Форсайт развития авиационной науки и технологий до 2030 года и дальнейшую перспективу

Технология формирования информационно-вычислительной среды на основе концепции ИМА. В настоящее время ведущие мировые производители авионики завершили переход к производству поколения комплексов бортового оборудования (КБО) открытой архитектуры на базе интегрированной модульной авионики (ИМА), которые характеризуются более высокой степенью интеграции и обобщения ресурсов. В их основе лежит единая вычислительная платформа, функции систем комплекса в этом случае выполняют программные приложения, разделяющие общие вычислительные ресурсы. Дальнейшее развитие авионики будет связано как с оптимизацией указанных характеристик КБО, так и с переходом к директивным методам управления, когда экипаж выбирает и задает режимы работы интегрированного КБО. Реализация этих режимов, оценка состояния систем ЛА и поддержание на необходимом уровне безопасности полета, возлагается на бортовую вычислительную сеть. Реализации директивных методов управления планируется путем расширения возможностей ИМА. К концептуальным особенностям авионики нового поколения относятся: - реализуемость, открытость и адаптируемость архитектуры; - общность используемых на борту ЛА аппаратных и программных средств; - независимость программ от используемых аппаратных средств; - приемлемая стоимость авионики и ориентация на использование коммерческих технологий и компонентов; - унификация сети передачи данных; - стандартизация конструктивного исполнения всей авионики; - совершенная методология и инструментальные средства программирования; - эффективные средства встроенного контроля и повышение уровня надежности, ремонтопригодности, технического обслуживания. В ближайшей перспективе будет осуществлен переход к интеграции всего жизненного цикла разработки, выпуска, эксплуатации и развития авионики, что требует сверхмощных систем полунатурного моделирования, которые напрямую формируют маршрутные карты гибкого технологического производства авионики. Также, можно ожидать, что авионика ближайшей перспективы будет обладать принципиально новыми качествами, связанными с революционными изменениями процессов ее разработки, проектирования, применения и обслуживания. Одним из них будет переход к широкому использованию «систем на кристалле» – «System on a Chip – SoC», представляющих собой сверхбольшие интегральные схемы (СБИС). При этом процесс разработки радиоэлектронной аппаратуры будет включать этап создания СБИС, что означает интеграцию радиоэлектронной промышленности и авиационного приборостроения. К преимуществам «систем на кристалле» перед классическими «системами на печатной плате» можно отнести: - миниатюризацию (как правило, устройство, созданное на базе SoC, состоит из одной, максимум двух, СБИС и ограниченного набора дискретных компонентов, которые по технологическим причинам не могут быть интегрированы внутрь ИС); - снижение потребляемой мощности (СБИС типа «система на кристалле» изготавливаются по технологии «глубокого субмикрона» (DSM – Deep Submicron), т.е. 0.35 мкм и ниже, что позволяет снизить напряжение питания и, как следствие, существенно уменьшить потребляемую мощность); - повышение надежности (объединение нескольких компонентов, т.е. IP-блоков, на одной пластине кремния позволяет существенно уменьшить число паяных соединений, обладающих минимальной для изделий электроники надежностью). Реализации развитых директивных методов управления требует создания и использования высокоразвитых интеллектуальных бортовых вычислительных систем. Важной особенностью является повышение отказобезопасности и регулярности полетов за счет наличия функций встроенного контроля и реконфигурации (вероятность отказа 10-10) в отличие от существующих систем, в которых используется менее эффективное резервирование. Предполагается, что развитие рассматриваемой технологии будет происходить в двух направлениях: 1. Расширение возможностей ИМА-авионики путем адаптации существующих программных и аппаратных продуктов, созданных для широкого использования: внедрение многоядерных процессоров, максимальное использование возможностей существующих традиционных межмашинных каналов связи (Fibre Channel , AFDX) и т.д. 2. Интеграция концепций ИМА и АНБО (авионика необслуживаемого бортового оборудования) для создания пространственно обособленных и информационно интегрированных комплексов бортового оборудования с управляемой избыточностью. В зависимости от ресурсной обеспеченности исследовательской деятельности в результате развития первого направления возможно к 2018 году осуществить разработку и внедрение базовых элементов и технологий для создания оптико-электронных систем межмодульной связи на частотах до 10 ГГц (на базе каналов типа Fibre Channel), а также многомодульных вычислительных систем на базе многоядерных процессоров. Реализация второго направления позволит с 2015 года проектировать КБО, обладающие свойствами пространственной обособленности и управляемой избыточности на уровне вычислительных модулей на базе СБИС и бортовой вычислительной сети. А с 2020 года – разрабатывать и интегрировать в необслуживаемые вычислительные среды обособленные системы КБО, что позволит к 2023 году разработать базовый необслуживаемый КБО с управляемой избыточностью со свойствами самовосстановления в межрегламентные периоды. Внедрение подобного КБО позволит радикально сократить стоимость и время обслуживания, достичь предельно возможных показателей надежности и безопасности. В долгосрочной перспективе можно ожидать переход к декларативным методам управления, когда экипажу остается комплексная оценка состояния летной ситуации и выбор конечных целей на различных этапах полета; Основные усилия будут направлены на дальнейшие работы по созданию КБО на основе концепций ИМА и АНБО. К 2025 году возможно проведение оценок по целесообразности и возможности распространения концепции АНБО на все самолетные системы (СЭС, СУД, САУ и т.д.) и их интеграция на базе информационно-вычислительной среды. Технология создания РЛС с АФАР. На ближайшие 20-40 лет основными информационными системами обстановки за бортом воздушного судна являются радиолокационные и оптико-электронные системы. Требованиям круглосуточного функционирования в любых метеоусловиях наиболее отвечают радиолокационные системы. Начиная с 1980-х годов ведущие в области авиационной радиолокации кампании начали работы по созданию бортовых РЛС с активными фазированными решетками (АФАР). Это перспективное направление в области радиолокации на ближайшие 30 лет. В настоящее время технический уровень разработок бортовых РЛС можно охарактеризовать следующим образом: - отработаны технологии формирования антенного полотна из нескольких десятков приемо-передающих модулей (ППМ); - разработаны ППМ с выходной мощностью порядка 5-8 Вт, что обеспечивает энергетический потенциал БРЛС, позволяющий обнаруживать воздушные цели с эффективной поверхностью рассеивания 3 м2 на дальностях порядка 200 км. В краткосрочной перспективе можно ожидать формирования концепции применения БРЛС с АФАР на воздушных судах ГА, будут получены основные требования к ним и начаты соответствующие НИОКР. Этот период должен стать основным в процессе создания бортовых РЛС с АФАР в РФ. Возможно достижение следующих результатов: - создание следующего поколения элементной базы АФАР при условии начала работ по перспективным технологиям. Для каждого из указанных направлений развития БРЛС с АФАР это достижение новых уровней технических характеристик, превышающих достигнутый не менее чем на 20-50 %, в зависимости от направления; - полная отработка алгоритмов и программного обеспечение функционирования БРЛС с АФАР в различных режимах; - возможно развертывание НИОКР по созданию типового ряда БРЛС с АФАР для летательных аппаратов различного назначения, включая экспортные варианты; - создание задела для создания нового поколения БРЛС с АФАР с повышением эффективности по основным показателям на порядок; -  интеграция БРЛС в комплексы бортового радиоэлектронного оборудования. В долгосрочной перспективе БРЛС с АФАР будут оставаться одним из основных средств получения информации об окружающей обстановке как в воздухе, так и на поверхности. Основными результатами разработок в этот период могу быть: - резкое снижение стоимости серийных образцов БРЛС с АФАР; - интегрирование подсистемы БРЛС в составе интегрированного комплекса БРЭО. Технология формирования информационно-управляющего поля кабины. Информационно-управляющее поле (ИУП) объединяет все системы и устройства, создающие и поддерживающие внутрикабинный интерфейс между членами экипажа, бортовыми системами летательного аппарата и наземными пунктами управления движением и поддержки полета. Неизбежные изменения ИУП вызваны глобальными изменениями в построении бортовых комплексов авионики, происходящими в настоящее время. Системы индикации и сигнализации как самостоятельные бортовые системы исчезают, растворяясь в комплексе интегрированной модульной авионики (ИМА). Однако остаются функции внутрикабинного интерфейса, выполнение которых будет возлагаться на средства ИУП. Виртуальная приборная доска позволит достичь небывалой гибкости в представлении информации: если прежде прибор занимал место на приборной доске постоянно, независимо от того, сколько времени он используется в полете, то на виртуальной приборной доске соответствующий «прибор» будет появляться только по мере необходимости. Поэтому следует ожидать, что размер приборной доски в будущем даже несколько сократится, что позволит улучшить обзор пространства в нижней полусфере. Взамен ЖКИ можно ожидать использование проекционные и органические электролюминесцентные индикаторы. Возможно появление индикаторов не прямоугольной, а более сложной формы, наиболее удобной в данном применении. Тенденции развития индикаторов на приборной доске. Развитие индикаторов происходит по двум различным направлениям. Это, во-первых, развитие элементной базы индикаторов и, во-вторых, форматы изображений, содержащих информацию применительно к перспективным индикаторам. Начиная с появления в 70-х годах, количество индикаторов в кабине постоянно росло с одновременным увеличением размеров экранов и повышением качества изображения. Современные истребители имеют на борту 4-6 полноцветных индикаторов на базе активных жидкокристаллических панелей с экранами размера до 200200 мм. На современных пассажирских самолетах индикаторы занимают практически всю приборную доску, их площадь достигает 3250 см2. Информационная емкость индикации в кабине (представляющая собой сумму пикселей всех индикаторов) постоянно растет. Например, на истребителях она увеличилась с 0.45 до 1.4 мегапикселей, а в ближайшей перспективе достигнет 5 мегапикселей. Заметна тенденция к исключению многофункциональных пультов управления, функции МФПУ реализуются с помощью индикаторов на приборной доске и устройств управления курсором. Таким образом, происходит увеличение в размерах экранов индикаторов с одновременным сокращением их количества и вытеснением с приборной доски всего остального. В конечном итоге один индикатор займет всю приборную доску, точнее приборная доска превратится в изображение на экране индикатора, станет виртуальной. Для высокой надежности индикатор должен иметь сегментированный экран, каждый из 2-3 сегментов которого может работать автономно. По всей видимости, такие экраны будут создаваться с использованием новых технологий, которые идут на смену ЖК. Усилия разработчиков систем индикации направлены сейчас на то, чтобы сделать представление данных более естественным и интуитивно понятным, исключить по возможности необходимость мысленной работы по переводу «сырых» данных в нечто более понятное. Новые форматы изображения стараются представить мир так, как его видит пилот, добавить изображению третье измерение, а также прогнозную информацию. Синтезированная карта. Обязательным форматом изображений на экранных индикаторах стала электронная карта. Синтезированная карта показывает участок земной поверхности вокруг ЛА в одном из двух вариантов: или как проекция сверху, или как «вид из окна». В первом случае изображение рельефа облегчает ориентирование. Так обычно представляют карту на тактическом индикаторе истребителей. К изображению рельефа добавляется и различная тактическая информация танки, пусковые установки, укрепления и т.д.) Системы могут содержать не только базу данных о рельефе, но и базу данных о высоких препятствиях – небоскребах, мачтах, вышках. Дорога в небе. С помощью приборов пилот может контролировать отклонение своего ЛА от заданной траектории движения. Изображение заданной траектории с позиции наблюдения пилота называют «дорогой в небе». В этом случае траектория полета изображается в виде контуров мощеной плитами дороги или туннеля. Задача пилотирования сводится к тому, чтобы на экране двигаться внутри туннеля стремясь удержать директорную метку в центре плоскости скользящей со скорость движения самолета. Закон формирования директорной метки включает в себя прогнозную информацию о траекторном положении самолета, который должен синтезироваться путем оптимизации свойств системы самолет-летчик. Многооконный графический интерфейс. Увеличившийся размер экрана современных индикаторов позволяет разместить на нем гораздо больше информации, чем прежде. Такие индикаторы заменяют сразу несколько индикаторов меньшего размера, однако при этом встает проблема компоновки изображений на большом экране. Решением является использование многооконного интерфейса: каждое запускаемое приложение имеет свою зону экрана в виде окна, а пользователь может выбирать окна-приложения по своему усмотрению, менять размеры, закрывать и открывать при необходимости. Развитие средств управления. Средствами управления для современных систем индикации являются кнопочные пульты. Внедряются более эффективные способы управления, использующие графический интерфейс и устройства управления курсором. Пилот управляет системой с помощью графического пользовательского интерфейса подобно тому, который реализуют операционные системы персональных компьютеров. Движением курсора на экране для активации соответствующих зон пользователь управляет с помощью специального манипулятора. На борту такими манипуляторами, по всей видимости, будут сенсорные панели, джойстики и трекболы. При этом, очевидно, будет ограниченное количество традиционных или модифицированных кнопок. Перспективный индикатор должен обладать повышенными интеллектуальными способностями, должен иметь меньшую толщину, более высокую надежность. К перспективным технологиям, способным в предстоящие 5-10 лет потеснить существующие ЖКИ в кабинах ЛА, относятся: - усовершенствованные ЖКИ-индикаторы на основе пластиковых транзисторов, бистабильные ЖКИ; - проекционные индикаторы на базе отражающих микро-ЖКИ, на базе твердотельных лазеров, микрозеркальные индикаторы; - электролюминесцентные индикаторы: органические, тонкопленочные; - индикаторы на светоизлучающих полимерах; - вакуумные катодолюминесцентные индикаторы; - плазменные индикаторы переменного тока. Нашлемные системы индикации. В некотором смысле альтернативой индикации на приборной доске является интенсивно развиваемая нашлемная индикация, позволяющая в перспективе сосредоточить всю визуальную информацию, подаваемую члену экипажа, в весьма ограниченной по размерам лицевой части шлема. Средства воспроизведения звуков и речи. В последнее время большое внимание уделяется средствам воспроизведения звука и речи. Перспективным направлением их развития является пространственная локализация звука, создающая для пилота трехмерную акустическую картину ситуации. Сообщения в такой системе доносятся с того направления, которое связано с целью оповещения, например, сообщения с земли звучат снизу, предупреждение о нападении – со стороны летящей ракеты и т.п. Такой подход к передаче звуковых и речевых сигналов позволяет повысить эффективность звукового интерфейса пилот – самолет.

Похожие:

	Основы государственного управления Об утверждении Основ государственной политики в области обеспечения ядерной и радиационной безопасности Российской Федерации на период...		Отчет по выполнению второго этапа муниципального контракта «выполнение... Определение генеральной стратегической цели и системы стратегических целей социально-экономического развития г. Сургута до 2017,...
	Федеральной целевой программы «Развитие фармацевтической и медицинской... Для прикладных научных исследований и экспериментальных разработок, выполняемых по договорам на проведение научно-исследовательских,...		Конкурсная документация конкурса с ограниченным участием на выполнение... «Доклинические исследования инновационных лекарственных средств» федеральной целевой программы «Развитие фармацевтической и медицинской...
	Стратегическими целями развития транспортной системы России в соответствии... ...		О деятельности российской В 2003 году Российская академия наук, как и ранее, проводила фундаментальные и прикладные исследования в соответствии с Приоритетными...
	Российской федерации Долгосрочного социально – экономического развития российской федерации на период до 2030 года		Решение о программе комплексного развития систем коммунальной инфраструктуры... Новосибирска на 2018 – 2030 годы и признании утратившим силу решения Совета депутатов города Новосибирска от 18. 12. 2013 №1020 «о...
	Современные тенденции развития науки и технологий Организатором выступает Агентство перспективных научных исследований, г. Белгород		Современные тенденции развития науки и технологий Организатором выступает Агентство перспективных научных исследований, г. Белгород