在飞机到达跑道之前,飞行员必须提交一份计划,通知空中交通管制员他们将前往何处以及将采取的路径。然而,当飞机在空中飞行时,这个计划经常会改变。从导致乘客不适和额外燃油消耗的湍流到阻塞原始路径的意外天气模式,飞行员必须在飞行中思考并通知空中交通管制员其航线的任何修改。
在过去,这些变化必须突然发生,而且准备时间很短。但随着飞机的数字化程度越来越高,飞行器可以利用它们接收到的额外数据,而美国宇航局开发的技术可以帮助飞行员每次找到最佳路径。
NASA自成立以来一直在探索提高飞机效率的方法。该机构最著名的贡献包括小翼,飞机机翼末端的上翻垂直凸缘,可消除翼尖处的湍流并显着节省燃料。燃油效率对于未来飞机的开发至关重要,因为它不仅可以提高性能和可承载的重量,还可以减少释放到大气中的温室气体量。
位于弗吉尼亚州汉普顿的NASA兰利研究中心空中交通管理首席研究员DavidWing开发了先进的飞机自主系统,使操作员能够在拥挤的天空中直接管理飞行路径。他注意到,用于安全航线的一些相同技术也可以优化已经在空中的航班的航线。让飞行员在可用时尽快确定更好的路径可以节省时间和金钱。
温说:“空中交通管制的目的是确保飞机与其他飞机安全分开。”“所以,关键是,当你需要改变路线时,你会选择什么路线,它能为你节省多少钱?”
在Wing的领导下,NASA开发了交通感知战略机组请求(TASAR),这是一款飞行员和地面操作团队可以用来寻找更好的运输路线的软件。TASAR使用遗传算法,这是一种机器学习系统,通过将数百个路线变化相互比较并查看哪一个最优秀来找到最佳答案。
TASAR绘制了该地区的地图,并绘制了数百条以飞机为中心的辐射线。这些线代表飞机可能采取的潜在路线。该软件会缩减其生成的每条航线,避免误入禁飞区或危险天气系统或过于靠近其他飞机的航线,直到找到飞机可以采取的最有效航线。然后,由飞行员来接受计算机的建议。TASAR会利用飞机上的传感器以及与地面服务的连接不断更新信息。
“这些算法在我们的研究中已经经过多年的测试和成熟,因此它们的状态非常好,”Wing说。“但我们必须将该系统连接到真正的飞机,这意味着我们需要能够访问机载航空电子设备的数据。”
在NASA的测试飞行中,该软件运行良好,但为了让TASAR进行更多飞行,商用飞机需要能够访问大量数据。事实证明,解决方案已近在眼前。
iJET公司最初制造的组件可以让飞机连接到地面上可用的最新信息,而这些信息通常在天空中无法获得。在开发出更好的天线后,该公司很快开始开发一种新的集成计算机系统,用于飞机收集数据并与地面信息源保持连接。在为系统寻找“杀手级应用”时,该公司发现了TASAR。
该公司首席执行官罗布·格林(RobGreen)表示:“我们看到NASA即将完成这项工作,因此我们做出了接过接力棒的商业决定。”
在被另一家名为AviationPartners的公司收购后,这家总部位于西雅图的公司于2018年更名为APiJET,并成为第一家获得NASATASAR许可的公司。APiJET继续将该软件与机载计算机系统连接起来。该公司的TASAR版本称为“数字翼梢小翼”,以NASA的发明命名。
该应用程序在电子飞行包上运行,电子飞行包是美国联邦航空管理局批准用于飞行操作的计算机设备,最常见的是苹果iPad。格林表示,没有计划将其直接集成到驾驶舱仪表板中,因为更新应用程序更容易。格林表示,在与阿拉斯加航空公司进行的测试中,该计划节省了2%的燃油,每百次航班大约节省28,000磅燃油。
格林说:“百分之二的成本听起来可能不多,但在航空公司规模上,真正节省的成本却微乎其微。”
还有几家航空公司已经测试了该技术,边疆航空公司目前正在现场测试在其机队中部署数字翼梢小翼的可能性。APiJET仍与NASA的开发人员保持联系,以进一步研究TASAR的优势并增强其商业能力。
格林说:“在NASA从事TASAR工作的每个人都应该为他们对节省燃料和减少碳的直接影响感到自豪。”“这需要你花很多心思,但它确实有效。”