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20.02.1981 - 

Elektronische Rechnersysteme für Flugzeuge:

Avionik-Computer am Steuerknüppel

Elektronische Systeme für Flugzeuge werden im Fachkauderwelsch der Luftfahrt "Avionik" genannt, und so lautet das Thema dieses Beitrags "Digital Avionik". Es geht dabei um die Frage, welchen Nutzen Flugzeug-Bordcomputer, die heute erst sporadisch, in naher Zukunft aber wohl allgemein in modernen Luftfahrzeugen eingesetzt werden dürften, bringen - nämlich mehr Sicherheit bei geringeren Gesamtkosten, wie die Verfechter der Flugzeug-Computerisierung uns verheißen. Und bewähren Computer sich in der Luft, dürften sicher auch wir Erdgebundenen diesen oder jenen Nutzen aus den dann verfügbaren Betriebserfahrungen ziehen können.

In knappen Stichworten aufgelistet, versprechen "Flight-Management-Computer" - mit ihrer Entwicklung wurde schon vor mehr als einem Dutzend Jahren begonnen - mehr Wartungsfreundlichkeit, eine größere Ausfallsicherheit (zwischen zwei Störungen sollen mindestens 40 Prozent mehr Zeit vergehen als bei vergleichbaren Analogsystemen) - und vor allem auch Spriteinsparungen durch intelligentes Steuern der Triebwerke nach Maßgabe der jeweils aktuellen navigatorischen Daten.

Extensiver Selbsttest

Allerdings scheinen manche Flugzeugkonstrukteure den Schwenk zum Computer doch etwas zu euphorisch angegangen zu haben, wie Gerüchte um den für 1982 erwarteten "Boeing 767"-Jet zeigen: Wie schon vor zehn Jahren beim Erst-Einsatz digitaler Militäravionik soll es auch jetzt wieder Probleme mit der Softwarezuverlässigkeit geben, erfuhr das "IEEE-Spectrum", wofür Fachleute übrigens die Konzentration zu vieler Funktionen in einem

Zentralcomputer, also vor allem übertriebene Softwarezentralisierung verantwortlich machen.

Digitale Flugzeugsteuerung - das bedeutet vor allem auch Reduzierung der Wartungskosten einer Maschine, denn die Bordcomputer sollen nicht nur maximal 800 statt zuvor die Flugzeugelektronik 350 Stunden zwischen zwei Versagern des Gesamtsystems durchhalten, für sie sollen halb soviel

Satzteilpositionen wie früher ausreichen (eine gewichtige Kostenersparnis) und es soll fünfmal weniger "Ausfälle aus unbekannter Ursache" geben als früher. Kein Wunder: Die Computer sind ja mit extensiven Selbsttest-Funktionen ausgestattet, die 95 Prozent der Versager ohne besondere menschliche Unterstützung lokalisieren können, versprechen die Elektroniker von Sperry Flight Systems in Phoenix, Arizona (sie rüsten die B 767 aus). Die bei Selbsttest-Routinen während des Fluges gesammelten Daten sollen übrigens gespeichert und dann am Boden eingehenden Prüfungen in stationären Computern unterzogen werden.

Die neuen Flight-Management-Computer gleichen prinzipiell den bekannten stationären Realtime-Maschinen mit Timesharing-Betrieb durch mehrere Benutzer, und entsprechend kritisch wird mithin auch bei ihnen das Software-Timing. Timing-Probleme bei den frühen militärischen Bord-Computern (damals noch Zentral-Anlagen) förderten übrigens den Trend zu modular aufgebauten Prozessor-Konfigurationen, die sich ergänzen und teilweise wohl auch gegenseitig zu ersetzen vermögen, die aber auch unabhängig, auf der Basis modularisierter Softwareblöcke arbeiten können. Ihre Entwicklung, "Entwurmung", Wartung und Systemkontrolle wurden durch das Block-Konzept merklich vereinfacht. Doch aus Kostengründen wollen die Zivilflugzeug-Kunden anscheinend lieber einen Zentralrechner, der übergeordnete ökonomische Optimierungsaufgaben angeblich besser bewältigen kann als ein Bordrechner-Netz ohne "Kapitän", ist zu hören.

Gesamtkosten optimiert

Tatsächlich fungiert beispielsweise der geplante Zentralrechner in der 767 gewissermaßen als eine Art "Oberster Online-Rechnungshof", denn er muß beispielsweise herausfinden, ob man die Gesamt-Flugkosten (einschließlich Wartungskosten und Pilotensalär) besser durch schnelles, wenn auch spritfressendes Fliegen drückt oder ob die Düsen besser auf Spargang geschaltet werden sollten. Außerdem sollen seine Programme die Piloten im verwirrenden Luftverkehrs-Überwachungssystem das Zurechtfinden erleichtern: Ein System, in dem immer noch ein Haufen Fehler auftreten, die, auch wenn "nichts passiert ist", doch besser von Anfang an vermieden würden, wie Piloten zu berichten wissen.

Wenn auch mit zentralen Überwachungs- und Leitaufgaben betraut, ist der Flight-Management-Computer (sicherheitshalber in doppelter Hardware an Bord) doch nicht der einzige Bordrechner, wie ein Blick auf die JGJ-Systemkonfiguration zeigt. An ihm hängen ein Schub-Management-Computer zur optimalen Fein-Regelung der Triebwerke, drei Flug-Steuerungs-Computer zur Erzeugung der Steuersignale für Start, Flug und Landung, zwei Air-Data-Computer und daneben noch die übrigen Warn- und Alarmsysteme, Kommunikationssysteme, Trägheits-Navigationssysteme sowie allerlei Anzeige-Einheiten. Die erwähnten Neben-Computer können übrigens auch bei Ausfall der Zentraleinheiten immer noch autonom weiterwursteln, aber eben nicht mehr mit der Effizienz, die die Koordination durch die Zentrale bewirkt.

Dieser zentrale Flight-Management-Computer kann nämlich sogar vom Start bis zur Landung den jeweils optimalen Flugplan errechnen, "elektronische Landkarten" auf einer Anzeige darstellen, die Navigation übernehmen und anderes mehr, wobei natürlich die nachgeordneten Rechner jeweils von ihm die Sollwerte vorgegeben bekommen, nach denen dann etwa die Spritzufuhr geregelt oder das Leitwerk angesteuert wird (Autopilotfunktionen). Alle Einheiten verkehren untereinander über einen Datenbus, der nicht nur für Kompatibilität zwischen den Steuercomputern und alIen Sensoren und Stellgliedern sorgt, sondern nebenbei noch neun Zehntel des bisherigen Kabel-Gewichts einsparen hilft.

Der Flight-Management-Computer stellt den Flugplan wahlweise unmittelbar an Hand der gespeicherten Streckennetz-Daten der jeweiligen Flug-Gesellschaft zusammen, oder er errechnet auf Befehl des Piloten das Flugprogramm zwischen zwei beliebig vorgebbaren Punkten. Überlegt der Kapitän sich eine Kursänderung, etwa wegen eines Gewitters, so errechnet das System sofort, welche Mehrkosten dann zu erwarten sind und zeigt sie auf dem Display an.

Fehlt nur noch ein Rechner, der dem Passagier sagt, wie er am Boden dann ohne Warterei an seinen Koffer kommt . . .

Im Kern ein SDP-175-Prozessor

Ein typisches Beispiel für einen "Flight-Management-Computer" der Art, wie sie im nebenstehenden Artikel behandelt werden, ist die im "Airbus A 310" eingesetzte Einheit von Sperry Flight Systems.

Hier handelt es sich um ein System auf Basis des 16-Bit-"SDP-175"-Prozessors, kombiniert mit einem 4-MBit-Plattenspeicher für mehr als 250 000 16-Bit-Worte. Der Prozessor, in bipolarer LSI-Technik aufgebaut, ist mikroprogrammiert und verfügt über 95 Befehle, wobei mit einer Zykluszeit von 250 Nanosekunden ein Durchsatz von 700 000 Operationen pro Sekunde erzielt wird. Spezielle "Overflow-Protected-Instructions" sorgen für besonders sicheren Betrieb des Systems, ebenso ist natürlich die Hardware besonders auf Zuverlässigkeit getrimmt, betont der Hersteller.

Zwischen Prozessor und Plattenlaufwerk ist bei dieser Flugsteuerungseinheit ein RAM mit 16 K Worten geschaltet, das im Direct-Memory-Adress-Modus mit 500 Nanosekunden Zugriffszeit arbeitet. Die gleiche RAM-Kapazität kann durch Einstecken einer weiteren Karte hinzugefügt werden.