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]

航空の黎明期、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年の米国郵政省の調査では、不時着の76%が天候によるものであることが判明し、ブラインド着陸を容易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。この問題に対処するための初期の提案は、原始的な無線信号の使用から^[4]主要高速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。^[5]第二次世界大戦の経験により、この問題への注目がさらに高まった。英国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完全に霧に覆われていることがあり、その結果、機体と乗組員が無意味に失われた。戦後、航空専門家は、軍の任務があらゆる状況で可能になり、航空会社は霧で覆われた空港から迂回するという無駄で費用のかかる慣行を避けることができるため、軍人と民間人の両方のパイロットに利益があることを知っていた。^{[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、ブラインド着陸システムがいくつか開発されていた。どちらも、当時の大型航空機では一般的だった機内の音声無線にある程度依存していた。ダイアモンド・ダンモア方式は実際に使用されたことはなかったようだが、ローレンツ方式はドイツ、英国、その他の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。これらは通常、300～400 kHz 程度の一般的な中波周波数で動作していたが、この周波数は戦時中期には明らかに低周波範囲にあった。どのシステムの光学解像度も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、100 MHz 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さまざまなシステムが使用された。

BLEUが結成される前の1945年初頭、イギリス空軍デフォード基地のTREの通信飛行ユニット（TFU）で、ボーイング247D機（ DZ203）がアメリカのSCS 51無線誘導システムを使用して自動着陸を行った。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停電で見えなかった。フレアアウトはなく、低速進入と浅い滑空角により、航空機はまっすぐ地面に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、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、イギリス空軍ウッドブリッジ基地とイギリス空軍マートルシャムヒース基地に、王立航空機研究所（RAE ）のブラインド着陸実験部隊（BLEU）が結成された。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）からスタッフが集められた。^[12]任務規定では、部隊は「RAEの衛星として機能し、イギリス空軍、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」ことになっていた。^{[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}オートランドと命名さ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、横方向の誘導に「ローカライザー」、垂直方向の誘導に「グライドスロープ」という 2 つの別々の無線信号が使用されました。どちらも同じ基本原理で動作し、各信号は固定関係にある別の搬送周波数で放送されたため、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、 90 Hz または 150 Hz の低周波信号で振幅変調されます。次に、2 つの信号は、滑走路の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する指向性アンテナから送信されます。パターンは比較的幅広く、中央で重なるように向けられており、飛行する正しいラインを示しています。

このシステムは1940年代の技術で比較的簡単に実装できたが、着陸時に誘導するには精度が足りず、精度は数百フィート程度だった。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しなければならなかった。これでは、真に自動化されたシステムとしては精度が足りなかった。^{[14] [15]}

BLEUが最初にこの課題を解決しようとしたのは、アンブローズ海峡のパイロットケーブルに似た、滑走路の両側に1マイルの長さのケーブルを2本設置することだった。航空機の検出器はケーブルからの信号を検知し、滑走路の中央線に沿って非常に正確に位置合わせすることができた。^[16]垂直方向の誘導には、BLEUが開発した新しいFM無線高度計が使用され、低高度でも2フィートまでの高度差を測定できた。^[17]チームはこのシステムを使用して何千回ものテスト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に気づき、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協力して、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カップリング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別々に開発されました。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日にその航空機で自動着陸の最初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、これらの実験的な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とんどを担当しました。^[21] 2000年代初頭に使用されているシステムは、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年の覚書からの次の図は、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。

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、キャンベラの各航空機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、その年の8月に両エンジンの故障により不時着し、幸いにも乗員に重傷はなかったものの、その後は廃棄されました。

当時、オートランドの優先順位は低かった。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、Barbro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ためである。しかし、 1954年にVフォース爆撃機隊の自動着陸に関する運用要件947(OR947)が発行され、状況は一変した。 ^[22]当時、V爆撃機部隊は西側の戦略的核戦力に対する英国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、デヴォンのフレアアウトおよび連結ユニットがスミスのタイプD自動操縦装置に接続され、デヴォンの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に搭載された。最初の完全自動進入および着陸は、1954年11月11日、穏やかで霧の深い天候のもと、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にも搭載され、ジェット機に初めて自動着陸を適用した。^[25]自動進入^[26]と自動着陸^[27]はWE189によって記録されたが、1956年4月、適切なリーダーケーブルの設置場所が唯一あったウッドブリッジの施設がBLEUで利用できなくなったため、開発は中断された。自動フレアと自動キックオフドリフトの開発はイギリス空軍ウィッタリング基地で継続されたが、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還中にエンジン故障で墜落した。パイロットのレス・コー中尉とプロジェクトを担当していたBLEUの科学者ジョー・バークル氏が死亡した。

1957年初め、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にある新設の飛行場に移転した。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つながった。次のメモは、開発を行っていたBLEUの技術者のログブックからの抜粋である: ^[28] 1958年3月10日(そのプログラムの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での飛行だが、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、さらに20回の飛行で調整した後の6月20日には「悪くない。主車輪で約0.7Gで良好。ドリフトの開始もOK」でした。その後、6月26日には「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「手と足がオフ」になりました。この航空機の自動着陸の記録は、1958年7月8日、フライト番号69から始まりました。キャンベラ航空機の自動着陸の結果は、1957年にウッドによって引用され^[29]、1959年にチャーンリーによって「中型ジェット機」として発表されました^[30] 。 1958年10月までに、BLEUは主にキャンベラとバーシティ航空機で2,000回以上の完全自動着陸を完了しました^{[31] 。}

当初は極秘とされていたV爆撃機プロジェクトは、キャンベラとヴァーシティの作業と並行して進められた、ヴァルカンXA899 への自動着陸装置の設置と開発であった。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月の間に行われた。 ^[33]その年の後半に試験が行われ、1961年にこのシステムは軍用として採用された。

空港によってはリーダーケーブルが実用的でないこともあるが、ILS を改善すれば不要になることが認識されていた。1950 年代初頭に BLEU が開発した狭ビーム ローカライザー アンテナ システムによっていくらかの改善が見られ^[34]、1958 年までには方位誘導に ILS ローカライザーのみを使用した自動着陸が可能になった^{[35] 。そのためには適切な場所が必要だったが、1960 年代初頭までに}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アンテナ設計によってILS が改良され、リーダーケーブルが不要になった^{[36] 。}

英国航空省と米国連邦航空局(FAA)の間では、視界不良時の着陸誘導補助装置について長年議論が続いていた。米国は、英国で好まれている完全自動システムよりも、パイロット向けの補助装置を改良した「パイロット イン ザ ループ」方式を好んだ。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 ベッドフォードに送り、システムの設置とテストを行った。その後、アトランティック シティに戻ってさらにテストを行った結果、FAA は全天候型問題に対する完全自動ソリューションを確信し、その後は国際的に採用されることになった。^[37]

その段階まで、オートランディングシステムは「シングルレーン」またはシングル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保護のための冗長性はありませんでした。1950年代後半から1960年代前半にかけて、BLEU、英国民間航空局（CAA）、航空業界のBEAおよびBOACとの協力が強化され、最大許容故障率の仕様という観点から安全要件が定義されるようになりました。^[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、これが1965年にICAOが採用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したトライデントおよびVC10用の自動着陸を開発する契約を結びました。トライデントは共通要素のない三重システムを使用していたため、3つのチャネルのうちの1つに障害が発生するとそれを検出し、そのチャネルを排除することができた。このシステムの初期の問題は「迷惑な切断」であったが、最終的には業界によって、制御されたロストモーションの度合いを持つトルクスイッチを使用することで解決された。BEAのトライデント艦隊にカテゴリー3操作用の自動着陸を導入するには、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、BLEUによる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た。VC10は、1974年に経済的な理由からシステムの使用が制限されるまでに3,500回の自動着陸を達成した。1980年までに、コンコルドは旅客サービスで約1,500回の自動着陸を行った。^[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実験の主な「主力」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理解していました。前者のシステムは、ケーブルベースのシステムの土地利用の問題やILSの精度の問題のない信号で構成する必要がありました。すべての着陸機には、信号を受信するセンサー、超高精度の高度計、信頼性の高い自動操縦装置が装備されている必要があります。^[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は飛行機ベースのレーダー高度計を開発し、飛行機が着陸のためにいつフレアアップすべきかを知ることができるようにしました。^[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の試験機であるヴィッカース・ヴァーシティで初の自動着陸を行った。^[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、着陸システムにより1千万回の着陸で1回を超える事故が発生しないことでした。^{[44] BLEUのエンジニアは、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。霧のためにヴァーシティ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った。

1959年の論文^[45]で、当時BLEUの監督だったジョン・チャーンリーは、統計結果の議論の結論として「したがって、自動システムは、天候により人間のパイロットが着陸できない場合に航空機を着陸させるだけでなく、操作をはるかに正確に実行す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年に商業利用が承認され、1964年11月4日、エリック・プール機長は、視程40メートルの状態でヒースロー空港に英国欧州航空の飛行機を着陸させた。これは、このような厳しい条件下での商業飛行機の着陸にこのシステムが使用された最初の例であった。^[46]

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]}

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• [1] BOAC VC10 自動着陸 1968
• [2] キャンベラの自動着陸機、RAEベッドフォード、1958年