ЗВО - 12'1988
АВИАЦИОННЫЕ ТРЕНАЖЕРЫ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
Полковник Ю.АЛЕКСЕЕВ, кандидат технических наук
Отводя главную роль в совершенствовании подготовки летных экипажей практической отработке задач на летательных аппаратах, иностранные военные специалисты тем не менее отмечают все возрастающее значение и потенциальные возможности использования в этом сложном и дорогостоящем процессе тренировки на авиационных тренажерах. Наиболее распространенными в ВВС ведущих капиталистических стран являются тренажеры самолетов тактической авиации, подавляющее большинство из которых специализированные, то есть дают возможность отработать один из видов боевых задач: ведение воздушного боя или нанесение ударов по наземным целям. Конструктивно тренажеры обоих типов практически идентичны. Это, как правило, сферический купол диаметром 7-12 м на динамической системе подвески с несколькими степенями свободы (до шести), в центре которого размещается кабина летчика (аналог кабины боевого самолета). Обстановка отображается на внутренней поверхности сферы с помощью специальных проекторов. Имеются также тренажеры с плоскими экранами.
Тренажеры воздушного боя. Для них купольная схема считается предпочтительней по сравнению с плоским экраном, так как позволяет с большим реализмом имитировать воздушную обстановку. Наиболее простыми тренажерами воздушного боя являются однокабинные или односекционные (однокупольные), в которых обучение летчика осуществляется по схемам <летчик - ЭВМ> (по фиксированной программе) и <летчик - инструктор> (инструктор может управлять одной или несколькими воздушными целями). Кроме отображения воздушной обстановки, в тренажерах воздушного боя осуществляется упрощенное отображение наземной обстановки для общего ориентирования летчика (в частности, для оценки высоты полета над местностью). Имитация динамики движения самолета производится за счет механического перемещения кабины и системы надувных камер кресла, воздействующих непосредственно на тело летчика.
Примером простого односекционного тренажера воздушного боя может служить тренажер истребителя <Мираж-2000>, который ВВС Франции имеют на авиабазе Дижон. Он обеспечивает отображение двух воздушных целей и упрощенное отображение наземной обстановки при возвращении на авиабазу. Зарубежные специалисты полагают, что односекционные тренажеры в целом дают возможность обучать одиночному воздушному бою, однако для обучения групповому бою (одного летчика против двух или трех целей) требуются соответственно двух- и трехсекционные тренажеры. В частности, французский трехсекционный тренажер воздушного боя MARS (Multiple Action Raid Simulation) на авиабазе Мон-де-Марсан используется летчиками истребителей <Мираж-F.I> и <Мираж-2000>.
Многосекционные тренажеры воздушного боя весьма дороги, поэтому в ряде стран Запада они применяются преимущественно для исследовательских целей. Так, министерство обороны ФРГ располагает двухсекционными тренажерами (диаметр куполов 12 м, электронное оборудование включает цифровую и аналоговую ЭВМ) в исследовательском центре в г. Оттобрунн, имитирующими как состоящие на вооружении западногерманских ВВС истребители F-104, F-4F, <Торнадо>, так и основные типы самолетов противника. В Великобритании фирма <Бритиш аэроспейс> имеет тренажер, имитирующий перспективный истребитель EFA, разрабатываемый рядом европейских стран НАТО. Его куполы диаметром 9,1 м выполнены из трехслойной ткани, имеют наддув 0,005 кг/см2. Размеры внутренних поверхностей сфер (экраны отображения обстановки) выдерживаются с точностью до 15 мм.
Тренажеры для отработки задачи нанесения ударов по наземным целям по своему функциональному построению аналогичны тренажерам гражданской авиации, а по конструктивному исполнению - односекционным тренажерам воздушного боя. Они предназначаются для отработки боевой задачи в полном объеме (от взлета до посадки). Окружающая обстановка отображается с помощью ЭВМ, а инструктор способен вводить практически любое количество неисправностей и имитировать особые случаи, которые могут встретиться в полете. Полагают, что основной трудностью при создании подобных тренажеров является разработка системы визуального отображения окружающей обстановки, в частности моделирование бортового оборудования самолета.
Многофункциональные (комплексные) тренажеры. Дискуссия о том, каким быть авиационному тренажеру, ведется за рубежом уже длительное время. Многие эксперты ВВС ведущих стран НАТО высказываются в пользу многофункциональных тренажеров, отдельные образцы которых уже созданы в настоящее время. За их основу были взяты имеющиеся тренажеры воздушного боя, но с более широкими возможностями по обучению выполнения задачи нанесения ударов по наземным целям.
Один из таких тренажеров разработан французской фирмой <Томсон - КСФ> для истребителя <Мираж-2000> на базе двухсекционного тренажера воздушного боя. В нем синтезированная наземная обстановка отображается в секторе 40° по горизонтали и 30° по вертикали. Для переходных режимов полета дается упрощенное отображение наземной обстановки, а при отработке навигационных задач - достаточно подробное. При решении задач по применению бортового оружия по наземным целям отображаются соответствующие объекты (мосты, ВПП, другие сооружения). Задача захода на посадку отрабатывается с отображением наземной обстановки в зоне 60X60 км.
Многофункциональный летный тренажер истребителя <Харриер-GR.S> английской фирмы <Зингер Линк - Майлс> - односекционный с куполом диаметром 7,3 м на динамической системе подвески с шестью степенями свободы. Он обеспечивает отображение как общей обстановки в пределах 240° по вертикали и 130° по горизонтали, так и детальной с высоким разрешением в секторе 18° относительно линии визирования летчика. Отображаемая наземная обстановка позволяет отрабатывать задачи при полете на малых высотах, осуществлять поиск целей, а при атаке наземных целей выдается информация о <своих> целях на поле боя (например, о танках). В процессе обучения летчиков может моделироваться работа всего радиоэлектронного оборудования самолета. При <катапультировании> ЭВМ выдает летчику сигнал об <успехе>. Управление работой тренажера осуществляется двумя инструкторами из вынесенной кабины.
Характерным примером комплексного решения задач и обучения летных экипажей является тренажер WST (Weapon System Trainer, рис. 4) американского стратегического бомбардировщика В-52. Он дает возможность обучать одновременно двух летчиков, двух операторов наступательного вооружения и двух операторов оборонительного, причем 80 проц. машинного времени тренажера используется для обучения экипажа самолета в целом, а 20 проц. - на раздельные тренировки летчиков и операторов (попарно).
В тренажере истребителя F-15E применена многоканальная система отображения синтезированной воздушной и наземной обстановки, работа которой обеспечивается цифровыми картами и мультипликациями. Этот тренажер дает возможность обучения работе с новейшей прицельно-навигационной системой ЛАНТИРН. Два тренажера должны были войти в строй в 1988 году на авиабазе Люк (штат Аризона), что приурочивается к формированию первого крыла истребителей F-15E (см. цветную вклейку).
Возможности современного многофункционального вертолетного тренажера иностранная пресса разбирает на примере тренажера американского вертолета АН-64А <Апач> (несколько лет назад целесообразность создания подобного тренажера за рубежом ставилась под сомнение). Он состоит из двух раздельных кабин летчика и стрелка. Цифровой генератор изображений обеспечивает отображение данных об общей окружающей обстановке и отдельно данных от ИК станции переднего обзора, телевизионных и оптических средств. Имитируется до десяти сценариев угрозы (огневые средства противника), причем инструкторы могут вводить степень опасности угрозы по десятибалльной шкале. У обучаемых отображаются цели на дальностях до 8 км, у инструкторов - до 10 км (цели, которые потенциально могут вести огонь по вертолету, на пультах инструкторов подсвечиваются). Полагают, что тренажер позволяет отрабатывать полет на предельно малых высотах со скоростью до 110 км/ч и применение основного вооружения вертолета: ПТУР <Хеллфайр> с лазерной системой наведения, 70-мм НАР и 30-мм пушки. Расчетная интенсивность эксплуатации тренажера 15-18 ч в сутки, техническая готовность до 90 проц. В перспективе летный тренажер намечается дополнить специализированными тренажерами систем оружия и средств РЭБ.
В тренажерах военно-транспортных самолетов основное внимание уделяется имитации работы электронного оборудования, которое несет основную нагрузку по обеспечению полетов. Так, в тренажере американского самолета С-5В <Гэлекси> используется система отображения обстановки и ЭВМ, обеспечивающие моделирование условий полета в реальном масштабе времени, в том числе аварийных. Расчетная интенсивность эксплуатации тренажера 20 ч в сутки, техническая готовность до 99 проц. Разрабатывается система тренажеров самолета СИЗО <Геркулес>, основой которой будет летный тренажер. Кроме того, предполагается создать тренажер для предварительного обучения на основе использования мультиплексных средств работе с бортовыми системами самолета. Такие системы тренажеров намечается развернуть в центрах подготовки летных экипажей.
Существуют также тренажеры для обучения экипажей самолетов специального назначения. В частности, в распоряжении ВВС США имеется тренажер самолета C-12F, на котором обучаются экипажи самолетов связи. Кроме летных тренажеров, все большее внимание уделяется таким, которые предназначены для тренировки наземного технического персонала. В последние годы созданы следующие тренажеры: по технической эксплуатации, специализированный по обслуживанию электронного оборудования и вооружения бомбардировщика В-1В, а также по техническому обслуживанию самолетов дальнего радиолокационного обнаружения и управления системы АВАКС.
Средства отображения обстановки. Наиболее простыми из них являются проекторы, общая обстановка реализуется суперпозицией изображений отдельных проекторов. Как правило, используются три проектора: горизонта, воздушной цели (самолет противника, атакующая ракета и другие) и наземной обстановки. Тренажер американского истребителя F-15 оборудован системой отображения обстановки, выполненной на основе электронно-лучевой трубки. Она обеспечивает отображение аэродромов, динамических целей, топографических особенностей местности, населенных пунктов, тактической обстановки (прозрачность атмосферы, пуск УР, поражение цели). Обстановка отображается в пределах 160° по горизонтали и 60° по вертикали, которые в дальнейшем предполагается расширить до 240 и 130° соответственно. При отработке навигационных навыков ЭВМ обеспечивает отображение района площадью 400 000 км2, полетного коридора 160X35 км, а при обучении полетам на малых высотах и больших скоростях отображается район площадью около 500X500 км.
Перспективы развития авиационных тренажеров. Мнение западных специалистов о возможных путях развития авиационных тренажеров складывается в пользу многофункциональных образцов. Для этого имеется и материальная основа - бурное развитие электроники и вычислительной техники. Все это, однако, не означает, что специализированные тренажеры исчезнут. Судя по сообщениям зарубежной печати, начинает проявляться и другая тенденция - создание системы тренажеров, в которую могут входить многофункциональный тренажер (основе системы) и несколько специализированных. Полагают, что такой подход обеспечит более эффективное обучение на основном тренажере после предварительного курса обучения на специализированных. Кроме того, последние целесообразнее использовать для отработки частных задач. В то же время отмечается, что, несмотря на бурное развитие тренажеров, объем летной подготовки не должен быть меньше определенного годового минимума, например 180 ч.
Многофункциональность тренажеров, отвечающую современным и перспективным требованиям, предполагается обеспечить главным образом на основе синтезирования изображений, увеличения количества отображаемых цветных объектов с текстурой (элементов изображения) и широкого использования цифровых средств обработки изображений. Под текстурой изображений понимается придание единичным элементам изображения (как правило, это многоугольники небольших размеров, своего рода мозаика, из которой складывается общая картина обстановки) или отдельным объектам различных оттенков и рисунка. Считается, что это обеспечивает большую реальность отображаемой обстановки, особенно наземной, и позволяет обходиться меньшим количеством единичных элементов изображения (то есть могут быть снижены требования к электронной аппаратуре тренажеров).
Использование цифровой техники (в частности, перевод фотографий в цифровые карты) дает возможность реализовать сложные текстуры изображений и высокую степень их детализации с частотой обновления 30-60 в секунду. Возможно отображение и таких атмосферных явлений, как туман, изолированные облака и другие.
Первоначально воспроизведение текстуры изображений основывалось на принципе математического моделирования, однако этот способ не обеспечивал полной реальности отображаемой обстановки.
Задача была решена лишь на основе широкого применения цифровой техники. Цифровые системы позволяют использовать данные, поступающие к летчику от других систем, а также осуществлять то, что ранее было невозможно, например расчет дальности до подсвечиваемой лазером цели или имитацию высоты полета над местностью.
Однако для детального отображения обстановки на значительных площадях (диаметр сферических куполов, на внутренней поверхности которых отображается обстановка, достигает 12 м) необходимы большие объем памяти и производительность процессоров ЭВМ. Применительно к тренажерам современная технология решить эту задачу пока не позволяет, поэтому разработчики тренажеров идут по пути детального отображения тех участков пространства, которые интересуют летчика.
В первых системах такого типа использовались нашлемные индикаторы с широким и узким полями зрения, Сообщается, в частности, что в 1985 году такой нашлемный индикатор был создан канадской фирмой САЕ на основе волоконной оптики. Мгновенное поле зрения индикатора составляет 135° по горизонтали и 64° по вертикали при общем поле зрения 360°. Высококачественное изображение обеспечивается в пределах всего поля зрения, но в центральном бинокулярном секторе (19X25° или 30X55°), то есть в секторе относительно оптической оси глаз летчика, разрешение изображения существенно выше. Индикатор достаточно прозрачен, что практически не ухудшает обзора приборного оборудования кабины самолета. Масса шлема с индикатором и соответствующей аппаратурой около 4 кг.
Разработчики систем индикации обстановки с более высоким разрешением в узком поле зрения сразу же столкнулись с проблемой, как определить, куда смотрит летчик. Считается, что для грубой оценки этого направления можно использовать ориентацию головы летчика. А как быть при перегрузках? Специалисты канадской фирмы САЕ полагают, что необходимо разрабатывать следящую систему, отображающую положение оптической оси глаза. В таком же направлении ведет разработки английская фирма <Редифьюжен> совместно с некоторыми американскими фирмами. Созданный ею опытный образец индикатора уже испытывался на тренажере учебно-тренировочного самолета Т-2С. Мгновенное поле зрения индикатора 140X100°, сектор детального обзора 27X24°. Движение головы летчика отслеживается нашлемным датчиком, а малогабаритная телевизионная камера, сфокусированная на один из глаз, отрабатывает его движение каждые 16 мс. Данные от средств слежения поступают в генератор изображений. Масса шлема с аппаратурой около 2,7 кг. Аналогичные нашлемные системы отображения окружающей обстановки разрабатываются во Франции и Израиле.
Израильские специалисты видят перспективу в использовании голографических средств отображения, что, по их мнению, позволит уменьшить число нашлемных оптических устройств и соответственно снизить массу шлема. В Израиле уже ведется разработка экспериментального летного шлема с голографическим отображением обстановки (круглый топографический элемент встроен в общий нашлемный экран, а в серийном образце шлема весь экран будет обеспечивать голо-графическое отображение). Общее поле зрения нашлемной системы 30X26°, в системе слежения за положением головы летчика используется нашлемная телевизионная камера с точностью отслеживания 2 мрад (0,1°). Масса шлема около 1 кг. Предполагается провести его испытания на боевых самолетах (F-15 и F-16), а использовать как в тренажерах, так и в строевых частях ВВС.
Разработка индикаторов с широким и узким (с высоким разрешением) полями зрения считается одним из ключевых факторов создания перспективных тренажеров. Другой, не менее важный фактор - создание средств синтезирования и хранения информации об окружающей обстановке. Важность его состоит в том, что перспективные многофункциональные тренажеры должны обеспечивать имитацию широкого диапазона условий: от маневренного воздушного боя до полета на предельно малых высотах, от полета в составе групп до нанесения ударов по наземным цепям.
Одной из перспективных систем отображения обстановки считается видеосистема VDS 1000 американской фирмы <Ивекс>, в которой на основе цифровой аппаратуры отображается с высоким разрешением участок местности площадью около 1300 км2 в поле зрения 48X36°. Необходимая для работы системы информация хранится в основном на видеодисках, считывание производится лазером. В состав аппаратуры входит также генератор изображений и центральный процессор. Особенностью этой системы является то, что на видеодисках хранится только та информация, которая не требует отображения в реальном масштабе времени, а остальные данные хранятся в ЭВМ. Разработана специальная система уплотнения, обеспечивающая запись на одном диске до 15 Гбайт информации. Данные о текстуре изображений хранятся на цифровых фотографиях, причем обеспечивается их произвольная выборка, данные о целях и объемных предметах - на отдельных дисках. Считываемая с дисков видеоинформация преобразуется в цифровую.
Видеосистема VDS 1000 создавалась из расчета обучения летчиков однодвигательных самолетов и уже предложена для тренажера учебно-тренировочного самолета <Тукано>. Один из ее вариантов обеспечивает отображение 300 элементов изображения, другой - 1000.
Дальнейшее развитие систем отображения обстановки в тренажерах мыслится в создании панорамных систем с секторами обзора по горизонтали 150- 160° и более. Сообщается, что такая система уже используется в тренажере транспортно - заправочного самолета КС-10А, а также создана опытная панорамная система с сектором обзора 200". В качестве другой характерной тенденции развития авиационных тренажеров рассматривается применение в них системы распределенных ЭВМ с соответствующими микропроцессорами производительностью 0,4-10 млн. опер./с.
В настоящее время весьма трудно разграничить военное и гражданское использование ЭВМ, микропроцессоров и другой аппаратуры авиационных тренажеров. Учитывая это обстоятельство, западные разработчики тренажеров стремятся все шире привлекать к данной работе научно-технический потенциал многих гражданских отраслей экономики, создавая тем самым дополнительную возможность для ее милитаризации.
HTTP://ATTEND.TO/COMMI
