Несколько систем, способных управлять воздушными судами с момента запуска двигателя до его остановки, уже были построены и запущены в эксплуатацию, хотя ни одна из них не была сертифицирована или одобрена для использования за пределами ограничений, которые не позволяют им смешиваться с другими воздушными судами в системе национального воздушного пространства, и разработчики этих почти автономных моделей стремятся начать полеты с доставкой грузов, которые, по общему мнению, с наибольшей вероятностью будут одобрены национальными регулирующими органами в ближайшие несколько лет.
Автоматизация воздушных судов-это один из аспектов трансформационных изменений, которые вот-вот приведут к появлению новых типов воздушных судов, во многих случаях приводимых в действие электрическими двигателями и предназначенных для обеспечения различных новых форм «воздушной мобильности», в совокупности называемых FAA продвинутой воздушной мобильностью (AAM), включая городскую воздушную мобильность (UAM), работающую с крыш городов, и региональная воздушная мобильность (Оперативная память), которая будет использовать более крупные самолеты, работающие из многих других—возможно, в конечном итоге из каждого—из примерно 5000 аэропортов общего пользования в Соединенных Штатах сегодня. Создание любой из этих новых моделей воздушной мобильности будет во многом зависеть от более автоматизированных самолетов, которые можно перемещать на пустых ногах без участия человека на борту.
Чтобы избежать риска для других воздушных судов или людей на земле, с которым не согласятся регулирующие органы и общественность, требуется некоторое сочетание искусственного интеллекта и осведомленности о других объектах и условиях. Различные компании, добивающиеся одобрения FAA уже в конце 2024 года, надеются облегчить этот амбициозный график, держа в курсе обученных пилотов и дистанционно контролируя полеты.
Например, если бы Airbus A320, который капитан US Airways Чесли «Салли» Салленбергер выбросил в реку Гудзон в Нью-Йорке 15 января 2009 года, был автоматизирован таким образом, почти все задачи, которые Салленбергер и первый помощник Джеффри Скайлз выполняли до и после нападения на птиц, выполнялись бы автоматизированной системой. Салленбергер принял бы (или согласился) решение броситься в реку, а не пытаться достичь одной из близлежащих взлетно-посадочных полос, основываясь на предоставленной информации, которая могла бы включать оценки оставшейся дальности скольжения.
Все непредвиденные обстоятельства, чрезвычайные ситуации и непредвиденные события будут обрабатываться практически одинаково в рамках любой из реализуемых в настоящее время стратегий автоматизации.
Держать людей в курсе событий ускорит вход в систему воздушного пространства и позволит накапливать часы полета и повторения, что укрепит веру в то, что искусственные пилоты могут справиться с теми случаями, которые превратили некоторых пилотов в народных героев, которым приписывают «чудеса».
Руки (в основном) прочь
Возможно, уже родилось последнее поколение пилотов с навыками управления рулем и рулем, хотя есть причины по-прежнему скептически относиться к тому, что все это произойдет на самом деле. Правительство и промышленность вкладывают огромные средства в различные усилия по дальнейшему развитию авиации, и автопилоты, способные выполнять каждую фазу полета, включая решения, необходимые для эффективного и безопасного реагирования на любые условия или ситуации, которые могут возникнуть, играют центральную роль в обеспечении экономической целесообразности расширенной воздушной мобильности в условиях хронической нехватки пилотов, необходимых для поддержки текущих операций.
Пилоты, которые вложили десятки тысяч собственных долларов, чтобы заработать рейтинги, сертификаты и опыт, необходимые для их профессиональной карьеры в авиации, в конечном итоге понадобятся для «обучения» своих цифровых замен, что может усложнить ситуацию.
Когда Airbus анонсирован первый полностью автоматизированный взлет о большом пассажирском самолете в январе 2020 года в видеоролике, опубликованном с этим объявлением, было показано, что пилот-испытатель Янн Бофилс держал левую руку над рычагом управления после того, как передвинул дроссели. Искусственный голос произнес «V1», и второй пилот последовал за «вращением», мягко положив руку на руку Бофилса, как бы напоминая ему, чтобы он оставил это вращение компьютеру.
Нынешнее состояние доверия к авиационной автоматике таково, что пилоты по-прежнему не склонны позволять своим рукам слишком далеко отходить от управления.
Шесть месяцев спустя компания Автономное такси, Взлет и Посадка проект завершился после регистрации 500 рейсов, из которых 450 были использованы для сбора видео для точной настройки системы, позволяющей компьютерному зрению перемещаться к взлетно-посадочной полосе и обратно.
Главный конкурент airframer Boeing Co., возможно, еще глубже вошел в цикл разработки авиационной автоматизации, накопив многолетний опыт и знания благодаря приобретению в 2017 году компании Aurora Flight Sciences, вирджинской компании, которая с 2012 года эксплуатирует свой опционально пилотируемый «Кентавр», модифицированный поршневой близнец Diamond DA42. Полностью автоматизированные взлеты и посадки-это старая привычка для «Кентавра» Авроры, самолета авиации общего назначения, способного работать автономно (что, строго говоря, означает без помощи человека) от взлета до посадки; он также имеет гибридный режим, который позволяет управлять с земли с пилотом безопасности на борту «для облегчения тестирования». И это недавно перешло от контрольной статьи к продукту, когда швейцарские военные приобретен в марте Кентавр, который он ранее арендовал, планирует продолжить тестирование датчиков и разработку «системы обнаружения и предупреждения для беспилотных летательных аппаратов».
В ответе по электронной почте на вопросы о проблемах, связанных с дальнейшим развитием и возможным внедрением высокоавтоматизированных или автономных самолетов, Aurora пояснила, что она не ожидает полной замены пилотов-людей в течение некоторого времени.
«Технология автономии все еще далека от безопасной полностью автономной работы в любых условиях. Полная автономия будет по-прежнему применяться там, где профили рисков самые низкие (небольшие беспилотные летательные аппараты, удаленные операции, без пассажиров и т.д.), Но короткий ответ заключается в том, что пилоты-люди по-прежнему необходимы», — написала компания. «Хотя невозможно точно предсказать изменения в законодательстве и технические достижения, существует значительный прогресс в технологии, тестировании и инфраструктуре, необходимых для создания решений для автономной воздушной мобильности, при этом многие в отрасли прогнозируют сроки, не превышающие пяти лет».
Помимо ведущих мировых производителей транспортных самолетов, хорошо финансируемые стартапы также летали на испытательных самолетах, которые предназначены для выполнения всех этапов нормального полета без помощи человека, хотя их лидеры описали в недавних интервью подход, который включает в себя человеческий надзор за каждым полетом.
В Калифорнийской Силиконовой долине Надежная робототехника и Xwing привлекли значительные инвестиции и установили партнерские отношения с правительством и промышленностью. Надежная робототехника объявила в октябре о притоке венчурного капитала в размере 100 миллионов долларов, что привело к общему сбору средств фирмы более чем на 133 миллиона долларов. Xwing, завершив свое первое автоматизированное летное испытание «от ворот до ворот» в феврале, затем завершила его с раундом финансирования в размере 40 миллионов долларов в апреле и объявила 12 октября партнерство с Textron Aviation совместно развивать способность к автономному полету.
В обоих случаях варианты Cessna Caravan являются первыми в очереди на высокий уровень автоматизации. Самолет имеет большой опыт безопасной эксплуатации; он также является планером выбора для многих грузовых перевозок на короткие расстояния. (Обе эти компании были основаны и по-прежнему возглавляются технологическими руководителями, которые научились летать, потому что хотели быстрее добраться до места, и которые по-прежнему разочарованы тем, что транспортная система, как она в настоящее время настроена, не облегчает этого.)
Другая американская компания, Merlin Labs, также возглавляемая пилотом, также модернизирует самолеты GA, включая Cessna Caravans и Beechcraft King Airs, для обслуживания военных и гражданских грузов с собственной почти автономной системой управления полетом, и объявлено в сентябре что она достигла соглашения об основе сертификации с авиационными регулирующими органами в Новой Зеландии для автоматизированного воздушного судна, которое будет эксплуатироваться под контролем пилота по безопасности на борту, с тем чтобы выиграть время и доверие, прежде чем предпринять следующий шаг.
В то время как машины Мерлина будут летать эффективно «вслепую», используя ADS-B и защиту, предоставляемую полетами в соответствии с правилами полета с приборами, пилот по безопасности на борту обеспечит последнюю линию защиты от столкновения в воздухе; Xwing оснастил свой прототип комбинацией датчиков для обнаружения (и автоматического предотвращения) самолетов и других объектов.
«Это была одна из ключевых недостающих деталей»,-сказал генеральный директор Xwing Марк Пьетт о системе обнаружения и предотвращения фирмы, которая будет развивать искусственную осведомленность о физической среде самолета с помощью радара, лидара и камер в некоторой комбинации, как сообщалось в Wired в 2020 году после небогатой событиями поездки на автоматизированном самолете Xwing.
Оперативные трудности
Совершенствование искусственной ситуационной осведомленности до степени, необходимой для высокоавтоматизированного (или полностью автономного) воздушного судна, чтобы избегать бензовозов на земле или других самолетов в полете, или для решения вопроса о том, какая удаленная полоса земли является лучшим вариантом для вынужденной посадки, может создать проблемы, но совершенствование такой «осведомленности» может не быть необходимым условием для получения доступа к воздушному пространству за пределами испытательных полигонов, по крайней мере, на ограниченной основе—пока люди остаются в курсе.
«В Aurora мы работаем как над автоматизацией, поддерживаемой удаленными пилотами, так и над решениями, поддерживающими работу одного пилота, будь то автоматизация, робототехника и/или автономия»,-написала Aurora Flight Sciences в ответах на вопросы по электронной почте в октябре. «Во многих областях применения, к которым мы обращаемся, автономия не означает отсутствие людей. Скорее, это означает, что принятие решений для людей и с людьми должно осуществляться надежным образом».
Один из способов помочь компьютерам управлять самолетами «надежным способом» — это ограничить потенциальную гибель людей в результате несчастного случая, и, по сути, именно поэтому отрасль стремится начать с грузовых рейсов по ограниченному числу маршрутов.
«Одно преимущество, которое мы имеем с автоматизированными системами, заключается в том, что мы можем выбирать, куда будут летать эти вещи», — сказал соучредитель и генеральный директор Reliable Robotics Роберт Роуз. Как и Xwing, частью плана Роуза по перемещению технологии за пределы испытательных полигонов и в систему воздушного пространства является выбор маршрутов между парами аэропортов, которые были детально изучены и обследованы. На каждом маршруте можно каталогизировать и оценить потенциальные места аварийной посадки для возможного использования в будущем. Режимы сбоев и реакции систем могут быть разработаны в процессе моделирования до того, как они будут когда-либо протестированы в реальном мире, добавила Роуз: «Мы действительно прошли через это в компании … у нас есть очень сложные возможности моделирования».
Многие возможные чрезвычайные ситуации, такие как отказы двигателей, могут быть запланированы в рамках таких ограничений, и, таким образом, предпочтительные направления действий, в том числе, где самолет приземлится в случае отказа двигателя, могут быть заранее запрограммированы. «Тебе не нужно выяснять это на лету».
Аврора отметила, что машинное обучение также сыграет определенную роль в подготовке искусственных авиаторов для реального мира.
«Агенты ИИ могут быть обучены на основе наборов данных, включая предыдущие инциденты или промахи, чтобы изучить модель, которая может предвидеть условия и быстро реагировать последовательностью действий для безопасной дальнейшей работы. Метод имитационного обучения может быть использован для обучения агента выполнению задачи на основе демонстрации от экспертов-людей (т. е. пилотов-экспертов) путем изучения сопоставления между наблюдениями и действиями. Эта методология обучения обеспечивает как производительность, так и понятность того, как агент делает свой выбор во время операции, чтобы укрепить доверие к людям в экосистеме».
Даже при самом детальном планировании и моделировании все еще могут возникать ситуации, требующие принятия решения, когда вероятный результат или риск неблагоприятных последствий неясны или когда существует более одного варианта. «Если это двусмысленно, — сказала Роуз, — это то, что мы можем представить удаленному пилоту».
Роуз сказал, что аналогичный процесс планирования реагирования на огромное количество непредвиденных обстоятельств был предпринят, когда он работал в SpaceX, разрабатывая автоматизированное управление космическим кораблем Dragon, который вывел первый гражданский экипаж на орбиту и благополучно вернул их домой в сентябре. Хотя космический корабль и дал своему экипажу возможность осуществлять ручное управление, он не был нужен или использовался.
В то время как Xwing и Надежная робототехника сосредоточены на оснащении своих систем управления воздушными судами для работы с доменами «полет» и «навигация», а Merlin Labs посвящает большую часть своих усилий по программированию взаимодействию на естественном языке с другими воздушными судами и управлению воздушным движением (часть «связь»), все три полагаются на людей, чтобы оставаться в роли наблюдателя, проверяя аэронавигационные решения в режиме реального времени на долгие годы.
Человеческий фактор
Повышение автоматизации самолетов вызывает другой вопрос: если пилоты-люди не будут активно участвовать в выполнении задач, выходящих за рамки надзора и вмешательства только в редких случаях, будет ли достаточно пилотов, готовых взяться за эту работу, и будут ли они готовы помочь ускорить свое собственное устаревание?
Перспектива того, что вам заплатят за то, чтобы увидеть мир, больше не будет частью поля, если люди начнут наблюдать за полетами из фиксированных мест. «Офис» может не иметь большого представления, и удаление последних остатков романтики из авиации может повлиять на набор и удержание пилотов, как это произошло в случае удаленных пилотов ВВС США, которые приходят на службу в офисы с кондиционером и летают самолетами за тысячи миль.
Военно-воздушные силы в течение многих лет боролись за удовлетворение своих потребностей в удаленных пилотах, и Управление по подотчетности правительства назвало несколько причин в отчете за 2020 год по этому вопросу, в том числе высокую рабочую нагрузку, связанную с хроническим дефицитом набора удаленных пилотов, ограниченными возможностями для карьерного роста и проблемами качества жизни.
Это также вызывает связанный с этим вопрос: сколько пилотов, вложивших годы жизни и десятки тысяч долларов в получение и поддержание сертификатов пилота коммерческого или воздушного транспорта и рейтингов типов воздушных судов, будут стремиться стать удаленными операторами систем, спроектированных так, чтобы быть как можно более скучными (следствием «надежности»)? Это было одной из четырех ключевых задач, упомянутых McKinsey & Co. в документе 2020 года, в котором анализируются затраты и возможности, в частности, связанные с UAM.
Будет оказываться давление, чтобы вывести людей из этих кабин, особенно из небольших самолетов, в которых мало мест для платных клиентов. Авторы McKinsey Ури Пелли и Робин Ридель подсчитали, что, хотя стоимость эксплуатации этих самолетов малой дальности малой грузоподъемности примерно удваивается в расчете на пассажиро-милю в присутствии пилота-человека обученные пилоты где-то в контуре управления будут незаменимы до тех пор, пока регулирующие органы и летающая общественность не примут автономный самолет и не начнут доверять ему.
«Эти транспортные средства в конечном итоге будут летать автономно, но это может занять десятилетие или более из-за технологических проблем, проблем с регулированием и необходимости получить общественное признание», — писали авторы. «Еще одна важная задача будет заключаться в создании ценностного предложения, которое будет поощрять людей к карьере пилотов UAM, несмотря на затраты на базовую летную подготовку, период обучения от 12 до 24 месяцев и — что наиболее важно-неопределенное будущее. Индустрия UAM довольно громко заявляет о необходимости автоматизации, потенциально ограничивая карьеру пилота UAM несколькими годами. Чистая приведенная стоимость пятилетней карьеры UAM может быть довольно низкой или даже отрицательной, учитывая первоначальные затраты на обучение и возможные затраты на обучение без дохода, даже если уровни компенсации соответствовали нынешним пилотам на ранних этапах карьеры (от 40 000 до 60 000 долларов США в год). Кроме того, навыки и опыт пилотирования UAM могут не передаваться ни в авиационной отрасли, ни за ее пределами. Поэтому многие люди могут посчитать, что было бы лучше заняться другими профессиями».
Пока не ясно, как это будет решаться.
FAA еще не предложило никаких изменений в существующих требованиях к подготовке пилотов, и, хотя агентство работало с НАСА и различными отраслевыми партнерами над продвижением разработки упрощенных операций с транспортными средствами, установление новых стандартов и требований к удаленным пилотам для управления воздушными судами, которые требуют всего опыта принятия решений, но не физических навыков нынешних пилотов, и доработка любых таких правил потребует времени. Часть этого времени обязательно будет потрачена на приобретение опыта дистанционного управления этими самолетами и совершенствование процесса принятия этих аэронавигационных решений издалека.
Пелли и Ридель писали, что такие упрощенные требования к дистанционной подготовке пилотов «кажутся, однако, далекими на много лет. До тех пор потенциальные пилоты UAM должны будут пройти сегодняшние учебные программы».
В то время как зарплата пилота, обучение и проживание на борту воздушного судна (сиденья и средства управления полетом) составляют примерно половину эксплуатационных расходов McKinsey, рассчитанных по модели UAM, экономика авиакомпаний создает меньше давления для удаления людей с летной палубы. Автономные региональные или дальнемагистральные воздушные транспортные самолеты прибудут спустя долгое время после начала грузовых перевозок, отчасти потому, что экономический стимул для масштабной автоматизации обслуживания пассажиров не столь силен, по словам отраслевого аналитика Ричарда Абулафии.
Когда расходы, связанные с пилотами-людьми, делятся на большее количество мест, заполненных платящими клиентами, стоимость пассажиро-мили услуг пилота быстро падает. В то время как авиакомпании тратят миллиарды долларов в год на заработную плату, и эти статистические данные часто приводятся сторонниками автономии воздушных судов, Абулафия сказал, что расходы, связанные с наймом пилотов—людей, и, следовательно, потенциальная экономия, которую может обеспечить автоматизация в контексте пассажирских перевозок на более крупных самолетах, не являются чрезвычайно значительными в контексте экономики пассажирских авиаперевозок.
«По сравнению с затратами на топливо, капитальные затраты и затраты на оборудование? Нет, — сказал Абулафия. «По сравнению с напитками и едой для пассажиров? Да.»
Авиакомпаниям пришлось бы автоматизировать гораздо больше, чем просто выполнение летных заданий, чтобы значительно сократить свою заработную плату, отказавшись от агентов у выхода на посадку, бортпроводников, наземных операторов или диспетчеров, все из которых играют определенную роль в обеспечении безопасной и эффективной работы системы. Стоимость пилотов по сравнению с общей заработной платой авиакомпаний «если бы вы могли выделить это, а я не уверен, что смогли бы, это просто не так уж много».
Абулафия скептически относится к тому, что автоматизация выйдет за рамки нескольких ограниченных случаев использования, таких как грузовые полеты на небольших самолетах, на десятилетия вперед, возможно, на полвека или более.
«Это чье угодно предположение, но это кажется разумным», — сказал Абулафия. «Я даже не знаю, получится ли это когда-нибудь. Если вы посмотрите на структуру затрат, связанную с региональной (авиакомпанией) операционной экономикой, то в течение некоторого времени они были довольно плохими. Избавление от пилота действительно мало что даст.»
Источник: https://www.aopa.org/news-and-media/all-news/2021/november/02/what-it-will-mean-to-be-a-pilot
