Για πολλές δεκαετίες, ο έλεγχος του αεροσκάφους κατά την πτήση ήταν μια καθαρά μηχανική διαδικασία. Όταν ο πιλότος κινούσε το χειριστήριο, η κίνηση του μεταφερόταν μέσω συρματοσχοίνων, τροχαλιών, ράβδων και βραχιόνων, και πολύ αργότερα μέσω υδραυλικών συστημάτων απευθείας στις επιφάνειες ελέγχου του αεροσκάφους. Ο πιλότος «ένιωθε» την αντίσταση του αέρα στα χέρια του. Ένοιωθε τη δύναμη που τον κρατούσε ιπτάμενο στον αέρα και γινόταν ένα με την ιπτάμενη μηχανή που κυβερνούσε. Αυτή η ρομαντική, αλλά με περιορισμένα πεδία εποχή, έλαβε τέλος με την έλευση του

Fly-By-Wire (FBW)

που κυριαρχεί πλέον στα μεγάλα επιβατικά αεροπλάνα και

στα περισσότερα στρατιωτικά εδώ και δεκαετίες.

Η ιστορία του FBW δεν ξεκίνησε στους διαδρόμους των αεροδρομίων όπως πολύ λογικά θα θεωρούσε κάποιος. Στην πραγματικότητα ξεκίνησε με την κούρσα για την κατάκτηση του διαστήματος. Η τεχνολογία αυτή, γεννήθηκε από την ανάγκη της NASA να προσσεληνώσει το διαστημόπλοιο Apollo. Έτσι στις αρχές της δεκαετίας του '70, η NASA, αξιοποιώντας την τεχνολογία ψηφιακής καθοδήγησης του προγράμματος Apollo, απέδειξε με ένα τροποποιημένο μαχητικό αεροσκάφος Vought F-8 «Crusader» ότι οι υπολογιστές θα μπορούσε να μεσολαβούν μεταξύ των εντολών του πιλότου και των συστημάτων του αεροπλάνου, μεταξύ δε αυτών και με πρωτεύουσα σημασία, των επιφανειών ελέγχου της πτήσης. Παράλληλα φαινόταν ότι το FBW θα μπορούσε να τιθασεύσει την ακραία αστάθεια των σύγχρονων μαχητικών όπως το F-16, το F-18, το Mirage 2000, το Rafale, το Eurofighter, το F-35, το F-22 και άλλα. Και δεν θα ήταν υπερβολή να πώ, ότι το FBW δεν άλλαξε απλώς τον τρόπο που ελέγχεται ένα αεροπλάνο, αλλά επαναπροσδιόρισε την ίδια την έννοια της αεροπορικής ασφάλειας, μετατρέποντας το αεροσκάφος από μια απλή μηχανή σε μια ευφυή, ψηφιακή οντότητα.

Η επανάσταση όμως δεν σταμάτησε στα στενά όρια των στρατιωτικών εφαρμογών. Αν το F-16 απέδειξε ότι το Fly-By-Wire μπορούσε να κάνει ένα αεροπλάνο πιο ευέλικτο και ικανό μαχητικό, η Airbus ήταν εκείνη που οραματίστηκε κάτι πιο ριζοσπαστικό: να χρησιμοποιήσει την ίδια ψηφιακή ευφυΐα για να κάνει την πολιτική αεροπορία πιο ασφαλή και αποδοτική από πριν. Το 1987, το μεγάλο στοίχημα τέθηκε και κερδήθηκε με την κατασκευή του A320. Ήταν το πρώτο αεροσκάφος που τόλμησε να καταργήσει την άμεση μηχανική σύνδεση πιλότου-πηδαλίων, μετατρέποντας τις κινήσεις του sidestick σε ηλεκτρικά σήματα. Αυτή η καινοτομία δεν μείωσε μόνο το βάρος του αεροσκάφους, (αυτό θα μπορούσε και να θεωρηθεί αμελητέα ποσότητα) αλλά εισήγαγε μια νέα εποχή ασφάλειας, όπου το λογισμικό λειτουργεί πρωτίστως ως ένας αόρατος "φύλακας-άγγελος" που αποτρέπει την υπέρβαση των ορίων πτήσης, το ονομαζόμενο Flight Envelope. Ο κόσμος των αερομεταφορών βρήκε στο διάβα του για πρώτη φορά, ένα επιβατικό αεροσκάφος που δεν "υπάκουε" απλώς στον πιλότο, αλλά τον προστάτευε κιόλας από το ίδιο του το σφάλμα, εγκαινιάζοντας την εποχή του Flight Envelope Protection.»
Η κατασκευή του Α320 υπογράμμισε το ιστορικό γεγονός δείχνοντας ότι η γηραιά ήπειρος δεν περίμενε απλώς την τεχνολογία από τις ΗΠΑ, αλλά πρωτοστατούσε στις δοκιμές. Τα Ευρωπαϊκά Εργαστήρια των Αιθέρων, πριν ακόμα η Airbus να καταπλήξει τον κόσμο με το A320, είχαν ήδη βάλει τις βάσεις του FBW με τολμηρές δοκιμές. Στις αρχές της δεκαετίας του '80, ένα τροποποιημένο μαχητικό SEPECAT Jaguar, το περίφημο "Active Control Technology" Jaguar, απέδειξε ότι το ψηφιακό FBW μπορούσε να τιθασεύσει ένα αεροσκάφος που είχε σκόπιμα σχεδιαστεί να είναι αεροδυναμικώς ασταθές και να το κάνει ακραία ευέλικτο.

Την ίδια στιγμή, η βρετανική τεχνογνωσία μεταφερόταν στην πολιτική αεροπορία. Το BAC 1-11 χρησιμοποιήθηκε ως ιπτάμενο εργαστήριο για τη δοκιμή των ηλεκτρονικών εντολών του FBW, ενώ το Hawker Siddeley Trident είχε ήδη δείξει τον δρόμο της αυτοματοποίησης, όντας το πρώτο επιβατικό που μπορούσε να εκτελέσει τυφλή (ενόργανη) προσγείωση (autoland). Αυτές οι δοκιμές ήταν οι "πρόβες τζενεράλε" που επέτρεψαν στην Ευρώπη να πάρει τα ηνία της ψηφιακής επανάστασης, οδηγώντας στην οριστική κατάργηση των μηχανικών συνδέσεων.

Η Κατάργηση της Φυσικής Ευστάθειας
Μιλήσαμε πιο πάνω για αεροδυναμική αστάθεια. Τι ακριβώς εννοούμε με τον όρο αυτόν; Για να καταλάβουμε τους όρους αεροδυναμική αστάθεια και ευστάθεια πρέπει να δούμε λίγη αεροδυναμική με πολύ απλά λόγια.
Τα παλιά μαχητικά αεροπλάνα ήταν σχεδιασμένα να είναι ευσταθή, όπως και τα σημερινά συμβατικά. Τι σημαίνει αεροδυναμική ευστάθεια; Αεροδυναμική ευστάθεια είναι η ικανότητα ενός αεροσκάφους να αντιδρά σε εξωτερικές διαταραχές όπως πχ ριπές ανέμου και να επανέρχεται μόνο του στην αρχική του κατάσταση ισορροπίας χωρίς την παρέμβαση του πιλότου. Η ευστάθεια είναι δύο τύπων ανάλογα με τον χρόνο αντίδρασης στις εξωτερικές επιδράσεις: Στατική και Δυναμική.
Στατικώς Ευσταθές είναι το αεροσκάφος που τείνει να επιστρέψει στην ισορροπία του αμέσως μετά τη διαταραχή, ενώ Δυναμικώς Ευσταθές είναι το αεροσκάφος που, μετά από μια διατάραξη της ισορροπίας του π.χ. ανατάραξη/ριπή ανέμου, έχει την ικανότητα να μειώνει τις ταλαντώσεις του σταδιακά (όχι αμέσως) και να επιστρέφει αυτόματα στην αρχική κατάσταση πτήσης.

Η ευστάθεια μελετάται σε τρεις άξονες:
Περί τον Διαμήκη άξονα (Longitudinal): Ευστάθεια ως προς την κλίση των πτερύγων (roll).
Περί τον κατακόρυφο άξονα (Διευθυντική Directional): Ευστάθεια ως προς την εκτροπή της κεφαλής δεξιά-αριστερά (yaw).
Περί τον Εγκάρσιο άξονα (Lateral): Ευστάθεια ως προς την ανύψωση/κατέβασμα της κεφαλής (pitch).
Για να αποκλείσω παρεξηγήσεις και παρερμηνείες των πιο πάνω να διευκρινίσω ότι ο έλεγχος των elevators ονομάζεται συχνά "longitudinal control" (αν και γίνεται περί τον εγκάρσιο άξονα) και ο έλεγχος των ailerons "lateral control" (αν και γίνεται περί τον διαμήκη άξονα).

Η ευστάθεια εξαρτάται κυρίως από τη θέση του κέντρου βάρους (Center of Gravity - CG) και το οριζόντιο σταθερό της ουράς. Το κέντρο βάρους είναι ο κρισιμότερος παράγοντας για τη διαμήκη ευστάθεια (pitch), καθώς λειτουργεί ως το "σημείο στήριξης" μιας νοητής τραμπάλας.
Για να είναι ένα αεροπλάνο ευσταθές, το κέντρο βάρους πρέπει να βρίσκεται μπροστά από το αεροδυναμικό κέντρο (το σημείο των πτερύγων όπου ασκείται η συνολική άντωση (όχι άνωση – αυτό σχετίζεται με την υδροδυναμική και όχι την αεροδυναμική ) δηλαδή η δύναμη που στηρίζει το αεροπλάνο στον αέρα.

Όταν το κέντρο βάρους βρίσκεται μπροστά από το αεροδυναμικό κέντρο το αεροπλάνο είναι ευσταθές αλλά "βαρύ" στους χειρισμούς. Κατά την προσγείωση πχ χρειάζεται μεγάλη ταχύτητα γιατί η ουρά δυσκολεύεται να κρατήσει την κεφαλή. Όταν όμως το κέντρο βάρους βρίσκεται πίσω από το αεροδυναμικό κέντρο το αεροπλάνο είναι ασταθές. Η κεφαλή τείνει να σηκώνεται ανεξέλεγκτα, οδηγώντας συχνά σε απώλεια στήριξης (stall) που είναι δύσκολο να διορθωθεί.
Επειδή το κέντρο βάρους είναι μπροστά, η βαρύτητα τείνει να τραβήξει την κεφαλή του αεροπλάνου προς τα κάτω. Για να μην πέσει η κεφαλή, το οριζόντιο σταθερό στην ουρά παράγει μια δύναμη προς τα κάτω (downward lift). Αυτή η δύναμη "πιέζει" την ουρά προς τα κάτω και κρατά το αεροπλάνο οριζόντιο.
Αν μια ριπή ανέμου σηκώσει την κεφαλή του αεροπλάνου, η ταχύτητα μειώνεται ελαφρώς, η ουρά χάνει λίγη από την πίεση προς τα κάτω και η κεφαλή "πέφτει" αυτόματα για να επαναφέρει το αεροπλάνο στην ισορροπία και οριζοντία πτήση.
Ένα αεροσκάφος με καλή ευστάθεια είναι πιο ασφαλές και εύκολο στο χειρισμό για τον πιλότο. Αντίθετα, τα σύγχρονα μαχητικά αεροσκάφη συχνά σχεδιάζονται με χαλαρή ευστάθεια (relaxed stability) για να είναι πιο ευέλικτα. Εδώ οι υπολογιστές ελέγχου της πτήσης (Flight Control Computers - FCC) και οι υπολογιστές υποβοήθησης του ελέγχου της πτήσης (Flight Augmentation Computer – FAC) έχουν τον κυρίαρχο λόγο στο σύστημα FBW που διατηρεί την ευστάθεια, του από σχεδίασης ασταθούς αεροσκάφους.

Αν κατά την διάρκεια της πτήσης ενός αεροδυναμικώς ευσταθούς αεροπλάνου, ο πιλότος αφήσει τα χειριστήρια, το αεροπλάνο τείνει να διατηρήσει την ευθεία και οριζοντία πτήση του. Αυτό όμως τα κάνει να είναι «τεμπέλικα» στις ελιγμούς. Δεν έχουν ευελιξία. Με την εμφάνιση του FBW, οι σχεδιαστές (πρώτα στο F-16) μετακίνησαν το κέντρο βάρους πιο πίσω. Αυτή είναι η συνθήκη Σχεδιασμένης Χαλαρής Αστάθειας (Relaxed Static Stability): Το αεροπλάνο έγινε αεροδυναμικά ασταθές – τόσο ασταθές σαν να προσπαθείς να ισορροπήσεις ένα μολύβι στη μύτη του. Είναι απλά αδύνατον, ένας άνθρωπος να διορθώνει την πτήση εκατοντάδες φορές το δευτερόλεπτο για να κρατήσει το αεροπλάνο στον αέρα. Οι υπολογιστές του FBW όμως μπορούν. Έτσι, έχουμε ένα μαχητικό πρόθυμο να στρέψει και να ανέβει ή να κατέβει με την παραμικρή εντολή, προσφέροντας απίστευτη ευελιξία. Αυτή είναι η προσφορά της σχεδιασμένης αστάθειας στην ευελιξία στοιχείο απαραίτητο στις αερομαχίες.

Ότι περιγράφω πιο πριν, αποτελούν την ιδέα του FBW στα μαχητικά αεροπλάνα που παρέχει το «νεύρο» στη μάχη. Αντίθετα στα πολιτικά αεροπλάνα η τεχνολογία αυτή υπηρετεί την άνεση και την οικονομία. Πώς γίνεται αυτό; Η Airbus στο Α320 πήρε την ίδια τεχνολογία και της έδωσε έναν τελείως διαφορετικό ρόλο: αυτόν του ψηφιακού ελεγκτή.
Στην πολιτική αεροπορία, το ζητούμενο δεν είναι οι ελιγμοί 9G, αλλά να μην βρεθεί ποτέ το αεροπλάνο σε οριακή κατάσταση. Το FBW των πολιτικών αεροπλάνων «διαβάζει» τις προθέσεις του πιλότου, και αν εκείνος προσπαθήσει να κάνει μια κίνηση που θα οδηγούσε σε απώλεια στήριξης (stall) ή σε υπερβολική κλίση, (με αποτέλεσμα πάλι stall) το σύστημα απλώς αγνοεί την εντολή. Αυτό λέγεται Flight Envelope Protection (Προστασία Φακέλου Πτήσης). Το ίδιο ακριβώς κάνει και αν τείνει να επηρεαστεί από εξωγενείς παράγοντες. Το τελικό αποτέλεσμα είναι διπλό. Πρώτον η ασφάλεια των επιβαινόντων και δεύτερον με την μέθοδο της απόσβεσης των αναταράξεων μέσω πάλι του FBW, η άνεση των επιβατών.
Αυτό το τελευταίο έχει γίνει γνωστό σαν Ride Smoothing/Gust Load Alleviation (GLA) στα μοντέλα της Airbus από το Α320 και μετά, και του Active Control System (ACS) για Gust Alleviation στο Lockheed L-1011 Tri-Star. Είναι μια σχέση εξέλιξης της τεχνολογίας ενεργού ελέγχου πτήσης (Active Control Technology), όπου οι αρχές που εφαρμόστηκαν στο L-1011 (δεκαετία '70) εξελίχθηκαν και ενσωματώθηκαν στα ψηφιακά συστήματα (Fly-by-Wire) των Airbus. Και τα δύο συστήματα στοχεύουν στη μείωση των φορτίων στις πτέρυγες κατά τη διάρκεια πτήσης σε αναταράξεις, βελτιώνοντας την άνεση των επιβατών και επιτρέποντας ελαφρύτερες κατασκευές.

Ισως εδώ αξίζει να δούμε τη φιλοσοφία του FBW των μεγαλύτερων κατασκευαστών παγκοσμίως, της Airbus, Boeing και EMBRAER. Παρόλο που και οι τρείς έχουν τους ίδιους στόχους και χρησιμοποιούν το FBW, η προσέγγισή των δύο πρώτων είναι διαμετρικά αντίθετη, ενώ του τρίτου είναι ένα μείγμα των δύο πρώτων, η κόντρα καλά κρατεί.
Το δόγμα Airbus λέει: «ο υπολογιστής ξέρει καλύτερα». Είναι έτσι; Για να είναι έτσι το σύστημα πρέπει να έχει σκληρά όρια (Hard Limits). Αν ο πιλότος για παράδειγμα τραβήξει το sidestick, το χειριστήριο δηλαδή τέρμα πίσω, το αεροπλάνο θα ανυψώσει κεφαλή μέχρι τη μέγιστη ασφαλή γωνία και θα σταματήσει εκεί. Δεν θα επιτρέψει ποτέ στον πιλότο να το βάλει σε απώλεια στηρίξεως (stall). Αυτό ακούγεται ιδανικό, δίνει την αίσθηση της απόλυτης ασφάλειας και δεν απέχει μακράν της πραγματικότητας.
Αυτό επιτυγχάνεται με την λειτουργία τριών Primary και δύο Secondary Flight Control Computers (PFCC & SFCC) σε τρείς διαμορφώσεις που ονομάζονται Νόμοι (Laws) Οι Νόμοι αυτοί είναι σαν τα «δίχτυα ασφαλείας» ενός ακροβάτη: όσο πιο πολλά δίχτυα αφαιρούνται, τόσο περισσότερο η επιβίωση εξαρτάται από τον ίδιο τον ακροβάτη.
Η πρώτη διαμόρφωση αναφέρεται στον Normal Law (Απόλυτη Προστασία): Είναι η κανονική κατάσταση λειτουργίας. Εδώ, οι υπολογιστές παρέχουν πλήρη προστασία (envelope protection). Ο πιλότος δεν μπορεί να υπερβεί τα όρια κλίσης ή ταχύτητας. Το αεροπλάνο είναι, στην ουσία, αδύνατον να πέσει σε απώλεια στηρίξεως και να συντριβεί από λάθος χειρισμό.

Η δεύτερη διαμόρφωση αναφέρεται στον Alternate Law (Υποβάθμιση): Αν υπάρξουν πολλαπλές αστοχίες σε αισθητήρες (π.χ. απώλεια δεδομένων ταχύτητας), το σύστημα υποχωρεί σε έναν πιο απλό νόμο. Κάποιες προστασίες χάνονται, και το αεροπλάνο αρχίζει να συμπεριφέρεται ως ένα σημείο σαν ένα συμβατικό αεροσκάφος. Ο πιλότος πρέπει τώρα να είναι πιο προσεκτικός, καθώς ο ψηφιακός «φύλακας» έχει περιορισμένες δυνατότητες.
Η τρίτη διαμόρφωση αναφέρεται στον Direct Law (Άμεση Σύνδεση): Είναι η πιο απλή μορφή. Η κίνηση του stick μεταφέρεται αναλογικά στις επιφάνειες ελέγχου, χωρίς καμία παρέμβαση ή προστασία από τους υπολογιστές. Είναι η στιγμή που η τεχνολογία κάνει στην άκρη και η τύχη της πτήσης βασίζεται αποκλειστικά στην καθαρή ικανότητα και την πείρα του πιλότου.
Μετά από αυτά όμως έρχεται η ερώτηση: Και τι γίνεται αν πάθει βλάβη ο υπολογιστής;
.
Μα φυσικά δεν θα μπορούσε να αφεθεί το αεροπλάνο και οι επιβαίνοντες στην τύχη τους. Ετσι υπάρχει το Σύστημα της Εφεδρείας (Redundancy). Η ασφάλεια του Fly-By-Wire δεν βασίζεται στην ελπίδα ότι ο υπολογιστής δεν θα αποτύχει ποτέ, αλλά στην παραδοχή ότι θα αποτύχει. Γι' αυτόν τον λόγο, το σύστημα είναι σχεδιασμένο με πολλαπλές φραγές σφάλματος με πρώτη και καλύτερη τη λογική της «ψηφιακής δημοκρατίας». Ωραίος όρος που όμως λειτουργεί με αυτήν ακριβώς την αρχή. Την Αρχή της Πλειοψηφίας: Στα περισσότερα σύγχρονα αεροσκάφη, δεν υπάρχει ένας, αλλά τουλάχιστον τρεις έως πέντε ανεξάρτητοι υπολογιστές που εκτελούν τις ίδιες πράξεις ταυτόχρονα.
Κάθε εντολή του πιλότου επεξεργάζεται παράλληλα, και οι υπολογιστές που προανέφερα «ψηφίζουν» για το αποτέλεσμα. Αν ένας υπολογιστής δώσει διαφορετική τιμή από τους άλλους (λόγω βλάβης ή σφάλματος), οι υπόλοιποι τον «απομονώνουν» και η πτήση συνεχίζεται κανονικά με βάση την πλειοψηφία.
Ταυτόχρονα αυτοελέγχονται ότι λειτουργούν κανονικά και «συνομιλούν» μεταξύ τους μέσω των cross talking bars. Ετσι συγκρίνουν την κατάσταση της «υγείας» τους. Οσο δεν παρουσιάζουν σφάλμα όλα κανονικά. Αν ανιχνευτεί σφάλμα τότε ο υπολογιστής που έχει πρόβλημα παραδίδει τα σκήπτρα στον εφεδρικό ό οποίος παίρνει τον έλεγχο του αεροπλάνου αυτομάτως και χωρίς καμία εξωτερική παρέμβαση.

Αλλά η προστασία δεν σταματά εδώ. Πρέπει να αποκλειστεί ή τουλάχιστον να ελαχιστοποιηθεί το σφάλμα προγραμματισμου. Αυτό επιτυγχάνεται με την τεχνική της ηθελημένης Ανομοιογένειας Λογισμικού (Dissimilarity) και είναι ο απόλυτος «φύλακας άγγελος» για την αποφυγή κοινών σημείων αποτυχίας (Common Mode Failures). Για να αποφευχθεί το ενδεχόμενο ενός κοινού προγραμματιστικού λάθους (bug), η Airbus χρησιμοποιεί διαφορετικές ομάδες προγραμματιστών, διαφορετικές γλώσσες προγραμματισμού, ακόμα και διαφορετικούς επεξεργαστές π.χ. ό ένας Intel και ο άλλος Motorola για τους κύριους και τους δευτερεύοντες υπολογιστές. Έτσι, ένα λάθος που μπορεί να «κρασάρει» το ένα σύστημα, είναι σχεδόν αδύνατο να επηρεάσει το άλλο. Και τέλος τα Πολλαπλά Κανάλια: Οι εντολές μεταφέρονται μέσα από ξεχωριστές καλωδιώσεις που ακολουθούν διαφορετικές διαδρομές διαμέσου της ατράκτου, ώστε ακόμα και σε περίπτωση δομικής βλάβης, το σήμα να φτάσει στον προορισμό του.

Από την άλλη πλευρά, η φιλοσοφία της Boeing αφήνει στον άνθρωπο (πιλότο) τον τελευταίο λόγο. Αυτό ονομάζεται τεχνολογία Soft Limits: Οι υπολογιστές του συστήματος ελέγχου της πτήσης, δημιουργούν είτε ηχητικές προειδοποιήσεις είτε αναγκάζουν το σύστημα να προβάλλει αντίσταση στα χειριστήρια για να προειδοποιήσει τον πιλότο ότι πλησιάζει το όριο. Αν ο πιλότος συνεχίσει να πιέζει, το αεροπλάνο θα υπακούσει. Η Boeing όπως πάντα πιο συντηρητική, όπως άλλωστε γενικότερα και η αμερικανική νοοτροπία, πιστεύει ότι σε μια έκτακτη ανάγκη, ο άνθρωπος μπορεί να χρειαστεί να ξεπεράσει τα όρια για να αποφύγει το ατύχημα. Και του δίνει αυτό το δικαίωμα, σαν τελευταία ευκαιρία. Όπως και η Airbus στον Direct Law.

Η Boeing εξελίσσοντας τα συστήματα FBW του Β777, στο Β787 εισήγαγε το Common Core System (CCS), το οποίο λειτουργεί ως ο "κεντρικός εγκέφαλος" του αεροσκάφους.
Οι λειτουργίες ελέγχου της πτήσης φιλοξενούνται σε General Processor Modules (GPMs) μέσα σε θαλάμους ή καμπίνες Common Computing Resource (CCR) που αποτελούν την καρδιά του Συστήματος Κοινού Πυρήνα (Common Core System - CCS) του Boeing 787 Dreamliner. Λειτουργούν ως το «κεντρικό νευρικό σύστημα» του αεροσκάφους, αντικαθιστώντας την παραδοσιακή προσέγγιση όπου κάθε σύστημα είχε τον δικό του ξεχωριστό υπολογιστή.
Για τη Μεταφορά Δεδομένων χρησιμοποιεί ψηφιακά σήματα που μεταφέρονται μέσω ενός δικτύου δεδομένων που περιλαμβάνουν και οπτικέ ίνες, για αυξημένη ταχύτητα και μειωμένο βάρος.
Το σύστημα λειτουργεί σε τρεις κύριες καταστάσεις (modes):
Normal Mode: Παρέχει πλήρη ευστάθεια, προστασία φακέλου πτήσης και λειτουργίες όπως το Gust Alleviation (απόσβεση αναταράξεων) που είδαμε και στο Airbus. Xρησιμοποιεί τον νόμο ελέγχου C*U, που κάνει το αεροπλάνο να συμπεριφέρεται με φυσικό τρόπο στις μεταβολές ταχύτητας και ελιγμών. Προφέρεται «C-star-U» και είναι ο αλγόριθμος που χρησιμοποιεί το σύστημα Fly-By-Wire της Boeing στα B777 και B787) για να προσφέρει στους πιλότους την αίσθηση «συμβατικού» αεροπλάνου, παρά την ψηφιακή επεξεργασία των εντολών.
Το σύστημα χρησιμοποιεί τον νόμο ελέγχου C* (C-star) για τον διαμήκη άξονα επιτρέποντας στον χειριστή να έχει Αίσθηση επιτάχυνσης της βαρύτητας g. Το χειριστήριο ελέγχει έναν συνδυασμό ρυθμού πρόνευσης (pitch rate) και επιτάχυνσης g. Όταν ο πιλότος αφήνει το stick, το αεροπλάνο διατηρεί σταθερή πτήση 1g δηλαδή ευθεία και οριζοντία.

Εντός του Normal Mode του B787 λειτουργεί και το σύστημα Gust Alleviation: Το FBW του 787 ανιχνεύει τις μεταβολές της πίεσης του αέρα στις πτέρυγες και μετακινεί αστραπιαία τις επιφάνειες ελέγχου για να "καταστείλει" τις αναταράξεις, προσφέροντας πιο άνετη πτήση. Είναι σημαντικό βέβαια να αναφέρω ότι το σύστημα FBW μεταπέσει σε Secondary ή Direct Mode, αυτές οι προηγμένες λειτουργίες αυτόματης απόσβεσης απενεργοποιούνται.

Σημαντική επίσης λειτουργία του Normal Mode στο Β777 και στο Β787 αποτελεί το λογισμικό που ελέγχει το Thrust Asymmetry Compensation που σε περίπτωση παύσης λειτουργίας ενός κινητήρα, το σύστημα εφαρμόζει αυτόματα την κατάλληλη κίνηση του πηδαλίου διευθύνσεως (rudder deflection) για να αντισταθμίσει την ασυμμετρία της ώσης.
Secondary Mode: Ενεργοποιείται σε περίπτωση απώλειας κρίσιμων δεδομένων αέρα (air data loss) ή αδρανειακών στοιχείων (inertial reference loss). Ορισμένες προστασίες χάνονται, αλλά η απόκριση παραμένει πολύ κοντά στην κανονική. Αυτό θυμίζει τον Alternate Law της Airbus.
Direct Mode: Τα χειριστήρια συνδέονται απευθείας με τις επιφάνειες ελέγχου χωρίς υπολογιστική παρέμβαση ή προστασίες. Τίποτε λιγότερο ή περισσότερο από τον Direct Law της Airbus.
Συγκρίνοντας τώρα τα πιλοτήρια Airbus και Boeing θα δούμε ότι η Airbus χρησιμοποιεί το Sidestick (σαν joystick). Είναι μικρό, εργονομικό και αφήνει ελεύθερο χώρο μπροστά στον πιλότο για ένα τραπεζάκι (πολύ σημαντικό για την άνεση στις πολύωρες πτήσεις). Τα δύο sticks δεν είναι συνδεδεμένα μεταξύ τους. Αν και οι δύο πιλότοι κiνήσουν το stick ταυτόχρονα, το σύστημα βγάζει προειδοποίηση "Dual Input". Μπορούν βέβαια να διαλέξουν ποιος θα έχει προτεραιότητα χρησιμοποιώντας το κουμπί priority αριστερά ή priority δεξιά. Ταυτόχρονα μια συνθετική φωνή υπενθυμίζει. Priority Left ή Priority Right.
H Boeing διατηρεί το παραδοσιακό Yoke (τιμόνι). Παρόλο που οι εντολές είναι ηλεκτρονικές, το χειριστήριο κινείται μηχανικά. Αν ο κυβερνήτης το στρέψει αριστερά, το τιμόνι του συγκυβερνήτη κινείται επίσης, ώστε να υπάρχει οπτική και αίσθηση της κίνησης του άλλου.
Το σύστημα της Boeing αν και είναι απλούστερο και εκ διαμέτρου αντίθετης νοοτροπίας, εντούτοις είναι εξίσου ασφαλές καθώς και εδώ οι υπολογιστές παρέχουν την ασφάλεια που απαιτείται.

Το σύστημα Fly-By-Wire της Embraer, ιδιαίτερα στις σειρές E-Jets E2 και στα business jets όπως το Praetor, ακολουθεί μια μοναδική «υβριδική» φιλοσοφία που συνδυάζει στοιχεία από την Boeing και την Airbus.
Η Embraer χρησιμοποιεί έναν έξυπνο συνδυασμό προστασιών που επιτρέπουν στον πιλότο να έχει τον έλεγχο, αλλά θέτουν αυστηρά όρια εκεί που διακυβεύεται η ασφάλεια του αεροσκάφους και τα ονομάζει Φιλοσοφία των Δύο Ορίων (Soft & Hard Limits).
Embraer Soft Limits (Μαλακά Όρια): Εντός του "Normal Flight Envelope", το σύστημα περιορίζει την κλίση (bank angle) στις 33° και τη γωνία ανόδου/καθόδου στις +30°/-15°. Ο πιλότος μπορεί να ξεπεράσει αυτά τα όρια αν κρατήσει το χειριστήριο (sidestick) εκτός ουδέτερης θέσης με δύναμη, αλλά αν το αφήσει, το αεροπλάνο επανέρχεται αυτόματα στα όρια.
Embraer Hard Limits (Σκληρά Όρια): Αυτά ορίζουν το "Limit Flight Envelope" και βασίζονται στα πραγματικά δομικά όρια και τα όρια ευστάθειας του αεροσκάφους. Εδώ το σύστημα θα επέμβει αποφασιστικά για να αποτρέψει την καταστροφή της δομής ή την πλήρη απώλεια του ελέγχου.

Υπάρχει όμως μια σημαντική διαφορά μεταξύ της πρώτης γενιάς και της νέας γενιάς των E-Jets: Τα E-Jets πρώτης γενιάς (π.χ. το Embraer 190) χρησιμοποιούν ένα σύστημα Open-Loop FBW. Δηλαδή όταν ο πιλότος κινεί το χειριστήριο για το πηδάλιο ύψους-βάθους (elevator) ή το πηδάλιο διευθύνσεως (rudder), ο υπολογιστής πτήσης λαμβάνει το ηλεκτρικό σήμα και δίνει εντολή στους ενεργοποιητές (actuators) να κινήσουν την επιφάνεια κατά μια συγκεκριμένη γωνία, ανάλογη με την κίνηση του χειριστηρίου. Ενώ τα πηδάλια κλίσεως των πτερύγων (ailerons) ελέγχονται με συμβατικά συρματόσχοινα σε αντίθεση με τα Roll Spoilers των πτερύγων που χρησιμοποιούνται για να υποβοηθηθεί η κλίση (ειδικά σε μεγάλες γωνίες προσβολής), που ελέγχονται ψηφιακά με το Fly-by-Wire δηλαδή. Η Embraer επέλεξε αυτή τη διάταξη για να διατηρήσει μια άμεση, μηχανική σύνδεση με τα πηδάλια κλίσως (ailerons) σε περίπτωση πλήρους ηλεκτρικής αστοχίας, εξασφαλίζοντας ότι ο πιλότος θα έχει πάντα έλεγχο κλίσης (roll).
Αντιθέτως στα E-Jets δεύτερης γενιάς (π.χ. Embraer 195) που διαθέτουν 4ης γενιάς Full Fly-By-Wire με κλειστό κύκλωμα ελέγχου (Closed-Loop) σε όλους τους άξονες. Αυτό επέτρεψε τη μείωση του μεγέθους του οριζόντιου σταθερού (ουράς) κατά 26%, μειώνοντας την οπισθέλκουσα και βελτιώνοντας την κατανάλωση καυσίμου κατά περίπου 1.5%.
Οσον αφορά στην προστασία απωλείας στηρίξεως (Stall Protection) στο 195, όταν η γωνία προσβολής (Angle of Attack - AoA) πλησιάσει το κρίσιμο σημείο, το σύστημα κλείνει το κύκλωμα ελέγχου για να αποτρέψει την απώλεια στήριξης, περιορίζοντας την κίνηση του elevator.
Επιπλέον το σύστημα FBW αντιδρά αυτόματα σε ριπές ανέμου αποσβένοντας τις αναταράξεις, για να εξομαλύνει την πτήση, προστατεύοντας την άνεση των επιβατών.
Εν κατακλείδι όλα τα συστήματα FBW είναι εξαιρετικά ασφαλή. Απλά διαφέρουν οι φιλοσοφίες. Η Airbus ποντάρει στην πρόληψη του ανθρώπινου λάθους μέσω λογισμικού, η Boeing δίνει περισσότερες πρωτοβουλίες και όρια στον άνθρωπο χωρίς να αμελεί την ψηφιακή προστασία, ενώ η Embraer ποντάρει στην ανθρώπινη κρίση με ψηφιακή υποβοήθηση.

Λίγο πριν κλείσω, αξίζει να αναφέρω ότι το FBW δεν καθιερώθηκε μόνο για την ασφάλεια που εγγυάται, αλλά και για τα Οικονομικά & Επιχειρησιακά Οφέλη που προσφέρει. Ένα από αυτά είναι ότι ένας πιλότος που πετά πχ Α320 μπορεί να εκπαιδευτεί πολύ πιο γρήγορα στο τεράστιο A380, γιατί η «αίσθηση» της πτήσης μέσω του λογισμικού είναι σχεδόν η ίδια. Αρα η μετάβαση από τύπο σε τύπο είναι οικονομικότερη. Ακόμη, αν και λιγότερο ουσιώδες η κατάργηση χιλιομέτρων από συρματόσχοινα, ντίζες, βραχίονες, σωληνώσεις και βαριά υδραυλικά υγρά εξοικονομεί εκατοντάδες κιλά, που μεταφράζονται σε λιγότερα αναγκαία καύσιμα και περισσότερο ωφέλιμο φορτίο.

Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι το Fly-By-Wire άλλαξε οριστικά τη σχέση ανθρώπου και μηχανής στην διακυβέρνηση του αεροπλάνου. Αυτό που ξεκίνησε ως μια ανάγκη για την προσσελήνωση του Apollo και τον έλεγχο ασταθών μαχητικών, εξελίχθηκε στον απόλυτο εγγυητή της ασφάλειας στις επιβατικές πτήσεις. Σήμερα, η τεχνολογία αυτή έχει ωριμάσει τόσο, ώστε τα συστήματα πολλαπλής εφεδρείας (redundancy) καθιστούν την πιθανότητα ολικής αποτυχίας σχεδόν μηδενική.
Κοιτάζοντας προς το μέλλον, το FBW αποτελεί το απαραίτητο σκαλοπάτι για την επόμενη μεγάλη επανάσταση: την αυτόνομη πτήση και την τεχνητή νοημοσύνη. Ήδη, τα συστήματα ελέγχου γίνονται ολοένα και πιο «έξυπνα», ικανά να προσαρμόζονται σε βλάβες του αεροσκάφους σε πραγματικό χρόνο, εξασφαλίζοντας ότι αυτό θα παραμείνει ικανό να πετά ακόμα και κάτω από ακραίες συνθήκες.
Το Fly-By-Wire ίσως να αφαίρεσε τη γοητεία της πτήσης από τον πιλότο, αλλά του έδωσε τα εργαλεία να πετά με μεγαλύτερη ακρίβεια, αφήνοντας τη μηχανή να διαχειρίζεται την πολυπλοκότητα και τον άνθρωπο να διατηρεί τον στρατηγικό έλεγχο. Σε έναν κόσμο που ζητά όλο και μεγαλύτερη ασφάλεια και αποδοτικότητα, τα «ηλεκτρονικά νεύρα» του αεροσκάφους θα συνεχίσουν να είναι ο αόρατος συμπρωταγωνιστής του ανθρώπου πάνω από τα σύννεφα.

https://community.infiniteflight.com/t/airbus-fly-by-wire-hard-limits/110351

https://www.airlinepilotforums.com/technical/72849-hard-soft-limit-protections.html

https://aviation.stackexchange.com/questions/104388/what-does-the-c-cstar-parameter-demand-a320

https://www.icas.org/icas_archive/ICAS1990/ICAS-90-1.3.4.pdf

https://airandspace.si.edu/multimedia-gallery/image/copjpg#:~:text=When%20the%20center%20of%20pressure,gravity%2C%20the%20airplane%20pitches%20up.

https://fiveable.me/aerodynamics/unit-5/center-pressure/study-guide/v2KbapbOrIgTC3JR

https://www.pilotmall.com/