วันอังคารที่ 17 มีนาคม พ.ศ. 2552

บินสบายกว่า ด้วยFly by wire


เป็นที่ทราบกันทั่วไปว่าเครื่องบินลำแรก ถูกพี่น้องตระกูลไรท์นำขึ้นสู่อากาศที่ทุ่งเมืองคิตตี้ฮอว์ค ในนอร์ธ แคโรไลนาเมื่อปีค.ศ.1903 การบังคับเครื่องบินในเวลานั้นและต่อมาอีกหลายสิบปียังใช้หลักการเดียวกันคือใช้คันบังคับวางตัวอยู่หว่างขา ต่อสายบังคับไปยังพื้นบังคับต่างๆที่เครื่องบินทั่วไปมี คือปีกเล็กแก้เอียง แฟล็บ แพนหางขึ้นลง หางเสื้อเลี้ยว นอกจากสายบังคับซึ่งเป็นได้ตั้งแต่ลวด สายเปียโน หรือแม้แต่เชือกแล้วยังต้องมีลูกรอกหรือเครื่องผ่อนแรงอีกบางประเภทเพื่อให้ได้เปรียบเชิงแล แต่กำลังที่ใช้ขยับพื้นบังคับให้เครื่องบินเปลี่ยนทิศทางหรือบินท่าผาดแผลงได้ยังเป็นกำลังของมนุษย์
ช่วง50-60ปีแรกของการบินที่เริ่มตั้งแต่ไม่มีคอมพิวเตอร์จนถึงยุคเพิ่งเริ่มนำคอมพิวเตอร์มาใช้ การบังคับเครื่องบินจึงยังพึ่งพาเครื่องมือง่ายๆอยู่ เพราะความเร็วเครื่องบินยังต่ำและยังไม่มีเครื่องทุ่นแรงที่เหมาะสม การออกแบบเครื่องบินจึงพลอยถูกจำกัดไปด้วย ถึงจะมีระบบไฮโดรลิคช่วยผ่อนแรงแต่การปรับแก้การเคลื่อนไหวของพื้นบังคับนับเป็นร้อยเป็นพันครั้งในหนึ่งวินาทีนั้นเกินวิสัยของนักบินมนุษย์ และส่วนประกอบมากมายในระบบไฮโดรลิคยังมีน้ำหนักมากอันเป็นข้อจำกัดของเครื่องบินความเร็วสูงหรือเครื่องบินรบ เครื่องบินรูปร่างแปลกๆอย่างF117จะบินไม่ได้เลยด้วยพื้นบังคับแบบธรรมดา จะให้ร่อนเฉยๆยังทำไม่ได้ด้วยซ้ำ
การผ่าทางตันทั้งการออกแบบและบังคับเครื่องบินมาถึงทางออกเมื่อโลกพัฒนาสู่ยุคคอมพิวเตอร์ การนำคอมพิวเตอร์มาใช้อย่างกว้างขวางทำให้อุตสาหกรรมการบินก้าวกระโดด เริ่มตั้งแต่การออกแบบ การปรับเปลี่ยนระบบช่วยเดินอากาศมาเป็นดิจิตอล(Glass Cockpit : เคยเสนอไปแล้ว) และควบคุมพื้นบังคับด้วยคอมพิวเตอร์หรือที่นิยมเรียกกันว่าFly By Wire(FBW)ซึ่งเป็นการให้ระบบดิจิตอลเข้ามามีบทบาทในการปรับพื้นบังคับ ลดภาระของนักบิน ให้บินได้ง่ายขึ้น ทำท่าผาดแผลงต่างๆได้ง่าย ความคล่องตัวสูง เมื่อประกอบการออกแบบด้วยคอมพิวเตอร์แล้วจะช่วยให้ได้เครื่องบินรูปร่างแปลกๆ เพื่อดูดซับคลื่นเรดาร์ได้หมดจดเช่นF117ซึ่งไม่จำเป็นต้องบินเร็วกว่าเสียงแต่ใช้เทคโนโลยี”สเตลธ์”(Stealth)หลบเรดาร์เข้าหาเป้ายามวิกาล เครื่องบินทิ้งระเบิดB2รูปร่างเหมือนปีกบินบรรทุกระเบิดได้มาก
การบินด้วยคอมพิวเตอร์เข้ามาแทนที่ระบบกลและไฮโดรลิคแบบเดิม เพราะเครื่องบินสมัยใหม่ต้องบินเร็วขึ้น และน้ำหนักเครื่องบินที่เบาลงจึงจะทำเช่นนั้นได้ การควบคุมพื้นบังคับแบบเดิมทำได้ลำบากมากเมื่อความเร็วสูง ซ้ำหนักด้วยน้ำหนักอุปกรณ์ต่างๆเช่นลูกรอก คันโยกในระบบกลธรรมดา ถ้าเป็นไฮโดรลิคจะมีการวางท่อร้อยสายเคเบิลและท่อทางต่างๆเข้ามาเพิ่มน้ำหนักมากขึ้นอีก ยากแก่การบังคับเครื่องทุกสภาพอากาศ ความผิดพลาดถึงตายเช่นการทิ้งดิ่ง(stalling)และนักบินสูญเสียการควบคุม ซึ่งต้องพึ่งพาความเสถียรและความแข็งแกร่งของโครงสร้างอากาศยานมากกว่าความสามารถในการบังเครื่อง ยังเกิดอยู่มากในระบบพื้นบังคับแบบเดิม
การนำคอมพิวเตอร์มาใช้ก่อเกิดผลดีสองประการคือ1.ปลอดภัยด้วยการแยกส่วนการบังคับซึ่งอาจมากถึง4ช่องทาง ใช้คอมพิวเตอร์4ตัวเพื่อควบคุมโดยให้หนึ่งตัวเป็นหลักส่วนที่เหลือไว้ทดแทน บางครั้งอากาศยาน อาจไร้เสถียรภาพในบางท่าทางการบิน คอมพิวเตอร์จะเข้ามาแก้ไขในจุดนั้น และ2.ลดน้ำหนักอากาศยาน ด้วยการลดน้ำหนักรวมของชิ้นส่วนกลไกที่มาช่วยผลักดันพื้นบังคับ อันจะช่วยเพิ่มความเสถียรให้กับเครื่องบินโดยสารได้พอประมาณ แต่จะเสถียรมากขึ้นกับเครื่องบินรบความเร็วสูงเช่นเครื่องบินขับไล่,โจมตี ซึ่งต้องบินด้วยความคล่องตัวสูงเมื่อกระทำยุทธเวหา(Dogfight) และเมื่อได้คอมพิวเตอร์มาช่วยบิน ก็ไม่จำเป็นต้องออกแบบให้พื้นบังคับใหญ่เหมือนสมัยก่อนเพราะคอมพิวเตอร์ช่วยปรับแก้ความเคลื่อนไหวชดเชยอันเกินความสามารถของนักบินได้หมด ระบบนักบินกล(autopilot)ไม่ใช่ของสร้างยากหรือแพงอีกต่อไปเมื่อเครื่องบินเป็นFBW
การบินด้วยคอมพิวเตอร์สามารถตอบสนองต่อสภาพอากาศได้อย่างคล่องตัว ด้วยการปรับแต่งการเคลื่อนไหวของพื้นบังคับได้รวดเร็ว มองด้วยตาจะไม่ทราบเลยว่าปีกเครื่องบินระบบFBWนี้เคลื่อนไหวเป็นร้อยเป็นพันครั้งในหนึ่งวินาทีด้วยการควบคุมของคอมพิวเตอร์ เป็นการแทนที่การบังคับเชิงกลด้วยอีเล็คทรอนิค เปลี่ยนความเคลื่อนไหวของกระเดื่องและเคเบิล เป็นสัญญาณไฟฟ้าไปบังคับการเคลื่อนไหวของพื้นบังคับด้วยเซอร์โววาล์วอีเลคทรอนิคซึ่งละเอียดแม่นยำกว่าไฮโดรลิควาล์ว
ความกังวลหลักๆเมื่อนำคอมพิวเตอร์มาใช้ควบคุมอากาศยานสมัยแรกๆ คือถ้ามันต้องพึ่งพาคอมพิวเตอร์แล้วถ้าคอมพิวเตอร์พังขึ้นมาเครื่องบินจะไม่ตกหรือ? ถ้าเป็นรถยนต์ควบคุมการทำงานด้วยคอมพิวเตอร์หากคอมพิวเตอร์ตัวนี้พังก็คงจอดหลบข้างทางเฉยๆ เพราะทั้งคันมีคอมพิวเตอร์แค่เครื่องเดียว แต่เครื่องบินถ้ามีช่องทางเดียวให้บังคับก็คงไม่ต่างจากรถยนต์ที่เครื่องดับ แต่จะต่างกันมากตรงที่มันลอยอยู่นิ่งๆไม่ได้ต้องมีที่ลง จะลงให้ปลอดภัยต้องบังคับให้อยู่ จึงต้องมีช่องทางบังคับ(channel หรือ branch)มากกว่าหนึ่งในเครื่องบินFBWให้ชดเชยกันเมื่อช่องทางใดช่องทางหนึ่งขัดข้อง มันถูกกำหนดให้มีมากตั้งแต่2ช่องทางขึ้นไปโดยเลือกใช้ช่องทางควบคุมหลักเพียงหนึ่งแล้วที่เหลือเป็นช่องทางสำรอง
ในกรณีของเครื่องบินขับไล่F16ซึ่งเป็นFBWนั้นมีถึง4ช่องทางควบคุมกับหน่วยพลังงานสำรอง(Emergency Power Unit: EPU)อีก6หน่วย มันมีชื่อเล่นในหมู่นักบินว่า”เครื่องบินไฟฟ้า”จากการควบคุมพื้นบังคับด้วยคอมพิวเตอร์สมบูรณ์แบบ
การบินด้วยคอมพิวเตอร์ ไม่เพียงช่วยให้ออกแบบเครื่องบินได้หลากหลายหรือลดภาระนักบินเท่านั้น มันยังปรับแต่งการสั่งการจากนักบินให้อยู่ในขอบเขตอันปลอดภัยตลอดเวลา ผู้ออกแบบเครื่องบินวางมาตรการความปลอดภัยไว้อย่างไรนักบินจะบินได้อย่างนั้น มันแก้ไขให้เมื่อนักบินมีทีท่าว่าจะควงสว่านหรือหักเลี้ยวเกินแรง”G”(แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง)ที่จะรับไหว คันบังคับ(stick)ของFBWไม่จำเป็นต้องวางไว้หว่างขานักบินอีกต่อไป
นักออกแบบพบว่าคันบังคับวางข้าง(side stick)เหมาะสมกว่าในเครื่องบินขับไล่เพื่อด็อกไฟต์ที่ต้องการความเร็วสูง ทนแรงจีสูงๆได้ขณะรบติดพันอย่างF16 คันบังคับวางข้างคือคล่องตัวกว่า ส่วนประกอบน้อยกว่า นักบินF16ทุกท่านคงทราบดีว่าคันบังคับของมันเบาแทบไม่ต่างจากคันบังคับWingmanที่ใช้กับเกมคอมพิวเตอร์ในบ้าน เครื่องบินโดยสารใหญ่ที่สุดในโลกคือแอร์บัสA 380ก็ยังใช้คันบังคับวางข้าง
ระบบFBWเริ่มกับเครื่องบินขับไล่ก่อนด้วยF8C”ครูเซเดอร์”เป็นแบบแรกในโครงการของนาซาในค.ศ.1972 พร้อมกับสหภาพโซเวียต(ในช่วงนั้น)ซึ่งมีซูคอย ที-4บินได้แบบเดียวกัน อังกฤษมีฮอว์คเกอร์ ฮันเตอร์ที่ถูกดัดแปลงให้ที่นั่งขวาของเครื่องเป็นFBWใช้วิจัยในศูนย์วิจัยฟาร์นโบโรห์เป็นแบบแรก ยานขนส่งอวกาศของสหรัฐบินด้วยFBWเป็นครั้งแรกในการทดสอบร่อนลงเมื่อค.ศ.1977 แอร์บัสให้A320ของตนเป็นเครื่องบินโดยสารแบบแรกที่เป็นFBW ส่วนดัสซอลต์ของฝรั่งเศสมีเครื่องบินโดยสารฟอลคอน7เอ็กซ์เป็นแบบแรกของตนที่บินFBWสมบูรณ์แบบเมื่อปีค.ศ.2005
การบินด้วยคอมพิวเตอร์ช่วยให้บังคับเครื่องบินโดยสารใหญ่ๆง่าย ปลอดภัย และยิ่งปลอดภัยมากขึ้นเมื่อเป็นเครื่องบินทหารโดยเฉพาะเครื่องบินขับไล่ ซึ่งต้องทำงานถึงขีดสุดความสามารถทั้งตัวเครื่องและนักบิน มันช่วยเพิ่มอัตราความอยู่รอดของเครื่องบินและนักบินได้ด้วยการขจัดปัญหาระบบไฮโดรลิคขัดข้อง ปลอดภัยเมื่อช่องทางบังคับการบินเสียหายด้วยหน่วยพลังงานสำรองเหลือเฟือ แม้ไฟดับนักบินก็ยังควบคุมพื้นบังคับได้ด้วยระบบสำรองดังกล่าว การวางสายเคเบิลทำได้ง่ายและเสียหายยากเมื่อเทียบกับสายไฮโดรลิคแบบเดิมๆ หากคอมพิวเตอร์เครื่องใดเครื่องหนึ่งเสีย เครื่องที่เหลือก็จะเข้าควบคุมพื้นบังคับแทน การตกเพราะคอมพิวเตอร์ขัดข้องจึงแทบไม่มีและอุบัติเหตุส่วนใหญ่กับเครื่องบินFBWล้วนเกิดจากนักบิน
ถึงแม้ในขณะนี้FBWจะเป็นระบบควบคุมพื้นบังคับที่ดีและปลอดภัย แต่พัฒนาการด้านอากาศยานอันไม่หยุดยั้งยังดำเนินต่อไป เมื่อเทคโนโลยีไฟเบอร์ออปติคพัฒนาถึงขีดสุดเราอาจได้เห็นเครื่องบินที่ส่งสัญญาณบังคับด้วยสื่อชนิดนี้ซึ่งส่งสัญญาณได้เร็วกว่า ปลอดปัญหาการแทรกแซงจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า และเมื่อนั้นคำว่าFly By Wireก็จะถูกเปลี่ยนเป็นFly By Lightจากการใช้สายไฟเบอร์ออปติคแทนสายไฟโดยยังใช้คอมพิวเตอร์ควบคุมเหมือนเดิม กว่าจะถึงวันนั้นเครื่องบินอาจจะพัฒนาเข้าสู่ยุคที่ไม่ต้องการนักบินมนุษย์แล้วก็ได้
ที่เขียนเรื่องการบินด้วยคอมพิวเตอร์ในตอนนี้ เพราะผมอยากจะเล่าเรื่องเครื่องบินขับไล่F16ที่กองทัพอากาศไทยมีประจำการอยู่ในตอนต่อไป มันเป็นเครื่องบินFBWสมบูรณ์แบบที่ปลอดภัยที่สุดแบบหนึ่งของโลก เป็นเสมือน”โตโยต้า”ของเครื่องบินรบที่ทุกชาติต้องนึกถึงก่อน เป็นกำลังหลักของกองทัพอากาศสหรัฐ และที่สำคัญคือแม้ว่าเราจะได้กริปเปนจากสวีเดนมาเสริมเขี้ยวเล็บ แต่F16จะยังอยู่รับใช้ชาติไปอีกเกือบ20ปี ก่อนจะได้เครื่องบินใหม่มาทดแทน

ไม่มีความคิดเห็น:

แสดงความคิดเห็น