GPS ve SSR'a rakip: Multilateration

Multilateration (MLAT) yazması zor bir kelime olsa da bir navigasyon aracı olarak diğer Nav-Aid'lere göre basittir. MLAT, yeri saptanmak istenen bir vericinin, gönderdiği sinyallerin yerleri bilinen alıcılara varış zamanı farkı (Time Difference of Arrival) kullanılarak saptanmasıdır. En eski navigasyon sistemlerinden biri olan LORAN-C ile aynı prensiptedir. Üç hyperboloid'in kesişiminin alınması olarak düşünebilirsiniz. Hyperboloid sayısı artarsa doğal olarak yer saptama hassasiyeti de artmaktadır (Bu bir takım başka problemler doğurmaktadır tabi...). 

                         

MLAT, GPS'in kullandığı Trilaretation (Mesafe bilinmeden 3 kürenin kesişimi) gibi sinyalin gönderim zamanına bağlı değildir. GPS'in hassasiyetini en çok etkileyen senkronizasyona ihtiyaç duymaz. Sinyallerin yer  istasyonlara varış zamanı farkı verisi yeterlidir.

Hava trafiğini kontrol için kullanılan SSR (Secondary Survalliance Radar) gibi komplike elektronik donanıma ihtiyaç duymamaktadır. Elde ettiği verileri daha çok yazılım tabanlı işler.

Belki de en güzel tarafı, uçak üzerinde ek bir ekipmana ihtiyaç duyulmamasıdır. Hali hazırda transponder sinyalleri kullanılarak hesaplar yapılır ve yerde normal bir SSR anteninin üçte biri boyutunda alıcılara ihtiyaç duyar.  

Halen kısa menzili sebebiyle sadece havalimanı civarında (Controlled Area) kullanılan bu teknik, Fading (Sönümlenme, multipath propagation vb) gibi olumsuz etkilere karşı geliştirilmesiyle yakın zamanda Wide Area Multilateration (WAM) olarak çok daha geniş alanlarda navigasyon hizmeti sunacağı değerlendirilmektedir.

(Daha geniş bilgi için:  Avionics Magazine, Eylül Sayısı. Syf 28-32)

Integrated Modular Avionics : IMA

İlk aviyonik mimari diyebileceğimiz tasarımlar; elektromekanik sistemlerin bağlı olduğu, birbirinden neredeyse bağımsız analog bilgisayarlar ve ağır güç kaynaklarının yer işgal ettiği, noktadan noktaya (point to point) hantal mimarilerdi. Daha sonraları sunulan Flight Management System (FMS) ile halen bağımsız işlem yapan sistemler verilerini bir yerde toplayarak uçuş ekibine daha global bir sunum yapabiliyor hale geldi ve ilk merkezi mimari yaklaşımının işaretini vermiş oldu. Tabi, halen bağımsız işlemciler ve güç kaynakları noktadan noktaya (genellikle ARINC 429 veri yolu ile) bağlantı yapmaktaydı. 

Boeing 777 ile gelen Aircraft Information Management System (AIMS) ile bu bir adım daha ileri giderek veriler merkezi bir birimde toplanmaya ve buradan dağıtılmaya başlandı. Böylece, sistemler merkezi bir yaklaşım ile kaynakları (yazılım, güç, giriş/çıkış birimi vb.) ortak kullanmaya başladılar. Bu hem veri akışı kontrolünü kolaylaştırdı (tabi ARINC 629 veri yolunun etkisi büyük !) hem de ortak kaynaklar sayesinde ağırlık ve maliyetleri azalttı. Ancak AIMS Boeing 777'ye özgü olarak kaldı ve ilerideki daha modüler tasarımlara ilham verdi.

              

Integrated Modular Avionics (IMA) ise AIMS'i daha da ileriye götürerek çok daha merkezi ve çok daha yazılıma dayalı bir mimariyi getirdi. Bütün sistemlerin ortak işlemci ve ortak yazılımda koşmasının yanı sıra, donanım ile yapılan çoğu işlemin de yazılımla yapılması planlandı (Application Layer Software). Bir çok farklı görevi yapan yazılım tek bir donanımda konumlandırıldı. IMA'nın getirdiği avantajlar:

- Elektronik donanımın azalması (Yazılıma kayarak).

- Daha güvenilir ve merkezi kontrol sağlaması.

- Güç kaynağı I/O'ların ortak olması ile ağırlık azalması.

IMA ile ilgili çekinceler ise:

- Yazılımların oldukça karmaşık hale gelmesi.

- Birden çok uygulamayı barındıracak karmaşık elektronik donanım.

- Yedeklilik sorunu. Tek güç kanyağı, tek yazılım, tek işlemci...  (Fail-Operational olma durumu)

Boeing 777'nin AIMS ile başlayan merkezi aviyonik mimari yaklaşımları, Boeing 787 ve Airbus 380 ile çok daha modüler hale gelmektedir. IMA, gelecekte çok daha yaygın kullanılan bir aviyonik terimi olacaktır.

Fail-Operational ?

Fail-Operational (F-O) teriminin  tam olarak tanımını yapmak biraz zor. Sistemdeki her parçanın bir görevi olduğu düşünüldüğünde, bir arızanın olması ve bu arıza sonucu sistemin çalışmaya devam etmesi kafa karıştırıyor. Sonuçta, arızalanan parça lazım değil miydi ?

F-O, bir sistemin parçalarının birinde veya birden fazlasında oluşabilecek arızalar sonucu "uygun" bir biçimde çalışmaya devam etmesidir. Tabi ki aynı performansı gösteremeyebilir ancak görevini yapmaya devam eder. Ve önemlisi büyük bir sistem arızasına (Global failure) sebep olmaz. 

F-O'yu bir uçağın en kritik aviyonik sistemi olan Aircraft Flight Control System (AFCS) için inceleyebiliriz. Pilotun verdiği komutlar Automatic Flight Director System'da (AFDS) işlenir  ve Primary Flight Control System (PFCS) tarafından denetlenip, uçağın kontrol yüzeylerine aktaran Actuator Control Electronics'lere (ACE) iletilir. Arabanızda direksiyonu çevirdiğiniz halde tekerlekleri kontrol edemediğinizi düşünün... Bu yüzden AFCS aşağıdaki yöntemler kullanılarak F-O olarak tasarlanır:

Yedeklilik (Redundancy): 

Bir arıza durumunda, aynı işlevi gerçekleştirebilecek diğer bir parçanın devreye girmesi. Örneğin; Boeing 777, üç adet Otomatik Uçuş Kontrol Bilgisayarı (Automatic Flight Director Computer - AFDC) birbirini yedekler ve ana olan merkezi bilgisayarın işlevi anında sağ veya sol bilgisayarlara aktarılır.

Paralel İşlem (Replication):

Sistem aynı işlevi paralel çalışan kanallarda aynı anda yapar ve bir kanalda oluşabilecek arıza veya tutarsız işlem diğer kanallar tarafından yedeklenir/denetlenir. Örneğin; Boeing 777'nin 3 AFDC'si de işlemleri üç farklı kanalda paralel olarak yapar ve tutarlılıklarını denetler. 

Farklı Tasarım (Design Diversity): Birbirini yedekleyen sistemler farklı şekilde tasarlanır. Böylece tasarım sürecindeki yapılmış olabilecek bir hata bütün sistemden izole edilir. Boeing 777'nin üç AFDC'sinde de farklı marka CPU kullanılmıştır ve yazılımları üç farklı ekip tarafından üç farklı programlama dili kullanılarak geliştirilmiştir.

AFDS'nin verilerini ACE'ye ileten ARINC 629 veriyolu da ayrıca yedeklilik sağlayarak F-O olarak nitelendirilebilir.

Uçuş emniyeti için çok kritik olan ve havalanlarından uzak, uzun uçuşlarda kullanılan uçak sistemlerinin F-O olması gerekir. Bu sistemler ve özellikleri ETOPS (Extended Operations Performance Standard) gibi çeşitli uluslararası kurallarla  belirlenmiştir.

Bu yazının ana fikri: Air Crash Invesgations'a inat, uçakların mühendisliği güvenlik üzerinedir efendim...