Индикаторы на лобовом стекле (ИЛС), ставшие привычным элементом
современной военной и отчасти гражданской авионики и даже применяющиеся
в некоторых автомобилях, обязаны своим появлением двум изобретениям,
сделанным более столетия назад. На рубеже 1860–1870-х годов английский
физик Уильям Крукс создал первый прототип электронно-лучевой трубки, а
в 1901 году там же, в Англии, был запатентован оптический прицел для
корабельных пушек
Индикация на шлеме Современные
самолеты оборудованы ИЛС только на проекционных «зеленых» трубках.
Однако в последнее время рассматривается возможность использования
комплексной нашлемной системы JSF HMDS. В чем-то она удобнее ИЛС, но
уступает по точности в 4–5 раз, к тому же шлем проскальзывает по голове
летчика, отчего объект трудно удерживать в прицеле. Поэтому для ведения
прицельной стрельбы из пушки и неуправляемыми ракетами существующие
ныне нашлемные системы неоптимальны
ИЛС находит применение преимущественно в военной авиации, однако в наши
дни эта система опционно устанавливается также на гражданские самолеты
типа Boeing-737 и др.
Потребовалось немалое время, прежде чем прицел превратился в
полноценный индикатор на лобовом стекле, а электронно-лучевая трубка
стала экраном многофункционального кабинного индикатора. Сегодня ЭЛТ
теряют свои позиции, и их век в авиации завершается. Им на смену
приходят плоскопанельные матричные индикаторы с безусловным фаворитом –
ЖК-индикатором на активных цветных матрицах.
Отметка цели на прицеле
Все началось в середине 1930-х, когда к прицелу приспособили
гироскоп, тем самым решив проблему угла упреждения стрельбы, которую начали
вести в синхронном режиме: управляя самолетом, летчик должен был
синхронизировать движение прицельной марки с движением визуально наблюдаемой
цели. Такой режим получил название синхронного. Эпоха авиационных синхронных
прицелов (АСП) длилась в авиации почти 40 лет, пока все возможности
синхронного визуально-оптического прицеливания и ведения стрельбы не были
исчерпаны полностью: в условиях скоростного маневренного боя, причем с обеих
сторон, просто перестало хватать «динамики» синхронного метода. От АСП вместе с синхронным
методом отказались, появилась система «Прогноз-дорожка», которая была введена в качестве
штатного режима прицельно-пилотажного индикатора на лобовом стекле. Для этого
на экране в едином формате была объединена прицельная и пилотажная информация.
А первая удачная попытка объединения на общем экране
информации различного рода относится к началу 1950-х годов, когда в СССР
(кстати, на пять-шесть лет раньше, чем за рубежом) на экран АСП перехватчика
МИГ-15Пбис с помощью оптической проекции была выведена отметка цели с экрана
бортового локатора. Теперь летчик мог заранее при минимальных ошибках выходить
на линию стрельбы. Это можно считать первым шагом в создании индикаторов по
типу ИЛС.
Все на экран!
Серьезные перемены начались с эпохи активного внедрения
бортовых цифровых систем, дающих возможность гибкого управления потоками
информации и создания высокоэффективных средств ее отображения. На этом подъеме
в начале 1960-х был разработан первый настоящий так называемый штриховой ИЛС.
В нем вроде бы было все как в АСП: те же преломляющая
оптическая система, коллимирующая выходная линза, полупрозрачный лобовой экран,
малогабаритная очень яркая проекционная трубка. Но это была уже иная трубка, и,
в отличие от трубки АСП, она могла работать в режиме дисплея и индицировать на
экране подвижную прицельно-пилотажную информацию в символьном,
знако-графическом и буквенно-цифровом виде, составленную из векторов,
геометрических фигур, шкал, символов, букв, цифр и знаков. Их формировал
специальный генератор символов (знаков) в составе ИЛС по заложенным в нем
программам росписи и по командам бортового компьютера.
Так трубка стала самым настоящим алфавитно-цифровым
дисплеем, что придало ей принципиально иное качество. В середине 1970-х такому
ИЛС добавили функцию – теперь система могла функционировать еще и в телевизионном
формате и отображать видеоинформацию от бортовых оптико-электронных систем,
например от ИК-системы FLIR, и в режиме NAVFLIR для совершения ночных полетов и
ведения боевых действий. Это был так называемый растровый ИЛС.
Имея подобные индикаторы, теперь можно было работать с
большими объемами информации на едином общем информационном поле и не
отвлекаться от экрана «по пустякам». Все необходимое было всегда прямо перед
глазами, да еще и в мнимой бесконечности, на едином яркостном фоне. Зрению
теперь не требовалось перестраиваться на новые освещенности и дистанции
наблюдения. Конечно, «математика» ИЛС была куда мощнее и содержала алгоритмы
решения задач стрельбы практически для любого набора начальных условий
воздушного боя.
Первые отечественные ИЛС стояли в кабинах самолетов
МИГ-27К, которые выпускались серийно в 1976–1982 годах. А первым ИЛС был
все же ИЛС… без трубки. Французы разработали индикатор электромеханического
типа и даже успели немного с ним полетать. В нем информационный кадр на фоне
наблюдаемого через лобовой экран внешнего пространства создавался с помощью
набора различных по размеру, форме и цвету масок, которые в нужное время
вводились в поле зрения с помощью электромеханического привода. Он был
ненадежным и капризным в работе и в авиации продолжения не имел.
Предел достигнут
К началу 1980-х ИЛС на традиционной стеклянной оптике
исчерпали все возможности, и их прогресс остановился. Во-первых, посеребренный
лобовой полупрозрачный экран плохо пропускал свет и плохо отражал проецируемую
на него символику. Во-вторых, размер его поля зрения достиг конструктивного
предела, и его увеличение просто за счет увеличения апертуры выходного
коллимирующего объектива стало невозможным: габариты прибора уже мешали
нормальному катапультированию, да и вес начал переваливать за 20 кг.
А поле зрения всегда хотелось иметь побольше. Его удалось
несколько увеличить, установив один за другим два лобовых экрана: они позволили
сделать суммарное поле зрения больше по вертикали. Двухэкранные ИЛС имеют
многие современные боевые самолеты. Максимум, что удалось обеспечить, – это
круговое поле зрения размером 22–24°. ИЛС с таким полем получил с точки
зрения нормального катапультирования предельный габарит, но такого поля зрения
едва хватало, чтобы можно было без опаски «работать» в режиме маловысотного
полета с огибанием рельефа на высоте 50–100 м и на околозвуковой скорости.
Широкий взгляд
В конце 1970-х было выработано решение, которое закрыло
многие проблемы ИЛС: тогда появились ИЛС на дифракционных оптических элементах
(ДОЭ). ДОЭ стали использовать в качестве полупрозрачных лобовых экранов
увеличенных размеров, дающих более широкое поле зрения. Кроме того, ДОЭ были
способны очень хорошо отражать проецируемую символику одновременно с высоким
пропусканием света из закабинного пространства. Они также выполняли роль
коллиматора.
Дифракционные ИЛС у нас принято называть ШКАИ –
широкоугольные коллиматорные авиационные индикаторы. Для ШКАИ типичным является
размер поля зрения 35х24° с перспективой удвоения, отражение до 85–92%
падающего света и пропускание 80–85%. При этом вес прибора составляет
всего 10–12 кг. Через экран индикатора летчик теперь мог наблюдать очень «ясную»
внешнюю картину, а на экране видеть яркую символику даже при сильных
солнечных засветках. Таким великолепным характеристикам мы обязаны
избирательности ДОЭ к длине волны падающего света, в силу которой ДОЭ
отражает почти полностью свет на длине своей рабочей волны и пропускает весь
остальной.
Однако другая избирательность ДОЭ – угловая – не совсем
удобна для наблюдателя: чтобы изображение для него не теряло своей яркости, ему
необходимо выдерживать положение головы строго в пределах «коробочки»
наилучшего наблюдения.
ДОЭ – это голограмма с записанными специальными оптическими
свойствами. Запись производится при полном исключении вибраций двумя
когерентными лазерными пучками –как правило, зеленой области спектра. При
восстановлении ДОЭ подвергается воздействию излучения строго на длине его
рабочей волны от проекционной трубки, и на лобовом экране формируется образ с
заданными при записи оптическими свойствами.
В настоящее время ведутся работы по замене проекционной
трубки на проекционную ЖК-матрицу, которая будет подсвечиваться
монохроматическим светом на длине рабочей волны ДОЭ. Проходят испытания и дифракционные
индикаторы со встроенной в лобовой экран ЖК-матрицей, формирующей
изображения.
В современных самолетах используются ШКАИ на одном ДОЭ
(Eurofighter 2000) и на трех ДОЭ с так называемой Z-схемой прохождения лучей
(F-16, A-10).
Каталог статей
