*محسن علوی سیرت

 استفاده از فناوري هاي نوين  در صنعت هوانوردی منجر به افزایش چشمگير عملکرد هواپیماها شده است. سامانه هاي اويونيكي جديد و سنسورهای نوين  و قوی مانند رادارهای چند حالته، سنسورهای الکترواپتیک وسامانه هاي ناوبري دقيق و غیره توانایی بی اندازه‌ای را برای هواگردهاي  مدرن فراهم کرده‌اند و آنها را قادر ساختند نقش خود را بهتر ایفا کنند.
به گزارش مرکز روابط عمومی و اطلاع رسانی معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری، تا قبل از سال1960، هواپیماهای نظامی مانند اجدادشان در جنگ جهانی دوم ساخته می شدند. سامانه هاي اويونيكي بصورت آنالوگ و با تعداد قابل توجهی سیم به یکدیگر متصل بودند و هر سیستم یک کار به‌خصوص و محدود را انجام می‌داد. پیشرفت کلیدی با ظهور تکنولوژی محاسبات دیجیتال در سال1960رخ داد، که اولین بار در سال1970در معماری سامانه هاي اويونيك مورد استفاده قرار گرفت.
فراهم شدن کامپیوترهای دیجیتال که می توانستند با شرایط سخت محیط پرواز منطبق شوند، موجب حصول قدرت و دقت بالا در محاسبات شد،که تا قبل از آن در معماری های آنالوگ دور از دسترس بود. ظهور تکنولوژی میکروالکترونیک و آي سي های اولیه باعث شد تکنولوژی دیجیتال در سیستم های بیشتری از هواپیما استفاده شود. گسترش و پیشرفت باس های دیجیتال سریال، اتصال و انتقال اطلاعات بین سیستم های واحدهای اصلی را آسان کرد.
با افزایش و تنوع سامانه های اویونیکی و وظایف آنها، مشکلات و چالش‌های جدیدی مطرح گردید. به عنوان مثال، افزایش تعداد سامانه های اویونیکی موجب افزایش حجم و وزن سامانه ها شد که اين حجم و وزن اضافی موجب افزایش هزینه‌ها از طراحی و ساخت تا پرواز و نگهداری و تعمیر ‌شد.
امروزه سيستم هاي ماژولار یا IMA در حال پیاده‌سازی است و مشکلات بیان شده را تا حدی برطرف کرده است. آخرین پیشرفت ها زمانی اتفاق افتاد که تجهیزات الکترونیکی با توجه به پیشرفت در صنعت مخابرات و IT پیشرفت کرد و قابلیتي فراتر از آنچه صنعت هوانوردی نیاز داشت، ارائه کرد که این باعث گسترش استفاده از قطعاتCOTS و معماری ماژولار مجتمع شد.

هزینه ها
بررسی ها نشان مي دهد که صنعت هوايي  یک صنعت پرهزینه محسوب مي شود  و واضح است که با ظهور سامانه هاي جدید هزینه‌های آن نیز بیشتر افزایش خواهد یافت، بنابراين شركتهاي فعال در حوزه صنعت هوايي همواره سعي مي كنند با استفاده از تكنولوژي هاي جديد و آزمايشگاههاي مجهز هوايي اين هزينه ها را كاهش دهند. این کاهش هزینه‌ها را در سه حوزه می‌توان دسته‌بندی کرد:
1- کاهش هزینه‌های طراحی و تولید: با کاهش هزینه‌های طراحی و تولید، هزینه تمام شده یک هواپیما کاهش خواهد یافت.
2-کاهش هزینه‌های پرواز: با کاهش هزینه‌های پروازی، هزینه تمام شده یک پرواز کمتر شده و درنتیجه مسافران بیشتری به سفرهای هوایی رغبت نشان می‌دهند.
3-کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری: با کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری، هزینه تمام شده پرواز نیز کمتر شده و ارائه خدمات، بهتر خواهد بود.
هزینه‌های طراحی و تولید
توسعه و ساخت‌نرم‌افزارهای قدرتمند طراحی و شبیه‌سازی که پارامترهای بیشتری را در محاسبات به‌کار می‌گیرد به طراحی دقیق‌تر هواپیما و کاهش تست‌‌های پروازی در فاز طراحی و ساخت نمونه مقدماتی کمک می‌کند. به عنوان نمونه شرکت بوئینگ در پروژه V-22 سیستم تست یکپارچه را برای کاهش هزینه و ریسک طراحي و توسعه تأسیس کرد. در TLTI سه آزمایشگاه با سه مأموریت مختلف با هم کار می‌کنند تا به یک هدف كه ساخت هواپیمایی بی‌خطر و مطمئن است برسند. ‌
تعامل مشترک بین سه آزمایشگاه اینتگریشن سامانه های اویونیک (SIL)، یکپارچه‌سازیسیستم کنترل پرواز (FCSIR) و آزمایشگاه شبیه‌سازی پرواز (FSL) ، موجب شده تا روند طراحي سریعتر و راحت‌تر انجام شود. این سه آزمایشگاه در سه مکان مختلف قرار دارند و به کمک فیبر نوری به‌هم مرتبط شده‌‌اند. در SILمهندسین و خلبان‌ها، شبیه‌ساز پرواز رابا سامانه های اویونیکی واقعی به پرواز درمی‌آورند. همزمان ورودی‌های کنترل به کامپیوتر‌های کنترل پرواز و اکچویتورها در FCSIR می‌روند. نتیجه، محاسبات تقریباً بلادرنگ کنترل هیدرولیک و الکترونیک سخت‌افزار پرواز است. به طور خلاصه می‌توان گفت که این آزمایشگاه به مهندسین این امکان را می‌دهد که سامانه های هواپیما را پیش از پرواز تست کنند.
در TLTIتغییرات طراحی که نتیجه تحلیل‌ها می‌باشد، را می توان تست نمود، بی آنکه هزینه تست‌های پروازی افزایش یابد. TLTI به عیب‌یابی سامانه های اویونیکی و کنترل پرواز کمک شایانی می‌کند و فعالیت‌های یکپارچه‌سازی سامانه های هواپیما را پردازش و کنترل می‌کند. شرکت بوئینگ همین شیوه را برای طراحی هواپیمای F-22 و Boeing 787 به کار برده است.
اين شركت از یک هواپیمایBoeing 757 به عنوان میز تست اینتگریشن به همراه یک لینک داده استفاده کرده که داده‌های پروازی را به صورت بلادرنگ تحلیل کرده و اصلاحات لازم بر روی سامانه ها را انجام دهدو این امکان برای مهندسین و طراحان وجود دارد که سوار هواپیما شده و عملکرد سیستم را در حین کار بررسی کنند و عیوب احتمالی را در كمترين زمان بر طرف کند.
روندی که نیروی هوایی آمريکا براي آينده دنبال می‌کند این است که به جای آن که برای یک مأموریت خاص، یک هواپیمای خاص طراحی شود، هواپیمایی طراحی شود که بتواند مأموریت‌های مختلف را بر عهده گیرد،به عبارت دیگر توانمندیهای مختلفی داشته باشد.
رویکرد دیگری که در طراحی و تولید به کار خواهد رفت، این است که به جای آن که یک سیستم خاص با توانایی‌های خاص طراحی شود، مجموعه‌ای از زیرسامانه ها طراحی شود که به محض نیاز به یک توانمندی خاص،بتوان عناصر نسبتاً ارزان و استاندارد را با هم ترکیب کرد و به سرعت به آن توانمندی دست یافت. لذا گستره وسیع‌تری از مأموریت‌ها را می‌توان با هزینه کمتر تعریف کرد. اين قابلیت ترکیب، انعطاف‌پذیری و چابکی سيستم ها در برابر مأموریت‌های مختلف را افزایش می‌‌دهد
هزینه‌های پرواز
در بحث هزينه هاي پرواز، FAA  پیشنهاد می‌کند خطوط هوایی از طریق کاهش هزینه‌های عملیاتی، حذف مسیرهای بدون سود، زمین‌گیرکردن هواپیماهای قديمي با مصرف سوخت زياد، هزینه‌هایمالی را به حداقل برساند.
به منظور افزایش درآمد عملیاتی، باید خدمات جدیدی که مشتریان حاضر به پرداخت  هزينه آن هستند را ارائه کنند البته این رویکرد، شرکت‌های تولیدکننده را به تجدید نظر در طراحی‌های خود تشويق خواهد كرد تا هزینه‌های پرواز را کاهش دهند. یکی از این رویکردها، جایگزینی سوخت ارزان‌تر و سازگارتر با محیط زیست است.
 رویکرد دیگر استفاده از انرژی خورشیدی است که تحقیقات در خصوص ساخت صفحات خورشیدی سبک و با راندمان بالا و همچنین پیشرانش الکتریکی همچنان ادامه خواهد داشت. کاهش حجم و وزن سامانه های اویونیکی در دراز مدت موجب کاهش قابل ملاحظه اي در مصرف سوخت خواهد شد. کاهش حجم و وزن سامانه ها به صورت‌های مختلف می‌تواند انجام شود:
1-پیاده‌سازی سامانه های اویونیکی یکپارچه ماژولار یا IMA که این کار در برخی پرنده‌ها انجام شده است.
2-ادغام سامانه های اویونیکی: ساخت سامانه هاي اویونیکی به این سمت پیش خواهد رفت که یک سامانه ، وظایف چندسامانه امروزی را انجام دهد. به عنوان مثال رادارAN/APG-77 هواپیمایF-22 آمریکا  و CAPTOR-E هواپیمایTyphoon اروپا علاوه بر وظایف راداری، برخی وظایف سامانه هايESM  و ECM  را نیز انجام می‌دهد.
3-به کارگیری تکنولوژی‌های جدیدتر در حوزه الکترونیک و مخابرات که ابعاد فیزیکی کوچکتر و توان پردازشی بیشتری دارند. این بيشتر شدن توان پردازشی موجب می‌شود تا به راحتی بتوان وظایف سامانه ها را افزایش داد.
از جمله موارد تأثیرگذار در کاهش هزینه‌های عملیاتی، کاهش هزینه‌های نیروی انسانی است که با اتوماسیون و خود مختاری سامانه ها با استفاده از روش هاي ذيل مي توان به آنها دست پيدا كرد:
با افزایش توان پردازشی سامانه های اویونیکی، توانمندی سامانه هاي اویونیکی افزایش می‌یابد و در نتیجه می‌توان وظایف بیشتری بر عهده سامانه ها گذارد. این به معنی افزایش خودکاری سامانه های اویونیکی است.
اتوماسیون و افزایش خودمختاری سامانه ها علاوه بر کاهش وظایف نیروی انسانی، هزینه آموزش نیروی انسانی را نیز کاهش می‌دهد.
می‌توان آنقدر خودکاری سامانه ها  را افزایش داد که پرنده با سرنشین به پرنده بی‌سرنشین تبدیل شده و از روی زمین كنترل و هدایت شود. البته یکی از چالش‌های این بحث قابلیت اطمینان سیستم و ارزیابی و اعتباربخشی  به آن است.
افزایش خودکاری سامانه ها موجب می‌شود که به تعداد نیروی انسانی کمتری برای انجام امور و کارها نیاز باشد.
البته بايد در نظر داشتكه افزایش خودکاری سامانه ها مستلزم داشتن هوش بیشتر است. در حال حاضر رادیوی شناختگر ، رادار شناختگر، سامانه های جنگ الکترونیک شناختگر و سامانه های پویای شناختگر مراحل تحقیقاتی خود را می‌گذرانند تا بر مشکلات پیاده‌سازی سخت‌افزاری، نرم‌افزاری و همچنین مسائل حقوقی حاکم بر آن فائق آیند. به نظر می‌رسد در آینده شاهد ورود سامانه های شناختگر به عرصه سامانه هاي اویونیکی باشیم.
ساخت شبیه‌سازهایی که توان پردازشی بیشتری دارند و با دخالت دادن پارامترهای بیشتر در شبیه‌سازی، عملکرد سیستم را به حالت واقعی نزدیک‌تر می‌کنند، می‌تواند آموزش بهتری به نیروی انسانی بدهد و درنتیجه هزینه آموزش نیروی انسانی کاهش می‌یابد و آموزش بهتر می‌تواند موجب تقویت عملکرد و افزایش بهره‌وری نیروی انسانی شود.
هزینه‌های تعمیر، نگهداری و ارتقاء
بسیاری از سامانه ها و سازه‌هایی که در صنعت هوايي  به کار می‌برد، از زمانی که وارد عملیات می‌شوند، تا مدت زمان زیادی همچنان قابل استفاده هستند. اما به‌روزرسانی چنین سامانه هایی که طول عمر زیاد دارند، با تکنولوژی‌های جدید، دشوار و پرهزینه است. به خصوص اگر این سامانه ها به گونه‌ایطراحی نشده باشند که با به‌روزرسانی‌های آینده مطابقت داشته باشند. این در حالی است که تکنولوژی به سرعت در حال پیشرفت است. در نتیجه «آهنگ به‌روز شدن تکنولوژی» بسیار بیشتر از یک یا دو دهه قبل است. لذا طراحی سامانه ها به گونه‌ای خواهد شد که ارتقا و به‌روزرسانی سامانه ها را به راحتی و با کمترین هزینه بتوان انجام داد.
یکی از تکنولوژی‌هایی که این امر را محقق می‌کند، رادیوی نرم‌افزاری  است. اخیراً سامانه هایSATCOM مبتنی بر SDR نیز به بازار عرضه شده‌اند و احتمال دارد که در سایر سامانه هاي اویونیکی نيز استفاده شود.
مورد دیگر تکنولوژی، آنتن‌های آرایه فازی فعال (AESA)  است. این تکنولوژی در ابتدا در سامانه های رادار کنترل آتش به کار گرفته شد و امروزه در سامانه هایSATCOM نیز به کار می‌رود. تکنولوژی AESA موجب افزایش انعطاف‌پذیری و قابلیت ارتقا در بخش آنتن سامانه ها می‌شود.
در خصوص سامانه های تست نیز تجهیزات تست ترکیبی  مطرح شده است که از مهمترین ویژگی‌های آن قابلیت ارتقای سيستم تست برای تست كردن محصولات جدیدتر است.
ناوبری
یکی از اساسی‌ترین و مهمترین سامانه هاي یک پرنده سیستم ناوبری است و تاکنون سامانه های متعدد و راهکارهای متعددی برای ناوبری مطرح و ارائه شده است. امروزه در بسیاری از پروازهاي تجاری و نظامی، از سامانه های موقعیت‌یاب ماهواره‌ای نظیر GPS، GLONASS، Galileo و Beidou به عنوان سيستم كمك ناوبري استفاده مي شود.
ظهور سامانه های موقعیت‌یاب ماهواره‌‌ای متعدد از بی‌اعتمادی کشورهای مختلف به آنها حکایت دارد؛ از این جهت که صرف نظر از جنگ ناوبری و سامانه هایASAT، به هنگام جنگ، تکنیک‌های جنگ الکترونیک می‌تواند سامانه های ناوبری ماهواره‌ای را در یک مکان یا منطقه از کار بیندازد و باعث بروز اشکال در سامانه های ناوبری پرنده‌های نظامی و غیرنظامی شود. این چالش اساسی موجب شده تا تحقیقات جدی در این خصوص انجام شود و رویکرد ناوبری بر سامانه هایی متکی شود که وابستگی به هیچ ایستگاه زمینی، یا ماهواره‌ای نداشته باشد، تا طیف گسترده‌ای از تهدیدات بر آن تأثیرگذار نباشند.
لذا نیروی هوایی آمریکا سامانه هایPNT را مطرح کرده است. در این سامانه ها، زمان‌بندی دقیق با استفاده از یک ساعت اتمی انجام می‌شود و ناوبری اینرسیال نیز با استفاده از اتم سرد که مبتنی بر رویکرد تداخل‌سنجی موج- ماده فشرده است، انجام می‌شود. این سیستم هنوز مراحل تحقیقاتی خود را می‌گذراند و عملیاتی شدن آن بر روی پرنده‌ای تاکنون گزارش نشده است.
1-    پرنده‌های بی‌سرنشین
کاربردهای سامانه های بی‌سرنشین روز به روز در حال افزایش است. مأموریت‌های تجسسی و شناسایی، حمله و انهدام، ترابری و حمل و نقل، سم‌پاشی، باروری ابرها، هواشناسی لایه‌های مختلف جو، رله مخابراتی دو ایستگاه زمینی یا هوایی، از جمله کاربردهای روزافزون سامانه های بی‌سرنشین می‌باشند.سامانه های بی‌سرنشین مزایای متعددی به همراه دارند:
-    به دلیل عدم وجود سرنشین، وزن هواپیما کمتر می‌شود.
-    به دلیل عدم حضور سرنشین، برخی از سامانه ها نظیر سیستم اکسیژن، نمایشگرها و ... حذف می‌شوند، که این ویژگی علاوه بر کاهش وزن پرنده، ساده‌تر شدن طراحی و اینتگریشن سامانه های اویونیکی را نیز به همراه دارد.
-    به دلیل عدم حضور سرنشین، قابلیت مانور،سقف پروازی، مداومت پروازی و سرعت پرنده می‌تواند افزایش یابد.
-    کاهش وزن و حجم موجب کاهش مصرف سوخت و همچنین استفاده بهتر از فضای موجود در پرنده می‌شود.
برای رشد بازار غیرنظامی فروش پهپادها،FAA در حال توسعه سیاست‌ها، روندها و رويه هاي مورد توافق است. به محض آن که توافق‌ها، استانداردها، مقررات، و گواهینامه‌ها تدوین شوند، بازار فروش پهپادهای تجاری نیز رشد و توسعه می‌یابد. پیش‌بینی بازار فروش پهپاد در ده سال آینده 94 میلیارد دلار خواهد بود
استفاده از پهپاد به عنوان یک لینک مخابرات رادیویی یا لیزری نیز از دیگر گزینه‌هایی است که تحقیقات در خصوص آن هم چنان ادامه دارد. کشتی‌های هوایی برای این کاربرد مناسب‌تر خواهند بود، به ویژه آن که اگر ارتفاع آن بیشتر باشد، برد رادیویی آن نیز بیشتر خواهد بود.
همچنین استفاده از کشتی هوایی با مداومت پروازی زیاد برای مأموریت‌های ISR با نصب انواع سنسورهای هوشمند بر روی آن امکان‌پذیر خواهد بود. وجود انواع سنسورها مانند سامانه های راداری تصویربرداری، لیدار (LIDAR )، دوربین‌های الکترواپتیکی و مادون قرمز، سامانه های تصویربرداری فراطیفی و سنسورهای CBRN موجب می‌شود که حجم بسیار زیادی داده خام فراهم آید که ارسال آن به زمین نیاز به پهنای باند بسیار زیاد دارد و پردازش این حجم وسیع داده به پردازنده‌های بسیار قدرتمند و نیروی انسانی زیادی نیاز خواهد داشت. برای غلبه بر این مشکل سنسورها را هوشمند می‌کنند تا به جای آن که فقط داده خام تولید کند، با پردازش داده‌ها اطلاعات مورد نظر را استخراج نماید. ارسال اطلاعات استخراج شده، پهنای باند کمتری نیاز دارد و پردازش‌هایی که در ایستگاه زمینی بر روی داده‌ها انجام خواهد شد بسیار کمتر خواهد بود.
ارتباط سامانه هاي اويونيكي
امروزه وجود باس‌های ارتباطی درون یک پرنده ارتباط و تبادل داده‌ها بین سامانه های اویونیکی را بسیار آسان کرده است. همچنین از ارتباطات رادیویی HF، VHF، UHF و SATCOMبه عنوان بستر ارتباطی سامانه های هواپیما با ایستگاه زمینی یا ماهواره‌ای و یا هوایی استفاده می‌شود. در این ارتباط، داده‌ها تبادل می‌شوند و تلفیقی بین داده‌ها صورت نمی‌گیرد. پیش‌بینی می‌شود که در آینده سامانه های اویونیکی علاوه بر دریافت داده‌ها، تلفیق داده‌ها را نیز انجام دهند تا اطلاعات بهتری فراهم گردد. به عنوان مثال داده‌های حاصل از سامانه های تصویربرداری راداری و مادون قرمز با هم تلفیق مي گردد تا عملکرد آنها بهبود یابد. این امر به ویژه در شرایطی که تصمیم‌گیری براییک سیستم در خصوص استخراج اطلاعات از داده‌های دریافتی دشوار می‌شود، اطلاعات سیستم دیگر به تصمیم‌گیری کمک می‌کند.
سامانه های اویونیکی در آینده بخشي از یک شبکه خواهند بود. به عنوان مثال سیستم SATCOM بستر ارتباطی بسیاری از سامانه ها با شبکه NextGen خواهد بود که هم اکنون مراحل تحقیقاتی خود را می‌گذراند. به عنوان مثالي دیگر، سنسورهای یک پرنده با سنسورهای دیگر پرنده‌ها یک شبکه تشکیل داده که با استفاده از یک لینک رادیویی یا لیزری به تبادل داده پرداخته و یک مأموریت مشترک را انجام مي دهندو با برقراری ارتباط با شبکه زمینی و ماهواره‌ای به عنوان جزئی از شبکه C4ISR است. لذا با ارائه تصویری واضح‌تر از صحنه نبرد و آرایش الکترونیکی نیروهای خودی و دشمن در نبرد برای مرکز فرماندهی و کنترل، قدرت تصمیم‌گیری را افزایش مي دهند.
این شبکه به دلیل گستردگی و ماهیت MIMO بودن آن، در برابر انواع تکنیک‌های جنگ الکترونیک و حملات سایبری بسیار مقاوم خواهد بود. از همین منظر نیروی هوایی آمریکا انتقال از «سامانه های یکپارچه به سامانه هایيكپارچه تفکیک شده» را مطرح کرده است در معماری یکپارچه، اگر یکی از زیرسامانه ها از دست برود، مأموریت از دست می‌رود و یا حتی کل سیستم از دست خواهد رفت. از منظر آسیب‌پذیری مأموریتی، چنین سیستمی توان مقاومت ضعیفی در برابر خرابی‌ها دارد. بنابراين می‌توان کل سیستم را به زیرمجموعه‌هایی کوچک تفکیک کرد که هر یک مجزای از دیگری کار می‌کند و بین آنها ارتباط محلی وجود دارد تا عملکرد کلی سیستم حفظ شود.
2-    جمع‌بندی
درآينده تکنولوژی‌هاینوظهور در حوزه الکترونیک، مخابراتو تكنولوژي اطلاعات ، در طراحي و توسعه وسايل پرنده و بخصوص بر سامانه های اویونیک هواپيما، در راستاي افزايش توانايي هاي عملياتي و قابليت اطمينان سامانه ها بسيار تأثیرگذار خواهند بودو درکاهش هزینه‌های طراحی، تولید، تعمیر و نگهداری هواپيما و بطوركلي هزینه‌های تمام شده پرواز نقش خواهند داشت.
بر اساس مطالب بیان شده می‌تواند روند کلی تغییرات فناوري  در سامانه های اویونیکی را به طور خلاصه صورت زیر مطرح نمود:
کاهش هزینه‌های طراحی، تولید، بهره‌برداری، تعمیر، نگهداری و ارتقای سامانه های اویونیکی
ادغام سامانه های اویونیکی
افزایش وظایف و توانمندی
افزایش هوشمندی و حافظه
افزایش تبادل داده ها و ارتباط بین سامانه ها
قرار گرفتن سامانه ها در یک شبکه
افزایش انعطاف‌پذیری و چابکی
افزایش خودمختاري سامانه ها
قابلیت ارتقا و به‌روز رسانی
توسعه سامانه ناوبری دقیق
توسعه و گسترش کاربردهای پرنده‌های بی‌سرنشین

*رییس کارگروه اویونیک و تجهیزات فرودگاهی ستاد توسعه صنایع دانش بنیان هوایی و هوانوردی معاونت علمی