ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΤΟΥ ΑΝΘΡΩΠΙΝΟΥ ΠΑΡΑΓΟΝΤΑ ΣΤΑ ΑΤΥΧΗΜΑΤΑ ΤΩΝ ΜΕΑ (UAV): ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΕΛΕΓΧΟΥ ΤΗΣ ΠΤΗΣΗΣ. DOT/FAA/AM-06/8 Office of Aerospace Medicine Washington, DC 20591 Human Factors Implications of Unmanned Aircraft Accidents: Flight-Control Problems 2 Kevin W. Williams Civil Aerospace Medical Institute Federal Aviation Administration Oklahoma City, OK 73125 April 2006 ΠΗΓΗ: http://www.raytheon.com/ /capabilities/rtnwcm/groups/iis/documents/content/rtn_iis _ucs_faa2.pdf
Περίληψη. Αυτή η µελέτη εστιάζεταιι σε τρεις κατηγορίες προβληµάτων ελέγχου πτήσης που συνδέονται µε τα µη επανδρωµένα τηλεκατευθυνόµενα αεροσκάφη. Οι τρεις κατηγορίες προβληµάτων ελέγχου της πτήσης είναι: 1. Οι εξωτερικές δυσκολίες που αντιµετωπίζει ο χειριστής µε αντιφατική (ασυνεπή) χαρτογράφηση για τον έλεγχο του κινούµενου αεροσκάφους. 2. υσκολίες που συνδέονται µε την µεταβίβαση του ελέγχου από τη µια θέση ελέγχου σε µια άλλη, κατά την διάρκεια της πτήσης. 3. Προβλήµατα που συνδέονται µε την αυτοµατοποίηση των χειρισµών ελέγχου. 3 Εισαγωγή. Τα Μη Επανδρωµένα Αεροσκάφη (UAV), έχουν παρουσιάσει δυσανάλογα µεγάλους αριθµούς ατυχηµάτων σε σχέση µε τα επανδρωµένα αεροσκάφη. Το 1996, η Συµβουλευτική Επιστηµονική Επιτροπή της Πολεµικής Αεροπορίας προσδιόρισε την αλληλεπίδραση που είχε το δίδυµο άνθρωπος/σύστηµα ως το µέγιστο κενό στους υπάρχοντες σχεδιασµούς για κατασκευή ΜΕΑ (UAV). Μια πρόσφατη αναθεώρηση των στατιστικών των ατυχηµάτων για τα στρατιωτικά ΜΕΑ (UAV), υποστηρίζει αυτή τη διαπίστωση. Εντούτοις, αυτά τα κενά που είναι υπεύθυνα για τα περισσότερα των ατυχηµάτων είχαν διαφορές µε τα διάφορα συστήµατα. Στην ανασκόπηση των στοιχείων των ατυχηµάτων ΜΕΑ (UAV) που χρησιµοποιήθηκαν σε αυτή τη µελέτη, χρησιµοποιήθηκε η µία µέθοδος που εξετάζειει τα ατυχήµατα σε πολλούς τύπους ΜΕΑ (UAV) και τα κατηγοριοποιεί ανάλογα µε τη δυνατότητα του ελέγχου της πτήσης τους από τον άνθρωπο. Η επιτυχία ή η αποτυχία της πτήσης ενός ΜΕΑ (UAV), σε µεγάλο βαθµό καθορίζεται από το πόσο εύκολα αυτά µπορεί να τα πετάξει κανείς, που βρίσκεται έξω από αυτά.
Από την στιγµή που ο χειριστής διαχωρίζεται από το αεροσκάφος, οι σχεδιαστές αντιµετωπίζουν ένα βασικό πρόβληµα, το πώς δηλαδή θα ελέγχεται το αεροσκάφος εν πτήση. Επιλέχτηκαν τρεις κατηγορίες πτήσεις ελέγχου για την επισκόπηση. Η πρώτη κατηγορία περιλαµβάνει έναν εξωτερικό χειριστή, (EP) External Pilot, που ελέγχει την πτήση του αεροσκάφους. Βασικά, ο εξωτερικός χειριστής ελέγχει το αεροσκάφος χρησιµοποιώντας οπτική επαφή, ίδια τεχνική µε αυτήν που χρησιµοποιούν οι ερασιτέχνες µε τηλεκοντρόλ. Η πτήση που χρησιµοποιεί ένα εξωτερικό χειριστή αντιπροσωπεύει την πιο βασική λύση στο πρόβληµα του διαχωρισµού του χειριστή από το αεροσκάφος ενώ ακόµη επιτρέπει στο χειριστή να ελέγχει την στάση (attitude) και την θέση (location) του αεροσκάφους. Η προοπτική του χειριστή αλλάζει και από εγωκεντρική γίνεται εξωκεντρική. Τα προβλήµατα που δηµιουργεί αυτή η αλλαγή θα συζητηθούν αργότερα. Η δεύτερη κατηγορία αφορά την µεταβίβαση του ελέγχου κατά την διάρκεια της πτήσης. Ενώ η µεταβίβαση του ελέγχου µπορεί να γίνεται εύκολα µέσα σε ένα επανδρωµένο πιλοτήριο, αυτό δεν ισχύει απόλυτα µε τα ΜΕΑ (UAV). Η µεταβίβαση του ελέγχου µπορεί να πραγµατοποιηθεί µε διάφορους τρόπους, όπως θα συζητηθεί παρακάτω. Επιπλέον, η µεταβίβαση του ελέγχου από τον έναν χειριστή στον άλλον µπορεί να διαφέρει ριζικά από σύστηµα ΜΕΑ, σε άλλο σύστηµα ΜΕΑ. Σχεδόν σε κάθε σύστηµα από τα υπάρχοντα, υπήρξαν ατυχήµαταα που συνδέονται µε την µεταβίβαση του ελέγχου. Στη πορεία θα κάνουµε ανασκόπηση αυτών των προβληµάτων και θα εξετάσουµε τις πιθανές λύσεις για αυτά. 4 Η τρίτη κατηγορία ελέγχου της πτήσης των ΜΕΑ (UAV), είναι η αυτοµατοποίηση του ελέγχου. Ίσως, επειδή ο χειριστής έχει αποµακρυνθεί από το αεροσκάφος, φαίνεται να υπάρχει ένας κρυφός στόχος των σχεδιαστών των ΜΕΑ (UAV). Να αφαιρέσουν τον χειριστή ολοκληρωτικά από το σύστηµα. Αυτό σηµαίνει (µάλλον) η αυτοµατοποίηση του ελέγχου όλης της πτήσης.
Ένα από τα πιο σύγχρονα στρατιωτικά ΜΕΑ (UAV), το RQ-4 Global Hawk Global Hawk, είναι πλήρως αυτοµατοποιηµένο, από την αρχική τροχοδρόµ µηση, την απογείωση µέχρι και την προσγείωση. Εντούτοις, η εφαρµογή της αυτοµατοποίησης, δεν έχει αποτρέψει τα ατυχήµατα τα οποία αποδίδονταν συγκεκριµένα στην αυτοµατοποίηση. Θα είναι χρήσιµο να αναθεωρήσουµε κάποια από τα ατυχήµατα και να σκεφτούµε πώς θα βελτιωθούν αυτά τα συστήµατα. Αυτή η µελέτη, αντί να κάνει µια στατιστική περίληψη των στοιχείων των ατυχηµάτων, σχετικά µε τα ΜΕΑ (UAV), θα κάνει ανασκόπηση αριθµού ατυχηµάτων που σχετίζονται µε τις κατηγορίες που αναφέρονται παραπάνω. 5 Ο σκοπός της µελέτης είναι να προτείνει τις πιθανές επεµβάσεις που θα πρέπει να γίνουν για να αποτρέψουν να συµβούν τέτοια ατυχήµατα. Εξωτερικός χειρισμός. Η πιο σίγουρη λύση για να λυθεί το πρόβληµα της αντίληψης της θέσης και της στάσης ενός ΜΕΑ (UAV), είναι η άµ µεση οπτική επαφή. Ο χειριστής που διατηρεί άµεση οπτική επαφή µε το αεροσκάφος, ονοµάζεται συνήθως εξωτερικός χειριστής, ενώ αντίθετα ένας εσωτερικός χειριστής αντιλαµβάνεται την θέση και την στάση του ΜΕΑ (UAV), µόνο µε ηλεκτρονικά µέσα/τρόπους. Ο εξωτερικός χειριστής για να διατηρήσει οπτική επαφή µε το ΜΕΑ (UAV), χρησιµοποιεί ένα φορητό κιβώτιο ράδιο-ελέγχου. Πολλά από αυτά τα κιβώτια ελέγχου είναι παρόµοια µε αυτά που χρησιµοποιούν οι ερασιτέχνες/χοµπίστες αεροµοντελιστές και παρέχουν τον άµεσο έλεγχο των πηδαλίων του ΜΕΑ (UAV), µε την χρήση ενός
χειριστηρίου (joystick). Η χρήση των φορητών αυτών κιβωτίων περιλαµβάνει πολύ λίγη αυτοµατοποίηση. Φορητό κιβώτιο ράδιο-ελέγχου αερομοντελιστού. Για εκείνα τα συστήµατα που απαιτούν έναν εξωτερικό χειριστή, οι στατιστικές δείχνουν ότι ο έλεγχος ενός ΜΕΑ (UAV) κατά την διάρκεια της προσγείωσης είναι ένα δύσκολο πρόβληµα. 6 Το ΜΕΑ (UAV) MQ-5B Hunters, εν πτήση. Παραδείγµατος χάριν, µε το σύστηµα MQ-5B Hunters, που το πετάει ο αµερικανικός στρατός, το 47% των ατυχηµάτων που συνέβησαν, είχαν σχέση µε τους ανθρώπινους
παράγοντες και συνέβησανν στην προσγείωση. Ένα επιπρόσθετο 20% από τα ατυχήµατα που συνέβησαν, απεδόθη σε λάθος του εξωτερικού χειριστή κατά την διάρκεια της απογείωσης. Το ΜΕΑ (UAV) RQ-2 Pioneer στη φάση εκτόξευσης από τον επί οχήματος, καταπέλτη. Επίσης, το RQ-2 Pioneer, που και αυτό χρησιµοποιεί εξωτερικό χειριστή, αντιµετώπισε αναλογικά ένα µεγάλο αριθµό ατυχηµάτων κατά την προσγείωση. Μια πρόσφατη ανάλυση των στοιχείων των ατυχηµάτων του Pioneer, αποκάλυψε ότι το µεγαλύτερο ποσοστό (το οποίο ήταν 68%) ατυχηµάτων που είχαν σχέση µε τους ανθρώπινους παράγοντες, συνδέθηκε µε τις δυσκολίες που αντιµετώπισαν οι εξωτερικοί χειριστές ενώ προσγείωνανν τα αεροσκάφη. 7 Πιθανώς, ο κύριος λόγος για τις δυσκολίες ελέγχου από τον εξωτερικό χειριστή είναι ότι υπάρχει µια ασυµβίβαστη χαρτογράφηση/σχεδίαση ανάµεσα στην κίνηση του joystick και στην αντίδραση του αεροσκάφους. Τα σφάλµατα που παρουσιάζονται στους χειριστές ΜΕΑ (UAV), ως προς τον έλεγχο της πτήσης τους, στην ουσία είναι µια παράβαση των βασικών αρχών των ανθρώπινων παραγόντων και της συµβατότητας στην κίνηση. Παραδείγµατος χάριν, όταν το αεροσκάφος προσεγγίζει τον εξωτερικό χειριστή οι ενέργειες πάνω στο χειριστήριο, για να ελιχτεί το αεροσκάφος αριστερά η δεξιά, είναι αντίθετες από αυτές που πρέπει να γίνουν όταν το αεροσκάφος αποµακρύνεται από τον χειριστή. Αυτό το ασυµβίβαστο πρόβληµα χαρτογράφησης είναι παρόν σε οποιοδήποτε ΜΕΑ (UAV), που λειτουργεί χρησιµοποιώντας το παραδοσιακό κιβώτιο ελέγχου µέσω οπτικής επαφής. Πολλά από τα σηµερινά συστήµατα έχουν εξαλείψει την ανάγκη του εξωτερικού χειριστή, είτε µε την αυτοµατοποίηση της απογείωσης και προσγείωσης, είτε µε την παροχή στον εσωτερικό χειριστή, επαρκών οπτικών πληροφοριών της θέσης, της
στάσης και του ελέγχου ΜΕΑ (UAV). Μια άλλη λύση είναι να γίνουν βελτιώσεις στην αλληλεπίδραση του ελέγχου από τον εξωτερικό χειριστή. Αυτές οι αλληλεπιδράσεις περιλαµβάνουν µια άµεση αλληλεπίδραση χειρισµού η οποία παρουσιάζει: Έναν σταθερό ορίζοντα Παρουσίαση της στάσης των πτερύγων από την θέση του παρατηρητή σαν να βρίσκεται πίσω από το αεροσκάφος Μια αλληλεπίδραση ελέγχου µε οµιλία και Μια αλληλεπίδρασηη µε τη παροχή της πραγµατικής στάσης/θέσης του ΜΕΑ (UAV). Αυτό επιτυγχάνεται µε την απεικόνιση ενός µοντέλου του αεροσκάφους, το οποίο µε σήµατα που παίρνει από το ΜΕΑ (UAV) - µιµείται την πραγµατική στάση αυτού. Κάθε µια από αυτές τις αλληλεπιδράσεις παρείχε κάποιο όφελος στον εξωτερικό χειριστή αλλά κάθε µια είχε επίσης µειονεκτήµατα όπως: Η αλληλεπίδραση της φυσικής εικόνας έδωσε µια γρηγορότερη αντίδραση αλλά δεν έλυσε το πρόβληµα της ασυµβίβαστης χαρτογράφησης. Η αλληλεπίδραση του άµεσου χειρισµού παρείχε µια συνεπή χαρτογράφηση των ελέγχων, αλλά απαιτεί συχνές οπτικές ρυθµίσεις ανάµεσα στην αλληλεπίδραση και στο αεροσκάφος. Τέλος, η αλληλεπίδραση της οµιλίας έλυσε το πρόβληµα της χαρτογράφησης εφ όσον οι εντολές ήταν κόσµο-κεντρικές (π.χ. πήγαινε βόρεια ), αλλά δεν ήταν τόσο αξιόπιστες ή δεν είχαν την ίδια αντίδραση όσο οι άλλες αλληλεπιδράσεις. 8
Μεταβίβαση του ελέγχου. Η κονσόλα του Επίγειου Σταθµού Ελέγχου του ΜΕΑ (UAV) MQ-5B Hunters. Αριστερά η Θέση του Παρατηρητή, στο κέντρο η θέση του καταγραφέα και δεξιά η θέση του χειριστή του ΜΕΑ. Μια µοναδική δραστηριότητα στα εξ αποστάσεως χειριζόµενα αεροσκάφη, είναι η µεταβίβαση του ελέγχου από το ένα σύστηµα ελέγχου σε κάποιο άλλο. Η µεταβίβαση του ελέγχου απαιτείται συνήθως στα ΜΕΑ (UAV), σε κάποιο σηµείο κατά την διάρκεια της πτήσης τους, λόγω της εµβέλειας που έχει ο σταθµ µός ελέγχου εδάφους, ή ο σταθερός χειριστής. Αυτή η µεταβίβαση µπορεί να γίνει µε ένανν από τους παρακάτω τρόπους: 9 Ο έλεγχος µπορεί να µεταβιβαστεί από ένα εξωτερικό χειριστή σε έναν εσωτερικό. Από έναν εσωτερικό χειριστή σε ένα σταθµό εδάφους. Σε έναν άλλο χειριστή ή σε ένα δεύτερο σταθµό εδάφους. Από την µια πλευρά ενός επίγειου σταθµού σε ένα σύνολο διπλού ελέγχου µέσα στον ίδιο σταθµό. Επιπλέον, η µεταβίβαση ελέγχου κατά την διάρκεια της πτήσης µπορεί να γίνει από τον ένα χειριστή στον άλλον, όπως ακριβώς γίνεται σε επανδρωµένα αεροσκάφη. Εντούτοις, ακόµη και αυτή η µεταβίβαση ελέγχου είναι διαφορετική σε ένα εξ αποστάσεως χειριζόµενο αεροσκάφος. Η δυσκολία στην µεταβίβαση του ελέγχου καταδεικνύεται από το γεγονός ότι τα προβλήµατα αυτά εµφανίζονται σε κάθε σύστηµα ΜΕΑ (UAV). Θα µας παίρναµε αρκετές πληροφορίες, αν γινόταν µια ανασκόπηση των ατυχηµάτων που έχουν συµβεί
στη φάση της µεταβίβασης του ελέγχου, για να δούµε αν υπάρχουν οποιεσδήποτε σταθερές σε αυτά τα ατυχήµατα. ύο ατυχήµατα που έγιναν µε το στρατιωτικό ΜΕΑ (UAV), MQ-5B Hunters αφορούν την µεταβίβαση ελέγχου του αεροσκάφους (US Army 2004). Στο πρώτο ατύχηµα, ένα µέλος του πληρώµατος συντήρησης έθεσε τον αυτόµατο πιλότο εκτός λειτουργίας, κατά την διάρκεια της συντήρησης, αλλά παρέλειψε να τον θέσει σε λειτουργία πριν αποδεσµεύσει το αεροσκάφος. Το αεροσκάφος απογειώθηκε κάτω από τον έλεγχο του εξωτερικού χειριστή ο οποίος δεν χρησιµοποίησε τον αυτόµατο πιλότο και δεν γνώριζε ότι ήταν εκτός λειτουργίας. Το ατύχηµα συνέβη όταν ο εξωτερικός χειριστής µεταβίβασε τον έλεγχο του ΜΕΑ (UAV), στον εσωτερικό. Η µεταβίβαση του ελέγχου στον εσωτερικό χειριστή γίνεται µε τον αυτόµατο πιλότο σε λειτουργία, διότι ο αρχικός έλεγχος του εσωτερικού χειριστή γίνεται µε διακόπτες και επιλογείς για την τοποθέτηση της πορείας, της ταχύτητας και του ύψους. Επειδή ο εσωτερικός χειριστής δεν φαντάσθηκε ότι ο αυτόµατος πιλότος θα ήταν εκτός λειτουργίας, δεν αντιλήφτηκε ότι το αεροσκάφος ήταν σε κάθοδο και έτσι δεν µπόρεσε να ανακτήσει τον έλεγχο πριν την συντριβή. Στο δεύτερο ατύχηµα Hunter, ο έλεγχος τους αεροσκάφους µεταβιβάστηκε από έναν εξωτερικό χειριστή σε έναν άλλο εξωτερικό κατά την διάρκεια της εκπαίδευσης. Ο χειριστής που έπρεπε να πάρει τον έλεγχο, αµέλησε να ολοκληρώσει όλους τους ελέγχους στο κιβώτιο ελέγχου και δεν πρόσεξε ότι ένας διακόπτης ήταν σε λάθος θέση. 10
Στην περίπτωση των ΜΕΑ (UAV) RQ-7 Shadow, του US Army, δύο αεροσκάφη έπαθαν ζηµιές κατά την διάρκεια της ίδιας αποστολής. 11 Το πρώτο συνέβη λόγω βλάβης του αυτόµατου συστήµατος προσγείωσης. Μετά το ατύχηµα το πλήρωµα του σταθµού ελέγχου εδάφους, έδωσε εντολή στο αεροπλάνο που είχε βλάβη να σβήσει τον κινητήρα, αλλά λόγω της ζηµιάς στην κεραία η εντολή δεν παραλήφτηκε από το ΜΕΑ (UAV). Ο ίδιος σταθµός ελέγχου κατόπιν, εστιάστηκε στον έλεγχο ενός άλλου ΜΕΑ (UAV) RQ-7 Shadow, που πέταγε. Με την ανάκτηση του ελέγχου σε αυτό το ΜΕΑ (UAV), η εντολή σβήσε τον κινητήρα που είχε δοθεί στο πρώτο ΜΕΑ (UAV), και που δεν είχε παραληφθεί από αυτό λόγω καταστροφής της κεραίας του, µεταβιβάσθηκε αυτόµατα στο δεύτερο, µε αποτέλεσµ µα τη συντριβή του. Αυτό το ατύχηµα ταξινοµήθηκε σαν διαδικαστικό λάθος, επειδή το πλήρωµα απέτυχε να ακολουθήσει όλες τις ενέργειες του check list, πριν την ανάληψη του ελέγχου του δεύτερου αεροσκάφους και σε ένα σχεδιαστικό πρόβληµα της οθόνης, διότι δεν υπήρχε µια καθαρή ένδειξη στο πλήρωµα για την κατάσταση της εντολής που είχε εκδοθεί σβήσε τον κινητήρα.
Το πρωτότυπο ηλιακό αεροπλάνο Helios, της NASA. Τον Ιούνιο του 2003 συνετρίβει το ΜΕΑ (UAV) Helios. Το Helios προορίζεται να πετά για εκτεταµένα χρονικά διαστήµατα σε πάρα πολύ µεγάλα ύψη. Κατά την διάρκεια µιας πτήσης δοκιµής, τον Ιούνιοο του 2003, το αεροσκάφος πέταξε σε αναταράξεις οι οποίες υπερέβησαν την µέγιστη ικανότητα αντοχής του αεροσκάφους και έσπασε σε κοµµάτια. Σύµφωνα µε το πόρισµα του ατυχήµατος, τουλάχιστον ένας από τους συµβάλλοντες παράγοντες ήταν ο υψηλός φόρτος εργασίας που συνδέθηκε µε την διαδικασία τα χέρια µακριά από τους ελέγχους. 12 Περίπου 10 λεπτά πριν από το συµβάν ο χειριστής άρχισε να ιδρώνει από τους πολλαπλούς στόχους µε τις πολλαπλάσιες απαιτήσεις που είχε στην προσοχή του. Αυτό περιέλαβε ταυτόχρονες ανησυχίες για την διαδικασία του ελέγχου µε τα χέρια µακριά από τους ελέγχους.
Ακόµη µια περίπτωση µε τις διαδικασίες ελέγχου χέρια µακριά, εµ µφανίστηκε κατά την διάρκεια της δοκιµής ενός ΜΕΑ (UAV) Altair της NASAτον Ιούλιο του 2004. 13 Το ΜΕΑ (UAV) MQ-9A Predator B Το ΜΕΑ (UAV) Altair είναι ένα παράγωγο του µη επανδρωµένου MQ-9A Predator B. Ο σταθµός ελέγχου του Altair, κανονικά, αποτελείται από δύο χειριστές που κάθονται δίπλα-δίπλα, που επιτρέπειι την µεταβίβαση του ελέγχου από την µια πλευρά στην άλλη. Κατά την διάρκεια µιας δοκιµαστικής πτήσης, η αριστερή κονσόλα δυσλειτούργησε. Το πλήρωµα προχώρησε στην αλλαγή της κονσόλας ελέγχου από τα αριστερά στην δεξιά,
και του υπεύθυνου χειριστή που καθόταν δεξιά. Αυτή η αλλαγή πήρε κάποιο χρόνο µέχρι να ολοκληρωθεί, µε αποτέλεσµα κατά την διάρκεια αυτής της περιόδου το αεροσκάφος έχασε την σύνδεση του µε τον επίγειο σταθµό ελέγχου. Η επανασύνδεση έγινε, αλλά όταν η κονσόλα του χειριστή ήρθε on-line, έσβησε ο κινητήρας. Οι απολογισµοί του γεγονότος από τους παρατηρητές έδειξαν ότι ο λόγος της κράτησης του κινητήρα ήταν ότι ο διακόπτης καυσίµου στην δεξιά κονσόλα δεν ήταν στην σωστή θέση. Ευτυχώς, ο χειριστής χρησιµοποίησε το check list και επανεκκίνησε τον κινητήρα και κατάφερε µε επιτυχία να επαναφέρει το αεροσκάφος στο αρχικό ύψος. Ένα κοινό ζήτηµα σε αυτά τα ατυχήµ µατα είναι κατά ένα µέρος η έλλειψη της συνειδητοποίησης των settings του συστήµατος από το πλήρωµα που αναλαµβάνει τον έλεγχο. Σε κάποιες άλλες περιπτώσεις οι οθόνες δεν παρείχαν τις ακριβείς πληροφορίες της επικρατούσας κατάστασης στους χειριστές. Αυτοματοποίηση εδοµένου ότι τα ΜΕΑ (UAV), συνεχίζουν να πολλαπλασιάζονται η τεχνολογία που είναι σχετική µε τους ελέγχους της πτήσης συνεχίζει να γίνεται περισσότερο περίπλοκη. Η καλύτερη λύση που προτείνεται από πολλούς, για την λύση των προβληµάτων ελέγχου, είναι η αυτοµ µατοποίηση. Ένας λόγος για την στροφή προς την αυτοµατοποίηση είναι οι δυσκολίες που αντιµετωπίζουν οι χειριστές στον έλεγχο των αεροσκαφών. 14 Οι εξωτερικοί χειριστές έχουν τα προβλήµατα της περιορισµένης απόστασης ελέγχου και την ασυµβίβαστη χαρτογράφηση που συζητήθηκε παραπάνω. Οι εσωτερικοί χειριστές έχουν προβλήµατα από την καθυστερηµένη ανατροφοδότηση του ελέγχου, τις φτωχές οπτικές εικόνες, το µικρό οπτικό πεδίο και µια γενική έλλειψη των ανθρώπινων αισθητήριων ερεθισµάτων. Ο βαθµός της αυτοµατοποίησης διαφέρει αρκετά από σύστηµα ΜΕΑ (UAV) σε σύστηµα ΜΕΑ (UAV), µε κάποια συστήµατα να έχουν την δυνατότητα να τα πετάς µε το χέρι, όπως είναι το Predator, ενώ κάποια άλλα συστήµατα έχουν όλους τους ελέγχους αυτόµατους, από την απογείωση µέχρι την προσγείωση, όπως είναι το Global Hawk. Τα ατυχήµατα που περιλαµ µβάνουν την αυτοµατοποίηση είναι δύσκολο να προβλεφτούν. Όλα τα πιθανά ενδεχόµενα που µπορεί να παρουσιαστούν κατά την διάρκεια της πτήσης, ακόµη και αν οι αυτοµατοποιηµένες διαδικασίες τα προβλέπουν, θα υπάρξουν και απρόβλεπτες καταστάσεις που δεν αναµένονται. Μερικά παραδείγµατα απρόβλεπτων καταστάσεων θα επεξηγήσουν αυτό το σηµείο.
Το πρώτο ατύχηµα είναι η συντριβή µη επανδρωµένου καθέτου απογείωσης και προσγείωσης αεροσκάφους του Ναυτικού του RQ-84 Fire Scout. Το ΜΕΑ Fire Scout RQ= 84 Vertical Take-Off and Landing Tactical Unmanned Aerial Vehicle (VTUAV) Η διερεύνηση αυτού του ατυχήµατος, που έγινε στις 4 Νοεµβρίου του 2000, αποκάλυψε ότι ένα ανθρώπινο λάθος που συνδέεται µε την ζηµιά στις κεραίες, όταν το αεροσκάφος ήταν στο έδαφος, οδήγησε στο ατύχηµα. Λόγω της ζηµιάς στις κεραίες, έγινε εκποµπή λάθους σήµ µατος αναγκάζοντας το σύστηµα του ράδιο-υψόµετρου να ακολουθήσει ανακριβές ύψος. 15 Οι κεραίες έδωσαν ψεύτικη ένδειξη δείχνοντας ότι το Scout ήταν 2 πόδια πάνω από το έδαφος, ενώ αυτό στην πραγµατικότητα, έκανε αιώρηση στα 500. Μετά την εντολή για προσγείωση που δόθηκε, το ελικόπτερο έκανε κάθοδο 2 πόδια και σταµάτησε στα 498 πόδια AGL. Το σύστηµα καθοδήγησης και ελέγχου ερµήνευσε το λάθος ύψος ότι το Scout ήδη προσγειώθηκε, ότι εκτέλεσε την αποστολή όπως σχεδιάστηκε και έσβησε τον κινητήρα. Το αεροσκάφος γρήγορα έχασε ύψος και συνετρίβει. Ένα ατύχηµα που συνέβη σε ένα Global Hawk εµφανίστηκε όταν ένα αεροσκάφος παρουσίασε κάποιο πρόβληµα εν πτήση µε αυξηµένη θερµοκρασία στα avionics και προσγειώθηκε σε ένα προγραµµατισµένο εναλλακτικό αεροδρόµιο για επισκευή. Μετά την προσγείωση δόθηκε εντολή στο αεροσκάφος για τροχοδρόµηση. Άγνωστο για το πλήρωµα, η ταχύτητα τροχοδρόµησης που δόθηκε στο σύστηµα ήταν 155 knots και είχε δοθεί στο σχέδιο της αποστολής για εκείνο το συγκεκριµένο σηµείο ελέγχου (waypoint) από το λογισµικό του συστήµατος. Το λογισµικό του σχεδίου της αποστολής είχε προγραµµατίσει την ταχύτητα καθόδου στα 155 knots. Οποιαδήποτε στιγµή δυο διαδοχικά waypoints διαφέρουν σε ύψος
περισσότερο από το προγραµµατισµένο, το λογισµικό θέτει την ταχύτητα των 155 knots µεταξύ αυτών των waypoints. Αυτό το οποίο δε αναµενόταν/προβλεπόταν από τους σχεδιαστές του λογισµικού ήταν ότι τα δυο διαδοχικά waypoints της τροχοδρόµησης διέφεραν περισσότερο από ότι έπρεπε στο ύψος. Το λογισµικό το οποίο εκτέλεσε την εντολή όπως προγραµµατίστηκε, έβαλε την ταχύτητα των 155 knots ανάµεσα στα waypoints. Το αεροσκάφος επιτάχυνε σε τέτοιο σηµείο που δεν µπορούσε να στρίψει και "έφυγε" έξω από τον διάδροµο σπάζοντας το ριναίο σύστηµα προσγείωσης, προκαλώντας εκτεταµένες ζηµιές στο αεροσκάφος. Περίληψη και συμπεράσματα. Σε αυτό το κείµενο είδαµε τα παραδείγµατα τριών τύπων ατυχηµάτων των ΜΕΑ (UAV). Και οι τρεις κατηγορίες εστίασαν γύρω από τα προβλήµατα ελέγχου. Τα προβλήµατα του εξωτερικού χειριστή σχετίζονται µε την ασυµβίβαστη χαρτογράφηση του κιβωτίου ελέγχου κατά την κίνηση του αεροσκάφους. Τουλάχιστον δύο λύσεις παρουσιάστηκαν. Η πρώτη λύση είναι να σχεδιαστεί το κιβώτιο µε τέτοιο τρόπο ώστε να επιτευχτεί συνεπής χαρτογράφηση. Η δεύτερη λύση είναι να καταργηθεί η χρησιµοποίηση του εξωτερικού χειριστή και στη θέση του να µπουν αυτοµατοποιηµένα συστήµατα, για όσες φάσεις απαιττείται εξωτερικός χειριστής και παράλληλα να µεταβιβασθεί ο έλεγχος σε έναν εσωτερικό χειριστή. Μια τέτοια λύση έχει επιτευχτεί σε αρκετά από τα υπάρχοντα ΜΕΑ (UAV). Αλλά, η χρήση εσωτερικού χειριστή επηρεάζεται από παράγοντες όπως ο περιορισµός του οπτικού πεδίου, η καθυστέρηση αντίδρασης των ελέγχων και της ανατροφοδότησης καθώς επίσης και η έλλειψη των αισθητήριων ερεθισµάτων. 16 Επιπρόσθετα, η εφαρµογή της αυτοµατοποίησης, παρουσιάζει τα δικά της προβλήµατα. Το πρόβληµα της µεταβίβασης του ελέγχου έχει σαν αποτέλεσµα ότι ο δέκτης του ελέγχου δεν είναι πάντοτε πλήρως ενηµερωµένος για την κατάσταση του συστήµατος. Η έρευνα έχει εστιασθεί περισσότερο στο σχεδιασµό της οθόνης στο θέµα της ναυτιλίας. Πρόσθετη έρευνα απαιτείται για να καθοριστούν οι τύποι των πληροφοριών που απαιτούνται κατά την διάρκεια της µεταβίβασης του ελέγχου και χρήσιµων τρόπων για να απεικονίζονται αυτές οι πληροφορίες. Μια άλλη µέθοδος για την ελάττωση των προβληµάτων της µεταβίβασης ελέγχου είναι µια συζευγµένη διεπαφή (κοινή αλληλεπίδραση), ανάµεσα στους σταθµούς ελέγχου που δίνουν πάσα στον συµπαίκτη (handoff), που µεταβιβάζουν δηλαδή την ευθύνη ελέγχου. Βασικά, η ιδέα αποτελείται από την καθιέρωση ενός πρωτοκόλλου µεταξύ των δυο σταθµών ελέγχου, ή εντός του ιδίου του σταθµού, εάν ο στόχος είναι να
µεταβιβαστεί ο έλεγχος από την µια πλευρά στην άλλη. Αυτό εξασφαλίζει ότι όλες οι παράµετροι του συστήµατος του παραλήπτη, ταιριάζουν µε αυτές του αποστολέα. Η µεταφορά των στοιχείων θα µπορούσε να επιτευχτεί είτε µέσω των στοιχείων σύνδεσης του αεροσκάφους, είτε κατ ευθείαν µεταξύ των σταθµών αν το επιτρέπει η τεχνολογία. Τα προβλήµατα της αυτοµατοποίησης υπάρχουν διότι δεν µπορούν να προβλεφτούν όλες οι καταστάσεις. Η ανικανότητα να προβλεφτούν όλα τα πιθανά ενδεχόµενα, οδηγεί στην κατάσταση όπου το σύστηµα συµπεριφέρεται όπως έχει σχεδιαστεί και όχι µε ένα τρόπο που αναµενόταν ανάλογα µε την κατάσταση. Υπάρχουν τουλάχιστον δύο λύσεις σε αυτό το πρόβληµα. Η πρώτη είναι ότι πρέπει να σχεδιαστεί ένα σύστηµα που να κρατά τον χειριστή πιο ενήµερο από αυτό που το αεροσκάφος πάει να κάνει κατά την διάρκεια της πτήσης. Αυτή η απαίτηση, φυσικά, προϋποθέτει ότι ο χειριστής θα έχει την δυνατότητα να παρέµβει στην αυτοµατοποιηµένη λειτουργία που εκτελεί το ΜΕΑ (UAV). Για την εφαρµογή αυτής της λύσης πρέπει να εξετάσουµε αυτό που συχνά αποκαλείται το σύνδροµο της θηλιάς (out of the loop syndrome). Το σύνδροµο της θηλιάς αναφέρεται στις ερµηνείες που δίνονται για τους ανθρώπους που εργάζονται µε την αυτοµατοποίηση και οι οποίοι έχουν µειωµένη ικανότητα να ανιχνεύσουν τα λάθη του συστήµατος και να ανταποκριθούν σε αυτά εκτελώντας τη δουλειά µε το χέρι. 17 Η δεύτερη λύση του προβλήµατος της αυτοµατοποίησης είναι να σχεδιαστεί το σύστηµα έτσι ώστε να είναι περισσότερο ευέλικτο, ακόµη και αν ένα ιδιαίτερο ενδεχόµενο δεν αναµενόταν, το σύστηµα να µπορεί να παράγει µια κατάλληλη απάντηση. Αυτό είναι µια πρόκληση για αυτούς που σχεδιάζουν ευφυή συστήµατα, αλλά δεν πρέπει να ξεχνάµεε ότι αυτός ο τοµέας βρίσκεται ακόµη στα σπάργανα. Ένα συµπέρασµα που µπορεί να βγει µε βάση τα ατυχήµατα που παρουσιάστηκαν σε αυτό το κείµενο είναι ότι, ο έλεγχος των ΜΕΑ (UAV) είναι προβληµατικός. Η κατανόηση των συγκεκριµένων ζητηµάτων που συζητήθηκαν εδώ, πρέπει να βοηθήσουν στην µείωση αυτών των ατυχηµάτων. Εντούτοις, όπως οι διεπαφές/αλληλεπιδράσεις αυτών των αεροσκαφών, συνεχίζουν να εξελίσσονται, εκτιµάται ότι κάποια άλλα ζητήµατα θα εµφανιστούν. Πολλή δουλειά χρειάζεται ακόµη για να βελτιωθεί η αλληλεπίδραση του χρήστη µε τα ΜΕΑ (UAV). Οι καινούργιες οθόνες, οι έννοιες των διεπαφών ελέγχου και τα βελτιωµένα αυτόµατα συστήµατα, πρέπει και αυτά να αναπτυχτούν ακόµη περισσότερο. Στεφανος Ατσαλος 27 Ιουνίου 2010 ΥΓ. Ευτυχώς δεν χάνονται άνθρωποι.