סטודנטים בטכניון פיתחו מערכת הנחייה חכמה להנחתת מטוסים שמנועיהם הושבתו

קבוצות המחקר וההנדסה התמודדו עם שורה של אתגרים ובהם ההכרח להימנע מחיבור מערכת הניסוי שלהם למערכות המטוס. לכן הם נדרשו לפתרונות יצירתיים, כולל שערוך בזמן אמת של כיוון ועוצמת והרוח, וזאת תוך הסתייעות חכמה במערכת הניווט שהושאלה לטכניון. הסטודנטים בנו גם סימולציה של תנועת המטוס לפי האלגוריתם האופטימלי ושל הנחיית עקיבה לטייס – כדי לשפר את המערכת ככל האפשר עוד לפני הטיסות הממשיות

ב-15 בינואר 2009 הושבתו מנועיו של מטוס איירבוס A320 באוויר, זמן קצר לאחר ההמראה, כתוצאה מהתנגשות עם להקת אווזים. למרבה המזל הצליח הטייס צ'לסי סולנברגר להנחית את המטוס על נהר ההדסון, בהחלטה שככל הנראה הצילה את כל הנוסעים ואנשי הצוות, 155 איש בסך הכל.

השבתת מנועים אינה תופעה נדירה, ועל פי רשות התעופה הפדרלית בארה"ב (FAA) אחד הגורמים העיקריים לתאונות טיסה, לרבות תאונות קטלניות, הוא השבתת מנועים. סכנתה של תופעה זו גדולה במיוחד כשמדובר במטוסים קלים, שאינם מצוידים במערכות בקרה וגיבוי מתוחכמות וטייסיהם אינם עוברים הכשרה ממושכת כמו טייסיהם של מטוסי נוסעים. המצב האמור מסוכן במיוחד כאשר מזג האוויר סוער, והגלישה אל המנחתים הפוטנציאליים מחייבת עקיפה של אזורים גבוהים. במקרה כזה נדרש הטייס לבחור את יעד הנחיתה ולתכנן את ההגעה אליו תוך התחשבות ברוחות, בתוואי הקרקע, באזורים אסורים לטיסה ועוד. חשוב לציין שפרופיל הרוח המשפיע על המטוס משתנה במהלך הגלישה ולכן דרוש חישוב-מסלול-מחדש על סמך הנתונים החדשים בכל רגע.

זה הרקע לשורה של מחקרים שנערכו בטכניון כדי לפתח מענה טכנולוגי למצבים אלה, כלומר לספק פתרון אופטימלי למצב שבו מנועיו של מטוס מושבתים והוא צריך לגלוש ולהגיע למנחת בטוח. מחקרים אלה החלו בקבוצת המחקר של פרופ' יוסי בן-אשר מהפקולטה להנדסת אווירונוטיקה וחלל, ובעשור האחרון מוביל אותם פרופ' נחום שימקין, הדיקן הנוכחי של הפקולטה להנדסת חשמל ע"ש ויטרבי, יחד עם ד"ר אהרון בר-גיל, מרצה בכיר נלווה בפקולטות להנדסת חשמל ואווירונוטיקה וחלל. המחקרים נערכים בשיתוף מפא"ת במשרד הביטחון.

לאחר עבודה תיאורטית מקיפה בנושא יושמו הממצאים במסגרת פרויקט סטודנטים לתואר ראשון במעבדה לבקרה, רובוטיקה ולמידה חישובית בפקולטה להנדסת חשמל בראשות מהנדס המעבדה קובי כוחיי. על היישום המעשי עבדו שני צוותי סטודנטים לתואר ראשון: עמרי פרוינד ואלון ירושינסקי, שמימשו את אלגוריתם התווית המסלול האופטימלי בזמן אמת; וחנה ודן שטראוסמן שפיתחו מערכת תצוגה לטייס וממשקי חיישנים וביצעו את אינטגרציית התוכנה והחומרה לניסוי המוטס. את הסטודנטים הנחה דני סגל, שהיה שותף במחקר זה במסגרת לימודיו לתואר שני בהנחייתם של פרופ' שימקין וד"ר בר-גיל. "הבסיס התיאורטי לחישוב מסלול הגלישה האופטימלי הוצג בשורה של מאמרים, שהאחרון שבהם התפרסם בחודש מאי 2019 ב-AIAA J. GCD – כתב עת מוביל בתחום זה, שמפיק המכון האמריקאי לאווירונוטיקה ואסטרונוטיקה." "משמח במיוחד לראות את המחקר התיאורטי שנערך בנושא מגיע למימוש מוצלח בתא הטייס," אמר פרופ' שימקין. "תודות מגיעות לצוות הסטודנטים, המנחים והטייסים שהקדישו ממיטב כשרונם וזמנם במימוש המערכת, ולתמיכה הנמשכת של מפא"ת בפרויקט."

לדברי ד"ר בר גיל, "למרות ההתקדמות הטכנולוגית המהירה בעולם התעופה לא חלה ירידה משמעותית במספר התאונות האוויריות ולא במספר ההרוגים. החדשות הטובות הן שמערכת מהסוג שפיתחו הסטודנטים עשויה למנוע תאונות ולחסוך בחיי אדם."

קבוצות המחקר וההנדסה התמודדו עם שורה של אתגרים ובהם ההכרח להימנע מחיבור מערכת הניסוי שלהם למערכות המטוס. לכן הם נדרשו לפתרונות יצירתיים, כולל שערוך בזמן אמת של כיוון ועוצמת והרוח, וזאת תוך הסתייעות חכמה במערכת הניווט שהושאלה לטכניון. הסטודנטים בנו גם סימולציה של תנועת המטוס לפי האלגוריתם האופטימלי ושל הנחיית עקיבה לטייס – כדי לשפר את המערכת ככל האפשר עוד לפני הטיסות הממשיות.

ב-30 ביולי 2019 נבדקה המערכת בטיסה ממשית כזו באדיבות הטייסים מייק דביר ויובל דביר ומהנדס הניסוי המוטס שלומי שוורץ. הטיסה, שנערכה בסביבות הר התבור, דימתה מצב של השבתת מנוע מעל קרית טבעון וכניסה של המערכת הטכניונית לפעולה. האלגוריתם איתר מזרחית להר שני מנחתים אפשריים, חישב את המסלול אל היעד העדיף והציג לטייס סמן שהנחה אותו לדאייה אל המנחת המועדף. התוצאות: המטוס עקף את התבור בהצלחה, והטייס העיד בדיעבד כי ההנחיה הייתה מוצלחת וגם הנדסת האנוש של התווית הדרך לטייס יעילה ונוחה.

ראוי לציין כי האלגוריתם שפותח בטכניון עשוי לשמש גם כמנגנון לנחיתת חירום של כטב"ם (כלי טייס בלתי מאויש) שמנועו הפסיק לפעול.