысотомер командира показывал неверную высоту в -2,5 метра, что повлияло на другие системы. Прежде чем что-то предпринять, капитан несколько секунд думал, однако спасать самолёт было уже поздно, самолёт начал камнем падать вниз. Самолёт упал на рыхлый грунт и развалился на 3 части. Расследованием занялся Совет по безопасности Нидерландов (DSB). Так как же и почему произошла катастрофа?

Причина катастрофы рейса 1951

Схожая ситуация произошла 13 апреля 2009 года на самолёте Boeing 737-800, выполняющем рейс 1020 авиакомпании Qantas. На протяжении всего полёта не было никаких признаков неполадок. Заход на посадку осуществлялся в автопилоте. Однако на высоте 40 метров радиовысотомер дал сбой, и дроссельные заслонки закрылись, автопилот начал уменьшать обороты двигателя, нос самолёта начал задираться вверх. Самолёт был на грани сваливания, однако пилот отключил автопилот, взял управление в свои руки и увеличил тягу двигателей, после чего самолёт благополучно приземлился. Пассажиры даже не заметили, что произошла чрезвычайная ситуация. [7]

Следователи пришли к выводу, что на больших высотах сбой высотомера не влияет на работу автопилота, и полёт ВС. Когда самолёт снижается, автопилот реагирует на высотомер командира корабля. Получая на вход показания в -2,5 метра, автопилот думает, что самолёт вот-вот коснётся земли. В такие моменты автомат тяги закрывает дроссельные заслонки, чтобы сбросить обороты двигателей.

Иными словами, автомат тяги переходит в режим выравнивания, при котором обороты двигателей малы, нос самолёта поднимается, и самолёт мягко касается полосы двумя основными стойками шасси.

То же самое произошло и на рейсе TK 1951, самолёт вошёл в режим выравнивания на несколько минут раньше, чем должен, и свалился, так как пилоты не следили за скоростью самолёта, вследствие чего не предотвратили аварийную ситуацию.

Второй пилот рейса 1951 увеличил тягу двигателей, и это было правильным решением, но при этом он не выключил автопилот.

Командир, следуя инструкциям, взял управление на себя, второй пилот убрал руку с сектора газа, автомат тяги снова взял управление на себя и снизил обороты двигателей, после чего ВС свалилось и упало.

Заключение

Рассмотренные катастрофы показывают, что зачастую экипаж верит автоматике больше чем себе и не может разобраться в ситуации своевременно. Чрезмерное доверие автопилоту – серьёзная проблема. Людям тяжело проверить работу автоматики, поэтому пилотам необходимо дать надёжный инструмент проверки всех автоматизированных систем. В течение миллионов лет у нас не было необходимости развивать умение оценивать машины так же тщательно, как представителей своего вида.

Но сегодня, когда технологии оказывают огромное влияние на жизнь людей, эта необходимость возникла [8]. За последние несколько десятилетий, конструкция лайнеров и их автопилотов стала очень сложной, обеспечивая эффективное и экономичное управление самолётом, однако при этом пилоты не получают навыка управления ВС вручную.

После этих катастроф было введено несколько мер предостережения, на некоторых авиалиниях пилотам запрещено убирать руку с ручки управления двигателями на этапе захода на посадку, на некоторых типах есть звуковая сигнализация полёта на малой скорости, пилоты проходят дополнительный тренинг, чтобы научиться не допускать сваливание машины.