מערכת ניהול טיסה

מערכת ניהול טיסה (באנגלית: Flight Management System -‏ FMS) היא מרכיב מרכזי באוויוניקה של מטוסים מודרניים. ה-FMS היא מערכת שממכנת חלק ניכר מהמשימות המוטלות על צוות האוויר בטיסה עד שברוב מטוסי הנוסעים המודרניים הגדולים התייתר הצורך בנווט או מהנדס טיסה. חלק מרכזי מתפקוד ה-FMS הוא ניהול תוכנית הטיסה תוך כדי הטיסה. ה-FMS מחשב באופן רצוף את מיקומו העצמי של המטוס בהסתמך על נתוני מערכת הניווט האינרציאלית (INS), מערכי ניווט לוויינים (בדרך כלל GPS) ומידע מעזרי ניווט רדיו מסוגים שונים. ההתמשקות אל ה-FMS בתא הטייס מתבצע באמצעות צג שליטה (Control Display Unit - CDU) שבדרך כלל מורכב ממסך ומקלדת קטנים או ממסך מגע. ה-FMS שולח את תוכנית הטיסה אל התצוגות הראשיות בתא הטייס, אל תצוגת הניווט, או אל מסכי התצוגות הרב-תכליתיות (Multi Function Displays - MFD). מבחינת ארכיטקטורת מערכת, ה-FMS בדרך כלל מורכב מפאנל שליטה (CDU), מחשב ניהול טיסה (Flight Management Computer -‏ FMC) וחיבור אלקטרוני ביניהם.

מקובל לחשוב^{[דרושה הבהרה]} ש-FMS של ממש הוצג לראשונה במטוסי בואינג 767. כיום, מערכות FMS מותקנות בכמעט כל מטוס מודרני. אף על פי שישנם סוגים רבים ומגוונים של מערכות FMS עדיין יש להן מאפיינים רבים דומים.

תא הטייס של בואינג 787

במטוסים מהדור האחרון (2010 והלאה), פונקציות ה-FMS ממומשות בתוך מחשב אוויוני יחיד והמערכת לא נמצאת בקופסה נפרדת במטוס. גם התצוגות הן חלק מהתצוגות שניתן להציג על מסכי מערכת מכשירי הטיסה האלקטרוניים (Electronic Flight Instrument System -‏ EFIS) כך למשל במטוס בואינג 787.

בסיס נתוני ניווט

כל גרסאות ה-FMS כוללות בסיס נתונים ששומר את הישויות הרלוונטיות לצורך ניווט ובכללן:

• נקודות דיווח
• נתיבי אוויר
• עזרי ניווט באמצעות רדיו ובכלל זה מיקום ותדרים של תחנות, NDB, DME, VOR, ILS
• שדות תעופה
• מסלולי טיסה
• עזיבות תקניות SID
• הצטרפויות תקניות STAR
• נקודות המתנה
• גישות לנחיתה

תוכנית הטיסה

תוכנית הטיסה, כעקרון, נקבעת על הקרקע, עוד לפני שהטיסה מתחילה. את התוכנית מכין הטייס, במקרה של מטוסים קטנים או "המבצעים" של חברת התעופה, כאשר מדובר בחברות תעופה גדולות המפעילות קווי טיסה סדירים. תוכנית הטיסה מוטענת אל ה-FMS או על ידי הקלדה ידנית, או באמצעות ה-EFB, או באמצעות מערכת ה-ACARS שמשדרת את תוכנית הטיסה, בתווך תדר רדיו אל המטוס באמצעות ערוץ תדר רדיו.

במהלך ההכנות לקראת הטיסה עצמה (Pre-Flight), מכניסים חישובים אחרונים בנוגע לטיסה ובכלל זה משקל כללי בהמראה, משקל כלל הדלק ומרכז הכובד של המטוס. בנוסף, התוכנית תכלול גובה טיסה רצוי בכל נקודה בניווט. פעמים רבות, מכיוון שלכל חברה יש קווי תעופה קבועים, הטענת תוכנית הטיסה אל ה-FMS יכולה להתבצע על ידי בחירת תוכנית מתוך תפריט של תוכניות מוכנות מראש. במטוסים ללא GPS, נדרש גם להכניס את נקודת הציון של הרחבה בה המטוס מניע את המנועים.

לעיתים מזומנות נדרש לעדכן את תוכנית הטיסה, תוך כדי טיסה. מאמץ רב מושקע בתחום הנדסת האנוש של ה-FMS כדי למנוע טעויות הקלדה וסיכונים שעלולים לנבוע מהכנסת נתונים שגויה. ה-FMS שולח את תוכנית הטיסה אל תצוגת הניווט המוקרנת על מסכי תא הטייס. נתיב הטיסה יוצג בדרך כלל בצבע סגול-מג'נטה, ועל אותה תצוגה יופיעו גם אייקונים המסמלים מידע רלוונטי כמו שדות תעופה, עזרי ניווט ונקודות דיווח.

בחלק ממערכות ה-FMS ניתן לשלב "תוכניות טיסה מיוחדות" כמו הנחיות לביצוע נתיב אופטימלי לחיפוש והצלה, הנחיות לחבירה למטוסים אחרים, נתיבי טיסה של מטוסי תדלוק איתם צריך להיפגש, הנחיות טיסה לנקודת הטלה מיטבית של מטען או צנחנים וכיוצא האלו.

קביעת המיקום העצמי

מרגע ההמראה, אחד התפקידים העיקריים של ה-FMS הוא חישוב המיקום העצמי של המטוס וחישוב שגיאת המיקום המחושב. FMS מתקדמים יביאו בחשבון את נתוני ה-INS, את נתוני ה-GPS, קליטות של עזרי רדיו כמו VOR,‏ DME וכדומה. ה-FMS מחשבת כל הזמן את המיקום העצמי של המטוס ואת רמת הדיוק של חישוב המיקום העצמי. בכל רגע נתון, המערכת משווה בין הדיוק הקיים (Actual Navigation Performance -‏ ANP) לבין הדיוק הנדרש (required navigation performance -‏ RNP). המטוס צריך לדאוג שה-ANP יהיה תמיד קטן מה-RNP, וכאשר יש חריגה ממצב זה, ה-FMS יציג התרעה לטייסים.

הנחיה

בהינתן נתיב הטיסה המתוכננת ומיקומו העצמי של המטוס, ה-FMS מחשב את הכיוון שנדרש לשמור כדי להגיע אל נקודת הניווט הבאה. את שמירת הכיוון יכול לבצע טייס אנושי או הטייס האוטומטי. בדרך כלל, מצב הפעולה של ה-FMS מאפשר לחשב את "היטל העל" של הניווט, מצב שנקרא LNAV or Lateral Navigation. מצב אפשרי נוסף, מביא בחשבון את הגובה הרצוי בכל נקודה ונקודה בניווט, מוד זה נקרא VNAV. במצב זה, הטייס האוטומטי צריך גישה אל בקרת המנועים כמו גם אל היגוי המטוס במישור העלרוד ויכולת שליטה ממוכנת במצערות. במצב VNAV עלולים לחול שינויים במהירות המטוס בהמשך לזוויות הנמכה או טיפוס תלולות וכיוצא באלו.

LNAV

פרק זה לוקה בחסר. אנא תרמו לוויקיפדיה והשלימו אותו. ייתכן שתמצאו פירוט בדף השיחה.

VNAV

במצב זה, ה-FMS מחשב את מצב המצערת ואת הגלגול והעלרוד הנדרשים, כך שיהיה אפשר לפגוש את כל אחת מנקודות הניווט בגובה ובמהירות הנכונים. בשביל שזה יהיה אפשרי נדרש מודל מאוד מפורט ומדויק, הן של המטוס והן של המנועים. מימוש מצב זה מחייב התחשבות בתשתיות התעבורה. לדוגמה, המערכת צריכה להבין הגדרה מהסוג של: "בנקודת סאלין צריך להיות בגובה 4,000 רגל ומעלה". מההמראה ועד לגובה השיוט, ה-FMS נותן הנחיות לטיסה על פי ה-SID. במהלך השיוט, אפשר לבחור אחד מתוך מספר מצבי פעולה, כמו "להרשות" למטוס לטפס בגובה, ככל שמשקלו יורד בגלל צריכת הדלק. ה-FMS יודע לתת את זמן ההגעה המשוער ליעד (Estimated Time of Arrivl -‏ ETA), כמו גם לכל אחת מנקודות הניווט שבדרך. חישובים אלו לוקחים בחשבון את הרוחות החזויות לאורך נתיב הטיסה בכל הגבהים. ה-FMS גם יודע לחשב איפה הנקודה הרצויה לתחילת ההנמכה כדי שיהיה אפשר להנמיך עם מנועים בסרק עד לנחיתה - מה שחוסך בדלק, מקטין את זיהום האוויר ומקטין את הרעש על הקרקע. הנמכה כזו לא מותרת תמיד, אלא על פי שיקולי פקחי הטיסה ושמירת מרווחי הבטיחות, בעיקר מכיוון שהיא מחייבת פרופיל שונה לכל סוג מטוס.