טייס אוטומטי

טייס אוטומטי הוא התקן מכני, חשמלי, הידראולי או משולב המשמש לקביעת מסלולו של כלי רכב ללא התערבות אדם. מנגנוני טייס אוטומטי נפוצים במטוסים, ומכאן שם ההתקן, אך קיימות גם ספינות וסירות המצוידות בהם.

בשפה היומיומית הורחבה משמעות הצירוף, והוא מציין פעולה מורכבת הנעשית אוטומטית, ללא מעורבות אנושית ובאופן שוטף.
בתחום הרדיו, "טייס אוטומטי" מציין תוכנית המשודרת באמצעים אלקטרוניים בלבד, ללא מגיש או טכנאי. בעברית ובאנגלית טייס אוטומטי עשוי להיות כינוי גנאי ודימוי לא מחמיא ל"חותמת" (מוכר בתרגום השגוי והמילולי "חותמת גומי" rubber stamp) או "בובה [על חוט]" – אדם או מוסד המאשר בלא בדיקה את כל מה שמובא לפניו מבלי להפעיל כל שיקול דעת עצמאי. הכינוי עשוי לשמש גם לציון אדם המבקש לנהל את חייו על מי מנוחות ובלי לשקוע בלבטים, או למי שפועל מתוך הלם, הרגל, חיקוי או בקיאות (בבחינת מצוות אנשים מלומדה).

הטייסים האוטומטיים הראשונים

בראשית ימי מטוסי התובלה נדרשה תשומת לב רבה של הטייס על מנת לשלוט במטוס ולכוונו בבטחה. תשומת לב מתמדת זו עייפה את צוות המטוס, והורגשה במיוחד בעת טיסות תובלה ארוכות, הנמשכות 10 שעות ומעלה. הטייס האוטומטי מתוכנן לבצע חלק ממטלותיו של הטייס, ובכך להקל את עומס המוטל עליו ולהקטין את מספר אנשי הצוות הנדרשים לתפעול המטוס.

הטייס האוטומטי הראשון למטוסים פותח על ידי תאגיד "סְפֵּרי" (Sperry) בשנת 1912. לורנס ספרי (בנו של הממציא האמריקאי אלמר ספרי) הציג אותו לציבור שנתיים מאוחר יותר, והמחיש את אמינות המצאתו בכך שטס במטוס כשידיו מורמות והטייס האוטומטי שולט בהיגוי.

הטייס האוטומטי של ספרי קישר בין "אופק מלאכותי" גירוסקופי ומצפן מגנטי לבין מערכות ההיגוי ההידראוליות של המטוס: הגה הכיוון, הגה הגובה והמאזנות. התקן זה איפשר למטוס לטוס ישר במאוזן במסלול מוגדר ללא התערבות הטייס, ובכך הפחית, להערכת ספרי, כ-80 אחוזים מעומס העבודה של הטייס בטיסה שגרתית.
טייס אוטומטי אשר ביכולתו לאזן את המטוס בציר העלרוד וליישרו בציר הסבסוב הוא הסוג הנפוץ ביותר עד היום, בשל פשטותו, אמינותו ומחירו הנמוך יחסית. 

בשנות העשרים המוקדמות, מכלית הנפט J.A Moffet של חברת "סטנדרד אויל"  הייתה לספינה הראשונה שהותקן בה טייס אוטומטי.

טייסים אוטומטיים מודרניים

בטייסים אוטומטיים מודרניים מחולק בדרך כלל מהלך הטיסה לשלבים: הסעה על מסלול ההמראה, המראה, טיפוס, התיישרות, הנמכה, גישה לנחיתה ונחיתה.
קיימים טייסים אוטומטיים השולטים בכל שלבי הטיסה מלבד השלב הראשון, שלב ההסעה על המסלול לקראת המראה. הנחיתה והשליטה ביישור המטוס לקראתה באופן אוטומטי נקראת "נחיתת CAT IIIb", ומשתמשים בה כיום ברוב שדות התעופה הגדולים. התיישרות לקראת נחיתה, נחיתה והסעה על המסלול לאחריה נקראת "CAT IIIc". אפשרות זו אינה בשימוש בטייסים אוטומטיים כיום, אך ייתכן ויעשה בה שימוש בעתיד. חלק מהטייסים האוטומטיים כוללים מערכות אוטומטיות למניעת התנגשות; מערכת מניעת ההתנגשות הנפוצה ביותר למטוסים נקראת TCAS (Traffic alert and Collision Avoidance System). הטייס האוטומטי במטוסים מודרניים הוא בדרך כלל חלק אינטגרלי ממערכת ניהול הטיסה.

טייסים אוטומטיים מודרניים משתמשים בתוכנת מחשב כדי לשלוט במטוס. התוכנה מקבלת ממערכות הניווט של המטוס את מיקומו הנוכחי, ושולטת במערכות ההיגוי כדי לנווט את המטוס למסלול הרצוי. במערכות מודרניות מסוג זה שולט הטייס האוטומטי גם על דחף  מנועי המטוס והעברת הדלק בין המכלים השונים כדי לאזן את המטוס ולשמור על זווית טיסה אופטימלית. 

למרות שטייסים אוטומטיים אינם יעילים בהתמודדות עם מצבים מסוכנים או חדשים, הם מטיסים את המטוס בצריכת דלק נמוכה יותר מרוב הטייסים האנושיים.

הטייס האוטומטי קורא את מיקומו ואת גובהו של המטוס ממערכת ניווט אינרציאלית. מערכות הניווט מכילות מדי תאוצה וגירוסקופים. אלו צוברים שגיאות במהלך זמן המדידה עקב התכונות הפיזיקליות של המערכת. ככל שהטיסה מתארכת כך נצברות יותר שגיאות במערכת. 

עזרי רדיו כמו ציוד למדידת מרחק או GPS מנוצלים כדי לתקן את מיקומו של הכלי. בעוד שמערכות ניווט לווייני ועזרי רדיו מסתמכים על מידע חיצוני מערכות אינרציאליות פועלות באופן עצמאי ומסתמכות על כוח המשיכה ועל סיבוב כדור הארץ כדי לקבוע את מיקומן ההתחלתי. לאחר מכן הן מודדות את תאוצת הכלי כדי לחשב היכן הן ביחס למיקומן ההתחלתי. מידיעת תאוצת המטוס ניתן לחשב את המהירות ובעזרת המהירות אפשר לחשב מרחקים. כל עוד הכיוון ידוע, יכולות מערכות ההנחיה האינרציאליות לקבוע את מיקום הכלי.

פרטי מערכות המחשב
הואיל ובטיחות המטוס תלויה בתקינות הטייס האוטומטי, יש למערכות כאלה מאפייני תכנון ייחודיים המיועדים להבטיח אמינות מרבית של מערכת המחשב. החומרה של מערכת טייס אוטומטי טיפוסית בת זמננו היא מערך של חמישה מחשבים מבוססי מעבד 80386. כל מחשב נמצא על לוח נפרד. מעבדים מדגם זה זולים יחסית, נמצאים בשימוש זמן ארוך, נבחנו היטב והתנהגות התוכנה שלהם ואמינותם ידועים. 

מערכת ההפעלה הייעודית יוצרת מכונה וירטואלית נפרדת לכל תהליך תוכנה שמתבצע בטייס האוטומטי. צורת פעולה זו מונעת "נפילה" של המחשב במקרה של באג. אם מתרחשת תקלה כאשר המערכת במצב טיסה, תהליך ההדמיה מופסק והתוכנה מופעלת מחדש. במהלך בדיקות קרקע התקלות נרשמות במכונה הווירטואלית והמהנדסים משתמשים ברישומים כדי לתקן את התוכנה.  

לרוב מריצים המחשבים גם תהליכי בדיקה עצמית במקביל להפעלת התוכנה של הטייס האוטומטי, המיועדים להתריע מיד על כל תקלת חומרה. 

כל תהליך של הטייס האוטומטי מבוצע בו זמנית על מספר מחשבים שונים. המערכת בוחרת את התוצאה הסבירה על ידי השוואה בין תוצאות ההרצות השונות של אותם תהליכים על מחשבים שונים, ומתחשבת בחיישנים שונים על מנת לפסול על הסף תוצאות שגויות, לפני שמערכות ההיגוי והמנועים יקבלו פקודות המבוססות עליהן.

בדגמים מסוימים של טייס אוטומטי משתמשים בתוכנה שונה בכל אחד ממחשבי הטיסה. זהו אמצעי בטיחות המצמצם את האפשרות שתהליכי תוכנה קריטיים ייכשלו בו זמנית, שכן כל מחשב מריץ תוכנה שפותחה על ידי צוות מהנדסים נפרד. כיום, עם העלייה במורכבות התוכנה המשמשת את הטייסים האוטומטיים,  אמצעי זה הופך לפחות נפוץ משום שהוא דורש עלויות פיתוח כפולות ומרבית החברות מוותרות על כך משיקול כלכלי.

סיווגי נחיתה של הטייס האוטומטי

מערכות נחיתת מכשירים מחולקות לסוגים על ידי הארגון הבינלאומי לתעופה אזרחית. החלוקה תלויה ברמת הראות הדרושה ובזווית שבה הנחיתה יכולה להימשך באופן אוטומטי ללא הנחיית הטייס. 

 CAT I – סיווג המאפשר נחיתה אוטומטית עם גובה החלטה (הגובה בו הטייס האנושי לוקח את השליטה מהטייס האוטומטי) של 200 רגל (כ-60 מטר) וראות של 2400 רגל (כ-730 מטר). טייסים אוטומטיים פשוטים מספיקים לסיווג זה.
 CAT II – הסיווג הזה מאפשר לטייס לנחות מגובה של 100 רגל (כ-30 מטר) ומשדה ראות של 1,200 רגל (כ-365 מטר). לטייס האוטומטי דרושה מערכת אל-כשל כדי להפעיל סיווג זה.
 CAT IIIa – יכולת נחיתה עיוורת מלאה של הטייס האוטומטי. הטייס משתלט על המטוס בעת הנגיעה בקרקע. קצב הכישלון של מערכת אוטומטית זו חייב להיות קטן מטווח של אחד ל-10 מיליון.
 CAT IIIb – כמו הסיווג הקודם אבל עם תוספת של התיישרות אוטומטית לאחר הנחיתה שמעורבת בשליטת הטייס במרחק מה על מסלול הנחיתה. להפעלת סיווג זה דרושה מערכת הנחיה למסלול הנחיתה. 
 CAT IIIc – כמו הסיווג הקודם אבל בתוספת היכולת לנסוע על מסלול הנחיתה ולהגיע למסוף ללא התערבות הטייס (נחיתה אוטומטית מושלמת). עדיין אין מטוס בעל היכולת הזו.

ראו גם
 זיהוי עמית טורף

קישורים חיצוניים

 

רכיבי כלי טיס
ארצות הברית: המצאות