slavia9

Сначала немного истории. В 1914 году во Франции состоялось что-то вроде нашего Макса, т.е. авиашоу + демонстрация новинок в самолетных делах. Один из самолетов пилотировался Лоренсом Сперри и его помощником. Они сделали 3 прохода вдоль реки на глазах у публики и жюри.

- В первом проходе оба пилота убрали руки со штурвала и подняли их над головой. Самолет летел прямо, вдоль реки.

- Во втором проходе помощник Сперри вышел на крыло. Самолет накренился было, но быстро выровнялся и продолжил лететь вдоль реки.

- В третьем проходе Сперри тоже вышел на крыло. В кабине никого не было, самолет летел вдоль реки.

Так мир увидел первый автопилот. Но обо всем по порядку.

1. Авиагоризонт. Вращающийся диск гироскопа стремится сохранить свое положение в пространстве. Правда для этого нужно, чтобы он мог свободно вращаться вокруг всех трех осей; для этого его подвешивают на две рамки.

Если раскрутить диск в горизонтальной плоскости и взять с собой в самолет, то он будет показывать, как располагается горизонт. По нему почти можно будет лететь (на самом деле нет). На этом принципе основано действие авиагоризонта. Обычные авиагоризонты стоят 500-2000 баксов.

Вот на этом видео, где камера крутится вместе со стулом, видно одну интересную особенность. Поначалу кажется, что внутренняя рамка проскакивает через внешнюю рамку, но если приглядеться, то нет. На этой гифке они никогда не совмещаются.

Совмещение рамок приводит к тому, что гироскоп теряет одну степень свободы и перестает сохранять положение в пространстве. Это называется "выбиванием" гироскопа. Такое бывает при очень резких маневрах, например при пилотаже, и приводит вот к чему:

Как утверждают авторы, это случилось после 7 штопоров на цессне. В выбивании гироскопа нет ничего хорошего - во-первых, его нельзя использовать по назначению следующие несколько минут, но самое главное, что, он не рассчитан на такое вращение и сильно изнашивается. У нас в клубе по этой причине запрещены штопора на цесснах, хотя по РЛЭ они разрешены.

Есть много разных способов бороться с этой проблемой - например, можно поставить дополнительную рамку со специальным механизмом, который не дает ей совпасть с остальными рамками. Ну и самое гениальное решение - использовать лазерные гироскопы вместо классических - они не подвержены выбиванию. Хотя нет, самое гениальное решение применили в нашем пилотажном самолете, отгадайте какое.

Пока я писала этот пост, мне вспомнилось, что в телефонах тоже есть гироскопы. Они основаны на другом принципе и поэтому, как и лазерные гироскопы, не выбиваются. И да, я только что потратила 10 минут своей жизни на попытки выбить гироскоп в телефоне, прежде чем об этом узнала (телефон не пострадал).

Гироскоп использовался при съемках полетов на мотоциклах в лесу в star wars - мужик со стабилизированной камерой шагал по лесу и снимал примерно 1 кадр в секунду. Потом все это ускорили и вуаля, мотоцикл быстро, но плавно летит сквозь лес.

2. Автопилот. Первый автопилот был очень простым: гироскоп механически соединялся с рулями самолета. Если по какой-то причине самолет отклонялся от фиксированного положения, гироскоп активировал рули и тем самым возвращал самолет обратно, что Сперри и продемонствировал во Франции. Кстати выиграл 10 000 баксов тогдашних.

Современные автопилоты конечно намного сложнее.

3. Указатель курса. Давайте я просто гифку покажу.

Этот прибор используется на пару с магнитным компасом. Магнитный компас - довольно неудобная штука, т.к. из-за турбулентности он болтается на +-10 градусов, и к тому же неправильно показывает курс при разгоне и поворотах. Поэтому летают по указателю курса, а компас используют, чтобы его подправлять.

Здесь мы от свободных гироскопов плавно переходим к несвободным, т.е. тем, которые не могут свободно вращаться в пространстве.

Что за магия, и почему он не падает? Есть такой шутливый ответ на вопрос "почему конденсатор пропускает переменный ток и не пропускает постоянный?" Типа постоянный упирается в конденсатор, а переменный из-за синусоиды его огибает.

Так вот, давайте пока в шутку будем думать, что гироскоп вертел действующие силы, в прямом смысле этого слова:

Сила тяжести пытается уронить гироскоп, при этом развернув его вертикально (белая стрелка). Но гироскоп вертел эту стрелку на 90 градусов по вращению и превратил ее в желтую стрелку. Она и заставляет гороскоп крутиться, а сила тяжести как будто бы исчезла.

Как это он так не падает?

Я знаю, я хожу по офигенно тонкому льду. Тема об устойчивости велосипеда - это как "взлетит или не взлетит". Где три человека, там четыре мнения. И все таки, по одной из версий виноват гироскоп. Сила тяжести (белая) хочет опрокинуть велосипед, но гироскоп ее вертел 90 градусов по вращению, превратив в желтую стрелку, а белая стрелка будто бы исчезла.

Очень прикольные ощущения, когда пытаешься наклонить раскрученный гироскоп. Он, как живой, сопротивляется и пытается вильнуть в сторону. Представьте, сколько подколок можно придумать, пряча гироскопы внутри обычных предметов. Берешь кружку, а она вырывается из рук.

У этого гироскопа всего 10-30 секунд "полезного" вращения, но его хватает, чтобы наиграться. Он раскручивается резким движением палочки с резьбой.

Вернемся к авиации. Есть такая шутка, "назовите самую большую деревянную деталь в самолете" (летчик). Как вы думаете, какой гироскоп в самолете самый большой? Не авиагоризонт. Вот самый большой гироскоп в самолете:

4. Пропеллер. Двадцать килограмм пропеллера, вращающиеся на 2500 оборотах в минуту - это вам не это. К счастью, пропеллер составляет очень маленькую часть массы самолета. Если бы он весил больше, самолетом было бы очень весело управлять - попытка задрать нос вместо этого разворачивала бы самолет вправо (у винта правого вращения). Но он весит мало, поэтому гироскопические эффекты малы, и видны только на взлете. Например, при взлете самолета с хвостовым колесом в момент опускания носа самолет довольно сильно виляет влево (как это ни странно звучит, на таких самолетах для взлета нос опускают, а не поднимают). У американских и советских самолетов разные направления вращения винтов, поэтому многие эффекты оказываются противоположны по направлению.

5. Реактивный двигатель. А что с большими самолетами? У них свои гироскопы - двигатели. Легкое гугление показывает, что гироскопические эффекты от двигателей в полете пассажирских самолетов незаметны, но их учитывают на стадии проектирования. Кроме того, гироскопические эффекты реактивных двигателей становятся заметными при малых скоростях полета - например в штопоре, или при вертикальном взлете.

У Харриера (самолет с вертикальным взлетом) пришлось делать вращающиеся в разные стороны ступени компрессора, чтобы уменьшить гироскопические силы.

А теперь источник колдунства: взяли вы крутящийся гироскоп и решили нажать пальцем на край:

Но у той точки, на которую вы нажали, были свои планы лететь вбок, она же крутилась вместе с гироскопом, а тут вы нажали:

Куда она полетит, вниз? Нет. скорости сложатся, и она полетит по диагонали, вот так:

То есть ее вращение вокруг центра просто перейдет на новую орбиту.

Методом пристального взгляда в эту картинку можно заметить, что результат нажатия - как будто бы мы наклонили диск гироскопа, но не там, где нажали, а 90 градусов вперед по диску. Тарам-парам пам, всё! Всем новых сил и необычных моментов!

Пост рассчитан на людей, не знакомых с авиацией; если вы летаете, то скорее всего все это знаете, кроме возможно главы про штопор.

Итак. Когда вы едете на машине, руль влево повернет машину влево, а вправо - вправо. В этом вся фишка органов управления - вы с ними что-то делаете и получаете ожидаемую реакцию объекта. Но как мы знаем, самолеты - особенные.

При нормальном режиме полета реакция самолета на поворот штурвалом, на взятие штурвала на себя итд такая, какой должна быть. Однако, существуют и "ненормальные" режимы полета, где все работает не так, как должно, или вообще не работает. Их можно было бы назвать неуправляемыми, но все-таки там тоже можно немного управлять, надо только знать, как.

Возможно, нечто аналогичное происходит во время дрифта на машине. Но я в этом ничё не понимаю, так что давайте я просто сделаю вот так:

1. Реверс элеронов. Как известно, поворот штурвала влево создает левый крен.

При повороте штурвала элероны (вот тут) отклоняются вверх/вниз от плоскости крыла, создавая крен.

И казалось бы, все должно быть хорошо. Но нет. Иногда штурвал работает наоборот, т.е. поворот штурвала влево накренит самолет вправо. Такая ситуация называется реверсом элеронов. Думаю, не стоит говорить, как это опасно. К тому же это случается в критических ситуациях, когда пилот и так нервничает, а тут такие "подарочки". Многие просто не понимают, что происходит; но даже если понимаешь, лететь с управлением наоборот непросто. Это как ездить на велосипеде с рулем наоборот.

Причины реверса могут быть разными:

- При очень больших скоростях полета отклонение элерона создает большие силы, изгибающие и отклоняющие крыло от нейтрального положения. При этом крыло фактически превращается в один большой элерон, причем его действие противоположно действию настоящего элерона.

- При очень маленьких скоростях полета также происходит реверс элеронов; давайте не будем вдаваться в причины, но вкратце это связано с тем, что воздух перестает плавно обтекать одно из крыльев. Крутить штурвалом на малой скорости - путь в штопор.

- Перепутано подключение элеронов к штурвалу. Бывает и такое... это стало причиной катастрофы ту-104 1962 года. Экипаж пытался исправить левый крен отклонением штурвала вправо, но это лишь усиливало левый крен.

Лайнер совершил нормальный разбег длиной 1550—1600 метров и, оторвавшись от бетона полосы, начал выполнять набор высоты, как неожиданно начал уходить во всё более крутой левый крен, при этом отклоняясь влево. Приподнявшись над землёй на 10 метров, через 800 метров от точки отрыва авиалайнер в 175 метрах от левой границы полосы и при левом крене около 90° зацепил землю левой плоскостью.

2. Проблемы с кабрированием и пикированием. В интернетах есть такая шутка, типа все просто, штурвал на себя - летишь вверх, от себя - вниз (если точнее, то на себя - задрать нос, от себя - опустить нос)

У пилотов есть аэродинамически правильный вариант этой шутки:

Хочешь лететь вверх? потяни штурвал на себя. Хочешь лететь вниз? потяни еще на себя.

Просто съездите на аэродром и попросите выполнить сваливание -его можно делать почти на всех мелких самолетах, ощущения от падающего под вами самолета бесценны, вам скорее всего дадут это выполнить самому. Увидите, что происходит с самолетом, когда тянешь штурвал на себя...

А теперь позвольте небольшой крик души... Том Хэнкс, готовясь к роли Салли в фильме Салли  "Чудо на Гудзоне", провел несколько часов в симуляторе (настоящем, full motion). Его второй пилот вообще брал реальные уроки пилотирования. И только наш Данила-свет-Козловский в фильме "Экипаж" считает, что на взлете надо ебануть, простите, штурвал полностью на себя и заорать "ЮХУУ". То есть мужик играет пилота, бывшего истребителя, главная роль!!! и не потрудился купить 3-4 урока пилотирования, чтобы правдоподобно смотреться за штурвалом. Вот такой вот профессионализм..

Сваливание обычных самолетов довольно безопасно. Из него легко выйти, а точнее, самолет из него выходит сам - это заложено инженерами в конструкцию самолета, с помощью определенного соотношения между площадью крыла и стабилизатора, расстояния до центра тяжести и угла установки. Правда есть одна тонкость - нужно ему не мешать. Дело в том, что первая реакция человека, который чувствует падение и видит опускающийся нос, - это потянуть штурвал на себя, чего делать категорически нельзя!

Однако у самолетов со стреловидными крыльями при сваливании происходит т.н. "подхват" - самолет самопроизвольно задирает нос, делая выход из сваливания невозможным; штурвал при этом неэффективен.  Гребни на крыле миг-17 как раз призваны бороться с этим явлением:

Еще один пример, когда штурвал "не работает" - затягивание в пикирование. Оно происходит при скоростях, близких к звуковым, самолет просто опускает нос, начинает снижаться и разгоняться, а пилот ничего не может с этим сделать.

3. Штопор. В самолете есть IDDQD: если выполнить определенные действия (резко пнуть педаль и дернуть штурвал на себя), самолет входит в режим "убить всех человеков", также именуемый штопором. Это спиралевидное вращение самолета, при котором он быстро теряет высоту. Штопор вы видели много раз (не ржать), семена например тоже падают в штопоре.

Это особый режим полета, в котором все органы управления (кроме руля направления, иногда) перестают работать как положено. Поворот штурвала не приводит к кренению, взятие штурвала на себя не приводит к набору высоты/поднятию носа, увеличение режима двигателя не приводит к росту скорости/набору высоты. Вместо этого все эти действия просто слегка меняют параметры вращения, и, как вам скажет любая книжка, "затрудняют вывод из штопора или делают его невозможным" (эта фраза столько раз повторяется во всех книгах и мануалах, уже прямо клише).

Есть такое выражение - "крыло любит штопорить". Штопор иногда называют автовращением, т.е. после ввода в штопор самолет будет штопорить сам, и чтобы его вывести, нужно опять ввести IDDQD - выполнить определенные действия, в определенном порядке, и даже с определенными промежутками (!) и даже с определенной "резкостью" движений (!).

Это был штопор незапланированный. Помните про реверс элеронов на малой скорости? Парень начал валиться влево и решил поправить дело, повернув штурвал вправо. Результат в виде левого штопора на заставил себя долго ждать.

При этом, некоторые самолеты выходят из штопора, если просто... отпустить штурвал и не трогать педали. Серьезно, делают еще полвитка-виток и сами выходят. На эту тему есть шутка, мол, "просто не мешай самолету лететь". В РЛЭ моего самолета явно написано, что такой способ НЕ выводит из штопора, но мы пробовали - выводит. Видимо зависит от центровки.

Возьмите инструктора и слетайте на штопор. Переворот вверх ногами + чувство падения запомнятся надолго...

Неподготовленному человеку выйти из штопора почти нереально. Любого пилота заставляют учить действия по выводу из штопора наизусть, но... Во-первых, необычные, давайте я лучше напишу "страшные", ощущения (падение вверх ногами, вращение и стремительно приближающаяся земля, и непослушный самолет) заставят вас забыть все, что вы учили. Во-вторых, вывод из штопора включает в себя психологически сложное действие - нужно отдать штурвал от себя, когда летишь почти прямо в землю. Естественная реакция человека прямо противоположная - он пытается поднять нос самолета, потянув штурвал на себя. Но так из штопора не выйти...

Сейчас полеты на штопор необязательны для получения пилотского. Но обязательны для получения инструкторского допуска, что я считаю очень правильным.

А вот и авторское видео (сорян за вертикальное, так было нужно, чтобы было видно приборы. Правда сорян!). Противный писк - это датчик сваливания. На выводе перегрузка около 3g.

Если вы летали на штопора или просто посмотрели видео с парнем, то заметили, что штопор здесь довольно необычный. Обычно при вводе в штопор самолет из положения "прямо" просто делает "бултых!" вбок и переворачивается вверх колесами. А тут?

Сначала вялый крен влево где-то до 30 градусов, разворот на несколько градусов, потом крен резко растет где-то до 60-70, потом резко крен вправо 45, потом самолет чуть уменьшил крен, повисел так мгновение, и потом уже резко херанул в левый штопор (откуда мы его почти сразу вывели, собственно штопора тут всего 1/4 витка).

Прикол в том, что все это время мы ничего не делали с самолетом! Органы управления оставались неподвижны. Все эти "туда-сюда потанцуем" самолет выделывает сам, по своей воле. Дама с характером... Инструктор сказал, что иногда она делает 4 крена туда-сюда, прежде чем свалиться.

Причина в том, что при вводе в штопор обычно используют педаль (руль направления), а мы использовали скольжение, создаваемое двигателем на высоких оборотах. Массивный пропеллер на высоких оборотах - это гироскоп, а как вы знаете, гироскопы - это магия, так вот гироскоп и стал виновником всех этих странных движений, которые не происходят при обычных штопорах. Реактивные истребители кстати тоже делают веселые штопора, у них там свой гироскоп - реактивный двигатель.

Всем добра и интересных выходных, и да, не безобразничайте без инструктора!

Причины возникновения иллюзий можно условно разделить на следующие группы:

1. "объективные" (которые нельзя проверить приборами)

2. несовершенство наших внутренних "приборов", например внутреннего уха

3. противоречащая информация от других источников, например глаз

4. неправильная/неполная обработка сигналов мозгом.

1. Начнем с объективных причин и заодно с бутылки.

Когда вы едете на машине, при повороте вас ощутимо сносит вбок, т.к. кроме силы тяжести на вас действует центробежная сила. Если бы самолет поворачивал "блинчиком", как лодка или машина, пассажиры бы тоже съезжали вбок, причем гораздо сильнее, чем в машине, из-за больших скоростей. Вода из стакана выливалась бы на соседа.

Пилоты поворачивают не "блинчиком", а с креном. При этом равнодействующая центробежной силы и силы тяжести оказывается перпендикулярной сиденью. При этом вы чувствуете, что сидите ровно, вода остается в стакане, подвес смотрит строго в сторону ваших ботинок.

Конечно, пилоты это делают не из особой любви к пассажирам, ведь "пассажир может две недели сидеть, ничего с ним не будет" (с). Это делается из соображений безопасности - при нескоординированном полете (т.е. когда результирующая сила не направлена строго вниз) самолет летит слегка боком, что не есть хорошо в плане аэродинамики: затеняется часть крыла, увеличивается сопротивление, увеличивается скорость сваливания.

Киль в самолете и яхте служит как раз для того, чтобы автоматически держать судно носом в поток. Как например оперение на стреле. Однако это довольно грубое приспособление, и поэтому у пилотов есть возможность дополнительно подправлять нос самолета педалями. А чтобы проверить, что "ощущаемая" сила тяжести направлена точно в ноги, у пилотов есть вы не поверите что - отвес!

Шарик, плавая в изогнутой трубке, показывает, куда направлена ощущаемая сила тяжести. Если шарик в центре - значит, она направлена строго "вниз" (в ноги). Этот прибор называется "инклинометр", и как вы уже догадались по длине называния, все его называют просто "шарик". Причем по обе стороны океана.

Кстати, иногда по разным причинам пилотам приходится лететь боком. В июле при заходе на посадку в турции одному из самолетов побило стекло до непрозрачного состояния. Александр Акопов посадил самолет, и по сообщениям некоторых сми, он выполнял заход на посадку боком, чтобы видеть в боковое стекло полосу. Но официального расследования NTSB пока нет, так что не знаю, верить ли этому.

А пилоты Питтсов вообще садятся бочком каждый день, т.к. при посадке капот закрывает полосу, и им приходится смотреть вбок.

Но вернемся к теме - причины иллюзий. Суммируя первую часть - при выполнении некоторых маневров "ощущаемая" сила тяжести может сильно отличаться от настоящей, и наши чувства в этом не виноваты. Отвес в самолете есть, но для других целей - в определении горизонта он не сильно помогает. Кстати, скрин со стаканом воды был из этого видео, посмотрите, там мужик во всех позах развлекается.

2. Несовершенство внутреннего уха - вторая причина иллюзий. У зрения и слуха есть особенность, к которой мы привыкли и воспринимаем как должное: на их показания сейчас не влияют показания 10 секунд назад  (ну ок, чуть-чуть влияют, но крайне мало). Представьте, как бы нам весело жилось, если бы это было не так, и услышанное бы зависело от того, что вы слышали раньше.

Брат вам говорит какую-то фразу, и вы услышали "сходи купи хлеба". Но это лишь потому, что 5 минут назад вы послушали ДДТ! А если бы вы послушали "Арию", то услышали бы "всадник отслужит на горе черную мессу по тебе". И вы ему такой - "ты чо, какая месса"? А он вам - "опять перед разговорами музыку слушаешь, торч мелкий? Потерпи 10 минут в тишине, поговорить надо!"

Короче, был бы полный хаос. Вот примерно такой хаос и творится в нашей вестибулярной системе. Вот например возьмем горизонтальную окружность (lateral canal):

ее задача - ощущать поворот головы в направлении лево-право (всего канала 3, для всех возможных движений). Принцип ее работы основан на инерции: например, когда машина начинает двигаться вперед, пассажир в первую долю секунды остается неподвижным и из-за этого давит на спинку сиденья (или точнее машина давит на пассажира). Каналы работают точно так же: когда голова поворачивается, канал поворачивается вместе с ней, а вот жидкость в первые доли секунды неподвижна из-за инерции, и поэтому давит на специальное место внутри канала, которое передает информацию о давлении в мозг. Мозг ее трактует как "голова поворачивается влево". Зная этот принцип, можно сразу накидать несколько проблем:

1. Нижний порог чувствительности. Между жидкостью и каналом есть трение, а значит, если поворот головы очень медленный, то жидкость относительно канала двигаться вообще не будет. Вики говорит, что ускорение менее 1 градуса в секунду за секунду не чувствуется. Если медленно накренить самолет, а затем резко вернуть его в нормальное положение, первый крен пилот не почувствует, а после возврата у пилота возникнет ощущение крена в противоположную сторону.

2. Длительное вращение. Если долго крутить головой в одну сторону, то в какой-то момент жидкость выравнивает скорость относительно канала и перестает давить на рецепторы. Если в этот момент прекратить вращение, жидкость будет двигаться по инерции и давить на рецепторы, создавая иллюзию вращения в другую сторону. Из-за этого не рекомендуется выполнять длительные виражи.

3. Иллюзии из-за силы кориолиса. Если кто читал один из прошлых постов про силу кориолиса, то помнит, что во вращающихся системах творится полный треш. Буквально из ниоткуда возникают "силы", направленные перпендикулярно ко всему, что вам дорого. Поэтому стоит пилоту совместить два вращения - например во время выполнения виража посмотреть на карту, опустив голову вниз, - как на жидкость внутри канала подействует сила кориолиса, которая будет перпердикулярна обоим настоящим вращениям (оси виража и движению головы вниз). То есть в голове из ниоткуда появился информация о третьем вращении, перперндикулярном двум имеющимся. Говорят, ощущения незабываемые.

Кроме вращений, человек может воспринимать линейные ускорения, и там тоже простор для ошибок. Один из механизмов фактически измеряет направление силы тяжести, играя роль отвеса. Когда мы поднимаем голову, сила тяжести слегка изменяет направление относительно головы, что и является сигналом "мы подняли голову":

Все бы ничего, но при резком ускорении вперед в горизонтальном полете "ощущаемая сила тяжести" оказывается направлена туда же, и мозг не может различить эти ситуации.

То есть при горизонтальном полете вперед с ускорением возникает ощущение, что самолет задирает нос.

Это лишь несколько примеров возможных иллюзий, но проблема понятна: это вам не зрение - сфотографировал, отправил в мозг. Тут довольно сложная и несовершенная система, которая неплохо определяет редкие изменения тела в пространстве, но... Из-за того, что "измерение" сильно меняет состояние "прибора" (жидкость начинает двигаться), эта система совершенно не подходит для измерения частых и неоднородных ускорений, которые происходят в полете.

3. Противоречивая информация от различных органов. Основная информация о положении в пространстве приходит от зрения: как правило, достаточно показать человеку горизонт, чтобы его иллюзии мгновенно прошли. Но иногда это работает против нас: облака вдали на горизонте иногда трудно отличить от самого горизонта, а если верхняя кромка облаков расположена под углом к горизонту? Летчик перепутает горизонт и облака и будет неправильно судить о своем положении, даже если вестибулярный аппарат не врет.

Еще пример конфликтующей информации: мозг использует информацию о давлении на разные части тела. Например, если давит на пятую точку, то мы сидим; если на руки, то делаем стойку на руках, итд. Но. Во многих самолетах, особенно пилотажных и военных, ремни очень плотно притягивают пилота к сиденью. В результате, неважно как располагается пилот - прямо, боком, вверх ногами - он всегда чувствует давление в пятой точке от сиденья и в плечах от ремней. То есть этот механизм оказывается бесполезным.

4. Неполная обработка информации мозгом. Ну и последнее. Даже если в мозг приходит 100% качественная информация, ее надо еще обработать. В полете количество информации для обработки так велико, что мозг не всегда успевает это сделать. Инструкторам и курсантам очень знакомо состояние "ступора", когда курсант перестает воспринимать часть информации, или начинает туго соображать. В частности, мозг может перестать обрабатывать информацию о пространственном положении.

Этот факт хорошо известен фокусникам и карманникам - они могут отвлекают/перегружают внимание человека, и в итоге тот не замечает каких-то очевидных вещей, например, как кто-то копается в их сумке. Кроме того, на восприятие сильно влияет стресс - в критической ситуации часть органов чувств могут отключиться.

Тренировочные полеты по приборам, кроме отработки навыков, позволяют курсанту привыкнуть к необычным и непростым обстоятельствам, повысить уверенность в своих действиях и снизить стресс.

В основном в определении положения участвуют три вещи: зрение, вестибулярный аппарат и проприоцепция (осознание того, как расположены части тела в пространстве). Кстати, помните тот самый тест у врача, "дотронься до кончика носа с закрытыми глазами?"

Да не этот!!!

Он как раз тестирует проприоцепцию (блин, каждый раз копирую это слово из википедии).

Все эти механизмы отлично работают на земле, в спокойных условиях. А в полете? Тут вам и кратковременные ускорения (болтанка), и средней длительности (взлет/посадка), и длительные (вираж). В этих условиях механизмы начинают сбоить.

Думаю, не стоит пояснять, как важно летчику знать свое пространственное положение. Если думаешь, что летишь прямо, а на самом деле снижаешься, то полет вскоре окончится. Если кажется, что самолет в сильном крене, а на самом деле нет, то попытка "исправить" этот крен приведет к реальному крену в обратную сторону, чему самолет совсем не обязательно обрадуется (про пассажиров молчу). Из некоторых сложных положений самолет можно вывести, только если превысить максимально допустимую скорость/перегрузку, поэтому важно туда не попадать.

на фото - бочка самолета Дэш 80, это прототип боинга 707. 1955 год

Так вот, в полете, а в особенности при полете в облаках (когда горизонта не видно), пилоты становятся частыми жертвами иллюзий: им может казаться, что они висят боком (в крене), или кренятся вотпрямщас, или набирают высоту итд. Такие иллюзии очень правдоподобны и очень опасны.  Поэтому пилотов в обязательном порядке учат им противодействовать.

В самолете есть специальный прибор, который позволяет пилоту определить положение самолета даже в облаках - авиагоризонт:

Например, этот авиагоризонт показывает левый крен примерно 12 градусов (видно по желтому треугольнику сверху) и пикирование с углом 20 градусов. Он, как вы уже догадались, служит для летчика жалким подобием естественного горизонта.

Так в чем же проблема, если есть такая классная штука, скажете вы. Проблема вот в этом:

Такие иллюзии очень правдоподобны и очень опасны.

Мы настолько привыкли доверять нашим внутренним "гироскопам" на земле, что, даже зная об иллюзиях и их правдоподобности, очень сложно заставить себя не верить собственному телу. Поэтому пилотов тренируют летать "под шторкой" по приборам - симулируют отсутствие видимого горизонта в ясный день, надевая пилоту на голову вот такую штуку, как на фото. Она закрывает естественный горизонт, но позволяет видеть приборы. Такие полеты не только тренируют пилотирование по приборам, но и позволяют испытать иллюзии на себе в безопасных условиях (рядом обязательно сидит инструктор).

(на фото рандомный мужик из интернета. надеюсь, он не обиделся, что мы его так цинично использовали)

Полеты в плохой видимости (по приборам) настолько сложны, что для них нужно получать отдельный рейтинг ( называется instrument rating), в дополнение к пилотскому. По статистике, из 600к пилотов США его имеют только 290к. Не хочу, чтобы у вас сложилось впечатление, что проблема только в иллюзиях - там много сложностей, и как построить маршрут, и как зайти на посадку... всевозможные отказы оборудования...

При этом полетам под шторкой обучают абсолютно всех пилотов - даже тех, кто не собирается получать instrument rating и летает только в простых метеоусловиях. Но обучают в гораздо меньших объемах - грубо говоря, чтобы не убился, если случайно окажешься в облаке. Не помню точно, по-моему по программе таким полетам уделяется всего пара часов. Перед полётом обязательно рассказывают про иллюзии и учат верить приборам.

Ну а теперь обещанный рассказ про первый мой полет под шторкой. Надели мне на голову эту шапку-невидимку и заставили пилотировать. Была легкая болтанка. Сначала все было нормально - мелкие крены и прочее легко парировались по авиагоризонту. А потом вдруг авиагоризонт сломался и сделал вот так:

показывая, что мы в правом крене. Тут на картинке 30 градусов, а было 40-45. Проблема в том, что хоть он и показывал крен, в крене мы не были. Как сидели ровно, так и сидим.

Вы наверно подумали, что мы словили иллюзию. Но. Одно дело - не знать, в каком положении находишься. Другое дело - не почувствовать резкое кренение до 45 градусов. Вот мотнитесь сейчас резко вправо градусов под 45. Почувствовала голова движение? Вооот.

Итак, мы то ли в крене, то ли нет, что делать? У меня был такой незамысловатый выбор:

1. Если авиагоризонт сломался (а он сломался), а я сделаю как учили - поверю авиагоризонту и исправлю несуществующий крен, создав реальный крен в другую сторону - то мы "условно сдохнем". Условно, потому что от крена 45 еще никто не погибал, но мы ведь тут симулируем сложное пространственное положение в облаке, тут вопрос принципа!

2. Если авиагоризонт показывает правильно, а я поверю ощущениям и продолжу полет, то я "условно обосрусь". Не выполню задание, и потом надо мной будут смеяться все птицы. Условно, потому что прибор все-таки сломался, то есть неправильные действия не считаются.

Это писать долго, а решение надо было принимать быстро. С учетом того, что "опасная" ситуация была только понарошку (жалкий крен 45 и инструктор рядом все таки), было принято мудрое решение "лучше условно сдохнуть, чем обосраться". Сжав бу.. э... штурвал и сделав мужественное лицо, выправляем "крен" по авиагоризонту. Теперь эта неработающая сволочь показывает, что мы летим ровно, но мы-то лежим на левом боку! Тут я не выдерживаю и приподнимаю козырек, чтобы увидеть естественный горизонт, ииии...

Конечно же, мы летели ровно. Ничего не ломалось, а иллюзии очень правдоподобны, даже если перед этим тебе двадцать человек сказали, что они очень правдоподобны!  Вы наверно щас подумали как то так:

К сожалению, невозможно передать словами то чувство, когда якобы сидишь ровно, и авиагоризонт уплывает вбок (ну явно сломался!). Это можно только испытать. Поэтому пилотов в обязательном порядке заставляют это испытать на себе, чтобы знали, каково это. Всем добра и необычных ощущений!

Начнем с трех ситуаций:

1. разработчик добавил в игру проверку лицензии и не хочет, чтобы хакеры смогли взломать программу и удалить эту проверку;

2. программист придумал новый эффективный алгоритм и хочет продавать программы, но не хочет, чтобы кто-то узнал, как именно работает алгоритм;

3. Алисе нужно использовать симметричное шифрование (ассиметричное для нее слишком медленное). Но для этого ей нужно передать Бобу ключ, а Боб далеко. Тогда она посылает Бобу exe-шник вот такой программы:

Боб может использовать эту программу, чтобы зашифровывать сообщения для Алисы.

Во всех трех случаях есть некая программа, которую нужно защитить. Слово "защитить" здесь используется в широком смысле: оно означает и "спрячь ключ", и "спрячь весь алгоритм", и даже "сделай так, чтобы программу нельзя было модифицировать - например, убрать проверку лицензии".

Обфускация черного ящика делает именно это: она позволяет переписать программу так, чтобы ее можно было использовать, но никто бы не знал, что внутри, и не мог бы ее изменить определенным образом. Фактически это все равно, что иметь черный ящик: все, что вы можете с ним сделать, это попробовать его прогнать на разных входах и посмотреть результат. Ученые надеялись, что такую обфускацию можно построить и доказать, что ее нельзя взломать.

Кстати, бесполезный факт №21: в авиации то, что называется черным ящиком, на самом деле оранжевый шар. Но мы отвлеклись..

К сожалению, оказалось, что такая обфускация не существует. Если быть точнее, то оказалось, что можно написать программу (специально для этого подобранную и в реальном мире не встречающуюся), обладание кодом которой всегда дает больше возможностей, чем обладание черным ящиком. Криптографы очень расстроились и потом 12 лет не знали, что им делать с обфускацией.

Практические обфускации. А тем временем люди пытались сделать хоть какую-то обфускацию на практике, пусть и не доказанную строго. Сейчас проводятся соревнования по обфускации, вот одна из работ:

Подобные примеры не дают никакой гарантии, что программу нельзя разобрать по кусочкам и понять, что и где она делает. Они просто пытаются запутать читателя по-максимуму. Такой принцип часто называют security through obscurity (безопасность через неясность). Вот например, вы сейчас читаете этот пост, и вам нафиг не упало разбираться, что делает эта программа. То есть какая-то защита все-таки есть. Однако, если у вас будет мотивация, вы потратите время и скорее всего взломаете эту программу.

Неразличимая обфускация. В 2013 году в теоретической криптографии случился прорыв. Помните, ученые доказали ранее, что "обфускация черного ящика" невозможна? Так вот, спустя 12 лет они построили кое-что не менее важное, а именно "неразличимую обфускацию". Эта обфускация дает гораздо, гораздо более слабые гарантии безопасности, чем обфускация черного ящика. А именно, допустим у вас есть две программы, у которых код разный, но результат всегда одинаковый, например так:

Неразличимая обфускация гарантирует, что вы не сможете отличить, какая из двух "одинаковых" программ была обфусцирована.

Если вам непонятно, как это вообще можно использовать и зачем кому-то понадобится выяснять, обфусцировали ли мы "2(a+b)" или "2a + 2b", а главное, как это позволяет спрятать ключ Евы в примере выше - вы не один такой! Говорю же, у ученых ушло 12 лет, и честно, по-моему люди не очень верили, что это кому-то пригодится. Тем удивительнее оказалась истина! Оказалось, что для очень многих приложений такой слабой обфускации вполне достаточно (но приходится писать 30-страничные статьи, почему ее достаточно). Например, Алиса действительно может передать программу с ключом внутри, и никто не сможет узнать ключ из кода программы.

То есть на данный момент мы имеем обфускацию, которая во многих случаях доказуемо невзламываемая. Пока что у нее большие проблемы с эффективностью, которые делают ее неприменимой в приложениях. Например, на обфускацию простенькой программы уходят часы и гигабайты памяти. Однако наука не стоит на месте, так что подождем!

Кому лень смотреть: на линии экватора вода стекает в воронку ровненько, но стоит отступить на метр в северное/южное полушарие и - о чудо! - она начинает закручиваться в разные стороны! Вот что сила кориолиса животворящая делает.

Напомню, что сила кориолиса - это фиктивная сила, "возникающая" во вращающейся системе отсчета, коей является наша планета, которая отклоняет любой движущийся объект вправо в северном полушарии и влево в южном. О причине ее появления поговорим чуть позже (там не все так однозначно!), а пока давайте пару слов о самом видео. Есть вот такая байка:

Стекающая в ванной вода закручивается под действием силы кориолиса, т.е. влево в северном полушарии.

Байка эта уже была опровергнута столько раз, что даже в википедии отмечено, что это не так. Однако некоторые предприимчивые жители экваториальных стран не могут просто взять и пройти мимо доверчивого туриста! Причем это видео далеко не единственное, поищите "coriolis effect equator" на ютубе. Заговор наших экваториальных, ээ, партнеров!

В принципе, по видео довольно понятно, почему вода закручивается (кто не понял, гляньте комментарии/википедию). Я не удержалась и после просмотра видео пошла в ванную проблеваться проверить свою гипотезу. Мне удалось заставить воду вращаться в обе стороны - и по часовой стрелке, и против. Стоит ли говорить, что в обоих случаях моя ванна оставалась на своем исконном месте на 42-х градусах северной широты.

Итак, почему она возникает. Обычно для объяснения силы кориолиса приводят эту гифку:

В этой гифке нет ничего плохого, до тех пор, пока ей не начинают объяснять силу кориолиса на нашей планете. Вот возникновение силы кориолиса на карусельке она демонстрирует замечательно. Допустим, мы крутимся вместе с каруселькой и нарисованной на ней линией. Чтобы шар оставался неподвижен с нашей точки зрения, -  скажем, в точке А, - шар должен иметь ту же мгновенную скорость, что и точка А. Если его тангенциальная (т.е. перпендикулярная нарисованной линии) скорость будет меньше, то он будет запаздывать по сравнению с "неподвижной" прямой. Если выше - то обгонять. Для нас это будет выглядеть, как будто шар уезжает в сторону.

На гифке выше шар вообще не обладает тангенциальной скоростью, т.е. она равна нулю. Поэтому он сразу начинает отставать от "неподвижной" линии. Чем ближе он к краю диска, тем большую скорость ему нужно иметь, чтобы оставаться на линии, ну или хотя бы не увеличивать отрыв (в точке B - в 2 раза выше, чем в A). Однако его тангенциальная скорость по прежнему ноль. Поэтому он отстает все быстрее и быстрее, что нами воспринимается как "сначала уехал слегка в сторону, а потом вообще круто свалил".

Пока все отлично. Если мысленно кидать шарики в разных направлениях, то станет ясно, что шарик всегда отклоняется вправо от начального направления, будь то от центра, к центру, вбок итд.

Проблемы начинаются, когда после этой гифки снисходительно добавляют "ну вот и на Земле так же". Так же как что? Куда присобачить эту карусель на нашей планете? Пикабушник, вот скажи, где ты на Земле двигаешься по вращающемуся диску, вызванному движением Земли? Дай угадаю: у тебя есть огромный бур, оборудованный жильем, канализацией и термозащитой, и ты по выходным гоняешь по вот этому разрезу от поверхности и до ядра. А потом обратно.

Поздравляю! Т.к. данный разрез вращается вместе с землей, на тебя действуют ровно те же эффекты, что и шар на карусели. То есть когда ты из ядра  возвращаешься домой на поверхность, тебя сносит вправо. Приходится поправки вводить в твой бурокомпьютер, да?

Отлично, но к простым смертным, живущим на поверхности сферы, это отношения не имеет.

Иногда идут дальше и начинают в прямом смысле натягивать сову на глобус, а точнее, диск на глобус. Типа, давайте сделаем карусель из диска резины, а потом раз! и натянем на верхнее полушарие. Раз на плоском диске это так-то и так-то, значит и на поверхности полушария это так же и вот так же. Ага, щас.

Надо признать, большинство объяснений все же не хитрят, а берут настоящий шар и рисуют что-то вот такое:

Мол, скорость на поверхности земли падает с широтой. То есть, если выстрелить с экватора на север, у пули будет большая тангенциальная скорость, чем у проплывающей под ней земной поверхности. То есть пуля будет обгонять свою долготу, т.е. отклоняться вправо. А если выстрелить с северного полюса на экватор? Пуля летит без тангенциальной скорости. А планета под ней крутится быстрее и быстрее, т.е. пуля отклоняется вправо (по полету) от своей долготы.

Что неверно в этом объяснении? Да нет, все прекрасно. А теперь давайте попробуем объяснить, почему пуля, летящая с запада на восток, отклоняется вправо, т.е. на юг. Вот мы выстрелили, и?

Упс, что-то не выходит. А, ну да, наверно сила кориолиса действует только при движении в направлении север - юг! Давайте проверим... упс! говорят, всегда отклоняет вправо.

Ну тогда давайте погуглим, может где-то объясняют про движение в направлении восток-запад? да хрен там.

С завидной регулярностью картинки нам объясняют, как отклоняется движение на север или на юг. И ни слова про запад-восток! Власти скрывают!

Может, википедия нас обманула, и все-таки сила кориолиса действует только в направлении север-юг? Но давайте взглянем на фотографию циклона, снятую с одной из небесных сфер (см дальше):

Циклон, как известно, - это область низкого давления. Вдали от циклона (фиолетовая точка) воздух под действием разницы давлений начинает двигаться в сторону низкого давления. Однако, на него начинает действовать сила кориолиса, отклоняющая его вправо. В итоге, вместо того, чтобы прямиком отправиться в центр низкого давления, воздух его огибает, закручиваясь в характерный для циклона рисунок. Вблизи циклона (красная точка) воздух крутится вокруг центра; на воздух действует разница давлений, толкающаяя его влево, и сила кориолиса, толкающая его вправо. Эти силы примерно равны.

Облачность при циклоне - отличная иллюстрация того, что сила кориолиса действует всегда, при любом направлении движения. Еще одно свидетельство было придумано Фуко. Ему, как и нам, ничего человеческое было не чуждо, и точно так же в 2 часа ночи было НУ ОЧЕНЬ НУЖНО узнать про китайских императоров 12 века,  про то, как водой с песком сверлить гранит, про то, как подсолнух поворачивается за солнцем и про другие, крайне необходимые в 2 часа ночи знания. Однако, у него не было википедии. Зато у него был маятник. Поэтому он стал за ним наблюдать.

Оказалось, что маятник, вместо того, чтобы просто болтаться туды-сюды, потихоньку вертел свою плоскость колебаний. В Сан-франциско вообще вон какой маятник фуко запилили: поставили по кругу доминошки, и маятник их постепенно выбивает.

Внимание, вопрос: зачем маятник вертит плоскость, в которой колеблется? Ответ: ничего он не вертит. Он-то как раз просто болтается туды-сюды. Это земля вертится и сбивает нас с толку. Представьте, как вы с маятником левитируете над северным полюсом. Маятник качается себе туда-сюда, а земля меееедленно проворачивается под вами, подставляя под маятник доминошки. Сначала одну доминошку подставила (бзыньк! упала...), потом другую (бзыньк!).

К чему это я все. Имеем следующие факты: 1) Сила кориолиса действует в любом направлении 2) у сферы сила кориолиса на предметы в направлении запад-восток не действует 3) на плоском диске она действует на все. Не знаю как вам, а мне вывод очевиден. Нет, я тоже ржу над свидетелями плоской земли, но против науки не попрешь!

А разгадка одна: сила тяжести. Сила кориолиса действительно действует во все стороны, и виновата в этом в конечном итоге сила тяжести (пользуясь случаем, передаю пламенный привет сторонникам натягивания резиновых дисков на полусферу, что не учитывает силу тяжести вообще никак и предсказать ничего не может). Давайте для начала забьем на вращение земли и посмотрим, как будет лететь пуля, пущенная на запад с 45градусной широты (красная точка):

Если вы думаете, что она полетит по малому кругу на 45 широты, то хрен там! Чтобы она так полетела, сила тяжести должна быть направлена "к оси" земли (красная стрелка). Как вы возможно слышали, сила тяжести вместо этого направлена к центру. Она отклоняет траекторию пули "вниз" (в меньшие широты), и в итоге пуля летит по большому кругу:

То есть, если я хочу попасть в мужика в точке u на экваторе, мне надо выстрелить из красной точки на запад! Но это если не учитывать вращение земли. Давайте я просто оставлю здесь эти прекрасные картинки (от Dave Van Domelen):

Белая полоска символизирует экватор. Мужик на гусенице (скажем 20 градусов широты) мечтает убить мужика на экваторе. Как мы только что выяснили, ему нужно выстрелить на запад, пуля полетит по большому кругу (черный круг) и попадет в цель.

Если бы земля не вращалась, или же вращалась равномерно (все точки с одной скоростью), наш нехитрый рассказ про мужика на экваторе закончился бы прямо тут. Но вот в дело вмешиваются разные скорости вращения экватора и 20 градусов широты. Пуля, подлетая к экватору, вдруг обнаруживает, что планета под ней крутится все быстрее (особенно ее часть по левую сторону!), и цель вдруг начала уплывать влево, и в итоге осталась позади. А с точки зрения незадачливого убийцы, пуля почему-то отклонилась вправо от цели. Вот так вот объясняется отклонение вправо при движении на запад.

Кстати, если вам сейчас показалось, что у отклонения при движении юг-север и запад-восток разные объяснения, то это не так. Природа отклонения вправо одна и та же: вращение земли + условие, что предметы не могут покинуть ее поверхность (гарантируется силой тяжести). Помните мы сказали, что для объяснения отклонения пули вправо нужна силя тяжести? Она и для направления юг-север нужна: без нее предмет просто по инерции улетит в космос по касательной, вместо того, чтобы следовать на север вдоль поверхности. Формула едина для любого направления движения и, в частности, говорит нам, что сила кориолиса всегда направлена перпендикулярно скорости тела и оси вращения.

В частности, на экваторе она направлена вверх (или вниз), а в 1 метре от экватора - почти что вверх/вниз. Так что давайте передадим привет эквадорским шарлатанам, которые пытаются гомеопатическими дозами силы кориолиса в 1м от экватора вращать воду. Вот такие вот дела с простыми, на первый взгляд, вещами. Ну и напоследок, оцените, как шарик описывает круги на 4.47.