سیستم‌هایی جدید برای فرود هواپیما

هنوز کمابیش در بسیاری از کشورها هواپیماها در روزهایی که هوا مه‌آلود است در انتظار نوبت فرود بیهوده در آسمان دور می‌زنند. خود این موضوع، یعنی انتظار برای فرود، درواقع یادآور دوران قرون وسطایی صنعت هواپیمایی است. در حقیقت مشخصه‌ی دهه‌ی 1980 میلادی هجوم انبوه دستگاه‌های الکترونیک و صفحه‌های نمایشگر ویدئویی در هواپیما بود و مشخصه‌ی دهه‌ی 1990 ظهور دستگاه‌های دیدیاب در صنعت هواپیمایی بود. دیدیابی رشته‌ای است که امروزه با گام‌های بلند، آخرین پیش‌رفت‌های پزشکی هوا-فضایی را به دستاوردهای تحقیقات نظامی پیوند می‌دهد و هدف آن به وجود آوردن امکان دید برای خلبان است تا در هر گونه شرایطی، خواه در هوای تاریک، و خواه در هوای بارانی، برفی، و مه‌آلود، بتواند عمل کند.
در حال حاضر در تمام فرودگاه‌های بزرگ جهان، خلبان به کمک ابزاری که سیستم ابزار فرود نام دارد هواپیما را بر زمین می‌نشاند. درواقع خلبان، تجهیزات مختصر و نسبتاً ساده‌ای، شامل دو عقربه، در اختیار دارد که یکی انحراف از مسیر محور باند فرودگاه و دیگری زاویه‌ی انحراف نسبت به شیب مورد نظر را نشان می‌دهد. هنگامی که دو عقربه در وسط صفحه یک‌دیگر را قطع می‌کنند مسیر انتخاب شده توسط هواپیما توسط هواپیما در بهترین وضعیت قرار دارد. به علاوه خلبان برای تکمیل اطلاعات خویش نسبت به محیط اطراف، علائمی را دریافت می‌کند که وی را از فاصله‌ای که تا باند دارد آگاه می‌سازد.
زمانی که هوا صاف و روشن است، همه چیز بر وفق مراد است: خلبان مستقیماً باند واقعی، فرودگاه، سایر هواپیماها، و خلاصه مجموعه منظره‌ای را که در مقابلش قرار دارد مشاهده می‌کند. در این حالت، وسایل مورد استفاده تنها نقش پشتیبانی را دارند. در عوض زمانی که دید کاهش یابد یا اصلاً وجود نداشته باشد اوضاع پیچیده می‌شود: در این وضعیت خلبان مجبور است تصویری ذهنی از موضع هواپیما نسبت به باند برای خویش بسازد که تنها متکی به سیستم ILS است.
در حال حاضر این سیستم برای هر گونه دیده‌بانی، به شرط این که دماغه‌ی هواپیما مجهز به HUD یا نمایشگر فرادید باشد، تنها می‌تواند متوازی الاضلاعی تغییر شکل‌پذیر را با خطوط ممتد و منطبق بر باند واقعی ایجاد کند. به این ترتیب خلبان بر روی باندی خیالی فرود می‌آید و باند واقعی را تنها در آخرین لحظه، در حالی که از «وضعیت مبهم و تاریک»اش خارج می‌شود، مشاهده می‌کند. بنا بر این کم‌ترین اشتباه نتیجه‌ای جز نابودی کامل هواپیما نخواهد داشت.
اما نقایص این سیستم قابل توجه‌اند: در این سیستم برای مراعات موازین ایمنی، هواپیماها مجبورند در انتظار اجازه‌ی فرود در نوبت قرار گیرند. آن‌ها بایستی بر اساس مسیری که ILS برایشان تعیین می‌کند، گاهی از مسافتی بسیار دور به باند فرود نزدیک شوند. آهنگی که هواپیماها طبق آن جای‌گزین یک‌دیگر می‌شوند و بر زمین می‌نشینند، حداکثر هر سه دقیقه یک بار است که این با توجه به تراکم فزاینده‌ی ترافیک هوایی، سبب ایجاد راه‌بندان در آسمان می‌شود. از طرف دیگر، دالان بسیار طولانی نزدیک شدن مستقیم (که در حدود سی کیلومتر طول دارد) سبب افزایش شدید مصرف سوخت می‌شود.
بالاخره پس از نزدیک شدن هواپیما به فرودگاه، هنگامی نسبت به ادامه یا قطع حرکت آن برای فرود تصمیم گرفته می‌شود که هواپیما به «ارتفاع تعیین کننده» رسیده است، یعنی فاصله‌ی آن تا باند به حدود ده متر رسیده است. اگر در این ارتفاع، هدایت کنندگان هواپیما محل ورود به باند را تشخیص ندهند، بایستی به سرعت و قاطعانه به گاز فشار آورده خود را به مسیر انتظار برسانند تا زمانی که وضعیت دید بهبود یابد، یا از آن بدتر، به سوی محلی تغییر مسیر دهند که فرود در آن امکان‌پذیر است. در این حالت نیازی به توضیح در باره‌ی نتایجی که چنین تغییری در زمان فرود به بار می‌آورد نیست: به طور خلاصه نتیجه‌ی این وضعیت ایجاد تأخیر در زمان فرود، افزایش قابل ملاحظه‌ی هزینه‌ها، و مصرف فزاینده‌ی سوخت است (به گاز بستن دوباره‌ی هواپیما سبب مصرف بسیار زیاد بنزین می‌شود)؛ نارضایتی مسافران از تأخیر در فرود را نیز باید به حساب آوریم.
برای رهایی صنعت هواپیمایی از این سردرگمی، از چندین سال پیش عده‌ای از متخصصان این صنعت، دو سیستم جدید فرود هواپیما را مورد بررسی و تحقیق قرار دادند. اولین آن‌ها سیستم استقرار جهانی یا GPS نامیده می‌شود که اطلاعات به دست آمده از سه یا چهار ماهواره را مورد استفاده قرار می‌دهد. این سیستم که دقت بسیار زیادی دارد (کم‌تر از نُه متر) بایستی انجام عمل فرود، به شکل نزدیک شدن مستقیم به باند را ممکن سازد. سیستم دوم که سیستم فرود میکروموجی یا MLS نامیده می‌شود فرود را نه در خط مستقیم، هم‌چون در سیستم ILS، بلکه به شکل فرود تقطیع شده و منحنی امکان‌پذیر می‌سازد. به این ترتیب چندین هواپیما به جای این که پشت سر یک‌دیگر و بر روی مسیر مستقیم ILS منتظر فرود باشند می‌توانند به طور هم‌زمان در یک دالان هوایی به شکل قیف جای بگیرند. در عوض در این حالت خلبان تقریباً نمی‌تواند در ذهن خود چنین مسیرهایی را که به وضوح پیچیده‌تر از فرود مستقیمی است که به وسیله‌ی ILS تعیین می‌شود، ترسیم کند.
همانند «سواره نظامی که شبانه به ناگهان ظاهر می‌شود»، دستگاه دیدیاب به موقع سر می‌رسد: با فراهم کردن تصویری بسیار نزدیک به واقعیت برای خلبان، او دیگر احتیاجی به ترسیم مسیری که باید هواپیما را در آن قرار دهد ندارد. بنابراین دیدیاب به شکل ذکاوتمندانه‌ای امکان استفاده از عملیات فرودی را که جای استفاده از ILS، OPS یا MLS را می‌گیرد فراهم نمی‌کند.
درباره‌ی عناصر اصلی این تکنولوژی‌های جدید شناخت لازم وجود دارد، و بعد از پیاده شدن کامل بر روی هواپیماهای نظامی، استفاده از آن در هواپیماهای غیرنظامی مجاز شده است. این پیش‌رفت‌ها با استفاده از سیستم دیدبانی (Head up Display) صورت می‌گیرد. این سیستم تاکنون در عرصه‌ی نظامی شناخته شده و به ویژه نخستین بار در هواپیمای نظامی رافائل به کار رفت. بر خلاف نمایشگرهای قدیمی که به دلیل قرار گرفتن در قسمت پایین شیشه‌ی کابین خلبان «فرودید» نامیده می‌شوند، سیستم HUD به خلبان اجازه می‌دهد تا سر خویش را بالا نگاه دارد: او خواهد توانست هم‌زمان منظره‌ی خارجی را ببیند و علامت‌های نشانگر، مانند دماغه، سرعت، ارتفاع، میزان خمیدگی هواپیما، شیب مسیر حرکت، و.... را بدون پایین انداختن چشم‌ها بخواند. این علامت‌ها که گویا تا بی‌نهایت ادامه دارند در چارچوب دید خلبان بر روی شیشه‌ی کابین هواپیما ظاهر می‌شوند، بنابراین خواندن آن‌ها مستلزم کوشش خاصی نیست و خلبان را خسته نمی‌کند. به علاوه سیستم HUD اجازه می‌دهد تا اطلاعات تهیه شده به وسیله‌ی سیستم‌های کمکی برای فرود در محدوده‌ی دید خلبان قرار گیرد.
اما این تجهیزات جدید برای فرود اساساً بر دو نوع‌اند: نوع اول شامل گسیلنده‌های کوچک راداری است که در محیط اطراف محل فرود نصب می‌شوند. در این حالت علامت‌هایی را که این گسیلنده‌ها منتشر می‌کنند توسط گیرنده‌های هواپیما دریافت می‌شوند. بعد از این که کامپیوتر هواپیما آن‌ها را پردازش کرد، به صورت لکه‌های نورانی کوچکی که با هر یک از گسیلنده‌ها مطابقت دارد بر روی شیشه‌ی کابین خلبان نمایان می‌شوند. به این ترتیب، در تاریکی مطلق، نزدیک شدن و فرود هواپیما در نظر خلبان بر روی باندی انجام می‌گیرد که به وسیله‌ی تعداد زیادی «کرم شب‌تاب» که همان گسیلنده‌ها هستند روشن شده است. در این حالت باند به صورت متوازی الاضلاعی به چشم می‌آید که به هم خوردن شکل آن بستگی به موضع هواپیما نسبت به باند خواهد داشت. به کمک این سیستم می‌توان باند را از فاصله‌ی دور، در وضعیتی بسیار نزدیک به واقعیت و در هرگونه شرایط جوی «دید». وجود چنین وسیله‌ای، به وضوح بیانگر پیش‌رفتی مهم نسبت به دیدبانی باند بر اساس سیستم ILS است.
اما چون هیچ پدیده‌ای کامل نیست، این سیستم نیز به مرمت فرودگاهی ویژه‌ای نیاز دارد و باید حفظ و مراقبت از آن نیز تضمین شود. اگر استفاده از این سیستم را ایکائو (سازمان بین‌المللی هواپیمایی غیرنظامی) پیشنهاد کرده بود، تنها فرودگاه‌های بزرگ می‌توانستند به آن مجهز شوند. بنابراین در این حالت این فرودگاه‌ها دارای ظرفیت «صفر-صفر» می‌بودند: یعنی هواپیماها می‌توانستند در این فرودگاه‌ها در وضعیت عدم دید کامل عمودی و افقی به باند نزدیک شوند.
اما دومین نوع سیستم کمکی برای فرود بر اساس اصلی کاملاً متفاوت بنیان نهاده شده است. در این سیستم، تصویر باند، نه بر اساس اطلاعات تهیه شده توسط دستگاه‌های موجود در زمین، بلکه به وسیله‌ی سیستم‌های نصب شده در هواپیما تهیه می‌شود. هواپیما در این حالت کاملاً به صورت خودمختار عمل کرده، می‌تواند تنها به کمک دستگاه‌هایی که به آن مجهز است بر روی باند فرودگاه یا در وسط بوته‌ها بر زمین بنشیند. بدون شک این سیستمِ نوع دوم است که نظامیان آن را پذیرفته‌اند. درواقع در این دو سیستم، دو تکنولوژی متفاوت – لیکن قابل ادغام – مد نظر قرار گرفته‌اند. اولین آن‌ها عبارت است از تکامل نوع غیرنظامی سیستم دید شبانه به نام LANTIRN (ناوبری شبانه در ارتفاع کم به کمک پرتو فروسرخ) که شکاری‌های F16 امریکا قدرت آن را در جنگ خلیج فارس نشان دادند.
در این سیستم از گیرنده‌های فروسرخی استفاده می‌شود که تصویر تشکیل شده بر مبنای اختلافات جوی منطقه را منعکس می‌کنند، ولی به رغم داشتن برد چند کیلومتری در هوای تاریک و غیر مهتابی، درنتیجه‌ی مه‌آلودگی‌های شدید و ابری بودن هوا دقت این سیستم به شدت کاهش می‌یابد. در این شرایط، بهترین سیستم‌های FLIR (سیستم فرانگر به کمک پرتو فروسرخ) از نسل LANTRIN قادرند تا مسافت تقریباً سی‌صد و پنجاه متری «نفوذ کنند» - در حالی که در بدترین شرایط جوی قدرت دید خلبان هواپیمای مسافربری از ده متر فراتر نمی‌رود.
اما این هنوز کافی نیست، زیرا باز هم برای خلبان فرصت انجام واکنش در شرایط وقوع حادثه‌ی غیرمترقبه را باقی نمی‌گذارد. حتی با داشتن بردی به میزان پانصد متر، این سیستم دیدبانی به کمک اشعه‌ی فروسرخ، امنیت مطلق برای فرود کور در جریان باران‌های استوایی یا طوفان‌های برف را تأمین نمی‌کند. در نتیجه‌ی این محدودیت‌های دستگاه‌های مجهز به پرتو فروسرخ که برای نظامیان مسأله‌ساز بوده است، آن‌ها به نوع دوم سیستم کمکی برای فرود که در داخل خود هواپیما مستقر شده باشد علاقه‌مند شدند. در این سیستم از راداری استفاده می‌شود که دارای موج‌های میلیمتری با قدرت عبور از وضعیت رسوب گرفتگی و مه گرفتگی است بدون این که دچار اختلال شود. این دستگاه به ویژه در هلیکوپترهای جنگی‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد که برای شناسایی هدف‌هایی مانند بعضی انواع موشک‌ها، یا در جنگ ضدتانک، یا برای جلوگیری از برخورد با موانعی هم‌چون خطوط برق فشار قوی به کار گرفته می‌شوند. اما به کار گرفتن این نوع رادار در هواپیماییِ غیرنظامی نیز درحال گسترش است.
اما کدام یک از سیستم‌های فوق را باید انتخاب کرد؟ گیرنده‌های فروسرخ یا رادارهای با موج میلیمتری را؟ در حقیقت به نظر می‌رسد که آینده، ادغام این دو سیستم را، که پیش از آن که رقیب یک‌دیگر باشند مکمل یک‌دیگرند، به صورت یک دستگاه نوید می‌دهد. در این صورت برای HUD تصویری بر اساس اطلاعات به دست آمده از این دو نوع گیرنده منعکس خواهد شد. چون ممکن است بعضی از بخش‌های سیستم‌های راداری و فروسرخ مشترک باشند (مثلاً HUD)، دست‌یابی به چنین سیستم مختلط دیدبانی برای شرکت‌های هوایی، نسبت به حالتی که این دو سیستم جداگانه به کار گرفته شوند هزینه‌ی کم‌تری در بر خواهد داشت.
هزینه‌ی گزاف ساخت این دستگاه‌های دیدبانی – چهارصد هزار دلار برای سیستم مختلط - سبب می‌شود که آن‌ها نیز ابتدا در ارتش آماده و به کار گرفته شوند. اما مطمئناً تشدید روزافزون ترافبک هوایی غیرنظامی، شرکت‌های هواپیمایی را چه به دلایل اقتصادی و چه امنیتی به انجام چنین سرمایه‌گذاری‌هایی سوق می‌دهد. تنها باید امیدوار بود که پیش‌رفت‌های فناورانه در این حیطه، جنگ جدید دیگری را طلب نکند....
تنها چند سال پیش این پرسش مطرح می‌شد که آیا باز هم خلبانی در هواپیما باقی خواهد ماند. در حال حاضر گرایش سازندگان و تجهیزکنندگان امریکایی هواپیماها، که پا در جای نظامیان می‌گذارند، نشانه‌ی پاسخ مثبت به این پرسش است. به این ترتیب به جای داشتن خلبانی اتوماتیک-الکترونیک که در پشت فرمان قرار گیرد، هواپیماها هم‌چنان به وسیله‌ی خدمه‌ی انسانی هدایت خواهند شد. اما نسل آینده‌ی این «پرندگان شگفت‌انگیز دیوانه» بدون این که از کوتاه شدن فضا و زمان راضی شده باشند، به زودی شاهد پراکنده شدن آخرین سدهایی خواهند بود که جلوی دیدگان آن‌ها را سد می‌سازد.
امروزه فرودگاه‌های بزرگ جهان به سیستم ILS (سیستم ابزار فرود) مجهز شده‌اند که با انتشار مخروطی از امواج رادیویی سطح طولانی همواری در امتداد طول محور باند به وجود می‌آورد که خلبان باید به کمک ابزارهای موجود، ضمن پیروی از آن، فرود آید. در این سیستم، هنگامی که هواپیما در ابتدای این سطح ظاهر می‌شود و در محور تعیین شده قرار می‌گیرد، به فرود با زاویه‌ی شیب یاد شده تا نقطه‌ی HD (ارتفاع تصمیم‌گیری) ادامه می‌دهد. در این ارتفاع، دو حالت پیش می‌آید: یا خلبان باند فرود را می‌بیند و فرود را ادامه می‌دهد، یا به دلیل نداشتن دید (مه‌آلودگی شدید، باران شدید) باند را در آن سوی فاصله‌ی HD-z نمی‌بیند. در این‌جا می‌بایست دوباره گاز دهد و هواپیما را به ارتفاعی برساند که بتواند منتظر مساعد شدن هوا برای فرود بماند، یا تغییر مسیر داده، در فرودگاهی که دید بهتر است فرود آید. اما با داشتن یک سیستم فروسرخ FLIR (سیستم فرانگر به کمک پرتو فروسرخ) که در مه یا باران نفوذ می‌کند، خلبان در شرایط جوی یک‌سان، قابلیت دید تا مسافت HD-y را خواهد داشت که دور تر از HD-z است. به این ترتیب خلبان می‌تواند به فرود ادامه دهد. با سیستم میکروموج‌های راداری، توان دید بر روی پرده‌ی موجود در هواپیماها باز هم بهبود یافته است، زیرا امواج راداری به هیچ وجه درنتیجه‌ی بدی وضعیت جوی دچار اختلال نمی‌شوند
و اما در مورد خود هواپیماها باید گفت که از سال‌های 1960 میلادی به بعد، طراحان و کارخانه‌های سازنده‌ی هواپیما، بیش‌تر متمایل به ساخت هواپیماهای رزمی چند منظوره بوده‌اند. بدین ترتیب که مثلاً هواپیمایی هم جنگنده و بمب‌افکن باشد، هم ره‌گیر و بازدارنده، و هم آموزشی، و احتمالاً چنان مشخصات نشست و برخاستی نیز داشته باشد که بتواند از ناو هواپیمابر به منزله‌ی پایگاه استفاده کند. به طور خلاصه، یعنی بتوان با دادن تغییرات بسیار کمی در تجهیزات و متعلقات، از هواپیما در هر کدام از مأموریت‌ها و منظورهای بالا که تعریف دقیق، فنی، و حرفه‌ای خود را دارند استفاده کرد.
به چند دلیل، نتیجه‌ی کار همیشه این انتظارات را برآورده نکرده است. دلیل اصلی این ناکامی همان مثل معروف خودمان است که می‌گوید همه‌کاره و هیچ‌کاره. واقعیت آن است که طراحی، سلسله مراتبی دارد که آغاز آن از نیاز بازار، درخواست کننده، و یا به اصطلاح مشتری سرچشمه می‌گیرد. درست بر همین مبناست که مشخصات فنی تعریف می‌شوند. برای افرادی که با طراحی و محاسبات آن سروکار دارند مسأله‌ی تناقض مشخصات مشکل ناآشنایی نیست.
حقیقت این است که طراح هواپیما بیش از هر طراح دیگری این مشکل را لمس کرده است و می‌کند. چگونه می‌توان موتوری با قدرت بسیار بالا طراحی کرد و در مقایسه، وزن و مصرف سوخت آن را هم بسیار پایین نگاه داشت، و از سوی دیگر، طبق معمول، خواست که بسیار ارزان هم تمام شود؟ این مثال ساده را می‌توان به کل سیستم، یعنی یک هواپیمای تمام شده، گسترش داد. یک هواپیمای چند منظوره مشکل می‌تواند همه‌ی مأموریت‌ها را به طور دل‌خواه و با کیفیت مساوی انجام دهد. اگر هم این مشخصات را داشته باشد قیمت آن معمولاً بسیار زیاد خواهد بود. وانگهی، پارامترهای طراحی این محدودیت را دارند که آن‌چه برای یک مأموریت یا منظور خاصی مهم و مورد نیاز است برای وظیفه یا مأموریت دیگر پایین آورنده‌ی کیفیت به شمار می‌رود. این همان تناقض مشخصات و درنتیجه، محاسباتی است که طراح باید انجام دهد تا در نهایت به روش‌هایی دست یابد که به اصطلاح نه سیخ بسوزد و نه کباب.