Автор: Артамонов Николай
Возраст: 12
Место учебы: Лицей авиационного профиля №135
Город, регион: г. Самара
Руководитель: Шацкая Людмила Александровна, учитель физики

Историко-исследовательская работа " КАК И ГДЕ РАБОТАЮТ РОБОТЫ В АВИАЦИИ?"

План:

Введение.
1. Определение понятия «робот».
2. Автопилот - робот, интегрированный с системы самолета.
3. Авиационные комплексы с дистанционно пилотируемыми летательными аппаратами
4. Беспилотные летательные аппараты.
5. Сферы использования беспилотных летательных аппаратов и авиационных комплексов с дистанционно пилотируемыми летательными аппаратами.
6. Перспективы использования роботов в авиации, возможные сферы использования.
Заключение
Источники информации

Введение

Многие из нас, услышав слово «робот», представляют себе героя фильма «Звездные войны» R2-D2 или Терминатора из одноименного фильма. Но как бы ни пугали нас писатели-фантасты реальным воплощением сценария фильма «Терминатор» и бунта машин, роботы все больше входят в жизнь человека. Роботы уже стали частью новой промышленной революции. С каждым годом автоматизируется все больше и больше заводов и предприятий. Роботы помогают людям также в их повседневной жизни.

Цель исследовательской работы:
Исследовать вопрос: как и где работают роботы в авиации?
Задачи исследовательской работы:
1) дать определение понятия “робот”
2) рассмотреть робота интегрированного в систему самолета на примере автопилота
3) рассмотреть роботов тактического назначения, на примере комплекса “Пчела-1”
4) выяснить в каких сферах используются роботы в повседневной жизни
5) определить наиболее перспективные области применения роботов в авиации

 

1. Определение понятия «робот».

Робот - это автоматическое устройство, созданное по принципу живого организма, предназначенное для осуществления производственных и других операций, которое действует по заранее заложенной программе и получает информацию о внешнем мире от датчиков, робот самостоятельно осуществляет заданные операции, обычно выполняемые человеком. При этом робот может как иметь связь с оператором (получать от него команды), так и действовать автономно. Внешний вид и конструкция современных роботов могут быть весьма разнообразными. Зачастую применяются роботы, вид которых (по причинам технического и экономического характера) далёк от «человеческого».
Цель моей работы   исследовать, как и где работают роботы в авиации, а именно, роботы, встроенные в авиамашины.

 

2. Автопилот - робот, интегрированный с системы самолета.

Первое, о чем хотелось бы рассказать, о роботе, интегрированном в систему самолета, об автопилоте (рис. 1). Многим известно, что большую часть полета управление огромными пассажирскими авиалайнерами осуществляют именно автопилоты. Можно сказать, что пилот активно участвует только на рулении и взлете, после чего передает управление системе. Также нужно вмешательство пилота при посадке судна. Бортовой компьютер самолетов значительно упрощает задачи в управлении и контроле.

 

Рис. 1 Схема автопилота

Пилоты современных моделей «Эйрбаса» часто шутят, что для управления новыми моделями пассажирских лайнеров достаточно собаки и одного человека. Собака необходима, чтобы кусать пилота, чтобы тот не тянулся к рычагам и кнопкам управления, а человек нужен для того, чтобы кормить пса. Конечно же, это шутка.
Что же такое автопилот? Это программно-аппаратная система, которая имеет возможность вести транспортное средство по заданному маршруту. Автопилот самолета создан для стабилизации всех параметров полета судна и ведения по заданному курсу. При этом соблюдается установленная пилотом скорость и высота полета. Перед тем как переводить летательный аппарат на режим автопилота, необходимо создать четкий полет без скольжения или завала машины. После стабилизации самолета по всем плоскостям можно производить включение системы автоматического управления, но при этом необходимо проводить регулярный контроль показателей. Стоит отметить, что и военные самолеты имеют такие системы.
Автопилот самолета ведет аппарат по заданному маршруту, при этом используется комплексная информация навигационных приборов собственных и наземных датчиков, которые проводят анализ полета. Данная система проводит управление всеми агрегатами летательного судна. Также работают траекторные системы, которые проводят заход на посадку с высокими показателями точности без каких-либо действий пилотов.
Самые современные системы автоматического управления позволили значительно снизить общую массу конструкции самолета. При этом надежность бортовых систем возросла в разы. Оборудование реагирует без промедлений, а также способно исправлять ошибки, вызванные человеческим фактором при управлении. Это говорит о том, что система не позволит пилоту завести машину в опасную для нее и пассажиров на борту ситуацию. Современные самолеты типа «Эйрбас» перестали комплектоваться стандартными рычагами и педалями управления, вместо этого устанавливаются джойстики. Все это позволяет пилотам не задумываться над тем, какую команду и как необходимо передать отдельному агрегату. Не нужно продумывать угол отклонения элеронов или закрылок, достаточно наклонить джойстик управления – и компьютер сделает все сам.
Но все же, полет на одном автопилоте без человеческого фактора очень опасен и практически невозможен. Именно поэтому навыки пилота останутся востребованными постоянно, поскольку каждый летчик проходит очень большой путь к управлению пассажирскими лайнерами. Соответственно, навыки и быстрое принятие решений остаются более важными, нежели действия компьютерных программ.

 

3. Авиационные комплексы с дистанционно пилотируемыми летательными аппаратами

Рассмотрим другие роботы, встроенные в авиамашины, управляемые человеком. Авиационные комплексы с дистанционно пилотируемыми летательными аппаратами (ДПЛА) относятся к числу наиболее перспективных средств воздушной разведки. Это связано с тем, что современные технологии позволяют создавать «летающие роботы», способные с высокой достоверностью добывать разведывательную информацию, действуя над территорией противника вблизи объектов разведки.
Всеми перечисленными качествами обладает малогабаритный комплекс разведки и наблюдения поля боя в реальном масштабе времени с ДПЛА «Пчела-1» (рис. 2), разработанный ведущим предприятием России в области воздушных систем наблюдения - ФГУП «НИИ «Кулон». Это второе поколение комплекса тактического назначения, в котором учтен опыт его практического применения в войсках.

Комплекс с ДПЛА «Пчела-1» используется для широкого круга задач в интересах народного хозяйства. В первую очередь к ним относятся контроль: лесных массивов или иных поверхностей с целью обнаружения очагов пожаров; состояния газо- и нефтепроводов с целью обнаружения утечек газа и разливов нефти; и др. В пользу такого использования комплекса с ДПЛА «Пчела-1» говорит то, что ему не требуются аэродромы с дорогостоящей инфраструктурой.
Немецкие учёные создали систему управления самолетом при помощи мыслей. В Сети «Интернет» появилось видео с демонстрацией системы управления полетом, где пилот не использует рычаги, кнопки, тумблеры и все прочее. Вместо этого на голову пилота надевают специальную «шапочку», считывающую активность мозга человека. Система адаптирована таким образом, что мысли человека преобразуются в сигналы для системы управления полетом. В итоге самолет летит туда, куда ему мысленно приказывает лететь пилот. Сама разработка создана для последующего создания системы контроля полета с использованием лишь мысленных команд, без необходимости запоминать все эти сотни кнопок, рычагов и тумблеров, которые находятся в кабине самолета.

4. Беспилотные летательные аппараты.

 Все большую популярность приобретают беспилотные летательные аппараты (БПЛА). БПЛА - беспилотный летательный аппарат военного назначения, разновидность военного робота (рис. 3). В задачу этих автономных систем, созданных для полёта, входит выполнение миссий, потенциально опасных для человека. В более широком смысле: мобильный, автономный аппарат, запрограммированный на выполнение каких-либо задач. Часто в литературе дроны военного образца называют беспилотниками, гражданские летательные аппараты более малых размеров принято называть дронами.

 

 

 
Рис. 3 Модели БПЛА

Полеты беспилотных летательных аппаратов ничем не отличаются от полетов пилотируемой авиации. БЛА оснащены системами наведения, бортовыми радиолокационными комплексами, датчиками и видеокамерами.
На сегодняшний день наиболее известными военными беспилотниками России являются «Орлан-10» разработки компании «Специальный технологический центр» и «Дозор-600» разработки компании «Транзас».

 

5. Сферы использования беспилотных летательных аппаратов и авиационных комплексов с дистанционно пилотируемыми летательными аппаратами.

Несмотря на очевидные преимущества использования дронов и беспилотников в военной авиации, ученые нашли им применение и в повседневной жизни людей:
Дрон-полицейский. Такого дрона нередко используют в качестве патрульных, что в целом несколько облегчает работу людей.
Дрон-спасатель. Эти дроны полезны в тех случаях, когда пробраться надо в опасное или труднодоступное для людей место
Дрон-фермер. Самые простые аппараты летают над полями, отпугивая насекомых и следя за скотом.
Дрон-кинооператор. Этот аппарат помогает проводить видеосъемку с высоты птичьего полета, с легкостью достигать мест, где человек не мог бы вести съемку.
Беспилотники не только применяются в военных целях, но и в общественной деятельности человека. Они стали достойными помощниками людей, которые в будущем значительно повысят свою популяцию и станут самым популярным видом отправления посылки или иного другого действия.

 

6. Перспективы использования роботов в авиации
Одним из перспективных направлений развития авиационной робототехники можно назвать разработку робота-пилота, который представляет собой роботизированную конечность, соединённую с программно-аппаратным комплексом управления самолётом. Его разработка ведется Управлением перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США уже довольно давно, сейчас создатели устройства уже приступили к тестированию. Задача такого робота -  облегчить работу пилота и сократить численность экипажа самолёта. Использование робота, по словам разработчиков, в будущем может позволить не только сократить расходы на обучение новых пилотов, но и положительно скажется на количестве самолётов, участвующих в различных операциях. Робот может долго и исправно рулить, позволив напарнику-человеку сосредоточиться на первостепенных задачах миссии: разведке, наблюдении и наведении на цель. Робот использует несколько камер, позволяющих отслеживать положение переключателей, датчиков и приборов в кабине самолёта, манипулятор-рука управляет штурвалом. Помимо этого, система оснащена механизмом нажатий на педали и рычаги. Сейчас создатели робота-пилота собираются доработать устройство, добавив функции голосового взаимодействия.
Уверен, что есть еще множество сфер, где могли бы еще быть использованы умные машины. Например, в гражданской авиации могут использоваться роботы, выполняющие функции обслуживания пассажиров. Эти машины могли бы получать сигнал с пультов управления и подавать людям напитки, пищу, пледы, и т.п.
Очень важным направлением применением роботов в авиации может стать использование устройств, повышающих уровень безопасности полетов. Например, робот, отслеживающий состояние здоровья пилота с помощью датчиков (давление, сердечный ритм и т.п.) и автоматически переводящий самолет в режим автопилота в случае нарушения заданных показателей.
Нас всех очень тревожат сообщения о крушении самолетов и гибели людей. На мой взгляд, перспективными являются идеи о системе, позволяющей автоматически отстыковывать пассажирский салон и безопасно опускать его  на парашютах на землю или на воду в случае возникновения аварийных ситуаций.
В военной авиации могли бы применяться системы, которые самостоятельно отслеживают приближение ракет и направляют им «ложный» сигнал о месте нахождения самолета, заставляя их взорваться в другом безопасном месте.

 

Заключение
По результатам проведенных исследований можно сделать вывод, что будущее авиации невозможно без использования роботов. Робототехника поможет сделать полеты самолетов безопаснее и комфортнее, а беспилотные летательные аппараты будут все шире использоваться в различных отраслях хозяйства и помогать людям. С одной стороны, современная авиация имеет все шансы стать полностью беспилотной, когда роботы заменят человека. Как например, в еще 70-х годах ХХ века в Раменском приборостроительном конструкторском бюро (РПКБ) был создан беспилотник на базе МиГ-21, и эта машина успешно совершала полеты. Развитие авиации по данному пути может сохранить самое ценное – человеческую жизнь. С другой стороны, есть случаи, в которых пилот просто необходим. Например, когда требуется принять решение в непредвиденной ситуации, выполнить действия, которые не запрограммированы в системе, и также спасти жизни людей. Представляется, что наилучшим вариантом будет разработка всех направлений использования роботов в авиации, как полностью заменяющих человека, так и выполняющих отдельные функции управления и (или) обслуживания летательных аппаратов.

Источники информации:
1. «Роботы высокого полета» http://www.up-pro.ru/library/production_management/zarubejnyj-opyt/robotizirovannye-sistemy.html\
2. «Применение роботов в аэрокосмической промышленности» http://mirprom.ru/public/primenenie-robotov-v-aerokosmicheskoy-promyshlennosti.html
3. «Будущее авиации за роботами» http://otveklik.com/19164-buduschee-aviacii-za-robotami.html
4. «Применение роботов в авиации» https://eduherald.ru/ru/article/view?id=14293 
5. «Википедия. Свободная энциклопедия» 
6. «Глаза и зубы боевой авиации: на что способна российская бортовая электроника» http://tvzvezda.ru/news/opk/content/201604041458-aj3a.htm
7. «Робот-пилот управляет самолетом Cessna Caravan» http://nig.mirtesen.ru/blog/43100953266/Robot-pilot-upravlyaet-samolyotom-Cessna-Caravan
8. Бикметов Р.Р. ПРИМЕНЕНИЕ РОБОТОВ В АВИАЦИИ // Международный студенческий научный вестник. – 2015. – № 6.