تأثیر اتوماسیون در کابین خلبان بر ایمنی هوانوردی

تأثیر اتوماسیون در کابین خلبان بر ایمنی هوانوردی

تهیه و تنظیم: محمد ردایی، فارغ التحصیل دکتری مهندسی هوا فضا – طراحی سیستم ­های اویونیکی دانشگاه کرنفیلد انگلستان

مقدمه

علیرغم پیشرفت­ های بسیار در صنعت هواپیماهای تجاری و افزایش سطح ایمنی هنوز سوانح هوایی مربوط به اتوماسیون کنترل پرواز و پیچیدگی سیستم­ های هواپیما به عنوان علل سوانح شناخته می­شوند. سوانح اخیر هواپیمای بویئنگ 737 مکس در سال های 2018 و 2019 نیز از همین دسته از سوانح می باشند. تحقیقات و بررسی سوانح در صنعت هوانوردی غیرنظامی از سال 1993 تا 2007 میلادی که توسط سازمان هواپیمایی کشوری هلند بر مبنای داده ها در مرکز تحقیقات ملی هلند انجام شده، نشان می دهد که سوانح هوایی دو علت عمده داشته­ اند.

اولی به CFIT (Controlled Flight Into Terrain) یا هدایت کنترل شده پرواز به موانع معروف است بدین معنی که بر خلاف تحت کنترل بدون کامل پرواز و هواپیما، به ناگاه هواپیما به موانع برخورد می­کند که علت آن از دست دادن آگاهی موقعیتی خلبان­ ها بوده و 23 درصد علل سوانح را شامل می شده است. درصد سوانح با علل CFIT بعد از سال 2007 با بروز و ظهور تکنولوژی­های جدید در کابین خلبان سیستم های مانند TCAS، GPWS، TAWS، اتوماسیون بیشتر و آموزش مدیریت منابع انسانی (CRM) کم شده است. عامل بعدی سوانح به LOC-I یا از دست دادن کنترل در پرواز شناخته می شود و علت آن مربوط به مشکلات و نقص ­های فنی است که در حین پرواز رخ می­دهند. این دسته 16 درصد از علل سوانح را تشکیل می دهد. اما از سوی دیگر، افزایش اتوماسیون باعث افزایش پیچیدگی سیستم­ های هدایت و کنترل پرواز شده است که چالش ­های را در صنعت هوانوردی برای آموزش خلبان­ ها، گرفتن تاییدیه و یا گواهینامه (Certification) صلاحیت پروازی سیستم طراحی شده به وجود آورده است. علاوه بر این سوانحی نیز اتفاق افتاده که مربوط به این چالش می باشند.

کابین هواپیمای مدرن ایرباس A350XWB

چالش­ ها

هواپیماهای تجاری مدرن بر مبنای تکنولوژی کنترلی پرواز با سیم (Fly-by-Wire) پرواز می­ کنند به طوری که فرمان­ ها و ورودی های کنترلی به جای اینکه مستقیما به لینک ­های مکانیکی فرستاده شوند، از طریق کامپیوترها این فرامین به سیستم­ های کنترل پرواز فرستاده می­ شوند. نرم ­افزارهای موجود در سیستم پرواز با سیم شامل قوانین کنترلی است که علاوه بر بهینه­ سازی عملکرد پرواز، از فرمان­ های کنترلی که ممکن است هواپیما را در یک موقعیت ناایمن قرار دهد نیز جلوگیری می­ کند. اما، افزایش اتوماسیون و پیچیدگی سیستم ­های کنترل پرواز خودکار گاهی سبب گیجی، شک و تردید شده که منجر به تصمیم ­گیری و یا اعمال ناخواسته و ناآگاهانه خلبان­ ها می­ شود که نهایتا هواپیما را در وضعیت ناایمن قرار می­ گیرد.

علاوه بر این، طراحی این سیستم­ های جدید ذاتا برای کم کردن خطای عامل انسانی (خلبان) است اگرچه، چالش ­های دیگری را نیز پیش روی طراحان هواپیما و اپراتورها قرار داده. برای مثال از آنجا که هواپیما در اکثر فازهای پروازی از سیستم ­های کنترل خودکار استفاده می­ کنند، نگه­ داشتن مهارت­ های پروازی خلبان­ ها در حد ایده ­آل و  به طور خاص در شرایطی که یک سیستم حیاتی از دست برود امری مهم است. چالش دیگر چگونگی مستندسازی کتاب­ های فنی و تخصصی برای خلبانان و متخصصین تعمیر و نگهداری هواپیما جهت آموزش است به طوری که مدل ذهنی دقیقی را برای فهم چگونگی کارکرد این سیستم­ های پیچیده فراهم بیاورند. اهداف اصلی در رویارویی و حل این چالش ­ها بالا بردن سطح آگاهی موقعیتی خلبان­ ها است زمانی که از سیستم­ های خودکار پرواز استفاده می­ کنند که نهایتا منجر به کم شدن خطای عامل انسانی شده و در عین حال حجم کاری ذهنی خلبان­ ها را در استفاده از این نوع سیستم ­ها کاهش می دهد. در ادامه به چند سوانح هوایی مرتبط به اتوماسیون و پیچیدگی سیستم­ های طراحی شده جدید می ­باشد، اشاره می­ شود.

سوانح هوایی

پرواز 447 ایرفرانس: این سانحه در سال 2009 اتفاق افتاده و مربوط به یک هواپیمای ایرباس A330 است که از ریو دو ژانیرو عازم پاریس بود که در اقیانوس اطلس سقوط کرد و تمامی سرنشینان آن جان خود را از دست دادند. نتایج ابتدایی سانحه نشان حاکی از این بود که لوله پیتوت تیوپ هواپیما دچار یخ زدگی شده و موقتا اندازه­ گیری سرعت دچار مشکل شده است. سپس کامپیوترهای پرواز از حالت اوتوپایلوت خارج شده و منطق کنترل پرواز را به مد دیگری که به نام مد جایگزین (Alternate Mode) شناخته می­ شود وارد می­ کند. در این مد، قوانینی که برای جلوگیری از استال (سرعت واماندگی) ایرودینایکی و یا چرخش ­های شدید اصولا در سیستم اتوپایلوت تعبیه شده است از کار می­ افتد.

به گزارش بازرسان سانحه، خلبانان از تحلیل صحیح این موقعیت عاجز بودند و فرمان­های کنترلی اشتباهی را نیز اعمال کردند که نهایتا باعث استال هواپیما و سقوط آن شد. حتی بعد از به استال افتادن هواپیما، خلبانان موفق به تشخیص این حالت و یا ریکاوری از استال نشدند. از عوامل موثر در این سانحه که به اتوماسیون مربوط می ­شود توسط بازرسان به در این صورت گزارش شد که نبودن اطلاعات چشمی (بصری) (Visual Information) کافی در صفحه نمایش برای اخطار به نزدیک شدن به سرعت استال. تردید و گیج شدن نسبت به سرعت بیش از اندازه که مانند استال باعث لرزش بدنه هواپیما می­ شود. و همچنین عدم اطلاعات کافی برای تشخیص تغییر مد کامپیوتر پرواز به مد جایگزین که در آن محافظت از زاویه حمله (AOA Protection) وجود ندارد. در نهایت متخصصین حوزه هوانوردی این سانحه را هشداری برای طراحی و توسعه سیستم­ های کنترل پرواز خودکار و بسیار پیچیده دانستند.

پرواز 214 آسیانا: این سانحه مربوط به هواپیمای بوئینگ 777 این شرکت می­ شود که در زمان تقرب به باند فرودگاه از میزان شیب مناسب برای فرود پایین­تر رفته و نرسیده به باند، سقوط می­ کند. بررسی­ ها در این سانحه نشان داد که پیچیدگی سیستم اتوپایلوت و اتوتراتل این هواپیما منجر به این سانحه شده است. به گزارش NTSB، توصیف این سیستم­ ها در کتب آموزشی و عملیاتی خلبانان کافی نبوده و منجر به خطای مد (Mode error) شده، موقعیتی که در آن خلبانان حالت سیستم خودکار و عملکرد آن را در زمان تقرب به باند اشتباه متوجه شدند. به عبارت دیگر، نحوه استفاده و عملکرد خلبانان از اتوتراتل (اهرم گاز خودکار) و اتوپایلوت طوری بوده که سیستم را در موقعیتی قرار داده که اتوتراتل دیگر سرعت هواپیما را کنترل نمی­کرد. اگرچه، خلبانان به ظاهر متوجه این حالت نشدند که در نهایت به کم شدن سرعت، نزدیک شدن به باند با شیب تندتر و پرواز در ارتفاع کمتر می­شود. پیشنهادهای از طرف NTSB برای بهبود فهم خلبانان و شناخت بیشتر سیستم اتوتراتل و مدهای مختلف این سیستم ارایه شد که در کتب آموزشی و نحوه آموزش خلبانان اعمال شود.

سقوط پرواز 214 آسیانا در نزدیکی باند فرودگاه

پرواز 610 لیون ایر و پرواز 302 اتیوپی: در اکتبر 2018 هواپیمای بوئینگ 737 مکس شرکت لیون ایر دقایقی بعد از بلند شدن از فرودگاه در دریای Java سقوط کرد. گزارش ابتدایی حاکی از این بود که روز قبل این سانحه هواپیما دچار خطا در سنسور اندازه ­گیری زاویه حمله (AOA) در سمت چپ هواپیما شده بود که با هم اختلاف داشتند. دقایقی بعد از بلند شدن، چندین فرمان اتوماتیک تریم (اصلاح و بهبود حالت پرواز) برای پایین آوردن دماغه هواپیما صادر می­ شود و خلبانان نیز برای مقابله با آن موفق نبودند که نهایتا منجر به افتادن هواپیما در حالت شیرجه و سقوط می­ شود. سانحه مشابه این حالت، در مارچ 2019 برای همین نوع هواپیما برای شرکت اتیوپی اتفاق می­افتد.

در این پرواز نیز، بعد از برخواستن هواپیما، سنسورهای اندازه­ گیری زاویه حمله سمت چب زاویه بسیار بالای 75 درجه را نشان می­ دهند و این در حالیست که سنسور سمت راست اندازه نرمال در زمان اوج ­گیری هواپیما را نشان می­دهد. سپس هواپیما به طور خودکار با فروان­های شدید دماغه به سمت پایین مواجه می­ شود که خلبانان نمی ­توانند هواپیما را از این حالت خارج کنند و هواپیما سقوط می­ کند. در هر دو سانحه تمامی سرنشینان جان خود را از دست دادند. بررسی­ ها نشان داد که فرامین خودکار صادر شده مربوط به سیستم جدید تعبیه شده در این هواپیما به نام (MCAS) یا سیستم تقویت ویژگی­ های مانورپذیری است که به تازگی در این نوع هواپیما ساخته شده ­است.

اشتباهات در طراحی این سیستم، یعنی اتکا به تنها یک سنسور برای افزایش پایداری و همچنین عدم گنجاندن اطلاعات این سیستم در کتب مربوطه خلبان ­ها باعث چنین سوانح اسفباری شده ­است. به عبارت دیگر، خلبانان این دو پرواز از وجود چنین سیستمی در هواپیما اطلاع نداشتند و این خود یکی از عوامل ناتوانی آن­ها در حل مشکل بود. علت عدم گنجاندن این اطلاعات این بود، که این سیستم در روزهای آخر طراحی به این هواپیما اضافه شده بود و اگر گزارش می­شد برای گرفتن صلاحیت پروازی می­ بایست پروسه طولانی ­تری را طی می­ کرد. از این رو اهمیت اخلاق در مهندسی نیز در این امر مهم کاملا مشهود است.

نتیجه­ گیری:

یکی از اهداف اتوماسیون در کابین خلبان همواره برای کم­ کردن حجم کاری و کم­ کردن خطای عامل انسانی بوده ­است. اما، طبق آنچه در این مقاله به آن اشاره شد، سوانح و رویدادهای اتفاق افتاده ­اند که با هدف اولیه متناقض می ­باشند. به عبارت دیگر، پیچیدگی و اتوماسیون سیستم خود به نوعی منجر به سوانح شده ­است. لذا، به نظر می­رسد یک بازنگری جدی در سیاست ­گذاری و نظارت بر طراحی و تولید سیستم ­های جدید توسط سازمان­ های ذیصلاح امری ضروری است. این امر با ایجاد استانداردها، قوانین و مقرارت جدید مربوط به ایمنی در طراحی سیستم ­های هواپیما شامل سیستم ­های تحمل خطا و سیستم­ های یدکی و آموزش خلبان­ ها تحقق می­ گیرد. همچنین، طراحی و صدور گواهینامه صلاحیت پروازی برای سیستم­ های خودکار جدید نیاز به نگاهی سیستمی و همه جانبه و به طور خاص نیازمند متخصصین ارگونومی شناختی و فیزیکی می­ باشد. علاوه بر این اخلاق مهندسی نیز عامل موثر و تعیین کننده­ است که باید در تربیت مهندسان این صنعت در نظر گرفته شود.

حتما بخوانید:

⇐ اتوماسیون و ایمنی

⇐ خطای انسانی و ایمنی سیستم ها

⇐ ایمنی و تکنولوژی های جدید

منبع: فصلنامه علمی – اجتماعی ارگونومی شماره 6