ブラインドランディング実験ユニット

ブラインドランディング実験部隊（BLEU） [ 1 ]は、1940年代後半から1960年代半ばにかけて、軍用機と民間機の自動着陸システムの開発を任務としたイギリス政府の部隊であった。 [ 2 ]

背景

航空の黎明期には、パイロットは飛行位置を知るために推測航法に頼っていたが、夜間や悪天候では困難または不可能であった。 [ 3 ] 1925年に米国郵政省が行った調査によると、不時着の76%は天候によるもので、ブラインド着陸を可能にするシステムが早くから必要であることが浮き彫りになった。この問題への初期の取り組みとしては、原始的な無線信号の使用から[ 4 ]主要幹線道路の近くに定期的に緊急着陸帯を設置することまで多岐にわたるものがあった。[ 5 ]第二次世界大戦の経験により、この問題への注目度がさらに高まった。イギリスに拠点を置く爆撃機は、早朝に母基地に戻ると着陸地点がすべて霧で覆われていることがあり、その結果、機体と搭乗員が無意味に失われることがあった。戦後、航空専門家は、軍の任務はどんな状況でも可能となり、航空会社は霧のかかった空港から迂回するという無駄で費用のかかる行為を避けることができるため、軍人と民間人の両方の飛行者に利益があることを認識していました。[ 6 ] [ 7 ]

戦前には、米国のダイアモンド・ダンモア方式やドイツのローレンツ・ビーム方式など、ブラインド・ランディング・システムがいくつか開発されていた。どちらも、当時の大型機で一般的だった機内音声無線機にある程度依存していた。ダイアモンド・ダンモア方式は実用化されなかったようだが、ローレンツ方式はドイツ、イギリス、その他ヨーロッパ各地の主要空港や、関連する海外の飛行場で配備された。これらのシステムは、一般的に300～400kHz程度の一般的な中波周波数で運用されていたが、この周波数は戦時中期には明らかに低周波域にあった。システムの光学解像度は波長とアンテナシステムのサイズの組み合わせで決まるため、これらの周波数を使用すると精度が比較的低くなった。戦時中、100MHz前後のVHF周波数で動作する同様のシステムの実験が行われ、多くの軍用飛行場でそのようなさまざまなシステムが使用された。

オートランドの起源

システム試験に使用された飛行機DZ203

BLEUが設立される前の1945年初頭、デフォード空軍基地の通信飛行隊（TRE）所属のボーイング247D型機（DZ203 ）で、アメリカのSCS 51無線誘導システムを使用した自動着陸が行われた。着陸は完全な暗闇の中で行われ、着陸灯はなく、他のすべての灯火は戦時中の灯火管制で遮られていた。フレアアウトは発生せず、低速進入と浅い滑空角により、航空機は地面にまっすぐ着陸することができた。[ 8 ] [ 9 ] SCS 51は、1948年にICAOが採用した計器着陸装置（ILS）の基礎となった。[ 10 ]

モーズリー大佐のSCS 51に代わるシステムがありました。それはデフォードのF/O LCバーバーと彼の同僚によって完全に考案、開発、試験されたレーダーベースのシステムでした。[ 11 ]このシステムは、自動操縦の方向情報に追加できる距離と高度のデータを効果的に提供しました。[ a ]

1945年から1946年にかけて、英国王立航空機研究所（RAE）のブラインド着陸実験部隊（BLEU）がウッドブリッジ空軍基地とマートルシャム・ヒース空軍基地に設立された。同部隊は多分野にわたる部隊で、ファーンバラのRAEとマルバーンの電気通信研究施設（TRE）からスタッフを集めていた。[ 12 ]任務内容は、部隊が「RAEの衛星として活動し、英国空軍、海軍、民間航空機のブラインド進入および着陸の開発を担当する」ことだった。[ 13 ] BLEUでの最初の数年間の研究により、ブラインド着陸への有望なアプローチは完全自動システムであるという結論に至り、後にオートランドと名付けられたそのようなシステムの要件の定義が作成された。

計器着陸装置（ILS）は、SCS 51のコンセプトに基づいて戦後に導入されました。このシステムでは、横方向誘導用の「ローカライザー」と垂直方向誘導用の「グライドスロープ」という2つの独立した無線信号が使用されていました。どちらも同じ基本原理で動作し、それぞれの信号は固定された関係を持つ別々の搬送周波数で送信され、グライドスロープ周波数は常にローカライザーから一定量離れていました。

信号はそれぞれのアンテナに向かう途中で分割され、 90Hzまたは150Hzの低周波信号で振幅変調された。2つの信号は指向性アンテナから送信され、滑走路中央線のわずかに左（90°）と右（150°）、またはグライドスロープの上（90°）と下（150°）を狙った大きな放送パターンを生成した。このパターンは比較的幅が広く、中央で重なるように向けられており、正しい飛行経路を示していた。

このシステムは1940年代の技術で比較的簡単に実装でき、機能も良好でしたが、着陸時の誘導精度は数百フィート程度と不十分でした。ILS進入は滑走路上200フィートで終了し、その時点でパイロットは滑走路を視認できなければ進入を中止する必要がありました。これは、真に自動化されたシステムとしては全く不十分な精度でした。[ 14 ] [ 15 ]

BLEUが最初にこの課題に取り組んだのは、アンブローズ海峡パイロットケーブルに似た、滑走路の両側に1マイル（約1.6キロメートル）の長さのケーブルを2本設置することだった。航空機に搭載された検出器はケーブルからの信号を検知し、滑走路の中心線に沿って非常に正確に位置合わせを行うことができた。[ 16 ]垂直方向の誘導には、BLEUが開発した新型FM無線高度計が使用され、低高度でも2フィート（約60センチ）までの高度差を測定できた。[ 17 ]チームはこのシステムを用いて数千回の試験着陸を安全に実施した。

BLEUは、ほとんどの空港には1マイルのケーブルを敷設するスペースがないことを認識していたため、無線駆動のソリューションの開発を続けました。[ 14 ] [ 18 ] BLEUはスミス・インダストリーズ社と共同で、誘導信号から自動操縦装置へのコマンドを導き出すための連結ユニットと自動スロットルも開発しました。

システムのコンポーネントは、ランカスター、バイキング、デボン、アルベマールなど、数種類の航空機向けに個別に開発されました。使用された技術のデモンストレーションは、1949年5月に軍と政府の代表者に行われました。[ 19 ] 1950年までにシステム全体がDHデボンに搭載され、1950年7月3日にその航空機で最初の自動着陸のデモンストレーションが行われました。[ 20 ]その後20年間、BLEUは英国の産業界および英国の耐空性当局と連携して、これらの実験デモンストレーションの概念を大型輸送機による安全で正確なブラインド着陸に変換するために必要な先駆的な作業のほぼすべてを担当しました。[ 21 ] 2000年代初頭に使用されていたシステムは、基本的に1950年に実験的に使用されていたシステムと同じです。JSシェイラーの1958年の覚書に記載されている次の図は、自動着陸の連続的な段階でシステムのさまざまなコンポーネントと誘導信号がどのように使用されたかを示しています。

1958年にJSシェイラーが説明した自動着陸システムの段階

1950年代と1960年代のBLEU

1950年代初頭、完全な自動着陸システムの開発準備として、バレッタ、ミーティア、キャンベラの各機体で自動進入試験が行われました。キャンベラ（VN799）は1953年に購入されましたが、同年8月に両エンジン故障による不時着事故を起こし、廃棄処分となりました。幸いにも乗員に重傷はありませんでした。

当時、オートランドの優先順位は低かった。というのも、イギリス空軍戦闘機司令部向けの航空機の迅速着陸、パイロット用視覚補助装置、滑走路進入灯、バーブロ社とのDMEを使用した進入補助装置など、他のプロジェクトに努力が集中していたからである。それが変わったのは、Vフォース爆撃機隊の自動着陸に関する運用要件947 (OR947)が1954年に発行されたことである。 [ 22 ]当時、V爆撃機部隊は西側諸国の戦略的核戦力に対するイギリスの主要な貢献であり[ 23 ]、全天候型運用が不可欠であった。また、民間航空の自動着陸に対する関心も新たに高まっていた。開発の次のステップとして、デボンのフレアアウトおよび連結ユニットがスミス社製のタイプD自動操縦装置に接続され、デボンの10人ではなく38人の搭乗可能な、はるかに大型の航空機であるヴァーシティWF417に取り付けられた。最初の全自動進入および着陸は、1954年11月11日、穏やかで霧のかかった天候の下で、 WF417によって行われた。 [ 24 ]同様のシステムがキャンベラのWE189に搭載され、ジェット機に自動着陸を初めて適用した。[ 25 ]自動進入[ 26 ]および自動着陸[ 27 ]はWE189によって記録されたが、適切なリーダーケーブルの設置が唯一可能だったウッドブリッジの施設がBLEUで使用できなくなったため、1956年4月に開発は中断された。自動フレアおよび自動キックオフドリフトの開発はRAFウィッタリングで継続されたが、その年の9月、ウィッタリングでのテストから戻る途中のWE189が、マートルシャム・ヒースの基地への帰路についたとき、エンジン故障のために墜落した。パイロットのレス・コー飛行中尉とプロジェクトを担当したBLEUの科学者ジョー・バークル氏が死亡した。

1957年初頭、BLEUはマートルシャム・ヒースから、RAEベッドフォードの基地であるサーリーの新しい設備の整った飛行場に移転した。開発は、 WE189で得られた結果に基づいて、 3機目のキャンベラ機であるWJ992で継続された。WJ992での実験飛行は1957年後半に始まり、1958年3月にオートスロットルによる自動着陸に至った。以下のメモは、開発を行っていたBLEUの技術者の航海日誌からの抜粋である: [ 28 ] 1958年3月10日 (同プログラムの38回目の飛行)：「ドリフトはほとんどなく、約0.3G、高度150-55-15-0」。これは手動スロットルによる飛行だが、3月12日の強い横風の際にはオートスロットルが使用された。 3月17日には「強い追い風、20～25ノット、顕著なフロート」が見られ、6月20日にはさらに20回の飛行を経て調整を行い、「悪くない。主車輪で約0.7G、ドリフト開始も問題なし」と報告した。その後、6月26日には「高度50フィートでスロットルオフ。非常に満足のいく結果」、8月20日には「手足が自由になった」と報告した。この機体の自動着陸の記録は、1958年7月8日の第69便か​​ら開始された。キャンベラ機の自動着陸の記録は、1957年にウッドによって引用され[ 29 ]、1959年にはチャーンリーによって「中型ジェット機」として発表された[ 30 ] 。 1958年10月までに、BLEUは主にキャンベラ機とヴァーシティ機で2,000回以上の完全自動着陸を達成した[ 31 ] 。

当初は極秘とされていたV爆撃機プロジェクトは、キャンベラおよびヴァーシティの作業と並行して進められ、ヴァルカンXA899に自動着陸装置を搭載・開発する計画だった。ヴァルカンによる最初の自動着陸は1959年12月[ 32 ]から1960年4月[ 33 ]にかけて行われた。同年後半には試験運用が行われ、このシステムは1961年に軍用として採用された。

一部の空港ではリーダーケーブルが実用的ではないことが認識されていましたが、ILS（高度計）の改良によって不要となることが認識されていました。1950年代初頭にBLEU（英国陸軍航空軍）が開発した狭ビームローカライザー航空システムによって若干の改善が見られ[ 34 ]、1958年までに方位誘導にILSローカライザーのみを使用した自動着陸が可能になりました[ 35 ] 。これには良好な着陸場所が必要でしたが、1960年代初頭にはスタンダード・テレフォンズ＆ケーブルズ（ST&C）が開発したILS送信機用の根本的に新しい航空設計によってILSが改良され、リーダーケーブルが不要になる程度まで改善されました[ 36 ] 。

英国航空省と米国連邦航空局（FAA）は、長年にわたり、視界不良時の着陸誘導支援について協議を重ねてきました。米国は、英国で好まれていた全自動システムよりも、パイロット向けの支援を改良した「パイロット・イン・ザ・ループ」方式を支持していました。1961年、FAAは「BLEU自動着陸システム」の経験を積むため、ダグラスDC-7をRAEベッドフォードに派遣し、システムの設置と試験を行いました。その後、アトランティックシティに戻ってからの更なる試験を経て、FAAは全天候型着陸問題に対する全自動ソリューションを確信し、その後、国際的に採用されることになるこのソリューションを強く支持しました。[ 37 ]

それまでの段階において、自動着陸システムは「単一レーン」または単一チャネルシステムとしてのみ実現されており、機器の故障に対する冗長性は備えられていませんでした。1950年代後半から1960年代初頭にかけて、BLEU、英国民間航空局（CAA）、そして航空業界とBEAおよびBOACとの協力が強化され、最大許容故障率の仕様に基づく安全要件の定義が実現しました。[ 38 ] 1961年、CAAの英国航空登録委員会（ARB）は、作業文書BCAR 367「オートフレアおよび自動着陸の耐空性要件」を発行しました。これは、 1965年にICAOが採択した気象視程カテゴリーの定義の基礎となりました。[ 39 ] 1959年、BEAとBOACは、オートランドをベースにトライデントおよびVC10用の自動着陸システムを開発するための契約を締結しました。トライデントは共通部品のない三重システムを採用していたため、3つのチャネルのうち1つに障害が発生した場合、それを検知してそのチャネルを切断することができた。このシステムの初期の問題として「迷惑な切断」があったが、最終的には業界によって解決され、空転角を制御できるトルクスイッチが採用された。BEAのトライデント機群にカテゴリー3運用のための自動着陸システムを導入するには、BEA、ホーカー・シドレー・アビエーション、スミス・インダストリーズ、そしてBLEUの多大な努力が必要だった。[ 40 ]スミスとBLEUは、イギリス空軍のベルファスト貨物機向けにも三重システムを開発した。

VC10はエリオットの二重監視システムを採用していました。 [ 41 ]その後、コンコルドのシステムは基本的にVC10の改良版となり、1960年代後半の電子回路技術の進歩の恩恵を受けました。1980年までに、トライデントは5万回以上の運用中の自動着陸を実施しました。VC10は、1974年に経済的な理由からシステムの使用が縮小されるまでに3,500回の自動着陸を達成しました。1980年までに、コンコルドは旅客機として約1,500回の自動着陸を実施しました。[ 42 ]

BLEU（1974年にRAEの運用システム部門に改名）は、1994年にRAEベッドフォードが閉鎖されるまで、 DHコメット、BAC 1-11、HS 748 （10年以上BLEUの実験の主な「主力機」であったヴァーシティの後継機）、VC-10など、さまざまな航空機を使用して、航空機誘導システムの開発で主導的な役割を果たし続けました。

BLEUシステム

BLEUは、理想的なシステムには地上と航空機に搭載されたコンポーネントが必要であることを認識していました。従来のシステムは、ケーブルベースのシステムに伴う土地利用の問題やILSの精度の問題を回避できる信号で構成する必要がありました。着陸するすべての航空機には、信号を受信するセンサー、超高精度高度計、そして信頼性の高い自動操縦装置が搭載されている必要がありました。[ 14 ]当時使用されていた気圧高度計は高度の大まかな推定値しか提供できなかったため、BLEUは航空機に着陸時のフレアアップのタイミングを知らせるためのビームを補完する航空機搭載型レーダー高度計を開発しました。[ 14 ]

BLEUの研究は、飛行機の着陸を制御する同名のシステムを生み出した。[ 43 ]ノエル・アダムス飛行中尉は、1950年7月3日にBLEUの試験機であるビッカース・ヴァーシティで初の自動着陸を行なった。[ 14 ]システムの成功を実証した後、BLEUはそれが安全であることを証明する必要がありました。要求された基準は、どの着陸システムでも1000万回の着陸で1回以上の事故を起こしてはならない、というものでした。[ 44 ] BLEUの技術者は、テストパイロットがヴァーシティで数え切れないほどの自動着陸を行う間、システムの改良を続けました。霧のために空港が閉鎖されているときは、ロンドン・ヒースロー国際空港でテスト着陸を行ないました。

1959年の論文[ 45 ]で、当時BLEUの長官であったジョン・チャーンリーは、統計的結果の議論の結論として、「したがって、自動着陸システムは、天候により人間のパイロットが着陸できない場合でも、航空機を着陸させるだけでなく、はるかに正確に着陸させると主張するのは妥当である」と述べた。このシステムは1964年に商用利用が承認され、1964年11月4日、エリック・プール機長は視程40メートルの状態で英国欧州航空（British European Airways）の飛行機をヒースロー空港に着陸させた。これは、このような厳しい気象条件で商用飛行機を着陸させるためにこのシステムが使用された最初の事例であった。[ 46 ]

遺産

BLEUは自動着陸の開発に重要な役割を果たし、そのシステムの後継機は現在でも世界中で使用されています。[ 47 ] [ 48 ]

参照

注記

  1. ^この完全な技術的説明は、RAF 博物館ヘンドンのアーカイブ (参照番号 X005-4863) で参照可能であり、ボーイング 247 DZ203のオリジナルの写真記録も含まれています。

参考文献

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