گزارشی از آزمایشگاه شبیه‌سازی پرواز و مصاحبه با دکتر ثقفی
ســلام، فریبــرز ثقفــی هســتم. از ســال ٧٦، ابتــدا عضــو هیئــت علمــی دانشــکدۀ مکانیــک، گــروه هوافضــا بــودم و از ســال ٧٨ بــا ایجــاد دانشــکدۀ هوافضــا، عضــو هیئــت علمــی دانشــکدۀ هوافضــا، گــروه دینامیــک پــرواز و کنتــرل شــدم. دکتــرای خــودم را در زمینــۀ دینامیــک پــرواز از دانشــگاه کرانفیلــد انگلســتان گرفتــم و دروس مربــوط بــه ایــن زمینــه را تدریــس می‌کنــم.
در زمانــی کــه شــروع بــه تدریــس کــردم، بــا یــک مســئله برخــورد داشــتم. زمانــی کــه دانشــجویان وارد دپارتمــان هوافضــا می‌شــوند، آشــنایی کمــی بــا اصــل پــرواز دارنــد و بــا ایــن حــال، بســیار مشــتاق بــه یادگیــری آن هســتند؛ امــا مــا تنهــا یــک ســری مســائل تئــوری را دربــارۀ پــرواز بیــان می‌کنیــم و حســی را کــه دانشــجویان بایــد بــه پــرواز داشــته باشــند، بــه آن‌هــا منتقــل نمی‌کنیــم، ماننــد حــس خلبــان بــه پــرواز! مدت‌هــا در ایــن فکــر بودیــم کــه ایــن نــوع مهارت‌هــا را بــه بچه‌هــا انتقــال دهیــم؛ امــا مقدمــات آن فراهــم نمی‌شــد. در کنــار ایــن مســئله، در دانشــگاهی کــه در دوران دکتــری در آن تحصیــل می‌کــردم، می‌دیــدم کــه چقــدر در آن‌جــا بــه ایــن موضــوع حســاس هســتند. به‌عنــوان مثــال، یــک درســی داشــتند کــه در آن یــک هواپیمــای تجهیزشــده‌ای وجــود داشــت و مــا داخــل آن، پشــت میزهایــی کــه داده‌هــای هواپیمــا را در اختیــار مــا قــرار مــی‌داد، می‌نشســتیم و ده پــرواز_ حــدود یــک ســاعته در ده هفتــۀ مختلــف انجــام می‌دادیــم و هــر بــار یــک پارامتــر یــا یــک رفتــار دینامیکــی آن را بررســی و داده‌بــرداری می‌کردیــم و بــا نوشــتن گــزارش مفصلــی، نتایــج را بــا نتایــج تئــوری مقایســه می‌کردیــم. مــن خیلــی علاقــه داشــتم کــه مشــابه کار در اینجــا صــورت بگیــرد؛ ولــی هواپیمایــی بــرای انجــام آن نداشــتیم. بــه همیــن دلیــل، در نظــرم بــود کــه چــرا به‌جــای هواپیمــا، از جایگزیــن کم‌هزینــۀ آن یعنــی شبیه‌ســاز اســتفاده نکنیــم کــه یکــی از کاربردهــای آن، همــان کاری بــود کــه در آن دانشــگاه انجــام می‌دادیــم.
آزمایشگاه شبیه‌سازی پرواز
نهایتــاً ایــدۀ تشــکیل یــک آزمایشــگاه بــه ذهــن خطــور کرد؛ در حــال حاضــر، آزمایشــگاهی داریــم به‌نــام «آزمایشــگاه شبیه‌ســازی پــرواز». ایــن آزمایشــگاه در دو زمینۀ پشــتیبانی دروس دانشــکده (بــه‌خصــوص دروس مربــوط بــه دینامیــک پــرواز) و خدمــات پژوهشــی و آموزشــی، خدماتــی ارائــه می‌کنــد. ایــن آزمایشــگاه مجهــز بــه یــک دســتگاه شــبیه ســاز پــرواز هواپیمــای سســنا ٢۷۱ اســت. ایــن دســتگاه در همیــن دانشــکده طراحــی و ســاخته شــده اســت. ســابقۀ آن بــه حــدود چهــار ســال پیــش کــه پیشــنهاد آن بــه ســتاد راهبردی دانشــگاه داده شــد، بــر مــی گــردد. ایــن ســتاد بــا بودجه‌هــای محــدودی از طــرح ســاخت حمایــت کــرد کــه اولیــن آن، حــدود دو ســال پیــش دریافــت شــد و بــا همیــن بودجــه هــای دانشــگاهی طــرح بــه نتیجــه رســید. در همیــن فرصــت لازم اســت تشــکر خــود را از مســئولین قبلــی و فعلــی دانشــکده و دانشــگاه و کلیــۀ همکارانــی کــه در بــه ثمــر رســیدن کار به مــا یــاری کــرده و از حمایــت خــود دریــغ نکردنــد، ابــراز کنــم. دســتگاه شــبیه ســاز از نــوع پایــه ثابــت مــی باشــد و ابعــاد و محیــط داخلــی اتاقــک خلبــان آن بــا دقــت بســیار خوبی مشــابه هواپیمــای سســنا ٢۷۱ طراحــی شــده اســت. ایــن شــبیه ســاز از نــرم افــزار، پنــل آلات دقیــق، سیســتم تصویــری و ایســتگاه اســتاد خلبــان قابــل قبولــی برخــوردار اســت. دســت انــدرکاران حــوزۀ هوانــوردی و تعــداد زیــادی خلبــان کــه از آن بازدیــد و بــا آن پــرواز کرده‌انــد، همگــی بــر نزدیــک بــه واقعــی بــودن حــس پــرواز و تــا حــدی بــه منحصــر بــه فــرد بــودن آن در میــان شــبیه ســازهای موجــود در مــدارس خلبانــی تاکیــد دارنــد. در ضمــن، بــد نیســت یــادآوری کنــم کــه آزمایشــگاه بــه دوربیــن واقعیــت مجــازی پیشــرفته ای نیــز مجهــز اســت کــه در کاربردهــای خاصــی مــورد اســتفاده قــرار مــی گیــرد.
در حــال حاضــر، از شبیه‌ســاز هــم در کاربــرد آموزشــی و هــم در کاربــرد پژوهشــی اســتفاده می‌کنیــم. اولیــن کاربــرد آموزشــی ایــن بــوده کــه مــا درســی را بــه نــام آزمایشــگاه مجــازی تســت پــرواز تعریــف کردیــم. دســتورالعمل‌های مــورد نیــاز را تدویــن کردیــم و بــر روی شبیه‌ســاز نیــز تغییراتــی را دادیــم تــا هــدف مــورد نظــر اجرایــی شــود. ایــن کار در قالــب یــک پایان‌نامــۀ ارشــد بــا همــکاری دانشــجوی دکتــرای فعلــی اینجانــب، آقــای مهنــدس قــادری، به‌طــور مفصــل انجــام شــده اســت. در ایــن کار، ده دســتورالعمل آزمایشــگاهی تدویــن شــده اســت؛ یعنــی کامــا_ مشــخص اســت کــه دانشــجو می‌خواهــد چــه آزمایشــی را انجــام دهــد، بایــد چــه کاری انجــام بدهــد. چــه اطلاعاتــی را ثبــت و گزارش کنــد. بــرای اجرایــی کــردن ایــن کار لازم بــود تغییــرات مفصلــی روی هســتۀ محاســباتی نــرم افــزار بــه منظــور تغییــر رفتــار هواپیمــای جــت اســتریم (هواپیمــای موضــوع درس آز مجــازی تســت پــرواز) از نســخۀ جدیــد بــه نســخۀ قدیمــی صــورت گیــرد. همین‌طــور داده‌هــای اندازه‌گیــری شــده از حالــت ایــده آل خــارج و مشــابۀ آنچــه شــوند کــه در واقعیــت از یــک سنســور دریافــت مــی کنیــم.
اهداف و کاربردها
هدفــی کــه در آزمایشــگاه داریــم ایــن اســت کــه دانشــجویان، زمــان پــرواز را درک کننــد. می‌تــوان بــا زدن یــک دکمــه، هواپیمــا را در ارتفــاع مــد نظــر بــرد و اطلاعــات مــورد نیــاز را اســتخراج کــرد؛ امــا هــدف ایــن اســت کــه ماننــد هواپیمــای واقعــی از روی زمیــن تیــک‌آف کننــد و مــدت زمــان مــورد نیــاز بــرای رســیدن بــه ارتفــاع دلخــواه ســپری شــود و دانشــجویان خودشــان ایــن زمــان را درک کننــد و حــس پــرواز بــه آن‌هــا دســت دهــد و بــا رســیدن بــه ارتفــاع مــورد نظــر، اطلاعــات خــود را اســتخراج کننــد.
تاکنــون، ایــن درس ٥ تــرم ارائــه شــده اســت. اوایــل، بــه دلیــل حجــم کار و گزارش‌هــای مفصــل و ســایر مــوارد، تعــداد کمــی ایــن درس را اخــذ می‌کردنــد؛ امــا خوش‌بختانــه در ایــن تــرم، تعــداد قابل‌قبولــی ایــن درس را اخــذ کرده‌انــد. دانشــجویانی کــه در زمینــۀ هوانــوردی می‌خواهنــد هدف‌گــذاری کننــد و ادامــه دهنــد و می‌خواهنــد در آینــده در شــرکت‌های هواپیمایــی و ایرلاین‌هــا مشــغول شــوند، ایــن درس بــه آن‌هــا کمــک می‌کنــد تــا درک و دیــد بهتــری داشــته باشــند. از ایـــن شـــبیه ســـاز در درس دیگـــر دانشـــکده تحـــت عنـــوان آموزش خلبانی نیز اســـتفاده می‌شـــود. این درس نیـــز حدود چهار ســـال اســـت که به‌طـــور پیوســـته به لطف خلبـــان انتظـــاری هر نیم‌ســـال ارائه شـــده اســـت. علاوه‌بر آن، دانشـــجویان درس دینامیک پرواز ۱ اینجانب در ساعات حل تمریـــن، تحت عنوان آز پـــرواز، با این شبیه‌ســـاز پرواز کـــرده و محاســـبات عملکـــردی را کـــه به‌صـــورت تئـــوری آموخته‌اند در شـــرایط عملی به بوتۀ آزمایـــش می‌گذارند. در ایـــن پروازها، تاکید بســـیار وجود دارد کـــه تمام مراحل پـــرواز بـــدون انقطـــاع و کاملاً مشـــابه یـــک پـــرواز واقعی بـــه انجام برســـد تا دانشـــجویان حـــس کاملی از پـــرواز با یـــک هواپیما، زمان، ســـرعت تغییـــر ارتفـــاع، صحنۀ زمین و غیـــره را داشـــته باشـــند. این مهـــم نیز به لطـــف خلبان بـــودن مهندس قادری محقق شـــده اســـت.
یــک کار تحقیقاتــی بــا عنــوان «خســتگی خلبــان » در حــال انجــام اســت کــه در ایــن کار بــه کمــک هــوش مصنوعــی و بــا نصــب یــک دوربیــن جلــوی خلبــان انجــام می‌شــود. ایــن دوربیــن می‌توانــد حرکــت مردمــک چشــم خلبــان را بررســی کنــد. ایــن اطلاعــات پــردازش تصویــر می‌شــود و طبــق فرآیندهایــی کــه بــر روی آن صــورت می‌گیــرد، خســتگی خلبــان تشــخیص داده‌می‌شــود و هشــدار ارســال می‌شــود. بــرای ایــن پــروژه، می‌بایســت تعــدادی خلبــان در هواپیماهــای مختلــف پــرواز کننــد. بــرای انجــام ایــن کار، تــا بــه حــال، از ١٠ خلبــان در شبیه‌ســاز در شــرایط و در زمان‌هــای مختلــف ماننــد صبــح، ســرحال و یــا عصــر، خســته، تســت گرفتــه شــده اســت.
از ایده‌هــای دیگــر موجــود می‌تــوان بــه افــزودن سیســتمی جهــت نمایــش رفتــار موتــور بــه هنــگام پــرواز در شــرایط مختلــف اشــاره کــرد. به‌صورتی‌کــه در زمــان تســت پــرواز، دانشــجویان داده‌هــای مربــوط بــه موتــور و تأثیــرات آن را نیــز مشــاهده کننــد. در ادامــه، شــاید بــه جایگاهــی برســد کــه بتوانیــم مثــلاً جریــان داخــل موتــور را نمایــش دهیــم. در نهایــت، بــه دســتاوردی برســیم کــه دانشــجو بــه کمــک ایــن سیســتم، هــم پــرواز را تجربــه کنــد و هــم عملکــرد کلیــۀ زیرسیســتم‌ها را ببینــد.
چشم‌اندازها
در انجــام پروژه‌هــای کارشناســی، بســیار راغــب هســتیم تــا دانشــجویان بــه ایــن زمینــه ورود پیــدا کننــد و همچنیــن از دانشــجویانی کــه عملکــرد خوبــی در دروس از خــود نشــان می‌دهنــد، دعــوت بــه همــکاری می‌کنیــم. در برخــی از کارهــا بــا کمبــود نیــرو مواجــه هســتیم؛ امــا تــا زمانــی کــه دانشــجویان از خــود علاقــه‌ای نشــان ندهنــد، نمی‌توانیــم کاری انجــام دهیــم. هــر دانشــجویی که بــه زمینــۀ هوانوردی، پــرواز و دینامیــک پــرواز علاقه‌منــد باشــد، مــی توانــد بــا آزمایشــگاه در قالــب تعریــف شــده‌ای همکاری داشــته باشــد.
چشــم‌اندازهایی بــرای توســعۀ آزمایشــگاه و کاربردهــای آموزشــی و پژوهشــی آن وجــود دارد. از میــان کاربردهــای آموزشــی می‌تــوان بــه تفکیــک آزمایشــگاه مجــازی تســت پــرواز بــه آزمایشــگاه‌های پــرواز ۱ و٢، هرکــدام به‌عنــوان مکمــل یکــی از دروس دینامیــک پــرواز ۱ و٢ در کنــار تدویــن دســتورالعمل‌های آزمایشــات جدیــد، گســترش فضــای شبیه‌ســازی بــه منظــور نمایــش عملکــرد زیرســامانه‌های هواپیمــا طــی پــرواز در فازهــای مختلــف، گســترش اســتفاده از واقعیــت مجــازی و واقعیــت افــزوده در آمــوزش و پژوهــش در مهندســی هوافضــا بــا نیم‌نگاهــی بــه پدیــدۀ نوظهــور متــاورس. ارائــه دوره‌هــای کوتاه‌مــدت آشــنایی بــا خلبانــی بــرای دانشــجویان و دانش‌آمــوزان علاقه‌منــد بــه فــن پــرواز اشــاره کــرد. در موضوعــات پژوهشــی می‌تــوان بــه گســترش اســتفاده از شبیه‌ســاز در پژوهش‌هــای مرتبــط بــه رفتارشناســی خلبــان، خدمــه و مســافر در پــرواز در شــرایط و بــا وســایل پرنــدۀ مختلــف خصوصــا_ مطالعــات مرتبــط بــا موضوعــات نوظهــوری ماننــد تحــرک هوائــی شــهری (UAM ,Urban Air Mobility)، توســعۀ نرم‌افزارهــای شبیه‌ســازی بــرای وســایل پرنــدۀ نامتعــارف و یــا نوظهــور ماننــد eVTOLهــا و یــا ماموریت‌هــای چنــدان مطالعه‌نشــده ماننــد آتش‌نشــانی هوایــی، پــرواز در اثــر زمیــن، حمــل بــار هوایــی بیــرون از بدنــه، ماموریت‌هــای مشــارکتی و غیــره یــاد کــرد. چشــم‌اندازهایی نیــز بــرای ارائــۀ خدمــات بــه مؤسســات خــارج از دانشــگاه وجــود دارد. یکــی از مهم‌تریــن آن‌هــا در اختیــار گذاشــتن بخشــی از ســاعات کاری شبیه‌ســاز بــه مــدارس خلبانــی اســت. ایــن مهــم هنگامــی میســر اســت کــه مجــوز بهره‌بــرداری از هواپیمــای کشــوری اخــذ شــود. در حــال حاضــر، اقداماتــی در ایــن راســتا آغــاز شــده اســت. در آخــر عــرض کنــم اقداماتــی نیــز بــرای جــذب و اســتفاده از پتانســیل‌ها و حمایت‌هــای ســازمان‌های خــارج دانشــگاه در راســتای تکمیــل و توســعۀ و گســترش کاربــرد فعالیت‌هــای آزمایشــگاه شبیه‌ســازی پــرواز درجریــان اســت.
