مؤشر الموقف

الذكاء الاصطناعي مع خطوط مرجعية للميل والدوران (يسار) وعلاقة الذكاء الاصطناعي بتوجيه الطائرة (يمين)

مؤشر الوضع ( AI )، المعروف أيضًا باسم الأفق الجيروسكوبي أو الأفق الاصطناعي ، هو أداة طيران تُعلم الطيار بوضع الطائرة بالنسبة لأفق الأرض ، وتُعطي مؤشرًا فوريًا لأصغر تغيير في الوضع. تُحاكي الطائرة المصغرة وشريط الأفق وضع الطائرة بالنسبة للأفق الحقيقي. ^{[ 1 ] [ 2 ]} وهو أداة أساسية للطيران في ظروف الأرصاد الجوية الآلية . ^{[ 3 ] [ 4 ]}

تُعرض زاوية الميل دائمًا للمستخدمين بوحدة الدرجات (°). مع ذلك، قد تستخدم العمليات الداخلية، مثل أجهزة الاستشعار والبيانات والحسابات، مزيجًا من الدرجات والراديان ، حيث قد يفضل العلماء والمهندسون العمل بالراديان.

قبل ظهور الطيران، كانت الأفق الاصطناعي تستخدم في الملاحة السماوية . تعود مقترحات هذه الأجهزة القائمة على الجيروسكوبات، أو البلابل الدوارة، إلى أربعينيات القرن الثامن عشر، ^{[ 5 ]} بما في ذلك عمل جون سيرسون .

شهد عام 1785 تطورًا بارزًا آخر، حيث مُنح جون آدامز ، عالم الرياضيات الإنجليزي ومدير مدرسة لاتيمر الخيرية ، الميدالية الفضية من الجمعية الملكية لتشجيع الفنون والصناعات والتجارة لاختراعه "أفقًا اصطناعيًا يُستخدم على الأرض". ^{[ 6 ]} وفي رسالته وسرده التاريخي الموجه إلى الجمعية، أوضح آدامز بالتفصيل كيف حصل على ميزان تسوية دائري يعمل بنظام السيفون عام 1764، وبحلول عام 1778، اقترح على صانع الأدوات اللندني بيتر دولوند طريقةً لتكييفه لحساب خطوط الطول والعرض . ^{[ 7 ]}

استندت التطبيقات اللاحقة، والمعروفة أيضًا باسم آفاق الفقاعات ، إلى مستويات الفقاعات وتم ربطها بجهاز السدس . ^{[ 8 ]} في العقد الثاني من القرن الحادي والعشرين، تم استخراج بقايا أفق اصطناعي يستخدم الزئبق السائل من حطام سفينة إتش إم إس إريبوس . ^{[ 9 ]}

تتضمن المكونات الأساسية لنظام الذكاء الاصطناعي نموذجًا مصغرًا رمزيًا لطائرة مثبتة بحيث تبدو وكأنها تحلق بالنسبة للأفق. ويقوم مقبض ضبط، لمراعاة مجال رؤية الطيار، بتحريك النموذج لأعلى ولأسفل لمحاذاته مع خط الأفق. النصف العلوي من الجهاز أزرق اللون لتمثيل السماء، بينما النصف السفلي بني اللون لتمثيل الأرض. ويُظهر مؤشر الميل في الأعلى زاوية ميل الطائرة. وتشير خطوط مرجعية في المنتصف إلى درجة الانحدار، لأعلى أو لأسفل، بالنسبة للأفق. ^{[ 2 ] [ 1 ]}

تتميز معظم الطائرات روسية الصنع بتصميم مختلف نوعًا ما. شاشة العرض الخلفية ملونة كما في الأجهزة الغربية، لكنها تتحرك للأعلى والأسفل فقط للإشارة إلى زاوية الميل. أما الرمز الذي يمثل الطائرة (وهو ثابت في الأجهزة الغربية) فيتحرك يمينًا أو يسارًا للإشارة إلى زاوية الانحراف. ^{[ 10 ]} كان من المفترض أن يكون هناك نسخة هجينة مقترحة تجمع بين النظامين الغربي والروسي أكثر سهولة في الاستخدام، لكنها لم تلقَ رواجًا. ^{[ 11 ]}

يُعدّ الجيروسكوب (الجيروسكوب) جوهر نظام الذكاء الاصطناعي ، حيث يدور بسرعة عالية إما بواسطة محرك كهربائي أو بفعل تيار هواء يدفع ريشات دوارة مثبتة على محيطه. ويتم توفير تيار الهواء بواسطة نظام تفريغ، يُشغّل بمضخة تفريغ أو أنبوب فنتوري. ويكون ضغط الهواء أقل عند مروره عبر أضيق جزء من أنبوب فنتوري، وذلك وفقًا لمبدأ برنولي . يُثبّت الجيروسكوب في محور مزدوج، مما يسمح للطائرة بالميلان والدوران مع بقاء الجيروسكوب في وضع رأسي. وتقوم آلية ذاتية الرفع، تعمل بفعل الجاذبية، بمقاومة أي ترنّح ناتج عن احتكاك المحامل . وقد يستغرق الأمر بضع دقائق حتى تعيد آلية الرفع الجيروسكوبات إلى وضعها الرأسي بعد تشغيل محرك الطائرة لأول مرة. ^{[ 2 ] [ 1 ] [ 12 ]}

تحتوي مؤشرات الوضع على آليات تُبقي الجهاز مستويًا بالنسبة لاتجاه الجاذبية. ^{[ 13 ]} قد يُظهر الجهاز أخطاءً طفيفة في الميل أو الانحراف أثناء فترات طويلة من التسارع أو التباطؤ أو الانعطافات، أو بسبب انحناء الأرض أسفل الطائرة في الرحلات الطويلة. في البداية، غالبًا ما يكون وزنها أكبر قليلًا في الأسفل، بحيث تبقى مستوية عندما تكون الطائرة مستقرة على الأرض، وبالتالي تكون مستوية عند بدء التشغيل. ولكن بمجرد بدء التشغيل، لن يُعيدها هذا الوزن المتأرجح في الأسفل إلى وضعها المستوي إذا كانت غير مستوية، بل سيؤدي شدّه إلى ترنّح الجيروسكوب. وللسماح للجيروسكوب بتوجيه نفسه ببطء شديد نحو اتجاه الجاذبية أثناء التشغيل، يحتوي الجيروسكوب النموذجي الذي يعمل بالشفط على بندولات صغيرة على غلاف الدوّار تُغطي جزئيًا فتحات الهواء. عندما يختل توازن الجيروسكوب بالنسبة لاتجاه الجاذبية، تتأرجح البندولات في اتجاه الجاذبية، فتكشف أو تغلق الثقوب، مما يسمح بتدفق الهواء أو يمنعه من الخروج منها، وبالتالي يُطبّق قوة صغيرة لتوجيه الجيروسكوب نحو اتجاه الجاذبية. وقد تستخدم الجيروسكوبات الكهربائية آليات مختلفة لتحقيق تأثير مماثل. ^{[ 14 ]}

كانت أنظمة الذكاء الاصطناعي القديمة محدودة في مقدار الميل أو الدوران الذي تتحمله. وكان تجاوز هذه الحدود يؤدي إلى دوران الجيروسكوب عند ملامسة غلافه للمحاور، مما يُحدث قوة ترنح. ولمنع ذلك، كان يلزم وجود آلية تثبيت لقفل الجيروسكوب إذا تجاوز الميل 60 درجة والدوران 100 درجة. أما أنظمة الذكاء الاصطناعي الحديثة فلا تعاني من هذا القيد، وبالتالي لا تحتاج إلى آلية تثبيت. ^{[ 2 ] [ 1 ]}

تتميز مؤشرات الوضعية بخلوها من معظم الأخطاء، ولكن اعتمادًا على سرعة عمل نظام الرفع، قد يظهر مؤشر طفيف للأعلى عند التسارع السريع، ومؤشر للأسفل عند التباطؤ السريع. كما يُحتمل حدوث خطأ طفيف في زاوية الميلان والارتفاع بعد دوران 180 درجة. هذه الأخطاء الكامنة طفيفة وتُصحح تلقائيًا في غضون دقيقة تقريبًا بعد العودة إلى الطيران المستقيم والمستوي. ^{[ 1 ]}

مؤشر اتجاه مسار رحلة أبولو (يسار) ووحدة القياس بالقصور الذاتي (IMU) (يمين)

تُستخدم مؤشرات الوضعية أيضًا في المركبات الفضائية المأهولة، وتُسمى مؤشرات وضعية موجه الرحلة (FDAI)، حيث تُشير إلى زاوية انحراف المركبة (انحراف المقدمة لليسار أو اليمين)، وزاوية ميلها (انحراف المقدمة للأعلى أو للأسفل)، وزاوية دورانها، ومدارها بالنسبة إلى إطار مرجعي ثابت في الفضاء بالقصور الذاتي من وحدة قياس القصور الذاتي (IMU). ^{[ 15 ]} يمكن تهيئة مؤشر وضعية موجه الرحلة (FDAI) لاستخدام مواقع معروفة بالنسبة للأرض أو النجوم، بحيث يتمكن المهندسون والعلماء ورواد الفضاء من التواصل بشأن الموقع النسبي للمركبة ووضعيتها ومدارها. ^{[ 16 ] [ 17 ]}

تستطيع أنظمة تحديد الاتجاه والوضع المرجعية (AHRS) توفير معلومات ثلاثية المحاور بالاعتماد على جيروسكوبات الليزر الحلقية ، والتي يمكن مشاركتها مع أجهزة متعددة في الطائرة، مثل شاشات العرض الرئيسية ( PFDs ) في قمرة القيادة الزجاجية . وبدلاً من استخدام جيروسكوب دوار، تستخدم أنظمة AHRS الحديثة إلكترونيات الحالة الصلبة ، ومستشعرات القصور الذاتي منخفضة التكلفة ، وجيروسكوبات معدل الدوران ، ومقاييس المغناطيسية . ^{[ 2 ] : 8-20 [ 1 ] : 5-22}

في معظم أنظمة AHRS، إذا تعطلت مؤشرات الوضعية الرئيسية للطائرة، فسيكون هناك مؤشر وضعية احتياطي في منتصف لوحة العدادات، حيث تتوفر أيضًا مؤشرات أساسية احتياطية أخرى مثل مؤشر سرعة الهواء ومقياس الارتفاع. قد تظل هذه المؤشرات الاحتياطية الميكانيكية متاحة حتى في حالة تعطل مؤشرات الطيران الإلكترونية، على الرغم من أن مؤشر الوضعية الاحتياطي قد يكون يعمل بالكهرباء، وسيتوقف عن العمل بعد فترة وجيزة في حالة انقطاع التيار الكهربائي عنه. ^{[ 18 ]}

نظام ADI (يسار) مع قضبان توجيه صفراء على شكل حرف V، ونظام ذكاء اصطناعي متكامل مع مؤشرات مسار الانزلاق ILS ومؤشرات تحديد الموقع (يمين).

مؤشر اتجاه الوضع (ADI)، أو مؤشر توجيه الطيران (FDI)، هو نظام ذكاء اصطناعي مُدمج مع نظام توجيه الطيران (FDS). يتضمن مؤشر اتجاه الوضع حاسوبًا يستقبل المعلومات من نظام الملاحة، مثل نظام مرجعية الوضع والاتجاه (AHRS)، ويُعالج هذه المعلومات لتزويد الطيار بإشارة مسار طيران ثلاثية الأبعاد للحفاظ على المسار المطلوب. تأخذ الإشارة شكل قضبان توجيه على شكل حرف V. تُمثل الطائرة برمز دلتا، ويقوم الطيار بتوجيه الطائرة بحيث يقع رمز دلتا داخل قضبان التوجيه على شكل حرف V. ^{[ 1 ] : 5-23، 5-24}

• الاختصارات والمصطلحات في إلكترونيات الطيران
• رحلة الخطوط الجوية الهندية رقم 855
• رحلة الشحن الجوي رقم 8509 التابعة للخطوط الجوية الكورية
• شاشة عرض الأفق للرؤية المحيطية (PVHD)
• مؤشر الانعطاف والانزلاق