¿Sería práctico un sistema inalámbrico fly by wire?

El fly-by-wire es absolutamente vital para el control de la aeronave, y los tres factores dominantes aquí son la seguridad, la seguridad y la seguridad. El peso no es uno de ellos. El sistema fly-by-wire es triple o cuádruple redundante: en lugar de quitar un conjunto de cables, los fabricantes están instalando 3 mazos de cables más, solo para asegurarse de que el sistema siempre funcione.

¡Los cables son más seguros que los inalámbricos!. Hay transmisores y receptores activos en los sistemas inalámbricos, que pueden fallar. La recepción de la señal depende de la calidad del espacio entre el transmisor y el receptor: ¿la señal siempre puede penetrar el mamparo de aluminio? ¿Qué sucede con la señal inalámbrica cuando pasa por delante del radar del aeropuerto o en el campo del radar meteorológico de otra aeronave?

Los cables blindados son pasivos y relativamente inmunes a la radiación electromagnética, y son los medios elegidos para un sistema tan crítico para la seguridad.

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El OP estaba en fly-by-wire. En cierto sentido, el sistema de control de vuelo es el sistema más crítico para la seguridad a bordo y debe estar disponible de inmediato en todo momento. La presentación vinculada por @mins en un comentario informa sobre el progreso de la comunicación inalámbrica a bordo, para sistemas con un aspecto de seguridad menos crítico:

Ejemplos de aplicaciones potenciales de WAIC

• Velocidad de datos baja, aplicaciones interiores (LI):

  • Sensores: Presión de cabina - Detección de humo - Tanque de combustible/Línea - Temperatura de proximidad - Detección de incidentes EMI - Monitoreo de salud estructural - Detección de humedad/corrosión
  • Controles: Iluminación de emergencia - Funciones de la cabina

• Velocidad de datos baja, aplicaciones externas (LO):

  • Sensores: Detección de hielo - Información sobre la posición del tren de aterrizaje - Temperatura de los frenos - Presión de los neumáticos - Velocidad de las ruedas - Información sobre la dirección - Información sobre la posición de los controles de vuelo - Sensores de las puertas Sensores del motor - Sensores estructurales

• Alta velocidad de datos, aplicaciones interiores (HI):

  • Sensores: Datos aéreos - Pronóstico del motor - Cubierta de vuelo/Imágenes/video de la tripulación de cabina
  • Comm.: Bus de comunicaciones de aviónica - Interfaz de aeronave FADEC - Cabina de vuelo/Tripulación de cabina Audio / Video (relacionado con la seguridad)

• Alta velocidad de datos, aplicaciones externas (HO):

  • Sensores: Monitoreo de Salud Estructural
  • Controles: Control de vibración activa

De la misma presentación: Un A380 tiene 5.700 kg de cables a bordo, y el 30% de ellos son candidatos potenciales para un sustituto inalámbrico. Por lo tanto, la comunicación inalámbrica a bordo de un avión tiene sentido, comenzando primero con los sistemas críticos que no son para la seguridad.

Eso será muy poco probable simplemente porque la conexión inalámbrica es mucho menos confiable en varios órdenes de magnitud.

considerando que el día actual es una era de amenazas terroristas si el cifrado (y necesitará cifrado) alguna vez se ve comprometido, esto permitiría a un pasajero piratear el flujo de datos y Man in the Middle los controles para un secuestro sin siquiera ingresar a la cabina.

Tampoco ha considerado el requisito de potencia de la comunicación inalámbrica, que también aumentará el costo del combustible.

Para ahorrar unos cientos de kilogramos de peso, esto nunca va a suceder.

Aunque es técnicamente factible, tener comunicación inalámbrica entre la cabina y los diversos puntos finales alrededor de la aeronave produce problemas importantes.

Ante todo:

1. Canales: a menos que use múltiples frecuencias, cada sensor o controlador necesitará su propio canal de radio. Agregue redundancia y necesitará como tres canales por estación de sensor o actuador.

2. Ancho de banda: la comunicación inalámbrica está limitada en la cantidad de datos que puede transferir a la vez. Dado que estaría compartiendo los canales en varios dispositivos, esto limita aún más la rapidez con la que puede comunicarse con él.

3. Interferencia: suponiendo que incluso pueda hacer que todos estos dispositivos funcionen al mismo tiempo, es muy susceptible al ruido eléctrico. Ya sea Timmy usando su pequeño game-boy, o papá usando su maquinilla de afeitar eléctrica en el baño, o viajando a través de una tormenta eléctrica, una pérdida repentina de comunicaciones en cualquier forma sería perjudicial para la experiencia de vuelo de pasajeros y tripulaciones.

4. Seguridad, piratería / bloqueo: sería demasiado fácil para un terrorista encender un transmisor para bloquear el wifi o secuestrar el sistema de control.

Como tal, la comunicación inalámbrica sería un camino bastante peligroso para aventurarse.

En cuanto a los arneses. Cuando se trata de sistemas de control, los arneses se pueden reducir significativamente utilizando un método diferente. Mediante el uso de controladores inteligentes distribuidos ubicados alrededor de la aeronave, se puede usar un sistema de comunicación de un solo cable para conectarlos a las computadoras de vuelo principales. Es decir, realmente no necesita un cable en un arnés para cada interruptor en la cabina.

Como siempre, debe haber redundancia aquí, lo diseña con dos o tres cables de comunicación enrutados a través del techo, el piso, etc. para redundancia en caso de que uno falle o se corte. Todavía necesitaría un sistema de distribución de energía, por supuesto.

Sin embargo, el problema con todos estos métodos es el de canalizar demasiadas funciones a través de un solo punto. Aunque puede ser un sistema más simple y más confiable, las consecuencias de una falla son mucho más significativas.

En mi opinión, el tema más importante sería el de la inmunidad a la interferencia de señales inalámbricas (del FCS a los actuadores) de fuentes externas o el impacto de factores ambientales en la transmisión de las señales: ¿cuál es la confiabilidad de la señal inalámbrica? transmisión en todas las situaciones imaginables. Hasta que tengamos una tecnología que elimine estos problemas, la industria se mostrará muy escéptica sobre el uso de FCS inalámbrico. A partir de hoy, lo próximo que viene en FCS es Fly-by-Light, es decir, la transmisión de señales mediante fibra óptica. Hay una serie de ventajas de FBL sobre FBW convencional, como alta velocidad, inmunidad a interferencias EM, etc., pero al mismo tiempo puede que no sea significativamente más ligero que los cables de cobre como un sistema general que podría activar el cambio a FBL en dominio civil por ejemplo.

No.

Si bien la comunicación inalámbrica podría ayudar a reducir la cantidad de cables, las unidades de control remoto y los terminales remotos aún requieren cableado para la alimentación.

Las ventajas de los sistemas inalámbricos incluyen movilidad y flexibilidad. Estos podrían ser factores determinantes para algunos de los primeros prototipos, pero claramente no para los aviones certificados. El efecto secundario de la reducción del arnés no es significativo.

Por lo tanto, es posible hacerlo con menos cables, pero no es inalámbrico.

Hay varios pros y contras en el sistema, y ​​otros han proporcionado varios enlaces excelentes a investigaciones existentes aquí. Fabricantes como Gulfstream y Boeing han creado prototipos de algunos ejemplos de aviónica inalámbrica y es un área de investigación activa con muchos artículos que proponen diferentes estrategias. Por lo tanto, no iría tan lejos como para decir que fly-by-wireless es inviable o una idea horrible, aunque dice que aún no se ha implementado ampliamente en otras industrias para redes en vehículos que yo sepa. Como muchas ideas publicadas aquí, tiene sus méritos, pero los beneficios pueden no ser suficientes para superar los desafíos.

Ventajas del control inalámbrico:

• Menos peso de cableado, tal vez hasta más de mil kilogramos
• Costo de ingeniería reducido para el diseño de arneses, enrutamiento de cables y blindaje
• No hay cables que tengas que proteger de la interferencia eléctrica (en su lugar, tienes una antena que capta la interferencia)
• Menos problemas debido a conectores rotos, cables rotos, efectos en la línea de transmisión debido a terminaciones defectuosas, etc.

Contras:

• Mayor costo de ingeniería en transmisores inalámbricos
• Mayor complejidad (piense en cómo Wi-Fi tiene más problemas de conexión que LAN)
• Mayor probabilidad de problemas de punto único de falla. Las aeronaves tienen varios autobuses redundantes enrutados a través de diferentes puntos de la aeronave. Es más fácil atascar o eliminar todas las comunicaciones inalámbricas que todos estos cables redundantes.
• Debe utilizar una arquitectura segura con cifrado y firmas de autenticación porque ya no tiene la garantía de que los intrusos no estén en el bus de datos. El ejército ya usa tecnología similar en una variedad de aplicaciones de radio.
• Software y hardware de seguridad adicional para detectar intrusos en la red, evitar interferencias peligrosas, etc.
• Imposible de proteger por completo de interferencias, incluso si se utilizan técnicas antiinterferencias de grado militar, como el espectro ensanchado y el salto de frecuencia.

Como punto interesante relacionado con la piratería, la mayoría de las computadoras de control de vuelo modernas son inmunes a los desagradables errores generales bizantinos. Estos errores son situaciones en las que uno de varios sensores o computadoras de control falla y engaña a los demás, e incluso le miente a uno y le dice la verdad a otro. Incluso en estas situaciones, el sistema está diseñado para detectar al mentiroso y aun así llegar a un acuerdo completo y correcto entre las computadoras en funcionamiento. Para desmantelar estos sistemas, tendría que hacerse pasar por dos, o a veces incluso tres, computadoras de control de vuelo o servos a la vez.

Además, muchos sistemas están diseñados para evitar la sobrecarga. Por ejemplo, si se detecta que el timón se desvía por completo, la aviónica podría volver a un sistema de control de respaldo más simple (que posiblemente sea mecánico). Por supuesto, estos sistemas se pueden eludir con las técnicas correctas, pero dar a entender que es trivial que un sistema se vuelva rebelde y derribe todo el avión es como dar a entender que un puente fallará si se corta una viga de soporte. No debe ignorar el extenso análisis de seguridad y la redundancia que se incluye en estos diseños.

Los cables son mucho más resistentes a la interferencia electromagnética, ya sea intencional o situacional, que las señales de radio.

Además, la transmisión de señales de radio a receptores remotos que están revestidos de aluminio o fibra de carbono plantearía algunas dificultades. Se podría usar el revestimiento de aluminio de la aeronave como antena, pero eso también proporcionaría una gran antena para señales de radio externas, y nuevamente tiene un problema potencial de interferencia, uno que podría aplicarse externamente a la aeronave.

Un enfoque más práctico ha sido reemplazar los cables de metal con fibra óptica. La fibra óptica tiene una mayor velocidad y un ancho de banda mucho más amplio que puede transportar múltiples señales por hebra, además de pesar mucho menos.

Hace algunos años, el Lockheed C130 fue rediseñado con un sistema basado en fibra óptica. El resultado eliminó tanto cable y peso del área de la cabina que el blindaje de la cabina que antes era opcional se convirtió en estándar para mantener el avión en equilibrio cuando no tenía carga.

Algo que no he visto en ninguna otra respuesta es esto: los transmisores inalámbricos requieren cables para alimentarlos. En lugar de pasar un cable desde la cabina hasta el sistema, está pasando un cable desde la red eléctrica del avión hasta el transmisor, luego otro cable hasta el receptor.

Enhorabuena, al no utilizar cables, has duplicado el número de cables.