Новая система коммуникации в пассажирской авиации
Наш сегодняшний выпуск передачи наука и техника посвящен вопросам космоплавания и аэронавтики. А начнем мы его с рассказа о работе ученых из Немецкого центра аэрокосмических исследований в Геттингене. Они решили выяснить, какие факторы оказывают негативное влияние на микроклимат в самолете, и что можно сделать для его улучшения. Несмотря на значительный прогресс в обеспечении комфорта авиапассажиров, микроклимат в салоне авиалайнеров зачастую оставляет желать лучшего. В одном месте жарко, в другом холодно, в третьем дует. Для того чтобы понять, почему это так происходит, ученые решили изучить взаимодействие воздушных потоков в салоне самолета. С этой целью инженеры из Немецкого Центра аэронавтики и космоплавания в Геттингене воссоздали в лабораторных условиях макет кабины авиалайнера в натуральную величину. Об этом проекте и пойдет речь в нашем первом репортаже.
Так, теперь мы заглянем внутрь нашего макета.
Клаус Вагнер с трудом протискивается сквозь узкое отверстие в кабину, стены, пол и потолок которой выкрашены в черный цвет. По мере того, как наши глаза привыкают к темноте, в сумерках все отчетливее прорисовываются знакомые очертания; три ряда пассажирских кресел, два прохода между ними, полки для хранения багажа. В пассажирских креслах удобно расположились 36 мрачных фигур людей в черном.
Это у них только вид такой зловещий, поэтому мы в шутку называем их террористами, но на самом деле они миролюбивые.
Мрачные фигуры псевдо террористов это всего лишь куклы, облаченные в черные костюмы. Эти куклы – составная часть эксперимента, также как и черная кабина, сделанная из дерева по заказу исследователей из Немецкого центра аэрокосмических исследований. В салоне деревянного авиалайнера к услугам алюминиевых пассажиров инсталлирована система кондиционирования воздуха. Ведь, в конце концов, речь идет о комфорте на борту.
Наша цель заключается в том, чтобы исследовать, как изменяется температура внутри салона, где возникают комфортные условия, и какое воздействие оказывает на искусственный климат кабины воздушные потоки.
Законы циркуляции воздуха внутри авиалайнера пока еще не изучены досконально. Именно по этому в салоне сидят снабженные электроподогревом куклы и распространяют вокруг себя ровно столько тепла, сколько обычно выделяют среднестатистические пассажиры.
Воздух, нагретый теплом человеческого тела, устремляется наверх к потолку, тем временем из вентиляционных отверстий на потолке в салон подается холодный воздух. Взаимодействие этих потоков весьма сложно.
Поэтому ученые из Немецкого центра аэрокосмических исследований решили сделать это взаимодействие видимым. Для этого они напустили в салон мыльных пузырей, по движению которых можно проследить за перемещением воздушных потоков.
Йоганнес, включи-ка генератор мыльных пузырей, и лазер тоже включи...
Йоганнес Бозбах, который также как и Клаус Вагнер работает в Немецком центре аэрокосмических исследований, сидит за контрольным пультом.
Сейчас мы туда мыльных пузырей напустим, а затем подключим кондиционер.
Мыльные пузыри, подхваченные разнонаправленными потоками воздуха, начинают кружиться в рассеянном свете лазера, который зеленой прозрачной стеной вырос посреди салона. На темном фоне кабины мыльные пузыри превратились в яркие блестящие точки. Их передвижения регистрируют две цифровые фотокамеры, которые время от времени делают снимки - всякий раз по два кадра с коротким промежутком между ними, а затем передают полученные изображения на компьютерный монитор.
Специальная программа оценивает изменения в скоплениях пузырей на фотоснимках и рассчитывает направление потоков воздуха.
Мы видим, как кондиционированный воздух струится по поверхности крышек багажных полок. Так и должно быть. Если холодный воздух проникнет в кабину в любом другом месте, то пассажиры станут жаловаться на дискомфорт, поскольку у них вскоре начнут мерзнуть ноги или голова. Однако единого рецепта настройки кондиционера нет, поскольку салон одного самолета не похож на салон другого. Авиакомпании зачастую вносят изменения в комплектацию кабины: одни меняют сиденья, другие полки для багажа, третьи делают встроенный бар.
Наша задача просчитать, как эти возможные изменения отразятся на микроклимате внутри салона и в конечном итоге, на комфортности полета.
Опыты с черной камерой необходимы для разработки компьютерной программы по моделированию климатических условий внутри салона. Отныне дизайнеры смогут вносить любые изменения в интерьер самолета, это больше не будет оказывать негативного влияния на микроклимат в салоне и комфорт пассажиров.
Другая проблема, с которой сталкиваются сегодня авиапассажиры - это задержка вылета. Дело в том, что количество авиарейсов в Европе за последнее время значительно возросло, инфраструктура аэропортов работает на пределе своих возможностей, радио-эфир забит до отказа. И пилотам приходится ждать своей очереди, чтобы поговорить с диспетчером. Бывает так, что в перегруженных европейских аэропортах ожидание разрешения на взлет затягивается на полчаса, а то и на час. О сути проблемы рассказывает Мартин Кёпль (Martin Köppl) из Немецкой службы безопасности полетов.
Авиационная рация работает по принципу Walkie-Talkie – все пилоты могут слышать беседу диспетчера с их коллегой, однако вести переговоры с башней может только один пилот за раз. В определенное время суток, когда объем перевозок значительно возрастает, пилотам зачастую приходится делать несколько попыток, прежде чем им удается наладить радиоконтакт с башней и передать диспетчеру свой запрос. После получения запроса башня дает пилоту необходимые указания о том, каким путем самолету разрешено покинуть аэропорт, а пилот, во избежание недоразумений подтверждает получение сообщения и дословно повторяет указания диспетчера. Переговоры длятся в среднем около 30 секунд. Помножьте это время на количество авиарейсов, и тогда вам вы поймете масштаб проблемы.
Для того чтобы ускорить этот процесс в аэропорту города Мюнхена, откуда ежедневно вылетает около 500 авиалайнеров, решили воспользоваться услугами электронной почты. Пилот посылает свой запрос в письменном виде и получает ответ из центра управления полетами прямо на монитор бортового компьютера. В результате переговоры занимают меньше эфирного времени. Еще один несомненный плюс письменной формы заключается в том, что пилот авиалайнера всегда может перечитать полученные от контрольной башни указания, что уменьшает вероятность возникновения ошибки. Однако для специалистов из Немецкой службы безопасности полетов быстрота передачи информации не является решающим фактором – главное это безопасность пассажиров. Система авиационной коммуникации должна быть стопроцентно надежной. Поэтому передача сообщений происходит не через Интернет а в закодированном виде по рации.
Надежность коммуникации это наиболее существенный фактор, который имеет абсолютный приоритет. Поэтому мы сначала убедились в безопасности новой системы. Исходя из нашего опыта, мы можем с уверенностью сказать, что система работает стабильно, и что в отношении ее надежности нет никаких сомнений.
Каким образом система письменной коммуникации Datalink защищена от влияния извне, мы не знаем – это коммерческая тайна ее разработчиков. Однако помимо технических мер безопасности, ее надежность обеспечивается особой процедурой ведения переговоров в аэропорту. Дело в том, что пилот обязан подтверждать получение любого сообщения. Даже если кто-нибудь извне сумеет проникнуть в систему и передать пилоту не санкционированное службой безопасности полетов указание, то пилот, следуя протоколу, перед выполнением маневра должен будет подтвердить получение такого указания диспетчеру. В результате, башня получит подтверждение сообщения, которого она не отправляла, и обман моментально раскроется. Пока что система DATALINK используется только для передачи сообщений на земле – в воздухе все переговоры ведутся, как и прежде, по рации. Однако интерес к новой системе письменной коммуникации растет с каждым днем. Не исключено, что в будущем в гражданской авиации утвердится новый стандарт ведения переговоров. Тем не менее, по мнению Мартина Кёпля из Немецкой службы безопасности полетов, окончательно списывать со счетов проверенные способы коммуникации еще рановато:
В гражданской авиации имеются определенные стандарты, обеспечивающие безопасность полетов во всех отношениях. Соблюдение таких стандартов имеет абсолютный приоритет. Однако я убежден, что мы стоим в начале нового пути, и что за системой письменной коммуникации Datalink будущее.
Уж сегодня 30 процентов всех вылетов из мюнхенского аэропорта осуществляется при помощи системы Datalink. И с каждым днем этот процент растет.
Проблемы американского космического агентства НАСА с шаттлами стали притчей во языцех. Может быть, именно поэтому американское космическое агентство принимает сегодня активное участие в испытаниях нового средства доставки грузов на околоземную орбиту. Речь идет о космическом лифте, который в отдаленном будущем должен будут заменить не только отслужившие свой срок шаттлы, но и ракеты одноразового использования. Пока еще до ввода в эксплуатацию космического элеватора далеко – в настоящее время в калифорнийском городке Mountain View проходят первые испытания роботов, которые будут обслуживать космическое лифтовое хозяйство. Однако эту идею – гениальную в своей простоте – далеко не просто осуществить.
За 200 лет космической эры на околоземной орбите накапливались обломки высоких технологий: сателлиты различных форм и всевозможных размеров, обломки ракет и целые орбитальные станции. Три четверти этого металлолома, вращающегося вокруг земли, не только не приносит абсолютно никакой пользы, но и угрожает конструкции башни космического лифта. Мусор, мешающий нормальной эксплуатации орбитального элеватора, необходимо убрать.
Так описывал сложившуюся в конце 22 веке нашей эры ситуацию американский писатель-фантаст Артур Кларк (Arthur C. Clark) в опубликованном в 1979 году романе «Лифт к звездам». Силой своего воображения автор перенес остров Шри-Ланка, где по его замыслу был построен фундамент космического подъемника, на 800 километров к Югу, чтобы он оказался поближе к экватору. Однако за исключением этой художественной вольности, которую, я надеюсь, слушатели великодушно простят американскому беллетристу, картина, созданная фантазией Артура Кларка, может вскоре стать реальностью.
Подъем начинается не в Индийском, как это описывал Кларк, а в восточной части Тихого океана – в нескольких сотнях километров от побережья Южной Америки, к западу от Киото, в районе экватора. Этот регион Тихого океана действительно тихий. Во-первых, он лежит в стороне от воздушного трафика. Во-вторых, здесь никогда не бывает ураганов, и даже грозы обычно обходят этот район стороной. Счастливая констелляция климатических и географических факторов этого уголка Тихого океана убедила Майкла Лэйна (Michael Laine), основателя фирмы «Liftport», заложить там фундамент «Звездного подъемника».
Фундамент мы расположим на корабле, в космосе поместим противовес, а между кораблем и противовесом протянем ленту.
Из этих трех элементов и будет состоять внеземной лифт. Груз будут отправляться прямиком с Земли на орбиту.
Сначала мы с помощью обычных ракет доставим комплектующие в космос. Там астронавты соберут их в единое целое. Затем мы опустим из космоса на Землю ленту подъемника и закрепим ее на базисной станции. Как только эта работа будет завершена, специальные роботы смогут подняться по ленте наверх, и хорошенько натянуть ее по всей длине и ширине. Причем, чем шире эта лента будет растянута, тем надежнее и крепче она будет, и тем больше будет грузоподъемность всего сооружения.
Лента подъемника будет изготовлена из углеродных нанотрубок. Нити этого особо прочного материала толщиной в человеческий волос способны удерживать многие сотни килограммов груза. В настоящее время Брэд Эдвардз (Brad Edwards) и его фирма Карбон Дизайнз (Carbon Designs) работает над созданием новых практически вечных материалов, которые по своей крепости превосходят сталь.
Верхний конец ленты будет закреплен на высоте 50 тысяч километров над уровнем моря, по другую сторону геостационарной орбиты. Подъемник работает по принципу пращи, которую раскручивают с Земли. При этом вращение Земли вокруг своей оси нам только на руку. Центробежная сила натягивает канат, не дает ему расслабится и придает импульс грузу, который по канату перемещается с Земли в космос. Конструкция проста, надежна и стабильна.
Однако до ввода в эксплуатацию конструкторам предстоит решить несколько проблем принципиального характера. Одна из этих проблем напрямую связана с массой всего сооружения. Если робот – подъемник будет слишком тяжелым, то земная часть конструкции лифта может притянуть противовес из космоса обратно на Землю. И, тем не менее, ученые полны энтузиазма.
Подъем груза на 400-километровую высоту, где расположена Международная космическая станция, займет всего лишь несколько часов. На то, чтобы добраться до геостационарной орбиты, уйдет не более восьми дней.
В настоящее время над проектом «Космический лифт» работают фирмы Liftport, Carbon Designs, Американское космическое агентство НАСА, и многие другие государственные и частные организации. У них далеко идущие планы. В конечном счете, речь идет не только о доставке грузов, но и людей, причем не только на околоземную орбиту, но если понадобится, то и на Луну.
Если шар, прикрепленный к концу вращающегося каната, отпустить, то центробежная сила придаст ему ускорение, и он полетит. Аналогичные силы можно использовать для доставки пассажиров на Луну или даже Марс. Важно отметить, что при таком способе передвижения не возникает значительных перегрузок, которые может выдержать только тренированный астронавт. Крейсерская скорость нашего лифта составит около 200 километров в час. Таким образом, космическим подъемником сможет воспользоваться каждый.