Miten Patriasta tuli avioniikan asiantuntija

Teksti ja kuvat: Eero Kovamäki

Kehittyneen osaamisen avulla toteutettiin mittava ohjaamopäivitys Hawk-kalustoon; alkaen vuonna 2007 Hawk Mk.51-kalustolla ja jatkumona modifioitiin Sveitsistä hankitut Mk.66 koneetkin. Sittemmin päivitettiin vielä seitsemän Mk.51-konetta. Kaikkiaan 31 Hawk-harjoitushävittäjää sai täten uusitun ilmeen. Hawkin keskustietokoneen ohjelmiston ylläpitokyky hankittiin Suomeen hankkeen ensimmäisen vaiheen aikana.

USA:ssa koulutetut Patrian insinöörit ja ensimmäisen vaiheen sopimusneuvotteluissa hankitut ohjelmiston lähdekoodit takasivat keskustietokoneen jatkuvan kehitysmahdollisuuden. Kotimainen jatkokehitysvalmius lähellä loppukäyttäjää takaa pitkälle kantavan suorituskyvyn Hawk-kalustolle.

Hawkissa hankittu integrointikokemus on tuonut Patrialle kyvyt tarjota vastaavia palveluja myös muulle kalustolle, kuten Rajavartiolaitoksen Bell 412 -projekti ja Ilmavoimien GROB-modifikaatio esimerkinomaisesti kuvaavat.

Lähes täysin uudistunut Hawkin ohjaamo sai Hornetista tutut elementit:

• MDF (Multi Function Display) -monitoiminäyttö
• HUD (Head-Up Display) -heijastusnäyttö
• UFCP (Up-Front Control Panel) -keskuskäyttöpaneeli
  

  

• MDR (Mission Data Recorder) -nauhuri (tiedon tuonti koneeseen ja vienti koneesta)
• NAV/COM/DME/VOR/ILS -uusittu väyläliityntäinen radio- ja navigointivarustus
• INS/GPS -paikannusjärjestelmä
• ADC -väyläliityntäinen ilma-arvojärjestelmä (korkeus- ja nopeustiedot).

Mitä avioniikka tarkoittaa?

Avioniikkaa (englanniksi avionics) sanotaan ilmailuelektroniikaksi. Avionics sana juontaa juurensa sanoista aviation ja electronics.

Yleisesti ottaen voidaan sanoa, että kaikki ilma-aluksissa käytetyt elektroniikkajärjestelmät ovat avioniikkajärjestelmiä, joskin jotkut sotilaskonevalmistajat sanovat avioniikaksi perinteisiä lentämiseen liittyviä järjestelmiä kuten yhteysradio- ja suunnistusjärjestelmät. Sotilaselektroniikkaa, kuten esimerkiksi tutka, nimetään asejärjestelmiksi (englanniksi weapon systems).

Myös ilma-alusten kuljettamia hyötykuormia, esimerkiksi etsintävalaisimet ja kameravarustus sanotaan joskus avioniikaksi joskus tehtävävarustukseksi (mission systems).

Avioniikkaa voidaan jakaa vieläkin useammalla tavalla, esim. analoginen ja digitaalinen. Nykyään kaiken muunkin tekniikan digitalisoituessa on tietokonepohjaiset järjestelmät vieneet jalansijaa analogiselta lentokone-elektroniikalta.

Peruslentämisessä tarvittava avioniikka voi olla hyvinkin yksinkertainen, jos ajatellaan esimerkiksi purjelentokoneiden varustusta, mutta tyypillisesti pienkoneiden järjestelminä ovat ainakin kommunikaatiojärjestelmä, suunnistusjärjestelmä ja lentotilan (korkeus, nopeus, pituus- ja poikittaiskallistus) ilmaiseva järjestelmä. Koneiden voimanlähteenä oleva moottori tarvitsee myös omat anturinsa ja mittarinsa toiminnan valvontaa varten.

Mitä avioniikka on käytännössä ja mistä se koostuu tyypillisessä sotilasilma-aluksessa?

Tyypillisessä sotilasilma-aluksessa avioniikka laajasti käsitettynä sisältää kaiken sen elektroniikan, jota lentävässä varustuksessa on mukana. Järjestelmät ovat yleensä ryhmitelty kokonaisuuksiin, esimerkiksi seuraavasti:

• Communication, Radio Navigation, Identification (CNI)
• Navigation and Flight Aids (GPS/INS, Air Data Computer, …)
• Status Monitoring Equipment
• Flight and Mission Recorders
• Mission Computers
• Tactical Sensors (Radar, FLIR,…)
• Stores Management Systems (Armament Computer, Decoders, Pylons)
• …

Jokainen yllä mainituista ryhmästä koostuu useammista laitteista, jotka on kytketty toisiinsa erilaisin keinoin; nykyään tyypillisimmin digitaalisin väylin.

Koneen keskeisin äly on keskustietokoneissa (Mission Computers), jotka ovat usein kahdennettu turvallisuuden varmistamiseksi. Toisen mahdollisesti vikaantuessa, voi toinen laite hoitaa kriittisemmät toimet toisenkin puolesta.

Näyttölaitteet ovat nykyajan tyypillisessä sotilaskoneessa digitaalisia LCD-monitoiminäyttöjä. Kosketusnäyttöjäkin käytetään, mutta tärkeämpää on pitää ohjaajan kädet tehovivulla ja ohjainsauvalla, jotka ovatkin täynnä kytkimiä eri toimintoja varten. (HOTAS – Hands On Throttle And Stick).

Sensoreita ja järjestelmiä on niin paljon, että ohjaajan työkuormaa ja havainnointia koetetaan auttaa ohjelmistollisin keinoin siten, että eri sensorien tietoa yhdistellään valmiiksi selkeyttäen näin tilannekuvaa.

Tutka on ollut perinteisesti tärkein koneen taktisista sensoreista, mutta nyttemmin se on saanut rinnalleen optiikan keinot; infrapunaa- ja laseria -hyödyntävät järjestelmät.

Suunnistaminen on helpottunut karttanäyttöjärjestelmien ja GPS:n myötä. Samoin hyrräjärjestelmät (Inertial Navigation System, INS) ovat tarkentuneet ja kehittyneet niin, että koneen lentotila on kaiken aikaa ohjaajan tiedossa.

Digitalisoituminen

Digitalisoitumisen jälkeen koneen järjestelmät osaavat tarkkaan valvoa omaa toimintakuntoaan ja voivat kertoa tilastaan sekä ohjaajan näyttölaitteille että tallentimelle.

Tallentimen rooli onkin moninainen. Tyypillisesti lentotehtävä valmistellaan maajärjestelmillä ennen lentoa ja tehty suunnitelma viedään koneeseen muistivälineellä ohjaajan näytöille mm. karttapohjan päälle. Lennon aikana kerätään tietoa lennon kulusta, taktisen tehtävän vaiheista, laitteiden kunnosta, ohjaajan lentoajasta, jne. Tiedot taltioidaan palatessa maajärjestelmiin ja useammankin koneen yhteisharjoituksen kulku voidaan tarkastella tehtävän purkujärjestelmillä (Mission Debriefing System).

Sotilaskoneen kommunikaatiojärjestelmille tyypillistä on puheyhteyden lisäksi digitaalinen tiedonsiirto koneiden välillä sekä koneen ja maassa olevan taistelujohtajan välillä (tietovuo/datalink). Tällainen tiedonsiirtoyhteys yleensä salataan ja suojataan niin, että tahallisen häirinnän aikanakin viestit kulkevat perille. Usein myös puheyhteys on digitaalista ja samoin tahalliselta häirinnältä suojattu.

Erilaisten sensorien avulla koetetaan löytää sotilaskoneen vastustaja ja saada se alttiiksi koneen ripustimissa olevien aseiden vaikutukselle. Kone itse yrittää taas välttää vastustajan toimintaa käyttämällä omasuojajärjestelmiään (Electronic Warfare, EW). Tyypillisimmin tällaiset laitteet ovat metallisilppua heittäviä tutkaohjuksilta suojaavia tai soihtuja heittäviä lämpöhakuisilta ohjuksilta suojaavia järjestelmiä. Myös vastustajan tutkaa koetetaan kiusata radiotaajuisilla häirintälähettimillä. Usein nämä häirintälähettimet toimivat automaattisti tutkitulla ja tarkkaan määritellyllä tavalla koneen tutkavaroittimen niin ilmaistessa.

Mitkä ovat tärkeimmät komponentit/järjestelmät?

Edellä kuvatulla tavalla tietokoneet ja niiden ohjelmistot ovat saavuttaneet keskeisimmän roolin sotilaskoneen järjestelmissä. Lähes jokaisen laitteen sisältä löytyy vähintäänkin mikroprosessori, joka ohjaa varsinaista tehtäväänsä, tekee jatkuvaa oman toimintakunnon tarkkailua ja kommunikoi digitaalisten väylien avulla suoraan keskustietokoneelle tai laiteryppään pääprosessorille. Esimerkiksi tutkajärjestelmä koostuu lukuisista laitteista, jotka on sijoitettu eri laitekoteloihin ja toisinaan eri puolille konetta. Vastaavasti asejärjestelmässä (Stores Management System, SMS) on asejärjestelmän tietokone, joka on yhteydessä keskustietokoneille ja toisaalta omille alayksiköilleen. Samanlainen tilanne on omasuojajärjestelmän laitteiden kanssa. Omine digitaalisine tiedonsiirtoyhteyksineen ne muodostavat kukin oman paikallisverkkonsa.

Sensorijärjestelmien monimutkaistuessa ja monipuolistuessa tietotulva ohjaajalle olisi sietämättömän suurta, ellei ohjelmistollisesti tehtäisi eri sensoritietojen yhdistämistä. Sensori- ja datafuusion avulla käytetään eri lähteiltä saatavasta saman kohteen datasta aina parasta arvoa niin sanotun ’Multi Sensor Integration, MSI’ -algoritmin avulla. Näin tietystä kohteesta saadaan mahdollisimman tarkka ja yksiselitteinen ilmaisu.

Sotilaskoneissa tiedonsiirtoväylänä on pitkään ollut käytössä kahdennettu MIL-STD-1553B -väylä, joka on suunniteltu toimimaan häiriöisissä olosuhteissa. Pyrkimyksenä on saavuttaa luotettava tiedonsiirtoyhteys laitteiden välillä, vaikka osa laitteista olisi liitynnöiltään vaurioitunut. Viimeisimmissä koneversioissa tämä väylä alkaa käydä hitaaksi johtuen kehittyneistä sensoreista, joilla on paljon siirrettävää videokuvaa joko ohjaajan näytöille tai tallentimelle. Lentokriittisen tiedon siirrossa 1553B-väylä on vielä pitänyt pintansa.

Uutta avioniikkalaitetta rakennettaessa on muistettava ympäristöolosuhteiden kovat vaatimukset; hetkellisesti, pitkän käyttöiän ja varaosavaraston säilytyksen takia.

Sotilaslentokoneissa painitaan yleensä seuraavien hankalien vaatimusten parissa:

• ympäristölämpötila (toisinaan jopa -55 …+125 °C)
• iskut (esim. laskeutuminen tukialukselle tai maantietukikohtaan)
• kiihtyvyydet (mm törmäysturvallisuus)
• paine (mm. kondensaattorit, näyttöelementit,… on valittava harkiten)
• nopeat painevaihtelut (esim. lentokoneen kuomun rikkoutuessa)
• sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC, häiriön sietoisuus, eikä itse saa tuottaa häiriöitä)
• teholähteen sopivuus lentokoneen tarjoamaan vaihtelevaan (’raakaan’) sähköön
• räjähdysvaaralliset olosuhteet (polttoainehöyryjen takia)
• …

Tällaiset olosuhdetekijät aiheuttavat haasteita uusien laitteiden tai sovittimien suunnittelulle ja valmistukselle, sekä vaatimusten täyttymisen toteennäyttämiselle.

Näiden laitteistoläheisten olosuhdevaatimusten lisäksi on ohjelmistojen toteuttamiselle omat ilmailuun liittyvät tunnuspiirteensä. Ohjelmistojen toteutuksessa laatu tulee tuottaa prosessin mukaisella tekemisellä eikä ’kenttätestauksella’. Esimerkiksi DO-178 -standardin mukaisessa kehitysmallissa on määritelty eri tasot ohjelmiston kriittisyyden suhteen. Kulloinkin vaadittu kriittisyystaso määrittelee ohjelmistolle tehtävät testitapaukset ja katselmukset.