В авиации автоленд описывает систему, которая полностью автоматизирует процедуру посадки самолета , при этом летный экипаж контролирует процесс. Такие системы позволяют авиалайнерам приземляться в погодных условиях, которые в противном случае были бы опасны или невозможны для эксплуатации .
Несколько самолетов авиации общего назначения начали оснащаться системами «аварийной автопосадки», которые могут быть активированы пассажирами или автоматизированными системами мониторинга экипажа. Системы аварийной автопосадки предназначены для выполнения аварийной посадки в ближайшем подходящем аэропорту без дальнейшего вмешательства человека в случае, если экипаж недееспособен.
Системы Autoland были разработаны для того, чтобы сделать посадку возможной в условиях видимости, слишком плохой для любой формы визуальной посадки, хотя их можно использовать при любом уровне видимости. Обычно они используются, когда видимость составляет менее 600 метров дальности видимости на взлетно-посадочной полосе и/или в неблагоприятных погодных условиях, хотя ограничения применяются для большинства самолетов — например, для Boeing 747-400 ограничения составляют максимальный встречный ветер 25 узлов , максимальный попутный ветер 10 узлов, максимальный боковой компонент ветра 25 узлов и максимальный боковой ветер с одним неработающим двигателем пять узлов. Они также могут включать автоматическое торможение до полной остановки, как только самолет оказывается на земле, в сочетании с системой автоматического торможения , а иногда и автоматическое развертывание интерцепторов и реверсоров тяги .
Автоматическая посадка может использоваться для любой надлежащим образом одобренной системы посадки по приборам (ILS) или микроволновой системы посадки (MLS) и иногда применяется для поддержания боеготовности самолета и экипажа, а также для своей основной цели — оказания помощи самолету при посадке в условиях плохой видимости и/или плохой погоды.
Autoland требует использования радиолокационного высотомера для очень точного определения высоты самолета над землей, чтобы инициировать посадочную подсветку на правильной высоте (обычно около 50 футов (15 м)). Сигнал курсового маяка ILS может использоваться для бокового управления даже после приземления, пока пилот не отключит автопилот . По соображениям безопасности, как только включена autoland и сигналы ILS получены системой autoland, она продолжит посадку без дальнейшего вмешательства.
Его можно отключить только путем полного отключения автопилота (это предотвращает случайное отключение системы автопосадки в критический момент) или путем запуска автоматического ухода на второй круг. По крайней мере две, а часто и три независимые системы автопилота работают согласованно для выполнения автопосадки, тем самым обеспечивая избыточную защиту от сбоев. Большинство систем автопосадки могут работать с одним автопилотом в чрезвычайной ситуации, но они сертифицированы только при наличии нескольких автопилотов.
Скорость реакции системы автопосадки на внешние раздражители работает очень хорошо в условиях ограниченной видимости и относительно спокойного или устойчивого ветра, но намеренно ограниченная скорость реакции означает, что они, как правило, не плавно реагируют на изменяющиеся сдвиги ветра или порывы ветра, т. е. не способны компенсировать все изменения достаточно быстро, чтобы обеспечить безопасное их использование.
Первым самолетом, сертифицированным по стандартам CAT III 28 декабря 1968 года [1] , был Sud Aviation Caravelle , за которым в мае 1972 года последовал Hawker-Siddeley HS.121 Trident (CAT IIIA) и в 1975 году по CAT IIIB. Trident был сертифицирован по CAT II 7 февраля 1968 года. Помимо обеспечения автоматической посадки, автоматического разбега и обширных возможностей на маршруте, AFCS (автоматическая система управления полетом) Trident также обеспечивала автоматический выход за пределы траектории (уход на второй круг), что было необходимо для работы по категории II, PVD (паравизуальный дисплей) наведения на разбег для взлета в зоне видимости на взлетно-посадочной полосе (RVR) 100 метров и в качестве резерва для «отказоустойчивой» автоматической системы управления рулем направления во время посадок по категории IIIB, а также монитор разбега (GRM) для измерения путевой скорости и пройденного расстояния в качестве вспомогательного средства для оценки точек поворота на взлетно-посадочной полосе и руления. [2]
Возможность автоматической посадки наиболее быстро внедряется в районах и на самолетах, которые часто должны работать в условиях очень плохой видимости. Аэропорты, регулярно страдающие от тумана, являются основными кандидатами на заходы на посадку категории III, а включение возможности автоматической посадки на реактивных самолетах помогает снизить вероятность того, что они будут вынуждены изменить маршрут из-за плохой погоды. [3]
Autoland отличается высокой точностью. В своей статье 1959 года [4] Джон Чарнли, тогдашний суперинтендант экспериментального подразделения слепой посадки (BLEU) Королевского авиационного учреждения Великобритании (RAE ), завершил обсуждение статистических результатов, заявив, что «поэтому справедливо утверждать, что автоматическая система не только посадит самолет, когда погода не позволяет пилоту-человеку, но и выполнит эту операцию гораздо точнее».
Ранее системы автоматической посадки были настолько дорогими, что редко использовались на небольших самолетах. Однако по мере развития технологии отображения информации добавление индикатора на лобовом стекле (HUD) позволяет обученному пилоту вручную управлять самолетом, используя сигналы наведения от системы наведения полета. Это значительно снижает стоимость эксплуатации в условиях очень низкой видимости и позволяет самолетам, не оборудованным для автоматической посадки, безопасно совершать ручную посадку при более низких уровнях прямой видимости или видимости на взлетно-посадочной полосе (RVR). В 1989 году Alaska Airlines стала первой авиакомпанией в мире, которая вручную посадила пассажирский самолет ( Boeing B727 ) в погодных условиях категории III по классификации FAA (густой туман), что стало возможным благодаря системе наведения на лобовом стекле. [5] [6]
Коммерческая авиация автоленд изначально была разработана в Соединенном Королевстве в результате частого возникновения условий очень плохой видимости зимой в Северо-Западной Европе. Это происходит особенно, когда антициклоны находятся над Центральной Европой в ноябре/декабре/январе, когда температуры низкие, и радиационный туман легко образуется в относительно стабильном воздухе. Серьезность этого типа тумана усугубилась в конце 1940-х и 1950-х годах из-за преобладания углерода и других частиц дыма в воздухе от сжигания угля для отопления и выработки электроэнергии.
Города, особенно пострадавшие, включали основные центры Великобритании и их аэропорты, такие как Лондон Хитроу , Гатвик , Манчестер , Бирмингем и Глазго , а также европейские города, такие как Амстердам , Брюссель , Париж , Цюрих и Милан . Видимость в это время могла стать всего лишь нескольких футов (отсюда лондонские туманы из кинофильмов), а в сочетании с сажей создавался смертельный долго сохраняющийся смог. Эти условия привели к принятию в Великобритании « Закона о чистом воздухе », который запрещал сжигание дымообразующего топлива.
В период сразу после войны British European Airways (BEA) потерпела ряд аварий во время захода на посадку и посадки в условиях плохой видимости, что заставило ее сосредоточиться на проблемах того, как пилоты могли безопасно приземляться в таких условиях. Главный прорыв произошел с признанием того, что в условиях такой плохой видимости очень ограниченная доступная визуальная информация (огни и т. д.) была чрезвычайно легко неверно истолкована, особенно когда требование ее оценки сочеталось с требованием одновременного управления самолетом по приборам. Это привело к разработке того, что сейчас широко понимается как процедура «контролируемого захода на посадку».
Одному пилоту поручается задача точного полета по приборам, в то время как другой оценивает визуальные подсказки, доступные на высоте принятия решения , беря на себя управление для выполнения посадки, как только он убедится, что самолет действительно находится в правильном месте и на безопасной траектории для посадки. Результатом стало значительное улучшение безопасности операций в условиях плохой видимости, и поскольку концепция явно включает в себя обширные элементы того, что сейчас известно как управление ресурсами экипажа (хотя и предшествовало этой фразе примерно на три десятилетия), она была расширена, чтобы охватить гораздо более широкий спектр операций, чем просто плохая видимость.
Однако, с этим подходом «человеческого фактора» было связано признание того, что улучшенные автопилоты могут играть важную роль в посадках в условиях плохой видимости. Компоненты всех посадок одинаковы, включая навигацию от точки на высоте по маршруту до точки, где колеса находятся на желаемой взлетно-посадочной полосе. Эта навигация осуществляется с использованием информации либо от внешних, физических, визуальных сигналов, либо от синтетических сигналов, таких как пилотажные приборы. В любое время должно быть достаточно общей информации, чтобы гарантировать, что положение и траектория самолета (вертикальная и горизонтальная) являются правильными.
Проблема с операциями в условиях плохой видимости заключается в том, что визуальные подсказки могут быть сведены к нулю, и, следовательно, возрастает зависимость от «синтетической» информации. Дилемма, с которой столкнулась BEA, заключалась в поиске способа работать без подсказок, поскольку эта ситуация возникала в ее сети гораздо чаще, чем у любой другой авиакомпании. Это было особенно распространено в ее домашней базе, лондонском Хитроу, который мог быть фактически закрыт в течение нескольких дней подряд.
Научно-исследовательские авиационные учреждения правительства Соединенного Королевства, включая Экспериментальное подразделение слепой посадки (BLEU), были созданы в 1945/46 годах на авиабазах RAF Martlesham Heath и RAF Woodbridge для исследования всех соответствующих факторов. Летно-технический персонал BEA активно участвовал в деятельности BLEU по разработке Autoland для своего флота Trident с конца 1950-х годов. Работа включала анализ структур тумана, человеческого восприятия, конструкции приборов и световых сигналов среди многого другого. После дальнейших аварий эта работа также привела к разработке эксплуатационных минимумов самолетов в том виде, в котором мы их знаем сегодня. В частности, это привело к требованию, что минимальная видимость должна сообщаться как доступная, прежде чем самолет сможет начать заход на посадку — концепция, которая ранее не существовала. Основная концепция «целевого уровня безопасности» (10^-7) и анализа «деревьев неисправностей» для определения вероятности отказов возникла примерно в этот период.
Основная концепция автопосадки вытекает из того факта, что автопилот может быть настроен на отслеживание искусственного сигнала, такого как луч системы посадки по приборам (ILS), более точно, чем это мог бы сделать пилот-человек, — не в последнюю очередь из-за несовершенства электромеханических летных приборов того времени. Если бы луч ILS можно было отслеживать на меньшей высоте, то, очевидно, самолет был бы ближе к взлетно-посадочной полосе, когда достигал бы предела применимости ILS, и чем ближе к взлетно-посадочной полосе, тем меньше требовалась бы видимость, чтобы увидеть достаточные сигналы для подтверждения положения и траектории самолета. При использовании системы угловых сигналов, такой как ILS, по мере уменьшения высоты все допуски должны быть уменьшены — как в системе самолета, так и во входном сигнале — для поддержания требуемой степени безопасности.
Это связано с тем, что некоторые другие факторы — физические и физиологические законы, которые управляют, например, способностью пилота заставить самолет реагировать — остаются постоянными. Например, на высоте 300 футов над взлетно-посадочной полосой при стандартном заходе на посадку под углом 3 градуса самолет будет находиться в 6000 футах от точки приземления, а на высоте 100 футов — в 2000 футах. Если для небольшой коррекции курса требуется 10 секунд на скорости 180 узлов , то это займет 3000 футов. Это будет возможно, если начать на высоте 300 футов, но не на высоте 100 футов. Следовательно, на меньшей высоте допустима только меньшая коррекция курса, и система должна быть более точной.
Это налагает требование на соответствие наземного элемента наведения определенным стандартам, а также на элементы, находящиеся в воздухе. Таким образом, хотя самолет может быть оснащен системой автоматической посадки, он будет совершенно непригоден для использования без соответствующей наземной среды. Аналогичным образом, требуется экипаж, обученный всем аспектам эксплуатации, чтобы распознавать потенциальные отказы как бортового, так и наземного оборудования и соответствующим образом реагировать, чтобы иметь возможность использовать систему в обстоятельствах, для которых она предназначена. Следовательно, категории операций в условиях низкой видимости (Cat I, Cat II и Cat III) применяются ко всем 3 элементам при посадке – оборудованию самолета, наземной среде и экипажу. Результатом всего этого является создание спектра оборудования для низкой видимости, в котором автопилот самолета для автоматической посадки является лишь одним из компонентов.
Разработка этих систем продолжалась с учетом того, что хотя ILS будет источником наведения, сама ILS содержит боковые и вертикальные элементы, которые имеют довольно разные характеристики. В частности, вертикальный элемент (глиссада) исходит из проектируемой точки приземления захода на посадку, т. е. обычно 1000 футов от начала взлетно -посадочной полосы , в то время как боковой элемент (курсовой маяк) исходит из-за дальнего конца. Таким образом, переданная глиссада становится неактуальной вскоре после того, как самолет достиг порога взлетно-посадочной полосы, и фактически самолет, конечно, должен войти в режим посадки и снизить свою вертикальную скорость довольно долго, прежде чем он пройдет передатчик глиссады . Неточности в базовой ILS можно было увидеть в том, что она была пригодна для использования только до 200 футов (категория I), и аналогично ни один автопилот не был пригоден или одобрен для использования ниже этой высоты.
Однако боковое наведение от курсового маяка ILS будет использоваться вплоть до конца пробега по посадке и, следовательно, используется для питания канала руля направления автопилота после приземления. По мере приближения самолета к передатчику его скорость, очевидно, снижается, а эффективность руля направления снижается, что в некоторой степени компенсирует возросшую чувствительность передаваемого сигнала. Однако, что еще более важно, это означает, что безопасность самолета по-прежнему зависит от ILS во время выкатывания. Кроме того, когда он выруливает с взлетно-посадочной полосы и движется по любой параллельной рулежной дорожке, он сам по себе действует как отражатель и может мешать сигналу курсового маяка. Это означает, что он может повлиять на безопасность любого следующего самолета, все еще использующего курсовой маяк. В результате такому самолету нельзя позволять полагаться на этот сигнал, пока первый самолет не окажется достаточно далеко от взлетно-посадочной полосы и «защищенной зоны категории 3».
В результате, когда происходят эти операции в условиях плохой видимости, операции на земле влияют на операции в воздухе гораздо больше, чем при хорошей видимости, когда пилоты могут видеть, что происходит. В очень загруженных аэропортах это приводит к ограничениям движения, что, в свою очередь, может серьезно повлиять на пропускную способность аэропорта. Короче говоря, операции в условиях очень плохой видимости, такие как автоматическая посадка, могут проводиться только тогда, когда самолеты, экипажи, наземное оборудование и управление воздушным и наземным движением соответствуют более строгим требованиям, чем обычно.
Первые автоматические посадки «коммерческого развития» (в отличие от чистого эксперимента) были достигнуты за счет понимания того, что вертикальные и боковые траектории имеют разные правила. Хотя сигнал курсового маяка будет присутствовать на протяжении всей посадки, глиссада должна была игнорироваться до приземления в любом случае. Было признано, что если самолет достиг высоты принятия решения (200 футов) по правильной, стабильной траектории захода на посадку — обязательное условие для безопасной посадки — он будет иметь импульс на этом пути. Следовательно, система автоматической посадки могла отбрасывать информацию о глиссаде, когда она становилась ненадежной (т. е. на высоте 200 футов), а использование информации о тангаже, полученной за последние несколько секунд полета, обеспечивало бы с требуемой степенью надежности, что скорость снижения (и, следовательно, соблюдение правильного профиля) будет оставаться постоянной. Эта « баллистическая » фаза заканчивалась на высоте, когда становилось необходимым увеличить тангаж и уменьшить мощность для входа в посадочную вымпел. Изменение тангажа происходит над взлетно-посадочной полосой на горизонте в 1000 футов между порогом и антенной глиссады, поэтому его можно точно запускать с помощью радиовысотомера.
Autoland был впервые разработан на самолетах BLEU и RAF, таких как English Electric Canberra , Vickers Varsity и Avro Vulcan , а затем для флота Trident компании BEA , который поступил в эксплуатацию в начале 1960-х годов. Trident был трехмоторным реактивным самолетом, построенным de Havilland с конфигурацией, похожей на Boeing 727, и был чрезвычайно сложным для своего времени. BEA указала для него возможность «нулевой видимости», чтобы справиться с проблемами своей сети, подверженной туману. Он имел автопилот, разработанный для обеспечения необходимой избыточности, чтобы выдерживать сбои во время автоматической посадки, и именно эта конструкция имела тройную избыточность.
Этот автопилот использовал три одновременных канала обработки, каждый из которых давал физический выход. Элемент отказоустойчивости был обеспечен процедурой «голосования» с использованием крутящих переключателей, посредством которой было принято, что в случае, если один канал отличался от двух других, вероятность двух одинаковых одновременных отказов могла быть сброшена, и два согласованных канала «переголосовали» и отключили третий канал. Однако эта система тройного голосования ни в коем случае не является единственным способом достижения адекватной избыточности и надежности, и фактически вскоре после того, как BEA и de Havilland решили пойти по этому пути, было организовано параллельное испытание с использованием концепции «двойной-двойной», выбранной BOAC и Vickers для 4-моторного дальнемагистрального самолета VC10 . Эта концепция позже была использована на Concorde . Некоторые самолеты BAC 1-11, используемые BEA, также имели похожую систему.
Самые ранние экспериментальные посадки, контролируемые автопилотом, в коммерческой эксплуатации на самом деле не были полностью автоматическими посадками, а назывались «автоподвешиванием». В этом режиме пилот вручную управлял осями крена и рыскания , в то время как автопилот управлял «подвешиванием» или тангажем. Это часто делалось на пассажирских рейсах в рамках программы развития. Автопилот Trident имел отдельные переключатели включения для компонентов тангажа и крена, и хотя обычное отключение автопилота осуществлялось с помощью обычной кнопки большого пальца на штурвале управления, также можно было отключить канал крена, оставив включенным канал тангажа.
В этих операциях пилот получал полный визуальный ориентир, обычно значительно выше высоты принятия решения, но вместо того, чтобы полностью отключить автопилот с помощью кнопки большого пальца, он приказал второму пилоту заблокировать только канал крена. Затем второй пилот вручную контролировал боковую траекторию полета, следя за тем, чтобы автопилот продолжал контролировать вертикальную траекторию полета, готовый полностью отключить ее при первых признаках любого отклонения. Хотя это звучит так, как будто это может добавить элемент риска на практике, это, конечно, ничем не отличается от того, как пилот-тренер контролирует управление стажера во время онлайн-обучения или квалификации.
Доказав надежность и точность способности автопилота безопасно выровнять самолет, следующим элементом было добавление аналогичного управления тягой. Это было сделано с помощью сигнала радиовысотомера, который переводил сервоприводы автомата тяги в режим малого газа полета. Поскольку точность и надежность наземного локализатора ILS увеличивались шаг за шагом, разрешалось оставлять канал крена включенным все дольше и дольше, пока самолет фактически не переставал находиться в воздухе, и полностью автоматическая посадка фактически не была завершена. Первая такая посадка на BEA Trident была достигнута в RAE Bedford (тогдашнем доме BLEU) в марте 1964 года. Первая на коммерческом рейсе с пассажирами на борту была достигнута на рейсе BE 343 10 июня 1965 года на Trident 1 G-ARPR из Парижа в Хитроу с капитанами Эриком Пулом и Фрэнком Ормонройдом.
Впоследствии системы автопосадки стали доступны на ряде типов самолетов, но основными клиентами были в основном европейские авиакомпании, чьи сети были серьезно затронуты радиационным туманом. Ранние системы автопосадки нуждались в относительно стабильной воздушной массе и не могли работать в условиях турбулентности и , в частности, порывистого бокового ветра. В Северной Америке , как правило, с этими условиями часто ассоциировалась пониженная, но не нулевая видимость, и если видимость действительно становилась почти нулевой, например, при метели или других осадках , то операции были невозможны по другим причинам.
В результате ни авиакомпании, ни аэропорты не уделяли первостепенное внимание операциям в условиях минимальной видимости. Необходимое наземное оборудование (ILS) и сопутствующие системы для операций категории 3 практически отсутствовали, и основные производители не считали его базовой необходимостью для новых самолетов. В целом, в 1970-х и 1980-х годах оно было доступно, если клиент этого хотел, но по такой высокой цене (из-за сокращения тиража), что немногие авиакомпании могли увидеть в нем экономическое обоснование.
Это привело к абсурдной ситуации для British Airways, когда в качестве стартового заказчика Boeing 757 , который должен был заменить Trident, совершенно новый «продвинутый» самолет имел худшие возможности для всепогодных операций по сравнению с флотом, который разбирался на металлолом. Показателем этого философского раскола является комментарий старшего вице-президента Boeing о том, что он не мог понять, почему British Airways так обеспокоены сертификацией категории 3, поскольку в то время в Северной Америке было всего две или три подходящие взлетно-посадочные полосы, на которых ее можно было бы полностью использовать. Было отмечено, что British Airways имела 12 таких взлетно-посадочных полос только на своей внутренней сети, четыре из которых находились на ее главной базе в Хитроу.
В 1980-х и 1990-х годах во всем мире росло давление со стороны авиакомпаний-клиентов, требующих хотя бы некоторых улучшений в операциях в условиях низкой видимости; как для регулярности полетов, так и из соображений безопасности. В то же время стало очевидно, что требование к действительно нулевой видимости (как изначально предусматривалось в определениях категорий ИКАО ) уменьшилось, поскольку законы о чистом воздухе уменьшили неблагоприятное воздействие дыма, добавляющегося к радиационному туману в наиболее пострадавших районах. Улучшенная авионика означала, что технология стала дешевле в реализации, и производители повысили стандарт точности и надежности «базового» автопилота. Результатом стало то, что в целом более крупные новые авиалайнеры теперь могли поглотить затраты, по крайней мере, на системы автоматической посадки категории 2 в своей базовой конфигурации.
В то же время, организации пилотов по всему миру выступали за использование систем Head Up Display, в первую очередь, с точки зрения безопасности. Многие операторы в несложных условиях без большого количества взлетно-посадочных полос, оборудованных ILS, также искали улучшения. Чистым эффектом стало давление в отрасли, чтобы найти альтернативные способы выполнения операций в условиях низкой видимости, такие как «гибридная» система, которая использовала относительно малонадежную систему автоматической посадки, контролируемую пилотами через HUD. Alaska Airlines была лидером в этом подходе и провела большую работу по разработке совместно с Flight Dynamics и Boeing в этом отношении.
Основная проблема с этим подходом заключалась в том, что европейские власти очень неохотно сертифицировали такие схемы, поскольку они подрывали хорошо зарекомендовавшие себя концепции «чистых» систем автопосадки. Этот тупик был преодолен, когда British Airways стала потенциальным заказчиком регионального самолета Bombardier , который не мог вместить полную систему автопосадки Cat 3, но должен был работать в таких условиях. Работая с Alaska Airlines и Boeing, технические пилоты British Airways смогли продемонстрировать, что гибридная концепция осуществима, и хотя British Airways в конечном итоге так и не купила региональный самолет, это был прорыв, необходимый для международного одобрения таких систем, что означало, что они могут выйти на мировой рынок.
Колесо сделало полный оборот в декабре 2006 года, когда лондонский аэропорт Хитроу долгое время находился под воздействием густого тумана. Этот аэропорт работал на максимальной мощности в хороших условиях, и введение процедур низкой видимости, необходимых для защиты сигнала курсового маяка для систем автоматической посадки, означало значительное сокращение мощности с примерно 60 до 30 посадок в час. Поскольку большинство авиакомпаний, выполняющих полеты в Хитроу, уже имели самолеты, оборудованные системой автоматической посадки, и, таким образом, должны были работать в обычном режиме, произошли огромные задержки. Больше всего пострадала авиакомпания, конечно же, British Airways, как крупнейший оператор в аэропорту.
Garmin Aviation начала изучать функцию аварийной автоматической посадки в 2001 году и запустила программу в 2010 году с более чем 100 сотрудниками, инвестировав около 20 миллионов долларов. Летные испытания начались в 2014 году с 329 испытательных посадок, выполненных на Cessna 400 Corvalis и еще 300 посадок на других самолетах. Функция активируется защищенной красной кнопкой на авионике Garmin G3000 , оценивая ветер, погоду и запасы топлива, чтобы выбрать подходящий запасной аэропорт и взяв на себя управление самолетом для посадки, она консультирует УВД и отображает инструкции для пассажиров. [7]
Одномоторный турбовинтовой самолет Piper M600 начал летные испытания в начале 2018 года и выполнил более 170 посадок для получения сертификата FAA , который он получил в 2020 году. Предоставляя доступ к более чем 9000 взлетно-посадочных полос длиной более 4500 футов (1400 м), он предлагается с 2020 года за 170 000 долларов, включая дополнительное оборудование. Он также был сертифицирован для одномоторного самолета Cirrus Vision SF50 в том же году, совершая посадку на взлетно-посадочных полосах длиной более 5836 футов (1779 м), SOCATA-Daher TBM 900 , и в конечном итоге будет сертифицирован для других самолетов. [7]
В июне 2021 года система Garmin Autoland выиграла премию Collier Trophy 2020 за «величайшее достижение в области аэронавтики или астронавтики в Америке» за предыдущий год. [8]
Типичная система автоматической посадки состоит из радиостанции ILS (интегрированный приемник глиссадного радиомаяка, приемник курсового радиомаяка и, возможно, также приемник GPS) для приема сигналов курсового радиомаяка и глиссадного радиомаяка. Выходной сигнал этой радиостанции будет отклонением от центра, которое передается в компьютер управления полетом ; этот компьютер управляет поверхностями управления самолетом, чтобы удерживать самолет в центре курсового радиомаяка и глиссадного радиомаяка. Компьютер управления полетом также управляет дросселями самолета, чтобы поддерживать соответствующую скорость захода на посадку. На соответствующей высоте над землей (по показаниям радиовысотомера) компьютер управления полетом замедлит дроссели и инициирует маневр тангажа. Цель этого « подрыва » — уменьшить энергию самолета, уменьшить подъемную силу и позволить ему опуститься на взлетно-посадочную полосу.
Для CAT IIIc компьютер управления полетом будет продолжать принимать отклонения от курсового маяка и использовать руль направления для удержания самолета на курсе (который выровнен с осевой линией взлетно-посадочной полосы). При посадке раскроются интерцепторы (это поверхности на верхней части крыла по направлению к задней кромке), что приведет к турбулентности воздушного потока над крылом, разрушая подъемную силу. В то же время система автоматического торможения задействует тормоза. Система противоскольжения будет модулировать давление тормозов, чтобы все колеса продолжали вращаться. По мере снижения скорости руль направления будет терять эффективность, и пилоту придется контролировать направление самолета с помощью рулевого управления носовым колесом, системы, которая обычно не подключена к компьютеру управления полетом.
С точки зрения безопасности авионики, посадка по категории IIIc является наихудшим сценарием для анализа безопасности, поскольку отказ автоматических систем от выравнивания до выкатывания может легко привести к «жесткому перевороту» (когда поверхность управления полностью отклоняется в одном направлении). Это произойдет так быстро, что летный экипаж не сможет эффективно отреагировать. По этой причине системы автоматической посадки спроектированы с учетом высокой степени избыточности, чтобы можно было допустить единичный отказ любой части системы (активный отказ) и обнаружить второй отказ — в этот момент система автоматической посадки отключится (отсоединится, пассивный отказ).
Один из способов достижения этого — иметь «всего по три». Три приемника ILS, три радиовысотомера, три компьютера управления полетом и три способа управления поверхностями полета. Все три компьютера управления полетом работают параллельно и находятся в постоянном перекрестном взаимодействии, сравнивая свои входные данные (приемники ILS и радиовысотомеры) с данными двух других компьютеров управления полетом. Если есть разница во входных данных, то компьютер может «проголосовать» за отклоняющийся входной сигнал и уведомить другие компьютеры, что (например) «RA1 неисправен». Если выходные данные не совпадают, компьютер может объявить себя неисправным и, если возможно, отключить себя.
Когда пилот активирует систему (до захвата либо курсового маяка, либо глиссады), компьютеры управления полетом выполняют обширную серию встроенных тестов. Для посадки CAT III все датчики и все бортовые компьютеры должны быть в хорошем состоянии, прежде чем пилот получит индикацию "AUTOLAND ARM" (общие индикации, которые будут различаться в зависимости от поставщика оборудования и производителя самолета). Если часть системы неисправна, то будет выведена индикация, например "APPROACH ONLY", чтобы информировать экипаж о том, что посадка CAT III невозможна.
Если система находится в режиме ARM, когда приемник ILS обнаруживает курсовой маяк, режим системы автоматической посадки изменится на «ЗАХВАТ КУЛАЧНОГО МАЯКА». Компьютер управления полетом переведет самолет в курсовой маяк и полетит вдоль курсового маяка. При типичном подходе самолет будет заходить «ниже глиссады» (вертикальное наведение), поэтому самолет будет лететь вдоль курсового маяка (выровненного по осевой линии ВПП) до тех пор, пока не будет обнаружен курс. В этот момент режим автоматической посадки изменится на CAT III, и самолет будет лететь под управлением компьютера управления полетом вдоль лучей курсового маяка и глиссады.
Антенны этих систем не находятся в точке касания ВПП, а радиомаяк находится на некотором расстоянии за ВПП. На предопределенном расстоянии над землей самолет начнет маневр выравнивания, сохранит тот же курс и сядет на ВПП в пределах обозначенной зоны касания.
Если система автоматической посадки теряет резервирование до высоты принятия решения, то экипажу будет показано сообщение об ошибке «AUTOLAND FAULT», после чего экипаж может продолжить заход на посадку по категории II или, если это невозможно из-за погодных условий, то экипажу придется инициировать уход на второй круг и следовать в альтернативный аэропорт.
Если один отказ происходит ниже высоты принятия решения, будет отображаться "AUTOLAND FAULT"; в этот момент самолет готов к посадке, и система автоматической посадки останется включенной, управляя самолетом только двумя системами, пока пилот не завершит выкат и не остановит самолет полностью на взлетно-посадочной полосе или не свернет с полосы на рулежную дорожку. Это называется "fail-active". В этом состоянии система автоматической посадки находится "на расстоянии одной ошибки" от отключения, поэтому индикация "AUTOLAND FAULT" должна информировать экипаж о необходимости очень внимательно следить за поведением системы и быть готовым немедленно взять управление на себя.
Система по-прежнему отказоустойчива и выполняет все необходимые перекрестные проверки, так что если один из компьютеров управления полетом решит, что правильным решением будет отдать команду на полное отклонение рулевой поверхности, другой компьютер обнаружит разницу в командах, и это отключит оба компьютера (отказоустойчивый режим), после чего летный экипаж должен будет немедленно взять управление самолетом на себя, поскольку автоматические системы уже выполнили безопасную операцию, отключившись.
Во время проектирования системы прогнозируемые показатели надежности для отдельного оборудования, которое составляет всю систему автопосадки (датчики, компьютеры, элементы управления и т. д.), объединяются, и рассчитывается общая вероятность отказа. Поскольку угроза существует в основном во время вспышки через выкатку, используется это время экспозиции, а общая вероятность отказа должна быть меньше одного на миллион. [9]