Анализ эффективности пилота при использовании систем целеуказания и индикации

Авиация, особенно военная, никогда не была простой. Развитие первых летательных аппаратов требовало огромной научной базы - одной лишь инженерии было не достаточно. Однако прогресс не стоял на месте -самолеты поднимаются все выше, скорости увеличились, а вместе с ними и информационная нагрузка на пилота. Летчику необходимо учитывать множество фактором и параметров такие как высота, курсовой и поперечный гироскопы, а так же множество показателей двигателей(число оборотов, давление наддува, температуры воды и масла). Необходимость же вести воздушный бой усложняет пилотирование техники многократно.

В связи с этим в области авиаприборостроения наметилась тенденция к упрощению контроля полета и ведения воздушного боя непосредственно для пилота. Одним из путей упрощения является автоматизация, например , автопилот. Другим путем является переработка концепции приборной доски, отображения важной информации. и устройств наведения. Развитие этого направления тесно связано с развитием информационных технологий и технологий мультимедиа. Современной технологией реализации второго пути является система ИЛС и НСЦИ.

ИЛС (индикация на лобовом стекле) - система летательного аппарата, предназначенная для отображения символьной навигационнопилотажной и специальной информации непосредственно на лобовом стекле. Включает в себя полупрозрачный лобовой экран, вычислитель , блок формирования изображения, коллиматорную оптическую проекционную систему и собственно полупрозрачный экран.

НСЦИ (нашлемная система целеуказания и индикации) - прибор, устанавливаемый на шлем, проецирующий информацию на прозрачный экран, называемый визор и находящийся перед глазами пилота. Система представляет собой совокупность источника изображения, трубок усилителя изображения, визора с зоной индикации и шлема. Технически имеется два шлема, внутренний и внешний. Первый отвечает за защиту головы, связь , дыхание. Внешний - индикация, слежение за взглядом, ПНВ (прибор ночного виденья). Технически, НСЦИ является логическим развитием ИЛС.

Проекция в бесконечность.

Обе системы используют технологию коллимации, она же - проекция в бесконечность. Оптический коллиматор - это устройство при помощи которого лучи света собираются в параллельные пучки из которых формируется прицельные и индикаторные метки, с последующим отображением на экране или визоре шлема. Природа этого физикооптического явления такова, что через коллиматор можно целиться и смотреть двумя глазами сразу, а сам процесс наводки упрощается до совмещения индикатора (точку) с целью. Эффект параллакса, то есть расхождения плоскости мишени с плоскостью прицельной сетки для коллимации минимален. Все вместе это позволяет пилоту не перефокусировать зрение с показателей ИЛС/НСЦИ на объект в пространстве за кабиной, а так же не требуется время на аккомодацию.

Действия в условиях плохой видимости

Очевидно, что человеческое зрение не приспособлено для ведения активной деятельности в условиях ограниченной видимости, например ночью. Неоспоримым преимуществом в данной ситуации обладает НСЦИ - на визор может выводиться изображение других устройств, например ИК-системы. Ночью на стандартный шлем может крепится прибор ночного видения (ПНВ). Он состоит из очков ночного видения, устанавливаемых на кронштейне в передней части шлема, блока питания на "затылке" шлема с аккумуляторами для автономной работы. Однако по сравнению с нашлемной системой он имеет ряд недостатков. Во-первых это его габариты и вес - поскольку противовесом является аккумулятор, отрегулировать его под конкретного пилота не представляется возможным. Как следствие - лишняя нагрузка на шею и голову. Во-вторых, в случаи аварийной ситуации ПНВ необходимо снять. И хотя сброс ПНВ осуществляется одним движением, блок питания остается на затылочной части, что может привести к опасной ситуации при катапультировании из кабины.

В случае с НСЦИ потребность в ПНВ отпадает - отображение видеоинформации от технического зрения является одним из главных назначений системы.

Безопасность пилота и перегрузки

Военная авиация, в отличии от гражданской, вынуждена гораздо серьезнее относиться безопасности пилота. Будь то маневренный виражный бой летчика-истребителя или высотный бомбардировщик - и на машину и на организм человека оказываются огромные нагрузки. И если износостойкость летательного аппарата можно поднимать достижениями в авиаконструировании, то для летчика гораздо сложнее. Технические приспособления - например кислородная маска - неотъемлемая часть головного оборудования, крепится к шлему, и наличие НСЦИ никак не влияет на нее. Однако, в нашлемную систему могут быть интегрированы электроды для проведения электроэнцефалографии, получая таким образом достаточно эффективного средства анализа и статической обработки реализации электрических сигналов жизнедеятельности пилота, отражающую физиологическое состояние в динамике пилотирования летательного средства. Такое оборудование способно существенно сократить случаи, когда в силу объективных причин, например человеческий фактор, происходили катастрофы с потерей экипажа и машины. [1]

В тоже время, НСЦИ это, как было сказано ранее, "шлем в шлеме". Вес согласно актуальному техническому требованию - не превышает двух килограмм. При правильной балансировке данная нагрузка не является чем то значительным на земле , однако при перегрузках весовая нагрузка на шею возрастает многократно. Облегчение "головного убора" с помощью использования новых материалов является перспективным направлением развития системы.

К "внешнему" шлему предъявляются определенные требования[1] по прочности - для обеспечения безопасности при катапультировании и ли экстренных посадках. Противоосколочная защита, аэродинамические и термозащитные свойства так же важны. [2] На данный функционал НСЦИ какого либо воздействия не оказывает.

Ведение боевых действий. Обзор и обнаружение противника.

Обзор из кабины является ключевым с самого зарождения авиации. Схема "утка" , крепежи фонаря, размеры приборной панели - все это влияет на обзор пилота. Первым обнаружить противника , а значит и получить право первого выстрела, залог успеха в воздушном бою. Следовательно первейшая задача самолета это обнаружить цель и не быть обнаруженным противником.

Системы обнаружения воздушных целей развиваются стремительно. Однако не смотря на средства радиолокации и других методов обнаружения целей - малозаметность современных самолетов (технология стелс) не дает отойти визуальному контакту на второй план.

ИЛС из-за своих габаритов и фиксированного положения - спереди над приборной доской - не способствует увеличению визуального обзора из кокпита. Размер углового зрения - очень важная характеристика для ИЛС, а для ШКАИ (широкоугольные коллиматорные авиационные индикаторы) размер поля зрения достигает 35*24 градусов.

У НЦСИ же данный параметр достигает значений 40*20 с диапазоном угловых координат положения шлема от -90 до +90 по азимуту и от -60 до +30 по углу места(по данным КРЕТ). Погрешности в определении угловых координат минимальны, и комплекс показывает себя с наилучшей стороны - системы распознавания образов и возможность смотреть сквозь непрозрачный корпус самолета (американская система HMDS (helmet display system))[3], не мешая при этом своими габаритами, существенно увеличивают шанс обнаружить противника первым. Стоит отметить что технология распознавания образов - это дополнение, а не замена существующим системам обнаружения, поэтому самой главной задачей НСЦИ является индикация цели на основе информации боевого локатора. В отсутствии НСЦИ пилоту пришлось бы совмещать визуальный поиск противника с просмотром информации локатора - постоянный перевод взгляда и перефокусировка сильно сказались бы на результатах поиска.

Ведение боевых действий. Пилотирование

Пилотирование летательного средства было сложным, требующим максимального сосредоточения процессом. Все есть необходимость контролировать множество показателей , например скорость, чтобы не свалиться в штопор или не попасть в флаттер. Поскольку движение происходит в воздухе, необходимо учитывать положение самолета в пространстве, высоту, угол относительно поверхности земли и многое другое. Приборы для учета данных параметров изобретены достаточно давно, и приборная доска прочно укрепилась в кабине. В дополнение к более чем 10 основным индикаторам и множеству переключателей в последствии добавились мониторы РЛС (радиолокационная станция) и наведения некоторых типов вооружения. Однако прямо в процессе полета или непосредственно маневренного воздушного контакта летчику необходимо раз за разом переводить взгляд с противника на приборную доску, фокусировать зрение на гораздо более близком объекте, искать необходимые показатели. Конечно, опытный пилот знает расположение все приборов наизусть, однако проблемы повышенной нагрузки на мозг, глаза и увеличения времени принятия решений остаются.[4]

Системы индикации позволяют частично решить эту проблему. Возможность выводить необходимую информацию непосредственно по направлению взгляда, с одинаковыми условиями видения для обоих глаз, благоприятно сказывается на восприятии информации и снижает утомляемость пилота, а комбинированная оптико-инерциальная система позиционирования гарантирует точность при любых перемещениях шлема.

Пилотажная информация отображаемая на лобовом стекле или визоре НСЦИ по сути одна и та же - в основном это скорость, состояния двигателей и вооружения, значение вариометра и крен. Поскольку эти данные связаны с направлением движения летательного аппарата , то критического преимущества по сравнению с ИЛС нашлемная система не имеет.

Ведение боевых действий. Стрельба и пуск ракет.

Первоначально самолет использовался для разведки и корректировки артиллерийского огня. Первое вооружение на нем требовало от пилота оставить штурвал, встать на кресло и вручную стрелять из установленного выше винтов пулемета. В последствии была изобретена схема синхронного пулеметного привода, позволяющая вести огонь "сквозь" плоскость винта, но проблема появилась четко - пилоту требуется выполнять два сложных комплексных действия , пилотировать летательный аппарат и уничтожать цели параллельно.

С увеличением скоростей курсовые пушки хоть и остались штатным вооружением летательного аппарата, но уступили место более эффективным в поражении целей ракетам. Ракетное вооружение класса "воздух-воздух"     разделяют по методам наведения на цель:

радиокомандное, радиолокационное, инфракрасное и оптико-электронное.[5] В рамках статьи имеет смысл рассмотреть инфракрасные (ИК) и оптико-электронные ракеты.

Чувствительность современных ИК -ракет такова, что позволяет улавливать тепло, возникающее в процессе трения обшивки на воздушный поток. Это делает ракету всеракурсной, позволяя наносить удары по воздушным целям из любого положения, а не только задней полусферы. Именно для таких ситуаций и разрабатывалась НСЦИ - пилоту достаточно посмотреть на цель, для того чтобы атаковать ее ИК ракетами с ГСН (головка самонаведения). Нет необходимости в повороте корпуса самолета, не нужно следить за целью слишком долго.

Радиолокационные полуактивные (оптико-электронные) ракеты же требуют облучения цели до окончания перехвата, а практически -некоторое время держать ее перед собой. Аналогичная система создана для управления направлением стрельбы носовой турели вертолета Ми-28Н.

В обоих примерах НСЦИ отслеживает направление взгляда с помощью специальной камеры, передавая информацию в прицельный комплекс. Преимущество НСЦИ как основы комплекса вооружения в плане эффективности и скорости наведения, как видно из данной статьи,