自動駕駛─按個鈕就好?

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繁複的駕駛艙讓人眼花撩亂,自動駕駛可不是你我想像的這麼簡單
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現代科技的高度發展,讓人類的生活進入了自動化時代,身邊隨處可見各種無需人類操作的機械。從飲料販賣機、捷運系統到Google無人駕駛車,有愈來愈多的工作可以被電腦取代。航空器上更是不用說,相信你我都聽過「自動駕駛」這玩意兒,然而這同時也是最常被誤解的航空詞語之一。自動駕駛聽起來像是一個開關,上面寫著「ON」,機師只要按下按鈕,飛機就會自己起飛、爬升、巡航、降落。而飛行員們只要在椅子上翹腳聊天,順便請空姐送杯飲料就好?應該沒有這麼簡單吧!

為何自動駕駛裝備會出現?我們先來看看巡航飛行時要做的事。機師要把飛機保持在巡航高度上,高了要推機頭,低了要抬機頭;同時要保持飛機的航向固定,向左偏了要右轉,向右偏了要左轉;飛行速度也要穩定,飛慢了要加油門,飛快了要收油門。除了飛行外,還有這些事要做:回應航空管制員的呼叫;定期和另一位機師交互檢察儀表讀數;填寫當次飛航報告;用衛星網路與公司或航管單位傳輸訊息等。兩人以上共同飛行時,還能夠依照人數分配工作量;換作單座機駕駛們可就累了。

如果把相同的場景改成這樣,民航機剛從機場起飛。這時機師不僅要操作飛機沿著離場航線飛行,在指定的導航點上到達指定的高度、速度;同時還在耳機裡監聽著航管對話,聽到航管指令時要開口回應;眼睛也不能閒著,需要不停的掃視儀表讀數;標準作業程序檢查表更不能忘。手上工作量大增的情況下,多少會減低對外界的警覺程度。對於瞬息萬變的繁忙空域來說,機師無法分配額外的注意力會是一件不利於飛安的因素。

要如何利用科技來負擔機師的工作量呢?要用電腦來代替人類跟航空管制員說話嗎?還是請電腦來代替機師飛行?聽起來不太合理,電腦即使能迅速感知週遭的狀況,卻無法像人類一樣加入豐富的經驗來下判斷。由此可知「思考」是人類和機器的根本差別,所以目前的科技尚不能取代人類機師。因此,自動駕駛的定位是「接受人類的命令並且照做」,也就是機師下命命,而電腦代替人手來開飛機,最終決策者還是人類。

自動駕駛的雛形在上個世紀就出現了,那是萊特兄弟的時代,人類才剛剛達成動力飛行的創舉。這時的自動駕駛控制升降舵與副翼,只能讓飛機保持住固定航向飛行,或是固定飛行高度,精準度當然不高。不過機師能放心讓機器飛行,空出雙手執行更多額外的工作,這已是駕駛艙的革命性發展。

世界大戰結束後的數十年,在民航業急速發展的情況下,航空公司需要讓更少量的飛行員執行更複雜的工作。於是四人駕駛艙去掉了領航員,由慣性導航裝置儲存地理座標;三人駕駛艙去掉了飛航工程師,讓液晶螢幕集中顯示系統狀態。為了讓僅僅兩人能夠操作更大、更複雜的蒼穹巨獸,現代客機的自動駕駛系統儼然是航太與電子科技的傑作。自動駕駛不再只幫忙穩定住高度、航向,更進步到能夠依照航線飛行;遵守離場、到場程序所規定的速度;在發現飛機進入危險狀況前自行修正;甚至能讓飛機在濃霧中自動降落。

現代自動駕駛是一個結合副翼、擾流版、升降舵與配平、方向舵以及發動機的控制中心,嚴格上來說應稱為「自動駕駛系統」。自動駕駛系統可以分成「自動駕駛(AP)」及「自動油門(A/THR)」兩大單元,前者控制飛機爬升、下降與左右轉;後者則依據前者的動作模式,選擇適當的發動機推力輸出。

自動駕駛面板必定有三個視窗:空速、航向、高度。這三個數字是飛行的最基本。有許多按鈕與開關圍繞著控制面板,分別在不同的面向上控制飛機。這個面板在波音機上稱為模式控制面板(MCP);空中巴士則稱為飛行控制單元(FCU)。自動駕駛系統可以透過按鈕啟動,如果需要解除自動駕駛,飛行員只要按下操縱桿上的按鈕,就能馬上拿回控制權。


那機師們要怎麼知道自動駕駛系統在哪一個工作模式下?較早期的飛機上是用燈號明滅來表示,例如「高度固定」開關上的綠燈亮了,就代表自動駕駛正在幫助飛機穩定高度。現代客機則直接將自動駕駛模式資訊顯示在液晶儀表板內,以各種顏色的文字、圖樣來代表不同工作模式,儀表板內的這個區塊稱為模式顯示器。在現代兩大巨頭:波音與空中巴士所製造的客機上,自動駕駛系統的工作次模式共分成三種:發動機推力控制、垂直導航以及水平導航。

發動機推力控制,是自動油門所負責的區塊,它依照機師選定的工作模式動作。飛機起飛時,機師啟動自動油門,發動機推力會直接增加到事先選定好的數值;在爬升時飛機會自行減低推力,從起飛推力切換到爬升推力;到達巡航高度時,它再次減低推力,保持住機師選定的飛行速度。

垂直導航功能控制飛機的高度變換。它的次要模式包含:維持住固定高度;自動爬升、下降到指定高度;或是幫助飛行員遵守高度限制等。水平導航功能則控制飛機的航向。它有這些次模式:維持住固定航向;沿著航線飛行,沿著固定的導航電台飛行等。

這些子模式還會共同合作,我們以自動降落來當例子。在飛機沿著地面裝備發射的導引電波下降時,自動駕駛操控飛機上下左右修正,自動油門則調整發動機的推力輸出來維持住空速。當飛機感測到接近地面時,自動駕駛驅動升降舵拉起機首,執行平飄操作減低下降率;自動油門減低推力,讓飛機能夠落到地面上。在跑道上減速時,飛機還會自行使用鼻輪轉向裝置,飛機就會走在跑道正中央。

既然飛機會自己控制自己了,機師要怎麼知道飛機想怎麼動?在飛機的姿態儀上,會有兩根交叉的十字線,一根水平一根垂直。這叫做飛航導向器,簡稱FD,和頭文字D的那個沒關係。由於自動駕駛本身控制飛機的俯仰與滾轉兩個軸向,這兩條線就分別代表兩個軸。當兩條線在正中央完美交叉時,表示飛機想保持住當前的姿態。如果垂直方向的線往左或往右移動,表示飛機需要左轉或右轉。水平方向的線往上或往下移動時,表示飛機想要上升或下降。飛航導向器就像是大腦,而自動駕駛是肌肉,自動駕駛會執行飛航導向器所指示的動作。如果只啟動飛航導向器而使用人手飛行,那麼機師就是執行和自動駕駛一樣的事。

上面有提過,自動駕駛系統會讓飛機依照航線飛行,那該由誰來告訴自動駕駛系統要飛哪一條航線?要用何種速度、高度限制飛行?這些全部必須在飛行前輸入到飛機上的飛航管理電腦(FMC)中,飛航管理電腦是飛機的導航核心,它負責接收機師輸入的資訊,計算各種飛航參數,再和自動駕駛系統溝通來控制飛機。

由此可見,自動駕駛系統依照機師的指令動作,它是不會自行決定要做什麼的。它充其量只是替代飛行員的手腳,代替人類控制飛機。缺少機師的命令,自動駕駛什麼也不會做,最終的決定權仍然在人手中。

如果機師輸入了錯誤的資料,自動駕駛可能會把飛機開到地面上!過去的歐洲曾發生過一件悲劇,機師對新型機的高度控制視窗尚不熟悉,誤將垂直速度模式看成飛行路徑角模式。結果原本應該以3.3度下滑角下降的飛機,因為人為選擇錯誤,即使垂直模式上顯示著「3.3」,卻變成以每分鐘三千三百英尺下降,等到發現錯誤時已來不及挽救了。製造商後來修改了顯示邏輯,讓這兩種模式的格式變得不一樣。

即使當今科技如此進步,我們仍然無法讓載人飛機變成無人駕駛。評估外界狀況;衡量工作的優先權;對飛航計畫做取捨;在緊急狀況時做出正確的反應,利用多年的經歷下判斷;甚至是某些人口中的「直覺」,這些都是機器難以完整複製的。在科技全面升級的駕駛艙中,飛行員漸漸成為駕駛艙中的系統管理者,但維持飛安的要素還是機師的經驗與決策能力。下一次搭乘飛機時,如果在走下空橋時遇到了機組員們,請不要吝於給予他們真心的感謝。


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