السماء الآمنة

قام طلاب من كلية فيتربي للهندسة الكهربائية في التخنيون بتطوير نظام توجيه ذكي لهبوط الطائرات التي تم تعطيل محركاتها

في 15 يناير 2009، تعطلت محركات طائرة من طراز إيرباص A320 في الهواء، بعد وقت قصير من إقلاعها، نتيجة اصطدامها بسرب من الإوز. ولحسن الحظ، تمكن الطيار تشيلسي سولينبرجر من الهبوط بالطائرة على نهر هدسون، وهو القرار الذي يبدو أنه أنقذ جميع الركاب وطاقم الطائرة، البالغ عددهم 155 شخصًا.

إن إيقاف تشغيل المحركات ليس ظاهرة نادرة، ووفقا لهيئة الطيران الفيدرالية الأمريكية (FAA)، فإن أحد الأسباب الرئيسية لحوادث الطيران، بما في ذلك الحوادث المميتة، هو إيقاف تشغيل المحركات. وتزداد خطورة هذه الظاهرة بشكل خاص عندما يتعلق الأمر بالطائرات الخفيفة، غير المجهزة بأنظمة تحكم ونسخ احتياطي متطورة، والتي لا يخضع طياروها لتدريب مكثف مثل طياري طائرات الركاب. ويكون الوضع المذكور خطيراً بشكل خاص عندما يكون الطقس عاصفاً، ويتطلب الانزلاق إلى المهابط المحتملة تجاوز المناطق المرتفعة. في مثل هذه الحالة، يتعين على الطيار اختيار وجهة الهبوط والتخطيط للوصول إليها مع مراعاة الرياح والطريق الأرضي ومناطق حظر الطيران والمزيد. ومن المهم ملاحظة أن ملف الرياح الذي يؤثر على الطائرة يتغير أثناء الانزلاق، لذلك يلزم إعادة حساب المسار بناءً على البيانات الجديدة في كل لحظة.

هذه هي الخلفية لسلسلة من الدراسات التي أجريت في التخنيون لتطوير حل تكنولوجي لهذه الحالات، أي توفير الحل الأمثل لحالة تكون فيها محركات الطائرة معطلة وتحتاج إلى الانزلاق والوصول إلى هبوط آمن. بدأت هذه الدراسات في المجموعة البحثية للبروفيسور يوسي بن عاشر من كلية هندسة الطيران والفضاء، وفي العقد الأخير ترأسها البروفيسور ناحوم شيمكين، العميد الحالي لكلية الهندسة الكهربائية بعد فيتربي، مع الدكتور أهارون بار جيل، محاضر كبير مساعد في كليات الهندسة الكهربائية وهندسة الطيران والفضاء. وتجرى الدراسات بالتعاون مع وزارة الدفاع.

وبعد عمل نظري مكثف حول هذا الموضوع، تم تنفيذ النتائج كجزء من مشروع طلابي لدرجة البكالوريوس في مختبر التحكم والروبوتات والتعلم الحسابي في كلية الهندسة الكهربائية، بقيادة مهندس المختبر كوبي خوخي. عمل فريقان من الطلاب الجامعيين على التطبيق العملي: أومري فرويند وألون يوروشينسكي، اللذين قاما بتنفيذ خوارزمية تحديد المسار الأمثل في الوقت الفعلي؛ وهانا ودان شتراوسمان اللذان قاما بتطوير نظام عرض لواجهات الطيار وأجهزة الاستشعار وقاموا بتنفيذ تكامل البرامج والأجهزة للاختبار المحمول جواً. أشرف على الطلاب داني سيغال، الذي كان شريكًا في هذا البحث كجزء من دراساته لدرجة الماجستير تحت إشراف البروفيسور شيمكين والدكتور بار جيل. "تم تقديم الأساس النظري لحساب مسار الانزلاق الأمثل في سلسلة من المقالات، نُشر آخرها في مايو 2019 في مجلة AIAA J. GCD - وهي مجلة رائدة في هذا المجال، يصدرها المعهد الأمريكي للملاحة الجوية والفضائية. " وقال البروفيسور شيمكين: "إنه لمن دواعي السرور بشكل خاص أن نرى الأبحاث النظرية التي أجريت حول هذا الموضوع تتحقق بنجاح في قمرة القيادة". "شكرًا لفريق الطلاب والمشرفين والطيارين الذين كرسوا أفضل ما لديهم من مواهب ووقت لتحقيق النظام، وللدعم المستمر من Mpaat في المشروع."

وبحسب الدكتور بار غيل، "على الرغم من التقدم التكنولوجي السريع في عالم الطيران، لم يحدث انخفاض كبير في عدد حوادث الطيران ولا في عدد الوفيات. والخبر السار هو أن نظامًا من النوع الذي طوره الطلاب قد يمنع وقوع الحوادث وينقذ الأرواح.

واجهت مجموعتا البحث والهندسة سلسلة من التحديات، بما في ذلك ضرورة تجنب ربط نظامهما التجريبي بأنظمة الطائرة. ولهذا السبب كانوا بحاجة إلى حلول إبداعية، بما في ذلك تقييم فوري لاتجاه الرياح وقوتها، بمساعدة ذكية من نظام الملاحة المعار إلى التخنيون. قام الطلاب أيضًا ببناء محاكاة لحركة الطائرة وفقًا للخوارزمية المثالية وتوجيهات التتبع للطيار - لتحسين النظام قدر الإمكان حتى قبل الرحلات الجوية الفعلية.

في 30 يوليو 2019، تم اختبار النظام في مثل هذه الرحلة الفعلية بفضل الطيارين مايك دفير ويوفال دفير ومهندس الاختبار المحمول جواً شلومي شوارتز. ومحاكاة الرحلة التي تمت في محيط جبل تابور، حالة إيقاف محرك فوق كريات طبعون ودخول النظام الفني حيز التنفيذ. حددت الخوارزمية مهبطين محتملين للطائرات شرق الجبل، وحسبت الطريق إلى الهدف المفضل وقدمت للطيار علامة ترشده إلى مهبط الطائرات المفضل. النتائج: تجاوزت الطائرة الطابور بنجاح، وشهد الطيار بأثر رجعي أن التوجيه كان ناجحاً وكذلك الهندسة البشرية لإشارة الطريق للطيار كانت فعالة ومريحة.

ومن الجدير بالذكر أن الخوارزمية التي تم تطويرها في التخنيون يمكن أيضًا استخدامها كآلية للهبوط الاضطراري لطائرة بدون طيار (مركبة جوية بدون طيار) توقف محركها عن العمل.