2018年2月11日日曜日

都市伝説 ー システム工学版

F16ジェット戦闘機
 最近はシステム工学の入門コース(SysML入門)を作っているのですが、その中で、システム工学に興味がない人にとっても面白いのではないか?と思われるトピックがあったので、ブログにしてみました。
(邪馬台国の続きは、そのうちにまた)

 ソフトウェア工学に関するお話で非常に有名な伝説の一つに、「赤道上空飛行機上下裏返り事件」と言うものがあります。
航空機が南半球から北半球へ向かって飛行している際、赤道を越える瞬間に機体の上下がくるりと裏返ってしまい、また逆に北から南へ戻る時も赤道を越える瞬間に同様のことがおこる ー つまり赤道を越える度に航空機が裏返ってしまうと言うものです。

この航空機というのはアメリカのF16ジェット戦闘機のことです。
F16は1970年代の初めころに設計が始まった胴体と翼(とフィン)の一体化設計を特徴とする戦闘機で、その後何度も改良を加えながら、21世紀の今日も現役であり続けています。
2018年の現在でも、米空軍保有の戦闘機の中で最大数をF16が占め、米国だけでなく世界各国にも輸出された、ー たしか日本の自衛隊も使っていると思います ー ベストセラーであり、航空機業界のレジェンドです。
そして、F16のもう一つの特徴は、世界で初めてフライ·バイ·ワイヤー方式を採用した戦闘機と言う点です。
フライ·バイ·ワイヤーとは、航空機の操縦を機械式ではなく電気式に置き換えたもので(fly-by-wire :ワイヤーは電線の意味)、パイロットが(油圧などを利用しながら)直接機械的に航空機を操縦するのではなく、コンピュータ制御盤を操作するだけで、あとは電気信号で各種機械装置に指令を送りながら操縦をするという方式です。
このフライ·バイ·ワイヤー方式のため、通常の飛行は極めて簡単、スムーズ、安定的になりましたが、反面、予想以上の様々な問題に遭遇することになります。
従来の機械式では、機体や人体に異常な力が掛かるような無理な操縦をしようとすると、操縦桿が非常に重くなったり(機械式ですので負荷や振動が直接操縦桿に伝わります)、機体から異音が発せられたりして、パイロットは素早く異常に気づくことができましたが、このフライ·バイ·ワイヤ方式では、操縦桿は電気信号を発生する単なるジョイスティックとなり指先で簡単に動かせ、またスタビライザー(安定化装置)が自動的に働いて少々の異常振動は押さえ込んでしまいますので、異常に気づくのが遅れ、時としてパイロットや機体を危険な状態に追い込みます。
強力なジェットエンジンと簡単なジョイスティック操作で、人体には堪えられない高いG(加速度)を出してしまいG-LOC(脳に血液が行かなくなり、意識を失う状態)に陥った結果、墜落と言うこともあったようです。
(初期の頃は、G-LOC以外の原因も含め、何人ものテストパイロット(熟練した技量の高いパイロット)の方々がF16搭乗中に命を失ったようです。)
また、機体中に張り巡らされた銅線が過酷な動作環境下で擦れたりよじれたりして回線が断線、ショートしたりお互いに干渉しあったりして(電磁誘導)、誤信号を出すようになり、地上に待機中のF16が、まだ離陸どころか滑走もしていないのに、突然車輪を仕舞い込みはじめ高価な機体を地面に叩きつけて壊してしまったり、異常な電気信号のせいでコンピュータの誤動作を誘発するようになりました。
また、70年代、80年代はソフトウェア工学の黎明期であり、、、、つまり、一言で言うと初期のF16のソフトウェアはバグだらけでした。

ジェット戦闘機のパイロットは重力以上の高い加速度を浴び続けているため往々にして、上下の感覚を失ってしまいます。視界があるうちは窓の外の海や空を見て上下を判断しますが、悪天候等で視界がきかない場合は計器が示す水平線を見て判断します。ところが、その計器が間違っていたらどうなるでしょうか?
80年代のある時、F16のパイロットはしばらくの間、水平飛行していました。視界が全く効かず計器の水平線を頼りに飛行していましたが、この時点で彼は気づいていませんが既に上下反転の状態、裏返しの状態で飛んでいました。そして突然、その計器が機体が地面に向かって急降下していると示し出しました。彼は操縦桿を急いで引いて機体を上昇させようとしました。
しかし、全ての情報は上下逆で、彼の飛行機は地面に激突してしまいました。
彼の腕は操縦桿を握ったままの状態で発見されたと報道されています。

F16の開発過程では様々な逸話が生み出されました。人類はいかにしてテクノロジーを獲得してきたかを如実に示す技術史とも言えます。そして、各種の逸話と同時に数々の都市伝説も生み出しました。
F16にまつわる話は多いけれどどれが真実の話か、どこまでが本当の話か、が専門家でも判断つかなくなってきました。専門家が聞いても、十分に起こりうる話だと感じさせられる真っ赤なウソも多くなってきました。
F16そのものが都市伝説となってしまったのです。

このブログの先頭にあげた「赤道上空飛行機上下裏返り事件」もそう言った都市伝説の1つです。 と言っても70パーセントぐらいは本当の話で、実際にコンピュータ·シミュレーション中に発生しています。
F16の自動操縦をさせるソフトウェアを開発し実機で稼働させる前に、コンピュータ·シミュレーション環境で動かし、たまたま赤道付近を飛行させたために発見されたバグです。
F16の開発は航空技術的、ソフトウェア技術的、システム工学的に非常に興味深いエポックであり、同時に多くの都市伝説を生みました。
試しにネットで"F16 urban legend"で検索すると山ほどの文献がヒットします。
この真実味のある都市伝説の多さから、F16はシステム工学の”となりのトトロ”と呼ばれています。(冗談です)

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