Полет с поднятой головой // Индикатор на лобовом стекле: экран на фоне неба

Индикатор на лобовом стекле (ИЛС) — это система летательного аппарата, предназначенная для отображения символьной навигационно-пилотажной и специальной информации на лобовом стекле. Экран ИЛС практически прозрачен, поэтому пилот видит соответствующие символы и знаки на фоне неба, они словно парят в воздухе перед самолетом.

Вынесение индикации с приборной доски на уровень глаз пилота имеет большое значение — не нужно отвлекаться от управления летательным аппаратом, чтобы на нее посмотреть. Благодаря тому, что пилот может больше времени находиться с поднятой головой, снижается его утомление и повышается безопасность полета. Кстати, отсюда и принятое за рубежом название ИЛС — Head-Up Display. В переводе с английского языка — индикатор для работы с поднятой головой.

Эта технология, первоначально разработанная исключительно для военных самолетов и вертолетов, в настоящее время находит применение и в гражданской авиации. К примеру, в составе бортового радиоэлектронного оборудования перспективного российского пассажирского самолета МС-21, которое разрабатывает КРЭТ.

Как все начиналось

Все началось в середине 1930-х годов, когда к прицелу приспособили гироскоп. Теперь, управляя самолетом, летчик синхронизировал движение прицельной метки с движением визуально наблюдаемой цели. Такой режим получил название синхронного. Эпоха авиационных синхронных прицелов (АСП) длилась несколько десятилетий.

Но уже в начале 1950-х годов в СССР, кстати, на пять лет раньше, чем за рубежом, впервые удалось удачно объединить на общем экране информацию различного рода. На экран АСП перехватчика МиГ-15 с помощью оптической проекции была выведена отметка цели с экрана бортового локатора. Это можно считать первым шагом в создании индикаторов по типу ИЛС.

В 1960-х годах, с началом эпохи активного внедрения бортовых радиоэлектронных систем, был разработан первый настоящий ИЛС. В нем вроде бы было все как в синхронном прицеле, но новое устройство могло работать в режиме алфавитно-цифрового дисплея — показывать на экране подвижную прицельно-пилотажную информацию в виде векторов, геометрических фигур, шкал, символов, букв, цифр и знаков. Их формировал специальный генератор символов в составе ИЛС.

В середине 1970-х такому ИЛС добавили функцию — теперь система могла работать еще и в телевизионном формате и отображать видеоинформацию от бортовых оптико-электронных систем, для совершения ночных полетов и ведения боевых действий. Это был так называемый растровый ИЛС.

Имея подобные индикаторы, пилоты могли работать с большими объемами информации и не отвлекаться от экрана “по пустякам“. Все необходимое было всегда прямо перед глазами, зрению теперь не требовалось перестраиваться на новые освещенности и дистанции наблюдения. Первые такие отечественные ИЛС стояли в кабинах самолетов МиГ-27К, которые выпускались серийно в 1976-1982 годах.

Широкий взгляд

К началу 1980-х ИЛС на традиционной стеклянной оптике исчерпали все возможности, и их прогресс остановился. Во-первых, лобовой полупрозрачный экран плохо пропускал свет и плохо отражал проецируемую на него символику. Во-вторых, размер его поля зрения достиг предела, и его увеличение было просто невозможным: габариты прибора уже мешали нормальному катапультированию.

А для пилота — чем больше поле зрения, тем лучше. Размеры углового поля зрения — это, кстати, одна из наиболее важных технических характеристик ИЛС. На протяжении всей истории развития ИЛС велась постоянная борьба за увеличение этого параметра. Его удалось несколько увеличить, установив один за другим два лобовых экрана. Но максимум, что удалось обеспечить, — это круговое поле зрения размером 22−24°. Этого едва хватало, чтобы можно было без опаски “работать“ в режиме маловысотного полета и на околозвуковой скорости.

В результате было выработано решение, которое решило проблему: появились ИЛС на дифракционных оптических элементах (ДОЭ). Их стали использовать в качестве полупрозрачных лобовых экранов увеличенных размеров, дающих более широкое поле зрения.

Дифракционные ИЛС у нас в стране принято называть ШКАИ — широкоугольные коллиматорные авиационные индикаторы. Для ШКАИ типичным является размер поля зрения 35х24° с перспективой удвоения, отражение и пропускание падающего света до 85%. При этом вес прибора составляет всего 10-12 кг. Через экран индикатора летчик теперь может наблюдать очень “ясную“ внешнюю картину, а на экране видеть яркую символику даже при сильных солнечных засветках. ШКАИ способны эффективно отображать и видеоинформацию в реальном времени, что позволяет осуществлять “слепое“ пилотирование самолета как ночью, так и в условиях минимальной видимости.

Коллимация, или проекция на бесконечность

Что же значит слово “коллиматорный“ в названии авиационных индикаторов? Итак, в число основных элементов ИЛС, кроме лобового полупрозрачного экрана, проекционной трубки яркого зеленого свечения, вычислителя и блока формирования символьных изображений, входит коллиматорная оптическая проекционная система. Именно эффект коллимации позволяет представить все наблюдаемое на экране в “правильной перспективе“.

Формируемое изображение на ИЛС должно быть коллимировано, или, как говорят по-другому, спроецировано на бесконечность. Это нужно для того, чтобы летчику не приходилось постоянно перефокусировать зрение при переключении внимания с объекта в пространстве за кабиной на показания ИЛС. Изображение индикатора, спроецированное в бесконечность, всегда видится в фокусе вне зависимости от того, куда смотрит летчик, и не требует затрат времени на аккомодацию.

Коллиматорные индикаторы создают на предприятиях КРЭТ. К примеру, в прошлом году Концерн представил свою перспективную разработку — новый вариант коллиматорного ИЛС-28, который создается для боевого вертолета Ми-28Н “Ночной охотник“. Новый индикатор по сравнению с уже серийно выпускаемым ИЛС-28 меньше по размеру. На случай отказа бортовой авионики в ИЛС имеется режим резервной прицельной сетки, позволяющий вести огонь “прямой наводкой“, направляя вертолет точно на цель.

Цель на козырьке

Среди других новинок Концерна в этой области — нашлемная система целеуказания и индикации (НСЦИ) для пилота вертолета.

В последнее время в военной авиации все больше внедряются нашлемные ИЛС, в которых экраны с выводящимся на них изображением крепятся к шлему пилота. Специальная система отслеживает положение его головы. Это позволяет осуществлять сопровождение именно той цели, на которую в данный момент обращен его взгляд. ИЛС такого типа бывают как монокулярными (более распространенные), так и бинокулярными.

Нашлемная система целеуказания и индикации разработки КРЭТ — бинокулярного типа: на защитный козырек шлема установлен бинокулярный индикатор высокого разрешения c возможностью проецирования изображения. Пилот в таком шлеме наблюдает внешнюю обстановку совместно со служебной знакографической информацией на дисплее и может адекватно ориентироваться в пространстве, используя возможности ночного видения.

Высокие технические характеристики системы при сохранении массы шлема менее двух килограммов делают ее самой передовой и не имеющей аналогов в России разработкой.