«Божий глаз»: зачем пилоту шлем с дополненной реальностью

Яркий пример — шлем военного летчика. Невероятно сложное и дорогое устройство, возможности которого граничат с фантастикой. С таким шлемом пилот сможет смотреть сквозь самолет, летать без приборов и атаковать цель поворотом головы.

Зачем это нужно

Во время полета военному летчику приходится выполнять множество функций: смотреть на показания приборов, вести переговоры с командным центром, следить за обстановкой в воздухе. В случае обнаружения противника — выполнять наведение на цель, отслеживать ее и вести огонь. Учитывая, что скорости современных истребителей-перехватчиков намного превышают скорости гражданских самолетов, летчик попросту не успевает следить за всем.

Для того чтобы вся необходимая информация была перед глазами пилота, придумали нашлемную систему целеуказания и индикации. Благодаря современным технологиям, такие системы стали реальностью. Но как без них летали раньше?

С чего все начиналось

В 1968 году американский учёный Айвен Сазерленд разработал первый шлем дополненной реальности. Шлем проецировал перед глазами оператора примитивные фигуры. Гаджет был настолько тяжелым, что его приходилось подвешивать к потолку, а за грозный вид он получил название «Дамоклов меч». Спустя год ВВС США представили The Super Cockpit — очки, на которые выводилась информация о полете: скорость, положение самолета и прицел. Эта технология добралась до летательных аппаратов лишь в конце 80-х.

Пока шла разработка нашлемных систем, самолеты стали оснащать стационарными ИЛС — индикаторами на лобовом стекле. ИЛС состоит из электронно-лучевого прибора (ЭЛП) и оптической системы. ЭЛП проецирует изображение на стекло перед пилотом. Туда выводится информация о положении самолета в пространстве, метки союзных и вражеских целей, скорость и высота полета, остаток топлива и многое другое.

Чтобы летчик не терял драгоценное время, фокусируя взгляд то на картинке, то на небе, ЭЛП проецирует изображение в бесконечность. Когда пилот смотрит вперед, индикаторы всегда находятся перед глазами. Это уменьшает время реакции и снижает нагрузку на глаза, что крайне важно: исход воздушного боя могут решить доли секунды.

Что используют сейчас

Постепенно ИЛС модернизировали. Первые модели плохо отражали свет и обладали узким полем обзора, поэтому на больших скоростях пилотирование становилось опасным. Размер увеличивать дальше тоже было нельзя: прибор мешал катапультироваться. Вскоре появились ШКАИ — широкоугольные коллиматорные авиационные индикаторы. Их поле обзора немного больше, размеры — меньше, а информация на экране читается лучше.

Что происходит, когда самолет вышел в назначенный квадрат и обнаружил противника? Необходимо указать цель и навести на нее ракеты. Для этого в современных истребителях используется нашлемная система целеуказания. В состав НСЦ входит визирное устройство. Оно проецирует метку прицела на маленькое стекло перед глазом и отслеживает направление взгляда пилота. У нас такую НCЦ впервые установили на истребители МиГ-29 и Су-27.

Как работает НСЦ? На шлеме пилота установлены маленькие излучатели, а в кабине самолета — датчики. При повороте головы датчики определяют движение и передают команды на тепловую головку самонаведения ракеты. Она повторяет движения головы и смотрит туда же, куда и пилот. У такой системы два огромных плюса: быстрое наведение и возможность пустить ракеты в любую сторону.

Спустя 30 лет нашлемная система целеуказания стала прообразом системы виртуальной реальности HTC Vive. Только вместо шлема — гарнитура, вместо датчиков в кабине — базовые станции, которые отслеживают перемещение пользователя по комнате, а вместо визира перед глазами — джойстики в руках.

Что появится в будущем

«А что, если объединить ИЛС и НСЦ?» — подумали инженеры и разработали НСЦИ — нашлемную систему целеуказания и индикации. Пилоту больше не придется смотреть на приборы: все находится перед глазами, куда бы он ни повернул голову. Сначала такие шлемы будут использоваться в самолетах-истребителях и некоторых вертолетах.

Такой шлем уже применяется в самолетах F-35 Lightning II. Это истребитель пятого поколения, разработанный американской компанией Lockheed Martin. На шлеме установлена система Helmet Mounted Display System (HMDS). С ее помощью пилот может смотреть «сквозь» самолет, обнаруживать цели ночью и приближать изображение. Как же работает это чудо техники?

В разных точках фюзеляжа установлено 6 инфракрасных камер CCD-TV. Они передают видео на бортовую систему DAS, которая собирает информацию с других датчиков и совмещает ее с изображением. Это может быть информация об объектах на земле, дружеских и вражеских самолетах, их траектории полета и т.д. Данные накладываются на картинку в виде меток, линий и символов. Вот как это выглядит:

Готовое видео в реальном времени передается на шлем пилота. Куда бы он ни повернул голову, он будет видеть четкое изображение окружающей обстановки. Днем или ночью, в дождь или туман. Когда пилот смотрит вниз, он видит не пол кабины, а горы, моря и поля. Смотрит назад — и видит не кресло, а небо и землю. С таким шлемом любой почувствует себя сверхчеловеком. Поэтому HMDS прозвали «Божий глаз».

Пилот может приближать и отдалять изображение, чтобы рассмотреть объекты. А раз камеры инфракрасные, то отпадает необходимость в приборе ночного видения, который усложняет конструкцию и мешает обзору. Чтобы противник не смог засечь F-35 по этим камерам, их закрывают граненым сапфировым стеклом.

Бортовой компьютер автоматически распознает своих и чужих. Когда он видит несколько целей, то классифицирует их по уровню опасности и соответственно распределяет ракеты на борту F-35. Потом захватывает цели и не отпускает, даже если они остались позади. Пилоту лишь остается голосом отдать команду на пуск.

У шлема с HMDS есть недостатки. Каждый экземпляр делают под одного пилота, с учетом анатомии его головы. Связано это с тем, что визор должен находиться точно в 2 мм от зрачка. Если пилот уходит со службы, ВВС придется платить за разработку нового шлема. А стоит он 400 тысяч долларов.

Еще один недостаток НЦСИ — большой вес. Например, российская система в облегченном варианте весит 2 кг. Мало? При маневрировании перегрузка, которую испытывает летчик, достигает 9 единиц. То есть 2 кг превращаются в 18. Такой вес может привести к серьезным травмам и при катапультировании. В связи с этим ВВС США даже разработали тренажер для укрепления мышц шеи пилотов.

В 2015 году, на форуме Армия-2015, предприятие КРЭТ представило шлем с НЦСИ, который по возможностям не уступает американскому HMDS. На очки пилота также проецируется картинка с полем боя, где враги и союзники промаркированы разным цветом.

Шлем уже тестируют на вертолете Ми-28НМ «Ночной охотник». Также НЦСИ войдет в комплект экипировки летчика Т-50 (ПАК ФА) — российского истребителя пятого поколения. Не отстают и британцы: оборонная компания BAE Systems уже испытала шлем Striker II с дополненной реальностью.