“بالک های دیجیتال” برای مسیرهای پرواز در زمان واقعی که از فناوری ناسا متولد شده اند

قبل از اینکه هواپیماها حتی به باند فرودگاه برسند، خلبانان باید طرحی را ارائه کنند تا به کنترل‌کنندگان ترافیک هوایی اطلاع دهند که کجا می‌روند و مسیری که قرار است طی کنند. با این حال، وقتی هواپیماها در هوا هستند، این برنامه اغلب تغییر می کند. از آشفتگی که باعث ناراحتی مسافران و مصرف سوخت اضافی می‌شود تا الگوهای آب و هوایی غیرمنتظره که مسیر اصلی را مسدود می‌کند، خلبانان باید در حال پرواز فکر کنند و کنترل‌کنندگان ترافیک هوایی را از هرگونه تغییر در مسیرهای خود مطلع کنند.

در گذشته، این تغییرات باید به طور ناگهانی و با زمان کم اتفاق می افتاد. اما از آنجایی که هواپیماها به صورت دیجیتالی بیشتر به هم متصل شده‌اند، ماشین‌های پرنده می‌توانند از داده‌های اضافی که دریافت می‌کنند استفاده کنند و یک فناوری توسعه‌یافته توسط ناسا می‌تواند به خلبانان کمک کند تا بهترین مسیر را هر بار پیدا کنند.

ناسا از زمان آغاز به کار روش هایی را برای بهبود کارایی هواپیما بررسی کرده است. از جمله معروف ترین کمک های آژانس می توان به بال ها، فلنج های عمودی واژگون در انتهای بال های هواپیما که تلاطم نوک بال را از بین می برد و به میزان قابل توجهی در مصرف سوخت صرفه جویی می کند. بهره وری سوخت برای توسعه آینده هواپیما بسیار مهم است، زیرا نه تنها عملکرد و وزنی که می تواند حمل کند را بهبود می بخشد، بلکه میزان گازهای گلخانه ای منتشر شده در جو را نیز کاهش می دهد.

دیوید وینگ، محقق اصلی مدیریت ترافیک هوایی در مرکز تحقیقات لانگلی ناسا در همپتون، ویرجینیا، سیستم های خودمختاری پیشرفته ای را برای هواپیماها توسعه می دهد که به اپراتورها اجازه می دهد مستقیماً مسیرهای پرواز را در آسمان های شلوغ مدیریت کنند. او متوجه شد که برخی از فناوری‌های مشابهی که برای مسیریابی ایمن استفاده می‌شود، می‌تواند مسیرها را برای پروازهایی که در حال حاضر در هوا هستند نیز بهینه کند. اجازه دادن به خلبانان برای شناسایی مسیر بهتر به محض در دسترس بودن می تواند در زمان و هزینه صرفه جویی کند.

وینگ گفت: “کنترل ترافیک هوایی وجود دارد تا هواپیما را به طور ایمن از سایر هواپیماها جدا نگه دارد.” “بنابراین، ترفند این است، زمانی که شما نیاز به تغییر مسیر خود دارید، چه مسیری را درخواست می کنید، و چقدر شما را نجات می دهد؟”

تحت رهبری Wing، ناسا درخواست‌های خدمه هوایی استراتژیک آگاه از ترافیک (TASAR) را توسعه داد، بخشی از نرم‌افزاری که خلبانان و تیم‌های عملیات زمینی می‌توانند از آن برای یافتن مسیرهای بهتر در حمل و نقل استفاده کنند. TASAR از یک الگوریتم ژنتیک استفاده می‌کند، یک سیستم یادگیری ماشینی که با قرار دادن صدها تغییر مسیر در مقابل یکدیگر و دیدن اینکه کدام یک در صدر قرار می‌گیرد، پاسخ بهینه را پیدا می‌کند.

TASAR نقشه ای از منطقه می گیرد و صدها خط از هواپیما را ترسیم می کند. این خطوط نشان دهنده مسیرهای بالقوه ای است که هواپیما می تواند طی کند. این نرم‌افزار هر مسیری را که ایجاد می‌کند کاهش می‌دهد و از مسیرهایی که به مناطق پرواز ممنوع یا سیستم‌های آب‌وهوای خطرناک سرگردان می‌شوند یا بیش از حد به هواپیماهای دیگر نزدیک می‌شوند تا زمانی که کارآمدترین مسیری را که هواپیما می‌تواند طی کند، پیدا کند، اجتناب می‌کند. سپس، این بر عهده خلبان است که از توصیه های رایانه استفاده کند. اطلاعات با استفاده از حسگرهای موجود در هواپیما و اتصالات به خدمات زمینی که TASAR آنها را در نظر می گیرد، به طور مداوم به روز می شود.

وینگ گفت: «الگوریتم‌ها قبلاً برای سال‌ها در تحقیقات ما آزمایش شده و به بلوغ رسیده بودند، بنابراین در شکل بسیار خوبی بودند. اما ما مجبور بودیم این سیستم را به یک هواپیمای واقعی متصل کنیم، به این معنی که باید بتوانیم به داده‌های اویونیک موجود در هواپیما دسترسی داشته باشیم.

در پروازهای آزمایشی ناسا، این نرم افزار به خوبی کار می کرد، اما برای اینکه TASAR بتواند به پروازهای بیشتری نفوذ کند، هواپیماهای تجاری باید بتوانند به حجم زیادی از داده ها دسترسی داشته باشند. همانطور که معلوم شد، یک راه حل نزدیک بود.

شرکت iJET در ابتدا قطعاتی ساخت که می‌توانست هواپیماها را به آخرین اطلاعات موجود روی زمین که اغلب در آسمان در دسترس نبود، متصل نگه دارد. پس از توسعه آنتن های بهتر، این شرکت به زودی کار بر روی یک سیستم کامپیوتری یکپارچه جدید برای هواپیماها را برای جمع آوری داده ها و اتصال به منابع اطلاعاتی زمینی آغاز کرد. هنگامی که به دنبال یک “برنامه قاتل” برای سیستم بود، شرکت TASAR را کشف کرد.

راب گرین، مدیرعامل این شرکت گفت: «ما دیدیم که ناسا در حال رسیدن به نتیجه این کار است و تصمیم تجاری گرفتیم تا باتوم را برداریم.

این شرکت مستقر در سیاتل پس از خرید توسط شرکت دیگری به نام Aviation Partners، در سال 2018 به APiJET تغییر نام داد و اولین شرکتی بود که مجوز TASAR را از ناسا دریافت کرد. APiJET اقدام به اتصال نرم افزار به سیستم کامپیوتری در پرواز کرد. نسخه TASAR این شرکت Digital Winglets نام دارد که از اختراع ناسا نامگذاری شده است.

این برنامه بر روی کیسه های الکترونیکی پرواز، دستگاه های رایانه ای که توسط اداره هوانوردی فدرال برای استفاده در عملیات پرواز تایید شده اند، و معمولاً آی پدهای اپل، اجرا می شود. گرین گفت هیچ برنامه‌ای برای ادغام مستقیم آن در پانل ابزار کابین خلبان وجود ندارد زیرا به‌روزرسانی یک برنامه آسان‌تر است. گرین در آزمایش با آلاسکا ایرلاینز گفت که این برنامه 2 درصد در مصرف سوخت صرفه جویی می کند و تقریباً 28000 پوند سوخت در هر صد پرواز انجام می دهد.

گرین می‌گوید: «دو درصد ممکن است زیاد به نظر نرسد، اما صرفه‌جویی‌های کمی در مقیاس خطوط هوایی واقعاً افزایش می‌یابد.

چندین شرکت هواپیمایی دیگر این فناوری را آزمایش کرده‌اند، و Frontier Airlines در حال حاضر در حال آزمایش میدانی برای استقرار بالقوه Digital Winglets در ناوگان خود است. APiJET همچنان با توسعه دهندگان ناسا برای تحقیق بیشتر در مورد مزایای TASAR و ایجاد قابلیت های تجاری آن در تماس است.

گرین گفت: «همه کسانی که در ناسا روی TASAR کار کردند باید واقعاً به تأثیر مستقیم آنها بر صرفه جویی در سوخت و کاهش کربن افتخار کنند. پیچیدن سر زیاد است، اما کار می کند.