Utveckling av teknikdemonstratorer

Vägledning till läsaren

Denna text beskriver hur Saab satsat på teknikforskning både i egen regi och i samverkan med olika företag, akademier och forskningsinstitut både i Sverige och internationellt.

För att kunna driva flygforskning på ett rationellt sätt har man bland annat satsat på att genomföra olika program för att utveckla teknikdemonstratorer.

Man har genomfört sådana satsningar både i egen regi och genom deltagande i olika forskningsprogram, i Sverige och även utomlands, detta har förstärkt kompetensutvecklingen.

Teknikdemonstratorn Gripen Demo var en flygande testplattform för nästa generation Gripen och för vidareutveckling av befintliga versioner. Neuron-projektet tillförde kunskap om obemannade stridsfarkoster och gav stor erfarenhet av att använda nya arbetssätt inom Model Based Definition, MBD. Arbetet med SHARC lade grunden till framgångsrika autonoma starter och landningar. Genom MIDCAS-programmet visade man hur obemannade farkoster skall kunna flyga i samma luftrum som bemannade flygplan på ett säkert sätt.

Bakgrund

Teknikdemonstratorer är värdefulla då man kan visa nya, möjliga förmågor för politiker, kunder och myndigheter. Ett exempel på en sådan teknikdemonstratorer är Gripen Demo, som på ett mycket framgångsrikt sätt visade på Saabs förmåga att utveckla ett modernt stridsflygplan för att avvärja framtida militära hot.

Ett annat viktigt skäl att arbeta med teknikdemonstratorer är man kan arbeta med olika typer av produktkoncept, som definierar och visar på de viktigaste egenskaperna för de produkter som man vill utveckla. Teknikdemonstratorer är ett bra sätt att utveckla kompetens och strategiska samarbeten och kunna genomföra praktiska tester av nya produktkoncept tillsammans med olika kunder.

Det har också varit nödvändigt att hålla igång utvecklingsorganisationen med nya, utmanande projekt för att inte tappa kompetens. Dessutom har man kunnat vidmakthålla en hög kompetensnivå till dess att man får större utvecklingsbeställningar.

Rekommendation

Författaren rekommenderar nedanstående texter som har koppling till denna berättelse: Under Livscykelkostnad, läs gärna Systems Engineering, under Utvecklingskompetens, läs gärna Förmågeutveckling av styrsystem samt under Verksamhetsförmåga, läs gärna Förmågeutveckling i internationell miljö.

Texten berör markerade områden inom förändringsresan i flygindustrin

Sammanfattning

Saab har sedan början av 2000-talet satsat kraftigt på en internationell expansion. Detta skall ses i ljuset av att den svenska försvarspolitiken hade förändrats. Det förelåg vid denna tid inga indikationer på stora försvarsbeställningar och utvecklingsuppdrag från den svenska staten. Dessa nya förutsättningar innebar både stora möjligheter och utmaningar då marknaden för försvarsmateriel historiskt varit en nationell affär. Steget från nationella affärer för försvarsmateriel till en att driva exportaffärer har dock krävt stora satsningar.

Saab har därför satsat kraftigt på affärer med hög systemnivå både på den militära och civila marknaden. För att kontinuerligt kunna arbeta på detta sätt har det sedan lång tid funnits en väl etablerad teknikforskning inom Saab.

För Saab har arbetet med produktledning varit viktigt. När man skall välja rätt områden för framtida FoU-investeringar så måste man ha en tydlig bild av både egna förmågor, marknadens behov, kommande teknikutveckling och egen, framtida produktportfölj.

För att kunna realisera FoU-satsningar gör man kontinuerligt en ”Technology roadmap” för Saabs hela produktportfölj.

En av de viktigaste strategierna för Saabs ”Technology roadmap” de senaste 15 åren har varit att ta fram teknikdemonstratorer och nyckelteknologier. Detta har realiserats genom deltagandet i Neuron-projektet och genom framtagandet av teknikdemonstratorn Gripen demo.

Teknikdemonstratorn Gripen Demo var en flygande testplattform för nästa generation Gripen och för vidareutveckling av befintliga versioner. Gripen Demo utvecklades med nya funktioner såsom en ny motor med ökad dragkraft, en AESA radar, ökad räckvidd, nytt landningsställ, ökad vapenkapacitet och förbättrade flygelektroniska strukturer.

Syftet med att utveckla Gripen Demo var att bidra till ökad exportförsäljning genom att härigenom visa på långsiktighet hos Saab angående Gripen-programmet. Demonstratorprogramet skulle ge erfarenheter och därmed följde riskreducering, kortare utvecklingstid och lägre kostnader i kommande utvecklingsprogram.

Beskrivning av innehåll

  • En av de viktigaste strategierna för Saabs ”Technology roadmap” de senaste 15 åren var att ta fram teknikdemonstratorer och nyckelteknologier.
  • Genom satsningen på utvecklingen av egna teknikdemonstratorer och genom deltagandet i olika forskningsprogram har Saab förstärkt sin kompetensutveckling.
  • Teknikdemonstratorn Gripen Demo var en flygande testplattform för nästa generation Gripen och för vidareutveckling av befintliga versioner.
  • Kraven på obemannade farkoster kan vara mycket mer varierande än för bemannade farkoster.
  • Att kunna framgångsrikt slutföra helt autonoma flygningar utan pilot, har varit ett viktigt steg i Saabs utveckling av autonoma UAV.
  • Genom flygning med SHARC har man visat på möjligheten till automatisk flygning

Teknikforskning

Saab har sedan början av 2000-talet satsat kraftigt på en internationell expansion då den svenska försvarspolitiken har medfört förändrade förutsättningar för försvarsbeställningar. Detta har inneburit både stora möjligheter och utmaningar då marknaden för försvarsmateriel varit en historiskt nationell affär. Steget från nationella affärer i försvarsmaterielbranschen till en att driva exportaffärer kräver dock stora satsningar.

Man behöver då arbeta med att antal nyckelteknologier, sådana som är kritiska eller innehåller ny teknologi som ger viktiga egenskaper hos en produkt.

Inom dessa nyckelteknologier kan man identifiera flygspecifik basteknik som ett grundläggande fundament.

Flygspecifik basteknik utvecklas ofta inom forskningsinstitut, och universitet. Till detta behövs mer ”generisk teknik” och industriell teknologi, d.v.s. grundläggande teknikområden som är användbara i samhället i stort t.ex. datorer och kommunikationssystem.

“Technology roadmap”

För Saab har arbetet med produktledning varit viktigt. När man skall välja rätt områden för framtida FoU-investeringar så måste man ha en tydlig bild av både egna förmågor, marknadens behov, kommande teknikutveckling och möjlig egen framtida produktportfölj.

För att kunna realisera FoU-satsningar gör man kontinuerligt en ”Technology roadmap” för Saabs hela produktportfölj. I en Technology roadmap” görs en lång rad bedömningar. Exempel på sådana bedömningar visas enligt följande:

  • Trender på marknader.
  • Egenskaper på produkter.
  • Inriktning för försvarsförmåga.
  • Operationell kapacitet och förmåga i olika typer av konflikter.
  • Industriell samverkan inom Sverige respektive internationell industriell samverkan.
  • Ekonomiska förutsättningar för kommande teknikutveckling utifrån pågående inhemska och internationella utvecklingsprogram.
  • Framtida industrisamarbeten och olika sätt att industrialisera produkter framgent.
  • Möjlighet att utveckla nya eller förbättra befintliga produktionskoncept.
  • Olika faktorer som påverkar konkurrenskraft som konkurrensanalyser.
  • Framtida utveckling inom olika teknikområden.
  • Vilka förmågor som behöver utvecklas per teknikområde.
  • Teknologiska trender i stort som berör Saabs produkter
  • Teknik och teknologiutvecklingens påverkan på Saabs produktportfölj.
  • Hur synergier kan tillvaratas i utvecklingen inom produktportföljen.
  • Vilka förmågor som kan utvecklas i Saabs produkter över tid i ett 5-, 10- och 20 års- perspektiv.

Utifrån bedömningar av en ”Technology roadmap” behöver man konkretisera och fokusera på de teknikområden som bedöms särskilt viktiga för den egna produktportföljen. Man analyserar också vad som är mest väsentligt för teknik- och produktutvecklingen i ett 5-10 års perspektiv. Resultatet skall ge riktlinjer för praktiska projekt för långsiktig affärs-, produkt- och verksamhetsutveckling.

En av de viktigaste strategierna inom Saabs ”Technology roadmap” de senaste 15 åren var att ta fram teknikdemonstratorer och nyckel-teknologier. Detta har realiserats genom att delta i Neuron-projektet och genom att driva teknikdemonstratorn Gripen demo.

Neuron-projektet har tillfört kunskap om obemannade stridsfarkoster och givit stor erfarenhet av att använda nya arbetssätt inom MBD. I Gripen Demo har Avionik-demoprojektet varit det mest banbrytande för framtidens systemarkitektur. Detta projekt har på ett konkret sätt genomfört ett stort arbete som berör systemintegration.

Båda projekten har tillsammans gett underlag till att skapa en helhetsförmåga för framtida utvecklingsprojekt. Helhetsförmågan berör produkt, teknik, marknad och verksamhetsförmåga. Intressanta utkomster från dessa teknikdemonstratorer har varit att se hur kravmängd och forskning på tekniska lösningar får påverkan på riskutfall, vid design av tekniska lösningar.

De långsiktiga satsningarna på deltagande i olika forskningsprojekt har varit mycket viktiga, deltagandet i NFFP är ett exempel på detta. Specifikt marknadsperspektivet är intressant att följa. Det är också väsentligt att ha god kontroll över vilka teknikområden som kommer att utvecklas och som kommer att vara viktiga för att kunna utveckla nya förmågor i kommande produkter. Forskningsprojekt ger också möjligheter att få testa vilka framtida samarbeten som kan vara givande att utveckla.

Det är nödvändigt att genomföra forskningsprojekt som ligger på olika TRL-nivåer, oavsett om dessa projekt drivs i helt i egen regi eller tillsammans med andra företag, forskningsinstitut och akademier.

Viktiga forskningsområden för flygindustrin finns inom autonomi, avionik, integration, signatur, överlevnad, beslutsstöd, datorutveckling, kommunikation, HMI etc.

Det är synnerligen väsentligt att förstå hur man skall åstadkomma en mognad för olika system enligt ”TRL-trappan”, när man ger sig in i nya system- och produktutvecklingsprojekt.

Vilka studier finns på låga TRL-nivåer? Vilka teknikdemonstratorer finns på nivå 5-6? Vilka systemutvecklingsprojekt ligger på TRL-nivå 7-8?

Intressanta frågor att vid beakta vid forskningsplanering är följande:

  • Bedömningar av vilken teknik finns att tillgå vid en viss tidpunkt.
  • Finns det något som gör det troligt att ett tekniksprång kan vara på gång?
  • Kan man räkna med stora prestandaökningar med en viss ny teknik?
  • Hur kommer kostnadsutvecklingen att se ut framgent?

De viktigaste faktorerna för ett väl fungerande forskningsarbete är att i en roadmap definiera forskningsprogram som ger långsiktighet och uthållighet. Ett bra exempel på detta är att kontinuerligt genomföra olika typer av teknikdemonstratorer som då successivt kan utveckla olika typer av förmågor. Att arbeta brett och delta i många internationella projekt är värdefullt, motiverande och skapar intresse.

Teknikplanering har utvecklats till ett mycket bra arbetssätt. Det fångar upp tekniktrender, kompetensbehov och har en koppling till behov och förändringar i arbetssätt. Det gäller metodik, förändrade behov av utvecklingsmiljöer för systemutveckling och IT. Dessutom utgör teknikplaneringen ett underlag till olika typer av forskningsstudier för framtida teknik och teknologier.

Det finns anledning att knyta teknikplanering och produktplanering ännu närmare varandra då teknikutvecklingen på vissa områden är mycket kraftig och många nya tekniska lösningar skulle mycket snabbare kunna överföras till produkter. Exempel på detta är 3D skrivare som öppnar möjlighet till helt nya lättviktskonstruktioner inom flygindustrin.

Samverkan inom teknikforskningen

För att göra detta möjligt har man kontinuerligt drivit ett antal forskningsprogram antingen i egen regi eller i samarbete med andra industrier och forskningsinstitut, som det svenska, ”Totalförsvarets forskningsinstitut, ” FOI som är ett av Europas ledande forskningsinstitut inom försvar och säkerhet.

Sedan 1994 har det funnits ett nationellt, flygtekniskt forskningsprogram, NFFP. Syftet med programmet är att vidareutveckla forskningsförmågan i Sverige inom industri, forskningsinstitut, universitet och högskolor. Man skall också samordna utnyttjandet av denna. NFFP skall även som en del av den flygtekniska forskningen inom landet bidra till att stärka den svenska industrins konkurrensförmåga.

Genom åren har det genom programmet examinerats ett flertal doktorer och licentiater inom viktiga områden för industrin. Många vetenskapliga artiklar har antagits och publicerats i välrenommerade vetenskapliga tidskrifter och rönt internationell uppmärksamhet.

NFFP-programmet har skapat en stark position för Sverige i Europa, där det svenska nationella samarbetet ses som en förebild för samverkan mellan forskarvärlden och industrin. Samarbetet har bidragit till att göra det lättare för svenska lärosäten att komma med i de europeiska forskningsprojekt där svensk industri deltar.

Ett utmärkt exempel på samverkan mellan industrin och forskningen är NRA Flyg 2010, som är ett exempel på en flygforskningsagenda och ett unikt samarbetsprojekt mellan aktörerna inom svensk flygforskning med deltagande från företag, akademier och institut.

Deltagare i programmet var VINNOVA, FMV, FM, FOI, Saab, Volvo Aero, LiU, KTH, Chalmers, LTU, SAI och Teknikföretagen. Detta program omfattade strategifrågor kring följande områden: Struktur för flygstrategi, forskningsprogram, finansieringsfrågor och flygteknisk kompetens.

För att realisera forskning praktiskt kan man verkställa detta genom att utveckla och producera olika typer av Teknikdemonstratorer. Teknikdemonstratorer en viktig komponent för att både testa ny teknik och nya teknologier och även kunna testa framtida och framsynta arbetssätt. De teknikdemonstratorer som genomförts under de senaste femton åren har också gjort det möjligt att ta fram effektiva arbetssätt.

Många teknikdemonstrator har tagits fram i samverkan med Forskningsinstitut, Universitet, högskolor, FMV och Försvarsmakten. Därutöver har många satsningar gjorts tillsammans med internationella partners inom industrin samt med forskningsinstitut och universitet.

Teknikdemonstratorer

En teknikdemonstrator är en prototyp där man med olika restriktioner visar på en möjlig teknisk- eller operativ förmåga. En teknikdemonstrator skapas ofta för att testa nya gränser för tekniska lösningar och för att positionera sig som en intressant leverantör och samarbetspartner.

Andra motiv är att känna av marknaders och kunders reaktioner på tekniska lösningar för operativa behov. För Saab är teknikdemonstratorer mycket värdefulla för att utveckla teknisk förmåga och även utveckla ny verksamhetsförmåga för effektivare och rationellare arbetssätt.

Att utveckla funktionella demonstratorer är även ett vanligt sätt att successivt reducera risker i ett projekt. Teknikförmåga mäts dels på förmågan att täcka behov av tekniklösningar, dels på hur färdigutvecklad tekniken är för praktiskt bruk.

Anpassningen till de förändrade förutsättningar som svenska staten har gjort avseende inriktning på insatsförsvar har satt fokus på ett antal områden för Saab. Man har gjort olika strategiska val som ökad och förändrad samverkan med partners, satsning på teknik- och teknologiutveckling, effektivisering av verksamhet samt satsat på olika program för teknikdemonstratorer.

Teknikdemonstratorer är ett bra sätt att utveckla kompetens och strategiska samarbeten och kunna genomföra praktiska tester av nya produktkoncept, för att få ökad förståelse för både den svenska försvarsmaktens behov och de viktigaste internationella kundernas behov.

Genom satsningen på utveckla egna teknikdemonstratorer och genom deltagande i olika forskningsprogram har Saab förstärkt kompetensutvecklingen. Även rekrytering av personal från andra branscher har gett nya infallsvinklar son bidragit till en ökad förmågeutveckling. Då Saab de senaste 15 åren ökat deltagandet i internationella teknikstudier och forskningsprogram har också det bidragit till en förmågeutveckling.

Arbetet med teknikdemonstratorer är ett sätt att ”mogna” den teknik som man bedömer användbar i framtida produkter. Genom satsning på modellbaserad utveckling har Saab också etablerat samverkan med akademier för att studera nya farkostkoncept, t.ex. för att studera aerodynamik, autonomi etc.

Deltagandet i det internationella teknikdemonstratorn Neuron förstärkte förmågan att utveckla kompetens avseende farkostutformning. En annan teknikdemonstrator är MIDCAS där man visat på möjligheten att realisera ett system, för att automatiskt upptäcka och väja för andra farkoster på liknande sätt som bemannade flygplan.

De viktigaste framgångsfaktorerna som bidragit till förändrade arbetssätt har varit genomförandena av teknikdemonstratorer, som bidragit till nya innovationer och nya arbetssätt och som gett stor kompetensöverföring till kommande produktutvecklingsprojekt.

Strategiska beslut för teknikdemonstratorer

För att testa ny teknik och nya produkter med nya egenskaper har Saab som tidigare nämnts tagit det strategiska beslutet att börja utveckla teknikdemonstratorer. Man vill kontinuerligt utveckla ny teknik och nya farkoster med förmågor som kan användas för teknikutveckling, kompetensutveckling och för demonstrera Saabs förmågor för marknaden. Beslutet att utveckla demonstratorer var också ett mycket framsynt beslut, då man kunde visa befintliga och potentiella kunder på företagets innovativa förmåga.

Man hade till en början ett teknikperspektiv för satsningar på teknikdemonstratorer. Senare kom inriktningen på teknikdemonstratorer även att omfatta marknadsdemonstratorer och dessutom utveckling av verksamhetsförmåga, alltså att ta fram effektiva utvecklingsmiljöer och verktyg för att utveckling av teknik och produkter.

Teknikdemonstratorer är värdefulla då man kan visa nya möjliga förmågor för politiker, kunder och myndigheter. Ett exempel på en sådan teknikdemonstratorer är Gripen Demo som på ett mycket framgångsrikt sätt visar på Saabs förmåga att utveckla ett modernt stridsflygplan för avvärja framtida militära hot.

Ett annat viktigt skäl att arbeta med teknikdemonstratorer är man kan arbeta med olika typer av produktkoncept, som definierar och visar på de viktigaste egenskaperna för de produkter som vill utveckla. Teknikdemonstratorer är ett bra sätt att utveckla kompetens och strategiska samarbeten. Man kan genomföra praktiska tester av nya produktkoncept tillsammans med olika kunder.

Det har också varit nödvändigt att hålla igång utvecklingsorganisationen med nya utmanande projekt för att inte tappa kompetens i väntan på att man får större utvecklingsbeställningar.

Saab har därför drivit en fokuserad satsning på ett antal olika teknikdemonstratorer. Man har utvecklat olika typer av avancerade förmågor för att testa teknik och teknologi.

I samband med utvecklingen av vissa teknikdemonstratorer har man också kunnat effektivisera utvecklingsprocesserna.

Detta har inneburit att man kunnat utveckla och förbättra utvecklingsmetodik och utvecklingsmiljöer. Dessutom har man kunnat förbättra metoder och olika ramverk för att effektivt styra komplexa processer, såsom utveckling av komplicerade mjukvaruprodukter och öppen källkod.

Finansieringen har sett olika ut beroende på vilka intressenter som varit inblandade. Vissa finansieringar har gjorts i egen regi medan de större inneburit samverkan med annan industri i Sverige eller internationellt. De största har haft finansiering från FMV.

Strategier för att utveckla affärer och marknader har förändrats över tid. I slutet av 1990-talet började man inrikta intresset mot obemannade farkoster som var ett nytt marknadsområde för Saab. Därmed behövde man utveckla kunskap inom det området vilket förverkligades genom att genomföra ett antal teknikdemonstratorer.

Exempel teknikdemonstratorer

I detta avsnitt beskrivs kortfattat syftet med de olika teknikdemonstratorerna och den påverkan de haft på förmågeutvecklingen.

Gripen Demo visade på nya förmågor hos Gripen-systemet såsom längre räckvidd och ökad operativ förmåga. Dessutom har avancerad teknik- och förmågeutveckling skett genom arbetet med denna teknikdemonstrator. Erfarenheter från utvecklingen av teknikdemonstratorn ”Gripen Demo” skulle också komma att användas som underlag för att utveckla framtida arbetssätt, utvecklingsmiljöer och IT- verktyg.

Exempel på teknikområden som varit under fokus är sensorteknik, presentationssystem för piloten, navigering, autonom styrning, simulering och modellering. Nya arbetssätt har använts i form av modellbaserad systemutveckling samt modellbaserad utveckling inom konstruktions- och produktionsteknik.

Neuron-programmet visade på ett antal teknologier för ett UCAV-system (Unmanned Combat Aerial Vehicle) och var utformad som en stridsfarkost. Neuron var ytterligare en utveckling av en obemannad farkost med lågsignaturegenskaper. Neuron utvecklades för obemannad, autonom flygning. I Neuron utvecklades bland annat avancerad avionik (flygelektronik). Man visade också på ett taktiskt och inte minst ett mycket effektivt sätt genomföra en vapeninsats mot markmål i en modern lednings- och beslutstödsmiljö.

Programmet har gett viktiga kunskaper inom flyg- och systemteknik. Men framför allt har Neuronarbetet ytterligare stärkt Saabs konkurrenskraft, när det gäller högteknologisk och kostnadseffektiv utvecklings- och produktionsmetodik.

Arbetet med Neuron har inneburit att Saab utvecklat förmågan att använda modellbaserad utveckling, vilket man nu använder fullt ut i alla produktprojekt.

Neuron utvecklades gemensamt av Frankrike, Sverige, Italien, Spanien, Grekland och Schweiz. Deltagande flygindustrier var Dassault som ledde programmet, Saab, Alenia, EADS-CASA, HAI, RUAG samt Thales.

FILUR-programmet syftade till att ta fram kompetens inom lågsignatur-/”stealth-teknologi”. I denna teknikdemonstrator ville man också visa det taktiska behovet av ”stealth-teknologi” tillämpat på flygande farkoster. FILUR-programmet var också till för att lägga en grund för kraven på smygteknik hos framtida flygsystem och flygande övervakningssystem. Ett annat syfte var att Saab och Sverige skall bli bättre på området. Man skulle också öka möjligheterna för samverkan med andra europeiska länder och försvarsindustrier.

SHARC-programmet ville visa att man på ett snabbt och kostnadseffektivt sätt kunde demonstrera autonom flygning. Man ville testa komponenter i det nätverksbaserade försvaret. Dessutom ville man få erfarenhet av framtagning av teknikdemonstratorer och luftvärdighetsarbete så att man kunde erhålla ett Flygutprovningstillstånd (FUT) från myndigheten. SHARC-programmet beskrivs mer detaljerat längre fram i det här dokumentet.

Tiden från projektstart till första flygning har varit cirka ett och ett halvt år. Det har visat att Saab kan ta fram en flygande demonstrator med stort teknikinnehåll på en mycket kort tid.

MIDCAS-programmet (Mid Air Collision Avoidance System) visade hur obemannade farkoster skall kunna flyga i samma luftrum som bemannade flygplan på ett säkert sätt. Man testade system för att förhindra kollision mellan luftfarkoster. MIDCAS-programmet beskrivs mer detaljerat längre fram i det här dokumentet.

Gripen Demo

Teknikdemonstratorn Gripen Demo var en flygande testplattform för nästa generation Gripen och för vidareutveckling av befintliga versioner. Gripen Demo har utvecklats med nya funktioner såsom en ny motor med ökad dragkraft, en AESA radar, ökad räckvidd, nytt landningsställ, ökad vapenkapacitet och förbättrade flygelektroniska strukturer.

Gripen DEMO

Syftet med att utveckla Gripen Demo var att bidra till ökad exportförsäljning genom att visa på långsiktighet hos Saab och för Gripen-programmet. Demonstratorprogrammet skulle ge erfarenheter som innebar riskreducering, kortare utvecklingstid och lägre kostnader i kommande utvecklingsprogram. Ett kriterium var att säkra kompetens och resurser för Gripens vidmakthållande samt för vidareutveckling inom olika teknikområden.

Ett annat viktigt kriterium för Gripen Demo var att kunna demonstrera väsentliga förbättringar avseende operativa egenskaper. Gripen Demo visade hur man kunde öka prestanda och flygegenskaper, inklusive start och landning. Man visade också hur man kan öka räckvidden på Gripen genom en väsentligt ökad mängd inre bränsle och möjlighet att bära två kroppsbalkar för överljudsfällning av bränsletankar. Genom att Gripen Demo fick en ny och starkare motor kan det också bära tyngre laster.

Samordnat demonstratorprogram

Gripen Demo omfattade ett samordnat demonstratorprogram med flera mindre deldemonstratorer. De olika delprogrammen omfattade realisering virtuellt i simulatorer, i fungerade markdemonstration, samt i luften.

Projektet var pådrivande för att väsentligt kunna effektivisera framtagning av förbättringar för Gripen-systemet. Demonstratorprogrammet var en viktig del i den långsiktiga utvecklingsplanen för Gripen.

De olika delarna i demonstratorprogramet var följande:

  1. Visa ökad räckvidd för JAS 39 Gripen.
  2. Visa en uppgraderad avioniksystemstruktur.
  3. Demonstrera en ny radar i form en AESA-radar (Active Electronically Scanned Array)
  4. Visa ett system med sensorer för ökat egenskydd, inkluderande sensorer för signalspaning, detektering, positionering klassificering och identifiering av mål och hot samt motmedel för skydd av flygplanet.
  5. Visa Gripen Demo för kunder för att de skall se utvecklingsförmågan hos Gripensystemet.

Gripens demonstratorprogram realiserades i samarbete med flera av världens ledande företag inom flygindustrin såsom General Electric, Thales, Rockwell Collins, Honeywell, APPH, Terma, Martin-Baker och Meggitt.

Avioniksystem

Dessutom utvecklades ny avionik. En uppgraderad avioniksystemstruktur omfattar ett komplett nytt datorsystem för Gripen och är integrerat med en av de befintliga systemsimulatorerna. Avsikten var att flytta över ett komplett Gripen-system in i ny systemstruktur med nya datorer och demonstrera avsedd funktionalitet i simulatorn. Man visade att man kunde göra en avsevärd kapacitetsökning av datorkraft och databusskapacitet för att därmed möjliggöra funktionell vidareutveckling av Gripen-systemet. Hänsyn togs till internationell samverkan och tillämpbarhet för UAV och civilt samutnyttjande.

Man visade också på möjlighet till väsentligt effektivare utveckling genom modularitet, struktur på programvarukritikalitet och mer naturliga fysiska gränssnitt. Dessutom tog man fram kriterier för att hantera problemet med ”obsolescence” avseende komponenter m.m.

Nedan beskrivs exempel på funktioner som man arbetade med i Gripen Demos delprojekt AvionikDemo.

Spaningsfunktion

Man utvecklade den befintliga spaningsfunktionen kallad SPK39. Det gjorde man bland annat genom att modellera funktionen i utvecklingsverktygen Simulink/Stateflow. För att testa funktionen byggdes en enkel modell av kapseln för spaningsfunktion. Denna modell utvecklades genom att göra modelleringar i utvecklingsverktygen Simulink och Rhapsody.

Man gjorde sedan uppdelningar av funktionen för systemet i partitioner. Man lät både styrfunktionen och kapseln få var sin partition. Interaktionen med pilot flyttades in i en av partitionerna. Test av funktionerna gjordes genom simulering i Simulink.

Under körningen av modultest analyserades testtäckningen, då kunde man generera både dokumentation och en grafisk vy över modellen. Den kod som genererades kunde integreras i spaningsfunktionen och är möjlig att köras direkt på tunna klienter eller i en demorigg.

Modellbaserad systemutveckling för nödmodspresentation

I avionikdemonstratorn, ville man också utvärdera metoder och verktyg för modellbaserad systemutveckling, MBSE. Ett exempel på det var att utveckla en ny nödmodspresentation. Eftersom nödmoden är en välkänd och relativt komplett funktion, som innehåller inläsning av sensordata, dataövervakning, beräkningar och presentation så var den en lämplig kandidat för projektets syfte.

I Gripen finns en nödmodspresentation (Emergency Flight Data Display) som aktiveras om systemdatorn, presentationsdatorn PP-12 eller busstrafiken dem emellan av någon anledning slutar att fungera.

Nödmodspresentationens uppgift är att ge piloten den mest basala informationen om höjd, fart, kurs och motorns status för att kunna ”ta sig hem” och landa flygplanet. Nödmoden är implementerad som en redundant funktion direkt i indikatorerna i cockpit.

I projektet för att utveckla nödmodspresentationens funktion användes verktygen Rhapsody, Simulink och VAPS. I Rhapsody modelleras funktionen med hjälp av UML (Unified Modelling Language) som beskriver den övergripande systemdesignen och gränssnitten mellan systemkomponenterna.

Från denna modell genererades gränssnittsbeskrivningar (headerfiler i C) som användes i Simulink och VAPS för att funktionen skall ha konsistenta gränssnitt. I Simulink skapades ett antal modeller för uppackning av sensordata, datakvalitetskontroll samt beräkning av presentationsdata för höjd, fart, kurs, motortemperatur etc. I verktyget VAPS modellerades de grafiska element som utgör pilotgränssnittet. Från verktygen genererades C-kod som integrerades ihop till en PC-applikation för skrivbordssimulering i en vanlig PC samt en applikation för målsystemet som är en verklig display från företaget Rockwell Collins.

Obemannade farkoster

Efter prov och införande med automatisk flygning både i flygplan JA37 (Automatsiktning) och i Gripen, började Saab under senare halvan av 1990-talet studera obemannade flygande farkoster.

Väsentliga satsningar på teknikstudier har gjorts kontinuerligt i olika forskningsprogram. Många av dessa studier har kombinerats inom ramen för olika teknikdemonstratorer för obemannad luftfart inom UAV-området (Unmanned Aerial Vehicle).

Kraven på obemannade farkoster kan vara mycket mer varierande än för bemannade farkoster. I bemannade farkoster sätter föraren med kringutrustning en gräns för minsta storlek.

En obemannad farkost kan variera i storlek alltifrån något som kan användas i närområdet, för att t.ex. se över närmsta kulle eller runt hörn, till något av samma storlek som bemannade flygplan. För små farkoster kan kraven på systemsäkerhet vara mycket måttliga då farkosten har begränsad räckvidd och inte kan ställa till någon större skada om den havererar på fel plats.

För stora obemannade farkoster kan kraven vara likartade med bemannade ensitsiga flygplan för att få flyga utanför avlyst luftrum och mark.

I en obemannad farkost blir dock de system som föraren normalt övervakar kritiska, t.ex. navigering, attitydvinklar och kommunikation. Dessutom måste förarens övervakning av luftrummet framför farkosten, för att minska risken för kollision, ersättas om flygning skall ske i område där annan flygtrafik kan förekomma.

Beroende på uppdrag skall en obemannad farkost t.ex. kunna skicka information från sensorer på farkosten för utvärdering. Detta kan gälla för farkoster med liten aktionsradie från kontrollstation, men det kan också gälla på långa avstånd där man har en framskjuten spaning och behöver informationen direkt från farkosten.

Krav på aktionsradie och aktionstid påverkar förmågan hos farkosten, som i sin tur påverkas av farkostens storlek och kommunikationslösningar. Vid små avstånd kan direktlänk till kontrollstation vara en enkel lösning. Vid stora avstånd krävs satellitkommunikation eller användning av relästationer för att få sensordata med tillräckligt stor bandbredd.

Vilka typer av sensorer som skall användas påverkar såväl storlek som utformning av struktur men även avioniksystemet som skall bearbeta data och skicka den vidare för utvärdering.

Miljökrav för utrustning påverkas både av var farkosten skall operera avseende temperatur, fukt m.m. och hur den skall flyga avseende fart, höjd m.m.

Ett stort antal övergripande studier om obemannade farkoster har genomförts där ett antal grundläggande frågor ställdes. Några exempel på sådana frågor var:

  • Vilka uppdrag är lämpliga för en obemannad farkost?
  • Vilka krav skall gälla för kvalificering av en obemannad farkost?
  • För bemannade farkoster finns regelverk, hur kan dessa regelverk anpassas till obemannade farkoster?
  • Hur skall den interna systemarkitekturen för styrning och uppdrag utformas för att uppfylla luftvärdighets- och uppdragskrav?
  • Hur skall farkosten utformas ur aerodynamisk synpunkt?

Användning av befintliga flygplan som obemannade farkoster

Ett stort antal studier har genomförts för att ta fram väl fungerande, obemannade farkoster.

Dessa studier har omfattat både teoretiska och mer tillämpade sådana. Detta har gjorts för att snabbare komma till målet att kunna flyga en obemannad farkost. Dessutom har det varit ett sätt att få erfarenheter inför framtida nyutveckling.

Tillämpade studier har gjorts av både flygplan Saab 35 Draken och Saab JA 37 Viggen.

Studie av J35 Draken

Då flygplan J35 Draken har låg radarsignatur och inte används operativt skulle detta kunna ha resulterat i en operativ UAV. För flygplan J35 Draken undersöktes möjligheten att placera ett avioniksystem inklusive styrautomat i baksits på ett tvåsitsigt J35C Draken. Man använde överblivna, befintliga styrautomater SA10 från Gripen delserie 1.

Tanken var att integrera all kritisk beräkning i denna apparat t.ex. navigering. Några modifieringar krävdes dock både av styrning av servon och av en processor med större beräkningskapacitet. Den grundläggande delen med hög systemsäkerhet genom användning av tre kanaler skulle vara oförändrad.

En väsentlig fråga vid denna studie var hur de automatiska kommandona skulle kunna samordnas på ett acceptabelt sätt med en förare som sitter i framsits.

Ett förslag var elektriska servon i baksits koppade till styrspaken, så att föraren skulle kunna känna rörelsen på liknande sätt som en annan förare i baksits. Vid noggrannare studie av det aktuella flygplanet framkom att plats för hydraulservon fanns i vingen där ett servo tidigare varit placerat. Genom att bygga en tillräckligt säker farkost borde flygning även utan förare kunna ske.

Någon UAV baserad på J35C blev dock inte realiserad, troligen av kostnadsskäl.

Studie av JA37 Viggen

För att använda flygplan JA37 Viggen som obemannad farkost planerades studier av möjligheten till automatisk landning baserad på bildbehandling. Automatisk flygning hade utvecklats tidigare och införts i serieflygplan vid införande av automatsiktning.

Automatisk landning hade dock inte provats. En optisk taktisk sensor hade provats i en JA37 Viggen och målsättningen var att ur dess bild beräkna hur inflygning och landning skulle kunna ske oberoende av hjälpmedel på marken.

Projektet fortskred med definition av ändringar av flygplan och apparater men avbröts p.g.a. otillräcklig finansiering.

Generell utformning av avioniksystem i UAV

Enligt en studie om säkerhet för obemannade farkoster år 2000 kom man fram till att likartade krav bör gälla för systemsäkerhet på en obemannad farkost över en viss storlek som för bemannade flygplan. En obemannad farkost har endast risker för tredje part då ingen pilot finns ombord.

I andra sammanhang har därför samma regelverk använts för obemannade farkoster som för flygplan med mindre vikt än 6000 kg. Detta regelverk är EASA CS-23 Normal, Utility, Aerobatic and Commuter Aeroplanes.

Det finns ett antal generella synpunkter på utformning av en flygande farkost, inte minst för en obemannad, där länkar och säker navigering är tillkommande krav utöver vad som gäller om en förare finns i farkosten. Nedan beskrivs ett antal dimensionerande faktorer som man måste beakta vid utveckling av obemannade farkoster enligt följande:

  • Systemsäkerhet.
  • Sekretessnivå.
  • Tillgänglighet.
  • Begränsningar i vikt, volym och effektförbrukning.
  • Antal enheter som skall tillverkas.
  • Systemets livslängd.
  • Kapacitetsreserver och utvecklingspotential.

Systemsäkerhet

För en demonstrator som flygs i avlyst luftrum över ett mycket glest befolkat område vid ett fåtal tillfällen kan karven mildras. Även om farkosten havererar är sannolikheten att den ställer till skada liten.

Hanteringen av systemsäkerhetskritiska funktioner i en obemannad farkost påminner mycket om styrsystemets hantering av insignaler i bemannade flygplan. I en obemannad farkost är fler funktioner flygsäkerhetskritiska än i ett bemannat flygplan. Attitydvinklar och navigering blir t.ex. kritiska om inte föraren sitter i flygplanet. Om t.ex. attitydvinkeln i roll blir helt fel havererar en obemannad farkost omedelbart, medan en förare upptäcker detta direkt åtminstone om det finns någon yttre referens eller reservattityd. Om navigeringen blir fel finns många sätt för föraren att bestämma positionen.

Redundansen för flygsäkerhetskritisk information bör vara av samma storlek som ett styrsystem i en farkost av motsvarande storlek, för att uppfylla krav på låg haverifrekvens. För det taktiska systemet är det mer en fråga om vilken sannolikhet för avbrutet uppdrag som kan tillåtas.

Motsvarande krav på systemsäkerhet och tillgänglighet måste också gälla för en kontrollstation och för kommunikation med flygplanet. Detta kan dock implementeras genom att använda t.ex. två oberoende markstationer, där en kan vara reserv.

Sekretessnivå

För en provfarkost som inte innehåller någon kvalificerad sensor kan kraven vara mycket måttliga. Den kritiska delen är rimligtvis kommandolänken så att ingen annan ka ta över farkosten. Tolkningen av telemetri till marken kan vara komplicerad och innehållet trivialt ur sekretessynpunkt.

En mer kvalificerad farkost bör delas upp så att en taktisk del där sekretessbelagd information hanteras skilt från flygsäkerhetskritiska data. Uppdelning kan ske med en säker brandvägg mellan systemen och kryptering av information vid behov. Speciellt kritiskt är länkar för styrning av farkosten och överföring av sensorinformation till marken.

Tillgänglighet

Kravet på tillgänglighet för en demonstrator kan vara mycket lägre än för att operativt system. SHARC var en enkel farkost där många fel skulle kunna resultera i förlust av farkosten. Därför byggdes två identiska farkoster om en skulle haverera. Det fanns många problem som skulle kunna leda till haveri av en farkost förutom interna fel i systemet. Miljön under flygning och händelser på marken.

I farkosten måste t.ex. elmiljö, temperatur, fukt och vibrationer beaktas vid uppbyggnaden. I SHARC fanns viss egentillverkade apparater och inköpt utrustning där elmiljökraven inte var specificerade enligt normala regler för flygande utrustning. Man provade därför elmiljökänslighet genom att bestråla hela farkosten med den radar som skulle användas för övervakning under flygningen och andra sändare t.ex. flygradio och mobiltelefoner placerade nära farkosten.

För krav på fukt och temperatur gjordes en kvalificerad bedömning där kravet på lägsta temperatur (-10 ˚C) för att kunna styra farkosten utan handskar var dimensionerande. Kraven på låg fukt i kylluften över de olackade kretskorten i datorn, visade sig stämma bra med kraven på låg fukt för att observera farkosten och att kunna styra denna.

Begränsningar i vikt, volym och effektförbrukning

I en liten farkost som SHARC gick det inte att använda normala apparater byggda för flyg. Både vikt, volym, effektförbrukning, avsaknad av kylluft och kostnad var begränsande faktorer. Man försökte hitta apparater från andra tillämpningar t.ex. för radiokommunikation, där man använde apparater avsedda för bussar. När man inte hittade något passande byggde man dem, så var fallet med datorn i farkosten.

Antal enheter som skall tillverkas

Om bara en eller ett fåtal farkoster skall byggas gäller det att hitta godkända apparater som är klara att använda. Apparater som man kan köpa färdiga är önskvärt, i form av COTS (Commercial Off The Shelf) alternativt COTS med små modifieringar. Om antalet farkoster som skall produceras ökar, kan det ske en allt större andel utveckling av anpassade apparater. Om det går att hitta apparater som kan användas utan modifiering är det troligen ett bra alternativ. Modifiering av befintlig luftvärdig utrustning kan bli dyrt även om ändringarna är små.

Systemets livslängd

Hur många år ett system skall kunna användas och produceras är väsentliga parametrar både vid konstruktion av apparater och hela farkoster. Vid konstruktion av farkoster i stort antal under lång tid gäller det att välja leverantörer och komponenter, som kan förväntas finnas kvar på marknaden under hela produktionstiden. Om man bedömer att det kan vara svårt att få tag på komponenter i framtiden kan man behöva köpa in komponenter till hela den återstående uppskattade tillverkningsvolymen.

Reserver och utvecklingspotential

Det är väsentligt att i ett tidigt skede uppskatta storleken på den programvara som krävs i den slutliga farkosten, både minnesstorlek och beräkningskapacitet. Uppskattningen sker väsentligt bättre genom att exekvera delar av den slutliga versionen av koden eller någon tidigare likande kod. Detta görs i en dator liknande den som skall användas. Man uppskattar därefter skillnader till den slutliga koden. Att använda generella uppskattningar baserade på datorprestanda ger inte något bra resultat.

Det är väsentligt att i ett tidigt skede uppskatta vilka tidsfördröjningar som kan accepteras och vilka uppdateringsfrekvenser som krävs för systemets olika funktioner.

Även vid tillverkning av en enstaka farkost är det väsentligt att beakta dessa krav. Risken är annars mycket stor för att en större modifiering av programvaran kan behövas. I en operativ farkost måste dessutom en reserv finnas för framtida tillkommande funktioner. Utbyggnad av minne eller större beräkningskapacitet är ofta komplicerat att göra i ett sent skede.

Vid produktion av större antal enheter bör den fysiska utvecklingspotentialen beaktas t.ex. möjligheten att lägga till nya funktioner genom att införa nya apparater.

Utvecklingspotential är också väsentligt för de utvecklingsverktyg som används både för systemutveckling och för programvaruframtagning. Det gäller alltid att så långt det är praktiskt möjligt se till att välja leverantörer som finns kvar på marknaden och som vidareutvecklar verktygen.

Kostnader kan reduceras genom ett flexibelt och skalbart system. Detta kan åstadkommas genom användning av allmänt vedertagna standarder för alla områden. Särskilt viktigt är detta för metodik, utveckling och uppbyggnad av system, kommunikation med och inom farkosten, implementering i programvara och användning av tidigare utvecklad programvara och apparater.

Kommunikation

Kommunikationen med kontrollstationen i en obemannad farkost är väsentlig ur flygsäkerhetssynpunkt på ett helt annat sätt än om det finns en förare i farkosten. För större farkoster måste det finnas dubbla kommandolänkar till farkosten, utformade så att inte någon utomstående kan ta över styrningen.

I närområdet speciellt vid start och landning kan direkt kommunikation med farkosten användas. Kravet på bandbredd för kommandolänk och statusinformation i retur kan vara mycket måttligt. Därför kan lägre frekvenser och rundstrålande antenn användas. För SHARC användes frekvenser omkring 500 MHz för kommando och telemetri med rundstrålande antenner både på marken och i farkosten.

För att skicka sensordata krävs större bandbredd och därmed i allmänhet högre frekvenser med krav på riktantenner. För SHARC användes en riktantenn kopplad till den kamera som nyttjades för att filma flygningarna. Utan riktantenn fick man störningar från reflexer i marken. I bättre system finns i allmänhet en möjlighet till kommandolänk, detta gäller även i sensordatalänken.

SHARC teknikdemonstrator

SHARC var en teknikdemonstrator som började utvecklats 2001 av Saab. Den första flygningen genomfördes i februari 2002. Man har under åren gjort flera testkampanjer. De tidigare testerna inkluderade autonoma flygningar både inom och bortom den punkt man ser farkosten. Onsdagen den 25 augusti 2004 genomförde Saab den första helt självständiga flygningen med SHARC.

Arbetet med SHARC lade grunden för framgångsrika autonoma starter och landningar. Att kunna framgångsrikt slutföra helt autonoma flygningar som innebär flygningar utan pilot, var ett viktigt steg i Saabs utveckling av autonoma UAV.

Det finns många fördelar med att kunna genomföra autonoma starter och landningar, eftersom dessa är de punkter där en stor andel av en UAV:s fel inträffar. Att automatisera dessa delar av en flygning utgör därför en dramatisk riskminskning. Man åstadkommer samtidigt taktiska och operativa fördelar när man kan landa i skymning eller i mörker.

Användning av bildbehandling som landningshjälpmedel studerades vidare i samband med den sista kampanjen med SHARC. Bildbehandlingen utfördes på marken av data vid landningen men någon återkoppling till styrning av farkosten genomfördes aldrig. Detta hade dock varit möjligt genom att beräkna förarkommandon på marken och skicka till farkosten. Bildbehandlingen baserade sig på den video som sändes till marken från den framåtseende kameran.

Genom att genomföra flygningar med autonom start och landning, har Saab visat att man är ett företag att räkna med i framtida internationella UAV-samarbeten. Flygningen ägde rum under en testkampanj på den svenska Försvarsmaktens provplats i Vidsel.

I projektet ingick att bygga en fysisk farkost med de delsystem som krävdes för att uppfylla målsättningen. Här ingick att ta fram ett konfigurationsoberoende avioniksystem inklusive styrautomat för autonom flygning med små UAV-demonstratorer.

Man använde enkla elektriska modellservon. Dessutom visade man att det gick att med enklast möjliga medel länka bilder till marken och vidare till nätverk.

Utan bistånd från pilot har SHARC utfört ett helt autonomt uppdrag före landning på egen hand, med hjälp av differentiell GPS och en radarhöjdmätare.

Vid utveckling av teknikdemonstrator SHARC studerades också olika alternativ till avionik- och styrsystemarkitektur. Man hämtade erfarenheter från arbeten som gjorts från bl.a. JA37 Viggen och från Gripen, liksom ett antal UAV-studier.

Parallellt med detta pågick studier av aerodynamisk utformning av en farkost optimerad för flygning i hög underljudsfart. Olika utföranden studerades och vindtunnelprov genomfördes. Den utformning av farkosten som provades i vindtunnel användes sedan som bakgrund vid utformning av SHARC.

SHARC var en teknikdemonstrator avsedd att flyga enstaka gånger i ett mycket glest bebott område med avlyst luftrum. Därför kunde kraven på systemsäkerhet reduceras väsentligt jämfört med en farkost för flygning utanför avlyst luftrum. På samma sätt kunde kraven på uttestningen av funktionen förenklas. Kontroll av programvara och integration av denna utfördes i en rigg där aktuella apparater fanns.

Kraven på kvalificering av apparater i avioniksystemet kunde därför också förenklas liksom systemets arkitektur. SHARC kunde tillåtas haverera vid enkelfel vilket skiljer sig väsentligt från t.ex. Gripen och liknande farkoster. I avancerade farkoster kan flera fel inträffa, även i styrsystemet, utan att omöjliggöra fortsatt flygning och landning.

Styrautomaten i Gripen har t.ex. tre oberoende kanaler för att få tillräcklig säkerhet genom redundans.

I ett obemannat system måste föraren på marken ha liknande möjligheter att påverka flygningen som i ett bemannat flygplan. Även om farkosten flyger autonomt måste operatören kunna beordra ändringar om något inträffar, t.ex. någon annan farkost kommer in i området. Detta kräver därför ett antal länkar.

Figuren visar olika typer av kommunikationslänkar som fanns mellan farkosten och markstationen.

I avioniksystemet ingår samma grundläggande delar som i en annan farkost men i mycket enklare utformning. För SHARC fanns en mycket begränsad redundans. Styrsystem, primärdata, navigering och uppdragsstyrning fanns i den centrala datorn. Som insignaler användes bl.a. lufttryck, acceleration, vinkelhastighet, GPS och radarhöjd förutom kommandon via länk från marken.

För uppbyggnad av avioniksystemet i SHARC användes t.ex. tryckgivare, radiolänkar och videokamera för markbruk, vilka bedömdes kunna klara miljökraven. Dator med ”intreface” för kommunikation med roderservon och motor konstruerade Saab. Temperaturområdet begränsades neråt till -10 ˚C av förarens möjlighet till finstyrning vilket förenklade elektroniken. Kylning av elektronik med omgivningsluft skedde direkt över kretskorten. Krav på sikt för föraren sammanföll med tillåten fukthalt i kylluften.

För att definiera uppdraget, användes en tabell, där varje gren associerades med alternativa flygbanor. I den händelse att fel skulle inträffa, innebar detta att flygning automatiskt skulle ske närmsta vägen till basen. Alternativt om ett haveri av någon vital del skulle ske, t.ex. om motorn skulle stanna, så skulle farkosten själv hitta lämplig plats att landa på. Denna metod har patenterats.

Trots den enkla utformningen av systemet med risk för haveri vid många enkelfel var båda de farkoster som användes luftvärdiga efter avslutade flygprov. En del oväntade händelser hade inträffat men inga allvarliga som inte gick att åtgärda. Den detaljerade funktionen bestämdes av parametrar som gick att ändra mellan flygningar vilket visade sig tillräckligt. På detta sätt var det enklare att införa och kvalificera ändringar än genom en ny programvaruversion.

Framtagning av programvarufunktioner förenklades radikalt, genom användning av den systemutvecklingsmiljö för modellbaserad utveckling som utvecklats för Gripens styrsystem.

Avionik- och styrsystemet definierades med hjälp av denna systemutvecklingsmiljö, man använde här modeller på ”hög nivå”. Man kunde också generera koden helt automatiskt

För Gripens styrsystem användes på motsvarande sätt den automatgenererade koden i simulatorer och för kontroll av den manuellt kodade, flygande programvaran. I SHARC användes den automatgenererade koden även vid flygning, vilket snabbade upp utvecklingen avsevärt.

Test av system på marken

Kontroll av det totala systemet måste genomföras före första flygning som ett led i att kvalificera systemet för flygning. Detta måste inkludera kontroll av att hela systemet genom att alla apparater fungerar i samtidigt. Man gör ett samfunktionsprov. Även om alla apparater godkänts ur elmiljösynpunkt måste prov ske i ett komplett system. Det gäller inte minst att olika kommunikationsutrustningar inte får störa varandra eller något annat i farkosten.

Ett mycket effektivt sätt för att prova att hela systemet fungerar är att koppla upp farkosten mot en simulator för att kunna simulera hela flygningen. Detta tar väsentligt längre tid och högre kostnad, men för en ny farkost eller efter större modifieringar som kan påverka flygsäkerheten är detta väsentligt. Denna metod har använts bl.a. inför första flygningen med ESS01 i flygplan 37-21 Viggen, prov med peksiktning i flygplan 37.301 Viggen och inför prov med SHARC.

Mellan flygningarna gäller det att kontrollera att inga fel som kan påverka flygsäkerheten inträffat, antingen genom en automatisk- eller manuell test. För en farkost som endast skall användas vid ett fåtal flygningar kan manuell kontroll vara en bra lösning. För SHARC genomfördes före varje flygning en omfattande manuell kontroll av samverkan mellan farkost och markstation.

Kontroll av funktioner före första flygning

För SHARC provades de utvecklade funktionerna först enskilt och sedan vid mer komplexa simuleringar med bl.a. aerodata. Genom användning av den generella realtidssimulatorn som utvecklats för Gripens styrsystem kunde hela flygningar simuleras i ett tidigt skede. Bland annat kunde prov av manövrering och manuell landning ske med användning av den presentation som användes för att utvärdera egenskaper för Gripens styrsystem. För att prova totalfunktionen behövde prov också göras med den ”flygande programvaran” i aktuell hårdvara. Räckviddsprov av länkar genomfördes både på marken och genom flygning i bemannat flygplan.

Det kompletta systemet provades genom samfunktion med markstation och komplett fungerande farkost som vid uppstart för flygning. Dessutom genomfördes en totalkontroll av systemet med farkosten i loopen, genom att i en simuleringsdator beräkna signaler för t.ex. GPS, attitydvinklar, vinkelhastigheter, accelerationer och lufttryck. Insignaler till denna dator var uppmätta rodervinklar från farkosten. Då det inte fanns så mycket redundans i systemet och funktioner för felhantering, genomfördes mycket av den totala integrationstesten av systemet genom simulering med farkosten i loopen.

Det som upptäcktes var t.ex. problem med glapp och friktion i styrningen från roderservo till roder vilket är svårt att modellera.

Bland det sista man upptäckte var att flygbanorna blev krökta när man simulerade på provplatsen i norr. Effekten märktes inte vid simulerade flygningar i Linköpingstrakten utan först när man simulerade i området runt provplatsen i Vidsel. Det var en effekt av att meridianerna konvergerar snabbare längre norrut och en olämplig omvandling mellan de två koordinatsystemen WGS84 och RT90.

Testutrustning medfördes till provplatsen för att kunna verifiera en ny programutgåva om behovet skulle uppstå. Genom möjligheten med ändringsbara parameterfiler lyckades man dock undvika att ta fram någon ny programutgåva. Möjligheten med Flight Test Funktion var tillräcklig.

MIDCAS teknikdemonstrator

Genom flygning med SHARC visade man på möjligheten till automatisk flygning. Genom att bygga ett system med krav liknande Gripens styrsystem även för kritisk avionik skulle det vara möjligt att bygga en säker farkost som uppfyller motsvarande på flygsäkerhet.

Det återstod dock att visa hur denna typ av farkoster skulle kunna flyga i samma luftrum som bemannade flygplan. Med detta syfte startades ett sameuropeiskt program under ledning av Saab för att definiera hur obemannade farkoster skulle kunna introduceras på ett säkert sätt. Detta var starten för projektet MIDCAS (Mid Air Collision Avoidance System).

För att visa på möjligheten att realisera ett system för att automatiskt upptäcka och väja för andra farkoster, på liknande sätt som bemannade flygplan har ett system definierats, byggts och flygprovats.

I MIDCAS-projektet har krav sammanställts och simuleringar genomförts för att visa att utvecklade algoritmer och simuleringar fungerar för att prova samverkan med befintlig kontroll av civilt luftrum, ATC. De avslutande simuleringarna för att visa på en sådan säker funktion har främst omfattat automatiska mängdsimuleringar (typ ”Monte Carlo”).

För att upptäcka samverkande flygplan används ADS-B och en frågefunktion via IFF som för andra flygplan. För att upptäckta flygplan på liknande sätt som föraren har man använt elektrooptiska och infraröda sensorer samt radar.

MIDCAS avslutades med framgångsrika flygprov i maj 2015.

Författarens reflektioner