7'1991.pdf

Pilot i jego

kocie oczy

Lot przy kontakcie wzrokowym z zie-

mią jest bardziej naturalny i powoduje

mniejsze obciążenie pilota niż wtedy,

gdy musi on polegać na sztucznym

przedstawianiu warunków lotu. Jest to

szczególnie istotne przy operowaniu na

małej wysokości.

W opracowaniu tym zostanie pokazane,

że dostępność systemów zobrazowania

nocnego montowanych na hełmie po-

nownie dała możliwość wykonywania lo-

tów nocnych na podstawie kontaktu

wzrokowego, sztuki, która została zapo-

mniana już ponad dwadzieścia lat temu.

Zostanie tu podany krótki opis funkcjo-

nowania gogli wizji nocnej oraz przyto-

czone niektóre problemy konstruktorów

wraz z przewidywanymi możliwościami

ich rozwiązania w najbliższej przyszłości.

Trochę historii

W latach 60. samolot rozpoznawczy

Canberra wykonywał regularne loty noc-

ne przy sprzyjających warunkach oświet-

lenia. W wielu przypadkach były to zada-

nia angażujące trzech członków załogi:

jeden z nawigatorów leżał na stanowisku

obserwacyjnym w nosie samolotu ze

wzrokiem przyzwyczajonym do ciemnoś-

ci i nawigował wizualnie, drugi prowa-

dził ciągłą kontrolę wyników obserwacji

za pomocą przyrządów nawigacyjnych,

pilot zaś, zależnie od widzialności, pro-

wadził samolot według przyrządów lub

na podstawie obserwacji otoczenia. W

przeciwieństwie do wymienionego samo-

lotu, rozpoznawczy jednoosobowy Hunter

nie posiadał przyrządów nawigacyjnych i

nie miał możliwości operowania nocą.

Pomimo dużej efektywności jego lotów

dziennych, utrata kontaktu wzrokowego

z ziemią niezmiennie prowadziła do prze-

rwania wykonywania zadania.

Samoloty, które zastąpiły Canberrę w

zadaniach nocnych, miały dwóch człon-

ków załogi, z których żaden nie mógł na-

wigować w nocy wzrokowo. Nawigator

w samolotach F-4 oraz Buccaneer siedział

z tyłu, mając słabą widoczność w kierun-

ku lotu. Przy wyższych prędkościach nie-

możliwe było zniżenie się na tyle, by do-

strzec odbicia z oświetlenia nocnego zie-

mi i bezpiecznie wykonywać lot w nie-

znanym terenie o profilu nie zbliżonym

do płaskiego, posługując się wrażeniami

wzrokowymi.

Samoloty takie jak F-lll i Tornado

działają w oparciu o wskazanie sztuczne.

Zasadniczo sprowadza się to do lotu wed-

ług wskazań przyrządów w oparciu o

obraz wyświetlany na ekranie wskaźnika

radaru, który nie zapewnia perspekty-

wicznego widoku terenu przed samolo-

tem. Dla pilota przyzwyczajonego do

swobodnego działania w warunkach ob-

serwacji dziennej, sztucznie tworzony

nieperspektywiczny obraz terenu nie

wzbudza dostatecznego zaufania. Postępy

w awionice przynoszą pewne rozwiązania

zapewniające sztucznie tworzone obrazy

perspektywiczne, aczkolwiek kosztem

skomplikowania konstrukcji i poniesio-

nych nakładów finansowych.

W latach 70. zaznaczył się trend ku

użytkowaniu samolotów jednoosobo-

wych, czego odzwierciedleniem np. w

Stanach Zjednoczonych było zastępowa-

nie samolotów F-4 przez F-15 i F-16 w si-

łach powietrznych oraz przez F/A-18 w

lotnictwie marynarki i lotnictwie piecho-

ty morskiej. Oceniono, że koszt cyklu

użytkowania samolotu F/A-18 będzie

dwukrotnie wyższy, jeśli będzie to samo-

lot z dwuosobową załogą. Wzrastający

koszt wyposażenia bojowego oraz spo-

dziewane trudności w rekrutacji odpo-

wiedniej liczby nawigatorów — operato-

rów (zajmujących tylną kabinę) także

przemawiały za samolotami jednoosobo-

wymi. W tym samym czasie wzrosły wy-

magania wobec nocnych możliwości bo-

jowych samolotów, co stawiało pod zna-

kiem zapytania zdolność pojedynczego

członka załogi do skutecznego działania

w nocy w oparciu o sztucznie generowa-

ny obraz terenu przed samolotem.

Pionierskie prace podjęte w Królew-

skim Instytucie Lotnictwa w Farnbo-

rough z obrazem z kamer telewizyjnych:

czułej na słabe światło (LLTV) oraz pra-

Jeden z najnowszych amerykańskich hełmów lotniczych. Jest

to hełm HGU-56/P dla śmigłowców Bell AH-1S HueyCobra.

Hełm jest wyposażony w system celowniczy HIDSS oraz

noktowizor typu ANVlS-6 (na zdjęciu zdemontowany).

Dla komfortu fizycznego pilota hełm ma przeciwwagę

noktowizora

cującej w paśmie podczerwieni (FLIR),

przedstawianym na ekranie wskaźnika

przeziernego (HUD) doprowadziły do

wniosku, że nocne operacje bojowe na

małej wysokości, wykonywane przez sa-

moloty jednoosobowe, są wykonalne.

Poddawany tym testom samolot Hunter

miał pole widzenia o rozmiarze 20', które

dawało mu znakomitą rozróżnialność te-

renu, lecz wykonywanie zadania z tak

wąskim polem widzenia można było po-

równać z prowadzeniem samolotu w

świetle reflektora punktowego, z wynika-

jącymi z tego trudnościami z bezpiecz-

nym skręcaniem.

Samolot sił powietrznych USA typu

F-16, wyposażony w termalny system na-

wigacji i celowania nocą na małej wyso-

kości (LANTIRN) ma obraz z kamery

FLIR przedstawiany na wskaźniku prze-

ziernym o polu widzenia 30'". Zapewnia

to znacznie lepszy widok perspektywicz-

ny, czego dowiedziono przeprowadzając

ponad 1000 nocnych lotów doświadczal-

nych z dużą prędkością na małej wyso-

kości. Problem związany z uzyskaniem

przeglądu terenu poza polem widzenia

rozwiązano dwoma sposobami:

— umożliwiając obracanie obiektywu

kamery FLIR o 5,

— dodając wskazania pochodzące z rada-

ru w przypadku, gdy manewr w danym

kierunku nie jest bezpieczny.

Obraz z obróconej kamery jest prezen-

towany w dalszym ciągu w centrum pola

widzenia pilota, co oznacza, że nie leci

on w kierunku zgodnym z wyświetlanym

obrazem, nie mając tym samym prawdzi-

wego obrazu perspektywicznego przed

sobą. System LANTIRN jest oceniany ja-

ko bardzo efektywny, lecz dosyć kosz-

towny.

Dalsze prace przeprowadzone w Kró-

lewskim Instytucie Lotnictwa pokazały,

że obraz o wysokiej rozdzielczości, otrzy-

mywany w zespole HUD/FLIR może zo-

stać powiększony przez zastosowanie

montowanych na hełmie pilota gogli wi-

zji nocnej (NVG). Zapewniają one mniej-

szą rozdzielczość, lecz trzymając się po-

równania z prowadzeniem samochodu:

„są jakby sterowalnym reflektorem

przeciwmgielnym, poszerzającym obszar

oświetlony dotychczas tylko reflektorem

punktowym", dając odpowiedni przegląd

sytuacji po bokach w celu podniesienia

bezpieczeństwa lotu. Pilot ma tu widok

perspektywiczny w każdym kierunku, co

pomimo tego, że nie daje aż takich wa-

runków obserwacji jak w dzień, zapew-

nia obraz dostatecznie podobny do dzien-

nego, by zyskać zaufanie prowadzącego

samolot. Nocne zadania bojowe stały się

wykonalne dla jednoosobowej załogi.

Koncepcja HUD/FLIR/NVG była testo-

wana w locie w 1984 roku na samolocie

A-7 lotnictwa piechoty morskiej USA.

Bardzo pozytywne wyniki tych prób spo-

wodowały podjęcie decyzji wyposażenia

w powyższy zestaw samolotu AV-8B. Dal-

sze próby prowadzone w Centrum Te-

stów Lotnych Marynarki Wojennej na sa-

molocie typu A-6 były przyczyną podję-

cia programu „Rozszerzonej Oceny Gogli

Wizji Nocnej" pod kątem zastosowania

ich w tym samolocie. Podobne próby

przeprowadzono z samolotem F-16 w wy-

twórni General Dynamics oraz w Holan-

dii. Najogólniej rzecz ujmując, ze wszyst-

kich tych prób wyniknął następujący

wniosek: gogle wizji nocnej dają znaczą-

cą poprawę możliwości samolotów w

operacjach na małej wysokości w nocy,

co daje podstawę do ich wykorzystania w

samolotach jednoosobowych przeznaczo-

nych do takich celów.

Gogle wizji nocnej dla

szybkich samolotów

odrzutowych

Złożenie właściwości HUD, FLIR i

NVG zapewnia pojedynczemu pilotowi o

wiele większe możliwości niż te, którymi

dysponował trzyosobowy zespół na samo-

locie Canberra. Może on wykonywać za-

dania w o wiele gorszych warunkach

oświetlenia otoczenia niż tamten zespół,

z większą ufnością i przy wyższych pręd-

kościach. Jeśli do tego dołoży się drugie?

go członka załogi lub sprawny system

wskazań nawigacyjnych i mapowych,

możliwości te jeszcze wzrosną.

Po omówieniu okoliczności zastosowa-

nia NVG w szybkich samolotach odrzuto-

wych oraz przytoczeniu uzasadnień tej

decyzji, warto może teraz opisać samo

urządzenie.

Jak pokazuje rys. 1, gogle wizji nocnej

są stereoskopowym systemem zobrazowa-

nia zamontowanym na hełmie, złożonym

z mechanizmów: mocującego i regulacyj-

nego, wspierających dwa jednookularowe

zespoły optyczne. Mechanizm mocujący

pozwala pilotowi szybko i bezpiecznie

dołączyć lub odłączyć urządzenie od heł-

Najnowszy (a przy tym relatywnie najtańszy!) system

hełm/noktowizor amerykańskiej firmy Litton Systems Inc.

System ten, typu Gen 2-Plus, mieści w sobie amerykański

noktowizor nowej generacji o wysokiej czułości i rozdziel-

czości

niacz wizji ma mniejszą rozdzielczość niż

obraz HUD/FLIR). W celu głębszego zin-

tegrowania obrazu z gogli z tym pocho-

dzącym ze wskaźnika przeziernego, wy-

magania postawione przez marynarkę

USA nakazują wygaszanie obrazu w

NVG podczas patrzenia przez pilota na

HUD. Pozwala to uniknąć niedopasowa-

nia między widokiem otoczenia otrzymy-

wanym za pośrednictwem gogli i wskaź-

nika przeziernego. Daje to także czysty,

nie pogorszony widok wskazań HUD,

dzięki wyłączeniu odbitego obrazu

wzmocnionego. Gdy tylko pilot odwraca

głowę od wskaźnika przeziernego,

wzmocniony obraz otoczenia pojawia się

i pozwala mu widzieć obszary znajdujące

się poza polem widzenia zespołu

HUD/FLIR.

Koncepcja gogli wizji nocnej z okula-

rem półprzepuszczalnym jest własnym

przedsięwzięciem firmy GEC Avionics

znanym pod handlową nazwą „Kocich

Oczu". W połączeniu z zespołem

HUD/FLIR dają one prawdziwy widok

otoczenia samolotu, pozwalając pilotom

bezpiecznie i efektywnie wykonywać

trudne zadania nocne.

Rzadko spotyka się nowe wyposażenie

awioniczne od początku pozbawione wad

i to urządzenie nie jest w tym względzie

wyjątkiem. Pomimo że pozwala ono wy-

konywać zadania w warunkach oświetle-

nia zbyt słabego dla oka nie uzbrojonego,

nie zapewnia pilotowi takiej swobody

działania i manewrowania, jak podczas

lotów dziennych. Odległość, z jakiej

obiekty mogą zostać dostrzeżone, jest

mniejsza, ponieważ gogle mają rozdziel-

czość stanowiącą jedną czwartą natural-

nej rozdzielczości oka przy normalnym

oświetleniu, a pole ich widzenia jest

znacznie mniejsze. W lotach dziennych

pilot obserwuje otoczenie poruszając

oczyma, w lotach zaś z goglami porusza

całą głową. Te dodatkowe ruchy, w połą-

czeniu z niezrównoważonym ciężarem

przyłączonym do przedniej części hełmu

powodują zmęczenie. Ponadto, ze wzglę-

dów bezpieczeństwa pilot musi odłączyć

to urządzenie zanim opuści kabinę w cza-

sie katapultowania. Gogle zajmują miej-

sce zwykle przeznaczone na opuszczaną

osłonę hełmu, co zmusza do stosowania

innych środków ochrony. Niemniej jed-

nak NVG, poszerzając możliwości opera-

cyjne kosztem niewielkich nakładów,

znalazły należne im miejsce pośród no-

woczesnej techniki wojskowej.

cich Oczach", zastosowano tu okular pół-

przepuszczalny.

Siły powietrzne, marynarka i piechota

morska Stanów Zjednoczonych zdecydo-

wały zakupić „Kocie Oczy" jako rozwią-

zanie tymczasowo spełniające ich wyma-

gania wobec hełmowego systemu zobra-

zowania nocnego. W Wielkiej Brytanii

dotychczasowe opinie specjalistów fawo-

ryzują konwencjonalne NVG bez okula-

rów półprzepuszczalnych. W tym kon-

tekście warto jako ciekawostkę podać

fakt, że samoloty tego samego typu,

AV-8B i Harrier GR Mk 5 będą prawdo-

podobnie wykonywać podobne zadania,

używając różnych typów gogli wizji noc-

nej.

Na zakończenie warto chyba wspo-

mnieć o pracach prowadzonych w kilku

państwach nad połączeniem w jednym

urządzeniu obrazu wzmacnianego przez

NVG oraz komputerowo generowanych

wskazań i informacji graficznych. Przy-

kładem może tu być elektro-optyczny sy-

stem wskazań dla śmigłowców bojowych

skonstruowany w izraelskim koncernie

Elbit. W urządzeniu tym informacja,

otrzymywana z systemów śmigłowca, jest

przetwarzana przez komputer graficzny

na postać wskazań wyświetlanych na mi-

niaturowej lampie elektronopromienio-

wej wbudowanej w konwencjonalną (bez

okularów półprzepuszczalnych) konstruk-

cję gogli wizji nocnej. Otrzymywany

obraz jest kolimowany wraz ze wzmoc-

nionym widokiem otoczenia zewnętrzne-

go, dając pilotowi możliwość wykonania

zadania całkowicie bez patrzenia na tab-

licę przyrządów. Zastosowano ten system

w śmigłowcach bojowych sił powietrz-

nych Izraela, podlegał on także testom w

piechocie morskiej USA na pokładzie

śmigłowca CH-53.

mu. Mechanizm regulacyjny jest dostoso-

wany do różnych kształtów hełmu i gło-

wy pilota. Ustawia on wyjście zespołów

optycznych w odpowiedniej pozycji w

stosunku do oczu pilota.

Najbardziej interesującą częścią NVG

jest zespół optyczny. Jak pokazano to

na rys. 2, złożony jest on z obiektywu

zbierającego światło oraz z kanału wzmac-

niacza obrazu, który przekształca słabe

światło z otoczenia i promieniowanie bli-

skie podczerwieni na jasne światło wi-

dzialne. Obraz z kanału jest wzmacniany

przez okular w ten sposób, aby otrzymać

skolimowany

perspektywiczny

sceny nocnej w skali 1:1.

Wzmacniacz obrazu, stanowiąc kluczo-

wy element konstrukcyjny wszystkich ty-

pów NVG, jest urządzeniem mającym

wejście i wyjście optyczne, o podobnej

wielkości i kontraście, lecz różniące się

między sobą poziomem jasności: wzmoc-

nienie tego parametru w układzie wynosi

10000 i więcej. Ogólnie rzecz biorąc,

ograniczenia wynikające z układu kabiny

samolotu wykluczają użycie wzmacnia-

czy obrazu jako elementów urządzeń ob-

serwacji bezpośredniej; wyjątkiem są

właśnie gogle wizji nocnej. Powierzchnią

wyjściową wzmacniacza jest wysoko wy-

dajny zielony luminofor o małej ziarni-

stości.

W omawianym typie gogli, zastosowa-

nym w Stanach Zjednoczonych po wielu

testach lotnych, użyto okularu półprzepu-

szczalnego. Pozwala on pilotowi widzieć

wzmocniony obraz sceny nocnej poprzez

półodblaskową powierzchnię okularu lub

patrzeć przezeń na nie wzmocniony wi-

dok tablicy przyrządów wewnątrz albo

otoczenia na zewnątrz samolotu. Szcze-

gólnie ważne jest to, że w czasie gdy na

wskaźniku przeziernym (HUD) pojawia

się obraz z kamery FLIR, pilot widzi go

bezpośrednio, bez pogorszenia jego ja-

kości (rys. 3). W poprzednich typach gog-

li, pozbawionych okularu półprzepu-

szczalnego, można było patrzeć jedynie

za pośrednictwem kanału wzmacniacza

wizji. Z różnych względów obraz ze

wskaźnika przeziernego widziany w ten

sposób traci około 50% jakości (wzmac-

Cezary Kowalski

Najnowszy brytyjski hełm lotniczy z systemem noktowizyj-

nym firmy Hadland Photonics, reklamowany jako najlżejszy

i najlepiej wyważony hełm tego typu na świecie (niemal poz-

bawiony przeciwwag) i technicznie wyprzedzający inne świa-

towe konstrukcje o 10 lat

Rozwiązanie wielu z problemów wy-

mienionych powyżej nastąpi w chwili

wprowadzenia na wyposażenie opraco-

wywanego przez marynarkę USA Zinte-

growanego Systemu Wizji Nocnej (INVS).

Jest to nowy podsystem zobrazowujący,

zintegrowany z nowym podsystemem

hełmowym. Jest on lekki i zrównoważo-

ny, zmniejszając zmęczenie pilota przy

użytkowaniu go i pozwalając na bez-

pieczne katapultowanie. Osłona hełmu

stanowi integralną część całego wyposa-

żenia. Pomimo zaprojektowania go do lo-

tów nocnych, może być on noszony w

ciągu dnia bez pogarszania warunków

wykonania zadania. Podobnie jak w „Ko-

widok

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: