Wie funktioniert der Autopilot eines Flugzeugs?

Der Autopilot "fliegt" das Flugzeug nicht wie ein Mensch: Er betreibt einen geschlossenen Regelkreis. Zunächst misst er den tatsächlichen Zustand des Flugzeugs mit Kreiseln und Beschleunigungsmessern (heute in Festkörper-Trägheitseinheiten integriert), dem Luftdatensystem (Höhe, angezeigte Fluggeschwindigkeit, Mach-Zahl) und der Position per GPS oder Funknavigationshilfen. Dann vergleicht er diese Werte mit dem von der Besatzung gewählten Sollwert — etwa 35.000 ft (10.670 m) halten, Kurs 270 folgen oder mit Mach 0,78 fliegen — und berechnet die nötige Korrektur. Schließlich bewegt er Querruder, Höhenruder und Seitenruder über Servoaktuatoren, oder er sendet bei Fly-by-Wire-Flugzeugen den Befehl an die Flugsteuerungscomputer. Der Zyklus wiederholt sich dutzende Male pro Sekunde.

Die einfachsten Systeme, typisch für die Leichtfliegerei, wirken auf eine einzige Achse: Sie halten die Flügel waagerecht oder einen Kurs. Ein Zweiachsen-Autopilot fügt die Nicksteuerung hinzu (Höhe sowie Steigen oder Sinken), und ein Dreiachsensystem ergänzt das Seitenruder, um Kurven zu koordinieren und das Gieren zu dämpfen. Bei einem Verkehrsflugzeug heißt das gesamte Paket Flight Guidance System und arbeitet über Modi: Auf der Querachse kann es einen Kurs halten, einer seitlichen Route folgen (LNAV) oder einen Localizer erfassen; auf der Vertikalachse kann es die Höhe, eine Vertikalgeschwindigkeit, ein berechnetes Sinkprofil (VNAV) oder einen Gleitpfad halten. Der Autothrottle vervollständigt das System, indem er den Schub regelt, um die gewählte Geschwindigkeit oder Leistungseinstellung zu halten.

Bei einem Linienflug wird der Autopilot kurz nach dem Start eingeschaltet und vor dem Aufsetzen ausgeschaltet, außer bei Anflügen der Kategorie II oder III, bei denen die redundanten Systeme eines zertifizierten Flugzeugs es bis zum Boden führen und während des Ausrollens auf der Pistenmittellinie halten können. Die Besatzung hört nie auf zu arbeiten: Sie programmiert das FMS, wählt die von der Flugsicherung freigegebenen Höhen und Geschwindigkeiten, prüft, dass jeder aktive Modus der erwartete ist, und ist bereit, abzuschalten und manuell zu fliegen, wenn etwas nicht stimmt. Der Start wird immer manuell geflogen. Die Aufsichtsbehörden verlangen außerdem, dass jeder Systemausfall eine klare Abschaltung bewirkt und die verbleibenden Steuerkräfte beherrschbar bleiben, damit der Pilot die Kontrolle sicher zurückübernehmen kann.