Αεροπορία στην Ψηφιακή Εποχή

Η Εποχή της πληροφορίας θεωρείται πως έφτασε μαζί με το Διαδίκτυο μιας και αναπτύχθηκε την δεκαετία του 1970, ξεδιπλώθηκε την δεκαετία του 1980, και συνεχίζει να εξελίσσεται μέχρι σήμερα. Έτσι η υιοθέτηση ψηφιακών τεχνικών στην αεροπορία έγινε σταδιακά την ίδια περίοδο και συνεχίζει μέχρι σήμερα.

Η χρήση ψηφιακών υπολογιστών για τον σχεδιασμό αεροσκαφών άρχισε να γίνεται από μεγάλες εταιρείες αεροδιαστημικής την δεκαετία του 1970 και περιλάμβανε τεχνικές όπως Λογισμικά Σχεδίασης με Υπολογιστή (Computer Aided Design, CAD), Λογισμικά Κατασκευής με Υπολογιστή (Computer Aided Manufacturing, CAM), ανάλυση των δομικών υλικών με την χρήση Ανάλυσης Πεπερασμένων Στοιχείων (Finite Element Analysis, FEA) και αεροδυναμική μοντελοποίηση.[1]

Η εποχή του Ψυχρού Πολέμου τελείωσε λίγο μετά την άφιξη των ψηφιακών τεχνολογιών, φέρνοντας αξιοσημείωτη μείωση στην πολεμική αεροπορία των μεγάλων δυνάμεων.[2] Πιο πρόσφατα η άνοδος των οικονομιών της Ινδίας[3] και τις Κίνας[4] έδωσε ώθηση στην ανάπτυξη στρατιωτικών αεροσκαφών στις χώρες αυτές.

Αεροσκάφη

Χαλαρή στατική σταθερότητα

Το πρώτο λειτουργικό πλήρως εξουσιοδοτημένο ημιαυτόματο σύστημα αναπτύχθηκε για το General Dynamics F-16 Fighting Falcon και η παρουσίαση του το 1978 κήρυξε την επανάσταση με την ανάληψη του έργου της διασφάλισης της σταθερότητας κατά την διάρκεια της πτήσης από τους παραδοσιακούς αεροδυναμικούς σταθεροποιητές.[5] Αυτή η χρήση της «χαλαρής στατικής σταθερότητας» έδωσε τη δυνατότητα στα αεροσκάφη να μπορούν να πραγματοποιούν περισσότερους ελιγμούς και να δίνεται τεχνητή «αίσθηση» στους πιλότους κατά την διάρκεια του κύριου έργου τους.[6]

Συνθετικά υλικά

Τα συνθετικά υλικά προσφέρονται περισσότερο από το μέταλλο για την ρευστοποίηση «οργανικών» αεροδυναμικών σχημάτων με υψηλή αποτελεσματικότητα, και το πλεονέκτημα του προηγμένου υποβοηθούμενο από υπολογιστή σχεδιασμού και μοντελοποίησης οδήγησε στην διεύρυνση της χρήσης αυτών των υλικών και μορφών.[7]

Κινητήρες

Αυτή την περίοδο σημειώθηκε ραγδαία αύξηση της χρήσης ηλεκτρικών συστημάτων στα ελαφρά αεροσκάφη και τα μη επανδρωμένα εναέρια οχήματα (Unmanned Aerial Vehicles, UAV).[8] Στις τεχνολογίες γενικής εφαρμογής περιλαμβάνεται η ευρεία διαθεσιμότητα και προσιτότητα των νέων τεχνολογιών μπαταριών υψηλών επιδόσεων, των ισχυρών μαγνητών σπάνιων γαιών στους ηλεκτροκινητήρες, το μειωμένο κόστος των ηλιακών συσσωρευτών και τα εξελιγμένα μηχανοργανωμένα συστήματα ελέγχου και διαχείρισης.

Την ίδια στιγμή, οι συμβατικοί αεροκινητήρες, είτε με πιστόνια είτε με στροβίλους, συνέχισαν την διαδικασία της βελτίωσης, και έγιναν σταθερά πιο αξιόπιστοι και αποδοτικοί στην χρήση καυσίμου, ενώ την ίδια ώρα λιγότερο ρυπογόνοι.[9]

Ηλεκτρονικά συστήματα

Επίσης εμφανίστηκαν ψηφιακά συστήματα στα ίδια τα αεροσκάφη τα οποία σταδιακά βελτιώνονται. Οι πρώτες δοκιμές του συστήματος FADEC (Full Authority Digital Engine Control, Ψηφιακά Ενεργά Συστήματα Ελέγχου Πτήσεως) έλαβαν χώρα το 1968, και το επιχειρησιακό σύστημα τέθηκε σε λειτουργία το 1985.[10][11]

Τα ολοκληρωμένα συστήματα δεδομένων απαιτούν ψηφιακούς διάυλους δεδομένων. Ο δίαυλος MIL-STD-1553 καθορίστηκε το 1973.[12] Ήταν αυτός που επέτρεψε την ανάπτυξη του πρώτου πλήρως λειτουργικού ημιαυτόματου συστήματος εξουσιοδότησης για το General Dynamics F-16 Fighting Falcon. Την ίδια στιγμή, «γυάλινα πιλοτήρια» αντικαθιστούσαν τα παλαιά αναλογικά ηλεκτρο-μηχανικά όργανα με γραφικές ψηφιακές αναπαραστάσεις οι οποίες παρουσιάζαν οποιαδήποτε πληροφορία επιλεγόταν.[13] Τα πρώτα γυάλινα πιλοτήρια είχαν λιγότερες χρήσιμες πληροφορίες ως συστήματα EFIS[14] (Electronic Flight Information Systems, Ηλεκτρονικά Συστήματα Πτητικών Πληροφοριών), και τα πλήρως γυάλινα συστήματα άρχισαν να εμφανίζονται το 1988.

Μη επανδρωμένα εναέρια οχήματα

Πριν την Ψηφιακή Εποχή, τα μη επανδρωμένα εναέρια οχήματα (unmanned aerial vehicles, UAV) ή drones ήταν σε περιορισμένη χρήση, διαθέτοντας είτε περιορισμένη δυνατότητα καθοδήγησης είτε ευάλωτη ζεύξη ραδιοελέγχου.

Η εξέλιξη των ελαφρών και χαμηλού κόστους αισθητήρων όπως οι ψηφιακές κάμερες μαζί με τις τεχνολογίες φορητών υπολογιστών επέτρεψαν στα μη επανδρωμένα εναέρια οχήματα να εξελιχθούν και να λαμβάνουν αυτόνομες αποφάσεις κατά τη διάρκεια της πτήσης. Τα μη επανδρωμένα εναέρια οχήματα έχουν αυξανόμενη χρήση τόσο για πολιτικούς όσο και για στρατιωτικούς σκοπούς.[15]

Τα μη επανδρωμένα εναέρια οχήματα αποτελούν ελκυστικά όπλα επίθεσης επειδή συνδυάζουν την ευελιξία και την δύναμη πυρός ενός επανδρωμένου αεροσκάφους με την αναλωσιμότητα ενός πυραύλου.[16] Ήρθαν στο προσκήνιο κατά τα χειρουργικά χτυπήματα αέρος-εδάφους στο Αφγανιστάν.[17] Ωστόσο μια τέτοια χρήση είναι αμφιλεγόμενη εξαιτίας του ρίσκου πρόκλησης θανάτου αμάχων από λάθος.[18]

Στον 21ο αιώνα, τα πολιτικής χρήσης μη επανδρωμένα εναέρια οχήματα όπως τα τετρακόπτερα (quadcopter) χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο για ψυχαγωγικούς λόγους και για εναέρια παρατήρηση μέσω ψηφιακής κάμερας.[19]

Τα μικρό-μη επανδρωμένα εναέρια οχήματα είναι πολύ μικρά, και αποτελούν κυρίως εργαλεία στρατιωτικής αναγνώρισης και επιστημονικής έρευνας.[20]

Πολιτική αεροπορία

Αυτή τη περίοδο, η πολιτική αεροπορία συνέχισε να επεκτείνεται. Τα επιβατικά αεροπλάνα και οι κινητήρες τους μεγάλωναν και έγιναν πιο αποδοτικοί στην κατανάλωση καυσίμου, ενώ τα ψηφιακά συστήματα κατέλαβαν την θέση των μηχανισμών πτητικού ελέγχου και των άλλων ηλεκτρονικών συστημάτων. Τα σύγχρονα αεριωθούμενα επιβατικά αεροπλάνα διαθέτουν γυάλινα πιλοτήρια, ψηφιακούς κινητήρες πλήρους ελέγχου και ημιαυτόματα μηχανοργανωμένα συστήματα πτητικού ελέγχου, ενώ πιο πρόσφατα, συνδεσιμότητα με κινητά συστήματα διαδικτύου.[21]

Στα μεγάλα προβλήματα του αεροπορικού ταξιδιού κατά τον 21ο αιώνα περιλαμβάνεται το κλείσιμο του εναέριου χώρου των Ηνωμένων Πολιτειών μετά τις επιθέσεις της 11ης Σεπτεμβρίου 2001[22], και το κλείσιμο του μεγαλύτερου μέρους του Ευρωπαϊκού εναέριου χώρου μετά την έκρηξη του ηφαιστείου Εϊγιαφιάτλαγιοκουτλ το 2010 στην Ισλανδία.[23]

Γενική αεροπορία

Τα υπερελαφρά και μικροελαφρά αεροσκάφη έγιναν πιο δημοφιλή[24], μαζί με άλλες αθλητικές δραστηριότητες όπως τα αλεξίπτωτα πλαγιάς.

Το 1986 οι Ντικ Ρούταν και Τζιάνα Γίγκερ έκαναν τον γύρο του κόσμου πετώντας με το Rutan Voyager χωρίς στάση και εναέριο ανεφοδιασμό.[25]

Το 1999 ο Μπέρτραντ Πικάρντ έγινε ο πρώτος άνθρωπος που πραγματοποίησε τον γύρο του κόσμου με αερόστατο.[26]

Στρατιωτική αεροπορία

Η χρήση των ψηφιακών ημιαυτόματων συστημάτων και της χαλαρής στατικής σταθερότητας έδωσαν στα στρατιωτικά αεροσκάφη μεγαλύτερη δυνατότητα για ελιγμούς χωρίς να θυσιαστεί η ασφάλεια ή η πλοϊμότητα. Πλέον υπήρχε η δυνατότητα για προηγμένους τακτικούς ελιγμούς όπως η Κόμπρα του Πουγκάτσεβ.[27]

Πύραυλοι

Η ψηφιακή τεχνολογία έδωσε στη δυνατότητα στα συστήματα καθοδήγησης των πυραύλων να γίνουν μικρότερα και να υπολογίζουν και διορθώνουν την πορεία τους. Η χρήση λογισμικών χαρτών επί των σκαφών, επεξεργασίας βίντεο και σύγκρισης εδάφους (TERCOM) προσέδωσαν στους πυραύλους ανυπολόγιστη ακρίβεια.[28]

Stealth

Κατά την μεταπολεμική περίοδο, η ανίχνευση από τα ραντάρ ήταν μόνιμη απειλή για τον επιτιθέμενο. Τα επιθετικά αεροσκάφη ανέπτυξαν την τακτική της πτήσης σε χαμηλό υψόμετρο, «κάτω από το ραντάρ» όπου μπορούσαν να κρυφτούν από τους σταθμούς ραντάρ εξαιτίας των λόφων και άλλων εμποδίων. Η έλευση των αλυσίδων ραντάρ χαμηλού υψομέτρου, ως μέσο άμυνας κατά των πυραύλων cruise, έκανε αυτή την τακτική εξαιρετικά δύσκολη. Την ίδια περίοδο, οι βελτιώσεις στα υλικά απορρόφησης ηλεκτρομαγνητικής ραδιενέργειας (radiation-absorbent materials, RAM) και τις τεχνικές ηλεκτρομαγνητικής μοντελοποίησης προσέφεραν την ευκαιρία ανάπτυξης «κρυφών» αεροσκαφών τα οποία θα ήταν αόρατα στα ραντάρ των αμυνόμενων. Το πρώτο αεροσκάφος stealh, το Lockheed F-117 Nighthawk τέθηκε σε υπηρεσία το 1983. Σήμερα, η λειτουργία stealth είναι προαπατούμενο για οποιοδήποτε ανώτερο επιθετικό αεροσκάφος.[29]

Δραστηριότητες εδάφους

Η Επιτροπή Εκατονταετηρίδος των Πτήσεων των Η.Π.Α. ιδρύθηκε το 1999 ώστε να ενθαρρύνει την ευρύτερη εγχώρια και διεθνή συμμετοχή στον εορτασμό των 100 ετών μηχανοκίνητων πτήσεων.[30] Δημοσίευσε και υποστήριξε πληθώρα προγραμμάτων, έργων και εκδηλώσεων που σκοπό είχαν την μόρφωση των ανθρώπων για την ιστορία της αεροπορίας.

Κατασκευή

Η ευρεία χρήση ψηφιακών τεχνικών κατά τον σχεδιασμό και την κατασκευή οδήγησε σε επανάσταση στον σχεδιασμό αεροσκαφών. Πλέον, ένας σχεδιαστής μπορεί να δημιουργήσει το αεροσκάφος του, να μοντελοποιήσει τα αεροδυναμικά και μηχανικά χαρακτηριστικά του, να σχεδιάσει τα υλικά παραγωγής και να τα υλοποιήσει στο εργοστάσιο, μέσω ενός απλού πλήρους ψηφιακού διακομιστή.[31]

Η αυξανόμενη χρηση υλικών συνθετικών ινών οδήγησε σε ακόμη μεγαλύτερα αυτόκλειστα για την εφαρμογή και σκλήρυνση της ρητίνης η οποία δένει τις δομικές ίνες μεταξύ τους.[32] Αναπτύχθηκαν ακόμη καινοτόμες μέθοδοι και τεχνικές ανίχνευσης, μιας και οι αστοχίες και οι ενδείξεις των συνθετικών υλικών διαφέρουν πολύ από τις μεταλλικές κατασκευές.[33] Για παράδειγμα, επίπεδα ινών μπορούν να αποφυλλωθούν από ένα πολυεπίπεδο υλικό, εξασθενώντας το χωρίς να υπάρχει εξωτερικό σημάδι θραύσης. Εκεί όπου το μεταλλικό κάλυμμα τείνει να διευρύνεται προς όλες τις κατευθύνσεις μετά απο έναν κεραυνό και να προστατεύει τα ευαίσθητα υλικά, τα ανθρακονήματα τείνουν να διευρύνονται προς τις ίνες και επιτρέπουν μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας να περάσει στο εσωτερικό, απαιτώντας πιο προσεκτικό σχεδιασμο για την προστασία των σημαντικών αντικεμένων απο τον ηλεκτρομαγνητικό παλμό των κεραυνών.

Η αυξειμένη εξειδίκευση των ηλεκτρονικών συστημάτων οδήγησε σε μεγαλύτερο χρόνο ανάπτυξης. Πιο συγκεκριμένα η χρήση ψηφιακών πτητικών συστημάτων όπως τα ημιαυτόματα οδήγησε σε μεγάλη εξειδίκευση και πολυπλοκότητα των λογισμικών ελέγχου, τα οποία ενδέχεται να χρειαστούν χρόνια για να αναπτυχθούν και να πιστοποιηθούν. Την περίοδο αυτή, κάθε αλλαγή στο φυσικό σχέδιο του αεροσκάφους ίσως απαιτεί αναθεώρηση και πιστοποίηση του σχετικού λογισμικού.[34]

Έλεγχος εναέριας κυκλοφορίας

Καθώς οι υπολογιστές εξελίχθηκαν την δεκαετία του 2000, άρχισαν να αναλαμβάνουν θέματα ρουτίνας της εργασίας των ελεγκτών εναέριας κυκλοφορίας. Μέχρι τότε όλη η εναέρια κυκλοφορία στον εναέριο χώρο καταγράφονταν και παρουσιαζόταν, με τον ελεγκτή εναέριας κυκλοφορίας να έχει την ευθύνη για την παρακολούθηση των θέσεων των αεροσκαφών και την εκτίμηση ανάγκης κάθε δράσης. Τα σαύγχρονα μηχανοργανωμένα συστήματα έχουν την δυνατότητα παρακολούθησης των πορειών πολλών περισσότερων αεροσκαφών την ίδια στιγμή, επιτρέποντας στον ελεγκτή να διαχειριστεί περισσότερα αεροσκάφη και να εστιάσει στις διαδικασίες λήψης αποφάσεων και παρακολούθησης.[35]

Παραπομπές

  1. ↑ «Introduction to Finite Element Analysis». www.sv.vt.edu. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 3 Μαρτίου 2016. Ανακτήθηκε στις 25 Φεβρουαρίου 2017. CS1 maint: Unfit url (link)
  2. ↑ Lorell, Mark A.· Levaux, Hugh P. (1998). The Cutting Edge: A Half Century of Fighter Aircraft R&D. Santa Monica, CA. USA: Rand Corporation. σελ. 1. ISBN 9780833025951. 
  3. ↑ Verma, Bharat (2008). Indian Defence Review: April - June 2007. India: Lancer Publishers. σελ. 62. ISBN 9788170621461. 
  4. ↑ Cordesman, Anthony H.· Hess, Ashley (2013). Chinese Military Modernization and Force Development: A Western Perspective. Lanham: Rowman & Littlefield. σελ. 193. ISBN 9781442227767. 
  5. ↑ Petrescu, Relly Victoria· Petrescu, Florian Ion (2013). The Aviation History. USA: BoD – Books on Demand. σελ. 42. ISBN 9783848266395. 
  6. ↑ Fielding, John P. (1999). Introduction to Aircraft Design. Cambridge: Cambridge University Press. σελ. 6-25. ISBN 9781107393356. 
  7. ↑ Kim, Hyonny· Whisler, D. (2014). Proceedings of the American Society for Composites 2014-Twenty-ninth Technical Conference on Composite Materials. USA: DEStech Publications, Inc. σελ. 520. ISBN 9781605951249. 
  8. ↑ Spitzer, Cary R. (1987). Digital avionics systems. USA: Prentice-Hall. σελ. 145. 
  9. ↑ Hingorani, N.; Ginn, H.; Sullivan, J. (2010). «Control/protection architecture for power electronic converters». 2010 Record of Conference Papers Industry Applications Society 57th Annual Petroleum and Chemical Industry Conference (PCIC): 1–8. doi:10.1109/PCIC.2010.5666842. http://ieeexplore.ieee.org/document/5666842/. 
  10. ↑ «Fuel Systems». Flight International: 484. 26 Σεπτεμβρίου 1968. https://www.flightglobal.com/pdfarchive/view/1968/1968%20-%202110.html. 
  11. ↑ Gunston, Bill (1990). Avionics: The story and technology of aviation electronics. Wellingborough UK: Patrick Stephens Ltd. σελ. 254. ISBN 1-85260-133-7. 
  12. ↑ MIL-STD-1553 Designer's Guide. USA: ILC Data Device Corporation. 1987. 
  13. ↑ Stephanidis, Constantine (2013). HCI International 2013 - Posters' Extended Abstracts: International Conference, HCI International 2013. Las Vegas: Springer. σελ. 304. ISBN 9783642394768. 
  14. ↑ McClellan, Mac (June 1999). «Lets Seat: The future is now». Flying Magazine 126 (6): 9. ISSN 0015-4806. https://books.google.gr/books?id=yaR6YWfgQEAC. 
  15. ↑ «Welcome to the Drone Age». The Economist. 27 Φεβρουαρίου 2017. Ανακτήθηκε στις 27 Φεβρουαρίου 2017. 
  16. ↑ Jackson, Brian A.· Frelinger, Dave (2009). Emerging Threats and Security Planning: How Should We Decide what Hypothetical Threats to Worry About?. Santa Monica, CA. USA: Rand Corporation. σελ. 8. ISBN 9780833047311. 
  17. ↑ Tucker, Spencer C. (2015). U.S. Conflicts in the 21st Century: Afghanistan War, Iraq War, and the War on Terror (3 volumes_: Afghanistan War, Iraq War, and the War on Terror. USA: ABC-CLIO. σελ. 953. ISBN 9781440838798. 
  18. ↑ Baylis, John· Wirtz, James J. (2016). Strategy in the Contemporary World: An Introduction to Strategic Studies. Oxford: Oxford University Press. σελ. 152. ISBN 9780198708919. 
  19. ↑ «What Makes The Quadcopter Design So Great For Small Drones?». Forbes. https://www.forbes.com/sites/quora/2013/12/23/what-makes-the-quadcopter-design-so-great-for-small-drones/#2f99a0b3654f. Ανακτήθηκε στις 2017-02-27. 
  20. ↑ Alexander, John B. (2003). Winning the War: Advanced Weapons, Strategies, and Concepts for the Post-9/11 World. New York: Macmillan. ISBN 9781429970129. 
  21. ↑ Torenbeek, Egbert (2013). Advanced Aircraft Design: Conceptual Design, Technology and Optimization of Subsonic Civil Airplanes. USA: John Wiley & Sons. ISBN 1118568095. 
  22. ↑ «Closure of the North American Airspace, September 11, 2001». Ιστότοπος του Πανεπιστημίου Χόφστρα. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 28 Αυγούστου 2016. Ανακτήθηκε στις 27 Φεβρουαρίου 2017. 
  23. ↑ «2010's Volcano-Induced Air Travel Shutdown Was Justified». Science | AAAS. 25-04-2011. http://www.sciencemag.org/news/2011/04/2010s-volcano-induced-air-travel-shutdown-was-justified. Ανακτήθηκε στις 2017-02-26. 
  24. ↑ Gallager, Sheldon M. (January 1983). «New Little Kit Planes». Popular Mechanics (Hearst Magazines) 159 (1): 86. ISSN 0032-4558. https://books.google.gr/books?id=x9kDAAAAMBAJ. 
  25. ↑ «Rutan Voyager». airandspace.si.edu. Smithsonian Institute. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 20 Ιουλίου 2018. Ανακτήθηκε στις 27 Φεβρουαρίου 2017. 
  26. ↑ Shiner, Linda (16-09-2009). «First Around the World» (στα Αγγλικά). Air & Space Magazine. http://www.airspacemag.com/flight-today/first-around-the-world-141243182/. Ανακτήθηκε στις 2017-02-27. 
  27. ↑ Lee, T. W. (2008). Military Technologies of the World (2 volumes). Westport, Connecticut. USA: ABC-CLIO. σελ. 21. ISBN 9780275995362. 
  28. ↑ Mount, Ian· Maier, Matthew· Freedman, David H. (1 Μαρτίου 2003). «The New Military Industrial Complex To arm for digital-age war, the Pentagon has turned to a new generation of defense contractors. The hardware is impressive. It's also deadly». money.cnn.com. Ανακτήθηκε στις 27 Φεβρουαρίου 2017. 
  29. ↑ «Flying Under the Radar – The Hidden History of Stealth Warplanes | militaryhistorynow.com». militaryhistorynow.com. Ανακτήθηκε στις 27 Φεβρουαρίου 2017. 
  30. ↑ Executive Summary, U.S. Centennial of Flight Commission, http://www.centennialofflight.gov/about/2004NtlPlan/sec1.htm, ανακτήθηκε στις 2017-02-27 
  31. ↑ Kundu, Ajoy Kumar (2010). Aircraft Design. Cambridge: Cambridge University Press. σελ. 569. ISBN 9781139487450. 
  32. ↑ Baker, Baker, Alan A. (2004). Composite Materials for Aircraft Structures. Reston, Virginia. USA: AIAA. σελ. 126. ISBN 9781600860409. 
  33. ↑ Masters, John E. (1992). Damage Detection in Composite Materials. Philadelphia, PA. USA: ASTM International. σελ. 72. ISBN 9780803114746. 
  34. ↑ F22 aircraft development cost goal achievable if major problems are avoided : report to congressional committees. USA: DIANE Publishing. 2000. σελ. 11. ISBN 9781428971172. 
  35. ↑ Kotze, Paula· Marsden, Gary (2013). Human-Computer Interaction -- INTERACT 2013: 14th IFIP TC 13 International Conference, Proceedings. Cape Town, South Africa: Springer. σελ. 197. ISBN 9783642404771.