سیستم خلبان خودکار هواپیما چگونه کار میکند؟/ بررسی امکان هک شدن سیستم اتوپایلت هواپیماها

به گزارش خبرنگار دانش و فناوری گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، وقتی به تصویری از کابین یک هواپیمای مسافربری مدرن نگاه می‌کنیم، اغلب آرامشی بر آن حاکم است. خلبانان با دستانی که به ندرت روی فرمان کنترل قرار دارند، بر فراز اقیانوس‌ها و قاره‌ها پرواز می‌کنند. این آرامش مدیون یکی از شگفت‌انگیزترین دستاوردهای مهندسی هوانوردی است: سیستم خلبان خودکار یا اتوپایلت. این "خلبان نامرئی" نه تنها بار کاری خدمه پرواز را به شدت کاهش می‌دهد، بلکه دقت و ایمنی پرواز را به سطحی فراتر از توانایی‌های انسانی ارتقا داده است.

اما این سیستم پیچیده کامپیوتری چگونه کار می‌کند؟ و در عصر دیجیتال که هر سیستمی در معرض تهدیدات سایبری قرار دارد، آیا این امکان وجود دارد که یک هکر کنترل هواپیما را از هزاران کیلومتر دورتر به دست بگیرد؟ در ادامه، به کالبدشکافی عملکرد اتوپایلت می‌پردازیم و  امکان هک شدن آن را تحلیل می‌کنیم.

 

بخش اول، نگاهی فنی به خلبان خودکار

برای درک عملکرد اتوپایلت، بهتر است آن را به یک انسان تشبیه کنیم که دارای مغز، حواس و عضلات است. این سیستم نیز دقیقاً از همین اجزا تشکیل شده است.

 ۱. مغز متفکر، کامپیوتر کنترل پرواز (FCC)

قلب تپنده سیستم، یک یا چند کامپیوتر کنترل پرواز یا همان FCC است. این کامپیوترهای قدرتمند و فوق‌العاده قابل اعتماد، وظیفه پردازش حجم عظیمی از اطلاعات را در هر ثانیه بر عهده دارند.

 آن‌ها داده‌های دریافتی از حسگرها را با دستورات وارد شده توسط خلبان مقایسه کرده و تصمیم می‌گیرند که برای حفظ مسیر، ارتفاع و سرعت مطلوب، کدام سطح کنترل پرواز (شهپرها، سکان‌ها و...) باید چقدر حرکت کند.

۲. حواس پنج‌گانه پرواز، حسگرها و منابع داده

FCC برای تصمیم‌گیری نیازمند درک کاملی از وضعیت لحظه‌ای هواپیماست. این درک از طریق مجموعه‌ای از حسگرهای پیشرفته به دست می‌آید:

سیستم مرجع اینرسی :  این سیستم مانند گوش داخلی انسان عمل می‌کند. با استفاده از ژیروسکوپ‌های لیزری و شتاب‌سنج‌ها، جهت‌گیری دقیق هواپیما در سه محور  و شتاب‌های آن را اندازه‌گیری می‌کند. این سیستم به اتوپایلت می‌گوید که دماغه هواپیما بالا است یا پایین، یا اینکه در حال گردش به چپ یا راست است.

کامپیوتر داده‌های هوایی : این کامپیوتر با دریافت فشار هوا از طریق لوله‌های پیتو و دریچه‌های استاتیک، پارامترهای حیاتی مانند ارتفاع دقیق، سرعت هوایی و سرعت عمودی (نرخ صعود یا کاهش ارتفاع) را محاسبه می‌کند.

سیستم موقعیت‌یاب جهانی :  موقعیت دقیق جغرافیایی هواپیما را بر روی کره زمین مشخص می‌کند. این داده برای ناوبری در مسیرهای طولانی حیاتی است.

 مغناطیس‌سنج : مانند یک قطب‌نمای دیجیتال، جهت مغناطیسی هواپیما را تعیین می‌کند.

 

 ۳. پل ارتباطی، پنل کنترل حالت (MCP)
این پنل که در دسترس خلبان قرار دارد، رابط کاربری سیستم است. خلبان از طریق دکمه‌ها و پیچ‌های روی این پنل، خواسته‌های خود را به اتوپایلت اعلام می‌کند. برای مثال، ارتفاع "۳۵۰۰۰ پا"، سرعت "۴۵۰ نات" یا جهت "۲۷۰ درجه" را در MCP وارد کرده و حالت مربوطه را فعال می‌کند.

 

۴. عضلات سیستم: عملگرها (Actuators)

دستورات نهایی FCC باید به حرکت فیزیکی تبدیل شوند. این وظیفه بر عهده عملگرها یا سرووموتورهای هیدرولیکی یا الکتریکی است. این عملگرها به سطوح کنترل پرواز اصلی هواپیما (ایلرون‌ها روی بال برای گردش، سکان افقی در دم برای بالا و پایین رفتن، و سکان عمودی در دم برای گردش به چپ و راست) متصل هستند و با دقت میلی‌متری آن‌ها را حرکت می‌دهند.

این چهار بخش در یک حلقه لوپ بی‌وقفه کار می‌کنند: حسگرها وضعیت را گزارش می‌دهند، FCC داده‌ها را با هدف مقایسه و پردازش می‌کند، عملگرها دستورات را اجرا کرده و هواپیما را اصلاح می‌کنند، و این چرخه هزاران بار در دقیقه تکرار می‌شود تا پروازی نرم و دقیق حاصل شود.

 

بخش دوم، آرامش به سبک خانه عنکبوت؟ بررسی امکان هک شدن سیستم ناوبری

تصویر هک شدن یک هواپیما و هدایت آن توسط یک عامل مخرب، سوژه بسیاری از فیلم‌های هالیوودی بوده است. اما در دنیای واقعی، این سناریو چقدر محتمل است؟ پاسخ کوتاه این است: بسیار دشوار و تقریباً غیرممکن، اما نه کاملاً صفر.

 

صنعت هوانوردی از ابتدا با در نظر گرفتن بالاترین استانداردهای ایمنی و افزونگی  طراحی شده است. این فلسفه در معماری سیستم‌های دیجیتال هواپیما نیز به شدت رعایت می‌شود.

 ۱. دژ مستحکم، ایمن بودن شبکه‌ها
مهم‌ترین لایه دفاعی در برابر هک، جداسازی فیزیکی و منطقی شبکه‌ها است. در یک هواپیمای مدرن، حداقل سه شبکه مجزا وجود دارد:

شبکه کنترل پرواز : این شبکه فوق‌العاده حفاظت‌شده، سیستم‌های حیاتی مانند اتوپایلت، ناوبری و کنترل موتورها را در بر می‌گیرد. دسترسی به این شبکه به شدت محدود و ایزوله است.

شبکه اطلاعات ایرلاین: این شبکه برای ارتباطات عملیاتی ایرلاین، گزارش‌های تعمیر و نگهداری و ارتباط با مرکز کنترل زمینی استفاده می‌شود.

شبکه سرگرمی مسافران : این همان شبکه‌ای است که سیستم WiFi و سرگرمی داخل پرواز را برای مسافران فراهم می‌کند.

ارتباط بین این شبکه‌ها به شدت کنترل‌شده و اغلب یک‌طرفه است. داده‌ها از طریق ورودی های  امنی عبور می‌کنند که اجازه نمی‌دهند دستوری از شبکه مسافران به شبکه کنترل پرواز ارسال شود. بنابراین، این تصور که یک هکر بتواند از طریق WiFi مسافران کنترل هواپیما را به دست بگیرد، با معماری فعلی هواپیماها تقریباً غیرممکن است.

 

 

۲. مسیرهای حمله تئوریک و تهدیدات واقعی

اگرچه کنترل مستقیم از راه دور تقریباً منتفی است، اما کارشناسان امنیت سایبری بر روی چند بردار حمله تئوریک تمرکز دارند:

جعل سیگنال GPS (GPS Spoofing): این یکی از واقعی‌ترین تهدیدات است. در این سناریو، یک هکر با ارسال سیگنال‌های GPS جعلی و قدرتمند از یک منبع زمینی، گیرنده‌های هواپیما را فریب می‌دهد. در نتیجه، سیستم ناوبری هواپیما تصور می‌کند در موقعیت دیگری قرار دارد. اگر اتوپایلت در حالت LNAV (ناوبری بر اساس مسیر پرواز) باشد، سعی خواهد کرد مسیر خود را بر اساس این اطلاعات غلط "اصلاح" کند و از مسیر اصلی منحرف شود. با این حال، سیستم‌های مدرن با استفاده از داده‌های سیستم اینرسی (IRS) و الگوریتم‌های تشخیص ناهنجاری (مانند RAIM)، می‌توانند سیگنال‌های جعلی را شناسایی کرده و به خلبان هشدار دهند.

 

نفوذ از طریق سیستم‌های زمینی

 یک نقطه ضعف بالقوه، زنجیره تأمین نرم‌افزار و داده است. اگر یک هکر بتواند به شبکه یک ایرلاین یا شرکت سازنده نرم‌افزارهای هوانوردی نفوذ کند، ممکن است بتواند یک فایل نقشه ناوبری یا یک برنامه پروازی مخرب را به سیستم مدیریت پرواز هواپیما آپلود کند. این کار کنترل مستقیم را به هکر نمی‌دهد، اما می‌تواند هواپیما را به مسیری خطرناک هدایت کند.

دسترسی فیزیکی و تهدید داخلی: مانند هر سیستم امنیتی دیگری، عامل انسانی ضعیف‌ترین حلقه است. یک تکنسین تعمیر و نگهداری با دسترسی فیزیکی به هواپیما و با استفاده از یک لپ‌تاپ آلوده، به طور بالقوه می‌تواند بدافزاری را به یکی از سیستم‌های غیرحیاتی تزریق کند و امیدوار باشد که به بخش‌های حیاتی‌تر راه پیدا کند. هرچند پروتکل‌های امنیتی بسیار سختگیرانه‌ای برای جلوگیری از این سناریو وجود دارد.

 

 

آرامش در عین هوشیاری

سیستم اتوپایلت یک شاهکار مهندسی است که بر پایه اصول افزونگی، دقت و حلقه‌های بازخورد پایدار بنا شده است. معماری دفاعی عمیق و ایزوله‌سازی شبکه‌ها در هواپیماهای مدرن، سناریوی هک به سبک هالیوودی و کنترل کامل هواپیما از راه دور را به امری نزدیک به محال تبدیل کرده است.

با این حال، صنعت هوانوردی هیچ‌گاه امنیت را امری قطعی تلقی نمی‌کند. تهدیدات واقعی‌تری مانند جعل GPS و حملات به زنجیره تأمین نرم‌افزار چالش‌هایی هستند که مهندسان و متخصصان امنیت سایبری به طور مداوم در حال توسعه راهکارهایی برای مقابله با آن‌ها هستند. در نهایت، مسافران می‌توانند اطمینان داشته باشند که "خلبان نامرئی" در کابین، تحت نظارت دقیق خلبانان انسانی و لایه‌های امنیتی متعدد، یکی از ایمن‌ترین و قابل اعتمادترین سیستم‌های ساخته شده به دست بشر است.