Система MCAS

Система MCAS (Maneuvering Characteristics Augmentation System, система улучшения характеристик маневрирования) — это программно-аппаратный комплекс автоматического управления, разработанный компанией Boeing для самолётов семейства Boeing 737 MAX. Система предназначена для автоматического опускания носа самолёта в определённых условиях полёта с целью компенсации аэродинамических особенностей, вызванных установкой более крупных и экономичных двигателей CFM International LEAP-1B, которые изменили центровку и поведение воздушного судна на больших углах атаки.

История создания

Разработка MCAS началась в рамках программы Boeing 737 MAX, стартовавшей в 2011 году. Основной целью было создание самолёта, способного конкурировать с Airbus A320neo, при этом сохраняющего максимальную преемственность с предыдущими поколениями Boeing 737 (NG и Classic). Установка двигателей LEAP-1B с увеличенным диаметром вентилятора (176 см против 155 см у CFM56-7B на 737 NG) потребовала их смещения вперёд и выше относительно крыла. Это изменение привело к возникновению у самолёта на больших углах атаки (AoA) тенденции к задиранию носа (так называемый pitch-up момент), что могло привести к сваливанию.

Для сертификации Boeing 737 MAX как модификации уже существующего типа (а не принципиально новой модели, что потребовало бы значительно более длительной и дорогой сертификации) требовалось доказать, что лётные характеристики самолёта не хуже, чем у предшественников. MCAS была разработана как «заплатка», которая должна была автоматически вмешиваться в управление, чтобы самолёт в ручном режиме пилотирования вёл себя аналогично Boeing 737 NG. Система была активирована в 2017 году с началом коммерческой эксплуатации 737 MAX.

Устройство и принцип работы

Аппаратная часть

MCAS не является отдельным физическим устройством. Это программный алгоритм, работающий на двух компьютерах управления полётом (Flight Control Computers, FCC). Входными данными для системы служат:

• Показания датчиков угла атаки (AoA sensors), расположенных по обоим бортам носовой части фюзеляжа.
• Данные о высоте полёта, скорости и конфигурации самолёта (положение закрылков, шасси, включение автопилота).
• Сигналы от датчиков перегрузки и крена.

Алгоритм работы

Первоначальная версия MCAS (до обновлений 2019 года) активировалась при превышении угла атаки определённого порога (около 15–20 градусов) в ручном режиме полёта (автопилот отключён). При этом система:

1. Получала сигнал от одного из двух датчиков угла атаки (AoA).
2. Если значение AoA превышало порог, MCAS отдавала команду на отклонение горизонтального стабилизатора (триммера) на определённый угол вверх (на пикирование).
3. Вмешательство происходило циклически: каждые несколько секунд угол отклонения мог увеличиваться.
4. После снижения угла атаки ниже порога система возвращала стабилизатор в нейтральное положение.

Ключевые особенности конструкции

• Одноканальность: MCAS использовала данные только с одного датчика AoA (с левого или правого, в зависимости от версии прошивки). Резервирование (использование второго датчика для проверки) не было предусмотрено в первоначальной версии.
• Отсутствие индикации: В кабине пилотов не было никаких сигналов (световых или звуковых) о том, что MCAS активировалась или что она даёт команду на триммирование.
• Приоритет над ручным управлением: Команда MCAS на отклонение стабилизатора имела более высокий приоритет, чем ручное штурвальное управление рулём высоты. Пилот мог парировать действие MCAS только с помощью электромеханических переключателей триммера на штурвале.
• Ограниченная документация: В руководствах по эксплуатации самолёта (FCOM) для пилотов описание MCAS было минимальным и не содержало полного алгоритма её работы. В частности, не упоминалось, что система может многократно срабатывать и что для её отключения необходимо отключить электрические триммеры.

Классификация и версии

Различают две основные версии MCAS:

1. MCAS 1.0 (оригинальная): Устанавливалась на все Boeing 737 MAX с 2017 года. Характеризовалась:

• Одноканальным входом (один датчик AoA).
• Циклическим вмешательством с нарастающим углом.
• Отсутствием индикации и предупреждений.
• Возможностью повторной активации после ручного сброса пилотом.

1. MCAS 2.0 (обновлённая, после 2019 года): Разработана после катастроф и сертифицирована в 2020 году. Включает:

• Использование данных с двух датчиков AoA. При расхождении показаний система блокируется.
• Однократное вмешательство (не циклическое).
• Сравнение показаний с датчиков и выдача предупреждения о несовпадении (AoA Disagree) в кабине.
• Уменьшенный угол отклонения стабилизатора.
• Невозможность повторной активации до ручного сброса триммера.

Применение и значение

Система MCAS применялась исключительно на самолётах семейства Boeing 737 MAX (модели 737-7, 737-8, 737-9, 737-10). Её основное назначение — обеспечение сертификации самолёта как модификации существующего типа, что позволило Boeing сэкономить время и средства на разработку и сертификацию. Однако, как показали последствия, решение полагаться на автоматическую систему без должного информирования пилотов и без резервирования датчиков привело к трагическим последствиям.

Критика и последствия

Катастрофы

Основной причиной критики MCAS стали две авиакатастрофы:

• Рейс Lion Air 610 (29 октября 2018 года, Яванское море). Погибли 189 человек. Расследование показало, что неисправный датчик угла атаки (AoA) на левом борту передавал ложные данные о задирании носа, что вызвало многократное срабатывание MCAS, которое пилоты не смогли парировать.
• Рейс Ethiopian Airlines 302 (10 марта 2019 года, Эфиопия). Погибли 157 человек. Аналогичная ситуация: неисправный датчик AoA (на этот раз, вероятно, на правом борту) вызвал ложное срабатывание MCAS. Пилоты действовали по инструкции, но не смогли восстановить управление.

Реакция регуляторов

После второй катастрофы все самолёты Boeing 737 MAX были отстранены от полётов по всему миру (март 2019 — ноябрь 2020). Федеральное управление гражданской авиации США (FAA) и другие регуляторы (EASA, МАК) провели пересмотр сертификации. В результате:

• Была признана недостаточность первоначальной сертификации MCAS.
• Введены требования к обязательному обучению пилотов работе с MCAS (включая симуляторные тренировки).
• Обновлённое программное обеспечение (MCAS 2.0) стало обязательным для возврата в эксплуатацию.
• Усилены требования к резервированию датчиков и индикации неисправностей.

Влияние на авиастроение

Скандал вокруг MCAS привёл к:

• Крупнейшему в истории гражданской авиации финансовому ущербу для Boeing (штрафы, компенсации, затраты на переобучение, потеря заказов).
• Уголовному расследованию в отношении компании.
• Снижению доверия к процессам сертификации самолётов в США.
• Пересмотру подхода к автоматизации управления: акцент на необходимость сохранения полного контроля пилота над самолётом и обязательного информирования экипажа о работе любых автоматических систем.

Интересные факты

• Название MCAS (Maneuvering Characteristics Augmentation System) было выбрано, чтобы подчеркнуть, что система лишь улучшает характеристики, а не является системой автоматического управления полётом (Autopilot) или системой защиты от сваливания (Stall Protection). По сути, это была система, которая в определённых условиях брала на себя управление стабилизатором, что нехарактерно для традиционных Boeing 737.
• В документации для пилотов первоначально утверждалось, что MCAS не может создать ситуацию, при которой пилот не сможет восстановить управление. Это утверждение оказалось ошибочным.
• После катастрофы Lion Air 610 Boeing выпустила бюллетень для авиакомпаний с описанием процедуры отключения MCAS, но этот бюллетень не был доведён до сведения всех пилотов, а в некоторых авиакомпаниях (включая Ethiopian Airlines) пилоты не прошли обязательное обучение на симуляторе по данной процедуре.

Источники

• Отчёт Национального комитета по безопасности на транспорте США (NTSB) по расследованию катастрофы рейса Lion Air 610.
• Отчёт Комитета по расследованию авиационных происшествий Эфиопии (EAIB) по катастрофе рейса Ethiopian Airlines 302.
• Доклад Комитета по транспорту и инфраструктуре Палаты представителей США «The Boeing 737 MAX: Examining the Design, Development, and Marketing of the Aircraft» (2020).
• Руководство по лётной эксплуатации самолёта Boeing 737 MAX (FCOM), версии до и после 2019 года.
• Отчёт Федерального управления гражданской авиации США (FAA) о сертификации Boeing 737 MAX и обновлении MCAS.