Воспоминания инженера-2. Уроки жизни

Экспериментальные разработки устройств отображения информации

Параллельно с перечисленными выше разработками, освоенными промыш-ленностью и вошедшими в состав штатного оборудования ряда самолётов, в объединении (НИЛ-15 и Конструкторский сектор КБ) осуществлялись научно-исследовательские проекты, связанные с созданием совершенно новых устройств отображения информации, не имеющих аналогов в отечественном приборостроении. В числе этих устройств:

Индикатор навигационно-тактической обстановки – ИНТО;

Коллиматорный пилотажно-посадочный индикатор – ППИ;

Система визуального захода на посадку – СВЗП «Визир».

Разработка этих устройств проводилась в соответствии с Техническими Заданиями ВВС, Научно-исследовательских институтов МАП ЛИИ и НИИАС и финансировалась Министерствами Авиационной Промышленности и Обороны. Хотя осуществление этих проектов ограничилось изготовлением только экспериментальных образцов и их испытаниями, приобретённые опыт и знания позволили в последующем выработать концептуальный подход к созданию перспективных высокоинформативных комплек-сных систем отображения информации, отвечающих требованиям инженерной психо-логии, эргономики и мировому уровню.

Индикатор навигационно-тактической обстановки ИНТО

Прототипом ИНТО являлся индикатор фирмы ASTRONAUTICS (США), общие сведения о котором были опубликованы в ряде авиационных журналов США. Главной особенностью и достоинством индикатора являлась возможность воспроизведения на его экране не только движущейся навигационной карты, но и дополнительной, наложенной на карту, графической информации: различных оцифрованных шкал, надписей, прямых и кривых линий и т. д., что существенно расширяло его инфор-мационные и тактические возможности. Благодаря этому обеспечивалась возможность предъявления экипажу в каждый момент времени информации о местонахождении самолёта, состоянии бортовых систем, расположении средств ПВО и ПРО, а также различные справочные матeриалы. Такие широкие информационные возможности возникли в результате cочетания оптических и электронных способов отображения информации. Одним из главных элементов индикатора является специальная электронно-лучевая трубка с диаметром экрана 240мм, имеющая заднее оптическое окно и наклонную, по отношению к оси трубки, горловину. ЭЛТ была разработана и изготовлена Московским электроламповым заводом. ЭЛТ снабжена фокусирующей и отклоняющей системой. Управление лучом ЭЛТ осуществляется функциональным – координатным способом, благодаря чему достигается необходимое соотношение яркостей карты и графической информации, достаточной для её считывания на фоне полётной карты, спроецированной посредством проекционной оптической системы с микрофильма на экран. При этом микрофильм перемещается относительно двух осей, а текущее местонахождение самолёта на карте индицируется маркером, нанесенным на экран ЭЛТ. В оптической проекционной системе для вращения изображения карты использована оригинальная трёхкомпонентная призма профессора М. М. Русинова.

Из особенностей индикатора следует отметить следующие:

Тип и толщина люминофора зелёного цвета (К-48) ЭЛТ (задняя сторона экрана имела незначительное матирование) выбирались исходя из условий достижения максимальной яркости изображения карты и необходимого контраста электронного изображения символьной информации. С точки зрения реализации, удовлетворить одновременно эти условия практически невозможно. В конечном счёте, удалось добиться некоторого баланса, но при этом эксплуатировать индикатор можно было лишь в условиях внешней освещённости ниже 10.000 люкс, что явно недостаточно. Идея снижения влияния внешней освещённости, основанная на использование «колодезного эффекта» или применение антибликового покрытия экрана, возникла значительно позже.

Генератор символов на 64 символа (цифры, буквы, элементы графики для построения шкал, окружностей т. д.) был выполнен в виде блока постоянной памяти на магнитных сердечниках (в то время другими элементами памяти ОКБ не располагало). Блок содержал схемы управления памятью и сопряжения с ЦВМ. Управление обеими системами формирования изображения на экране индикатора осуществлялось в соответствии c программой, установленной в ЦВМ. Предполагалось, что для каждого маршрута в ЦВМ будет устанавливаться сменная панель памяти. Микрофильм был выполнен на 70мм цветной позитивной плёнке без перфораций. Для управления микрофильмом в продольном направлении плёнка с картами содержала также многоразрядную кодовую дорожку. Соответственно, в лентопротяжном механизме было установлено фотосчитывающее устройство. Датчиком обратной связи в следящей системе поперечного перемещения микрофильма служил преобразователь угол-код. По разработанной схемно-конструкторской документации были изготовлены два действующих макетных образца ИНТО. После лабораторных испытаний, в процессе которых были определены реальные характеристики индикаторов, они были направлены в НИИАС, где в стендовых условиях было проведено включение ИНТО в состав сложных навигационно-прицельных комплексов. Исследования выявили потенциальные возможности ИНТО, и на их основе были разработаны варианты боевых тактических приёмов. В целом разработка ИНТО стала важным этапом в развитии новых направлений в индикационной технике. Она также стала базой, где были апробированы технические и технологические решения, связанные с созданием таких электронных устройств, как: усилители отклонения и подсвета, высоковольтные источники напряжения (20кв), ряд низковольтных стабилизированных источников тока и напряжения и т. д. Массового развития ИНТО не получило вследствие сложности аппаратуры и отсутствии реальных в то время перспектив по улучшнию светотех-нических характеристик индикатора, обеспечивающих возможность его эксплуатации на самолётах.

Пилотажно

–

посадочный индикатор ППИ

ППИ относится к классу коллиматорных индикаторов на лобовое стекло (ИЛС). Созданный Объединением совместно с ГОИ им. С. И. Вавилова ППИ является, в известной степени, аналогом коллиматорного индикатора CSF-193 французской фирмы CSF. В то время как в Англии, США интенсивно разрабатывались электронные версии ИЛС, главным образом, для истребительной авиации, фирма CSF предпочла создать для самолётов гражданской авиации оптико-механический индикатор. В отличие от одноцветных электронных индикаторов, в поле зрения CSF-193 формировалось много-цветное изображение навигационно-пилотажных параметров. По-видимому, фирма CSF полагала, что цветное кодирование коллимируемой информации улучшит её восприятие на фоне внешнего пространства. Как и CSF-193, ППИ предназначался для установки на потолке кабины над головой лётчика.

Поскольку перед разработчиками стояла крайне сложная задача обеспечения заданных информационных характеристик при минимальных габаритах, при разработке прибора использовались нетривиальные технические и технологические решения. ППИ состоит из полупрозрачного головного зеркала, через которое лётчик наблюдает внешнее пространство и спроецированное в оптическую бесконечность изображение пилотажных параметров, сформированное двухлинзовым объективом с асферической поверхностью совместно с подвижными трафаретами и шкалами, находящимися в трёх фокальных плоскостях объектива и приводимыми в движение соответствующими следящими системами. Главной и отличительной особенностью индикатора является наличие в нём специального оптического сумматора и трёхканальной осветительной системы. Оптический сумматор выполнен в виде двухэлементной системы, состоящей из двух плёнок с полупрозрачным покрытием. В поле зрения прибора индицируются следующие навигационные и пилотжные параметры:

скорость, высота, вертикальная скорость, линия горизонта, шкала тангажа, индекс самолёта, индекс отклонения от глиссады, а также светящиеся маркеры дальнего и ближнего маяков.

Пилотажно посадочный индикатор ППИ

Угловое поле зрения индикатора 12, мгновенное – 6х9. Для возможности наблюдения информации в направлении полёта при наличии угла сноса, в индикаторе предусмотрен поворот головного зеркала вокруг оси выходного объектива на угол сноса в пределах от –12 до +12. Поворот зеркала на угол, равный текущему углу сноса, осушествляется следящей системой, на вход которой поступает соответствующий сигнал от допплеровской станции. Во избежание ложного разворота по крену индицируемых угловых параметров при повороте головного зеркала, одновременно с ним в противоположном направлении поворачиваются трафареты угловых параметров. Были изготовлены два опытных образца, которые прошли стендовую наладку и испытания.

Сравнительная проверка реальных образцов ППИ и СSF-193 (Франция) показала, что ППИ по основным параметрам не уступает последнему, а в ряде случаев превосходит. Затем один из образцов ППИ был установлен на пассажирском самолёте и прошёл лётную оценку экипажами ЛИИ МАП И ГОС НИИ МГА. После лётных испытаний ППИ были сделаны следующие выводы:

Расположение индикатора над головой лётчика, в непосредственной близости, вызывало отрицательное ощущение. Было рекомендовано в дальнейшем, при разработке новых моделей подобных индикаторов, стремиться к максимальному их уплощению, т. е. увеличению расстояния между головой лётчика и корпусом прибора.

В дневных условиях, при большой внешней освещённости яркость формируемого индикатором изображения была недостаточна. Кроме того, стиралась разница в цветах, а свечение ярких символов приближалось к белому.

Относительно малое мгновенное поле зрения индикатора привело к уплотнению индицируемых параметров. В связи с этим лётным составом было высказано пожелание об увеличении в будущем мгновенного поля зрения индикатора и разведении индицируемых параметров на большие угловые расстояния друг от друга.

К аналогичным выводам пришли французские специалисты после лётных испытаний индикатора CSF-193. Дальнейшего развития указанное направление не получило. Тем не менее разработка ППИ была исключительно важным этапом в освоении новой для Объединения тематики. Она стала научной и технической школой для специалистов, которые в недалёком будущем посвятят свои способности и усилия в создание новых поколений индикаторов на лобовое стекло в соответствии с новой концепцией и на новых принципах.

Система визуального захода на посадку

–

СВЗП «Визир»

Система визуального захода на посадку «Визир» разрабатывалась по инициативе ЛИИ в соответствии с приказом Министерства авиационной промышленности. Перед разработчиками Объединения была поставлена задача создания прибора с минимальными габаритами и массой с расположением его на потолке кабины самолёта над головой первого пилота. Разработанный образец прибора коллиматорного типа в отличие от ППИ был максимально уплощён за счёт использования оригинальной оптической коллиматорной системы. Благодаря этому прибор не представлял опасность для лётчика. В приборе были реализованы все требования ЛИИ, касающиеся информационных характеристик. Экспериментальный образец был установлен на самолёте ТУ-154, на котором проводились контрольные испытания оборудования самолёта. В процессе лётных испытаний лётчик использовал прибор при заходе на посадку. Выполненная программа испытаний подтвердила его соответствие всем требованиям ЛИИ в части информационных характеристик и эффективности его использования. Лётчики, проводившие испытания прибора, дали высокую оценку и подтвердили полезность такого прибора для них при условии расширения его информа-ционных возможностей при использовании его в других режимах полёта. К сожалению, в тот период отсутствовали необходимые элементы для реализации этих требований. Лишь много лет спустя в мире появились наобходимые технические и технологические предпосылки для создания многофункционального индикатора, пригодного для размещения на потолке кабины пилотов.

СВЗП крепится на потолке кабины

СВЗП крепится на приборной доске.

Нужно признать, что ЛНПО «Электроавтоматика» было одним из первых в мире, кто создал сверхмалогабаритный индикатор подобного типа. Ведущие разработчики индикатора “Визир”: А. И. Эфрос и Ю. А. Бусагин.

Следует заметить, что тогда была реальная возможность участвовать в лунном проекте, в частности, в разработке на базе «Визира» прицела, предназначенного для установки на лунной секции с целью наведения её на безопасное место при посадке на Луне. Согласно регламенту у космонавта, находящегося в кабине лунного отсека, будет крайне ограниченное время для совершения посадки (15–25 секунд) и по мнению разработчиков лунной секции без прицела не обойтись. Для этой цели по рекомендации космонавта Г. М. Гречко в ЛНПО были командированы два высококвалифицированных специалиста, участвовавших в разработке лунной секции. Они были детально ознакомлены с состоянием разработки «Визира» и результатами предварительных стендовых и лётных испытаний. В целом, прибор произвёл на них хорошее впечатление, и предполагалось продолжить сотрудничество. Однако ввиду возникших технических и технологических трудностей в реализации лунного проекта, последний был закрыт, и сотрудничество по созданию прицела не имело продолжения.

Устройство формирования графической информации на телевизионных мониторах

Во второй половине семидесятых годов прошлого столетия отдел НИО-2 (см. Главу шестую) получил задание на разработку «Устройства формирования графической информации на телевизионных мониторах». Устройство предназначалось для использования в составе системы отображения информации советского космического корабля многора-зового использования «Буран». Среди требований, предъявляемых к этому устройству, помимо объёма и формы графической информации в каждом режиме полёта корабля, особо высокие требования предъявлялись к его массе и габаритам. При выборе оптимального варианта построения устройства из известных технических решений, потребовалось проведение обширных и трудоёмких экспериментальных работ. Они показали, что удовлетворить одновременно все жёсткие требования практически невозможно. Причина в том, что в СССР отсутствовали необходимые компоненты: процессоры, а также компьютерная постоянная и временная память. Автор, который не принимал участия в этом проекте, предложил решить эту проблему другим способом. Суть способа заключается в том, что для формирования символьной информации на телевизионных мониторах используется функциональный генератор символов и устройство записи его сигналов во временную (оперативную) память с последующим считыванием с неё видеосигнала, посредством телевизионных пилооб-разных сигналов строчной и кадровой развёрток для каждого полукадра. Практически это означало, что для решения проблемы необходимо было создать лишь блок помяти, поскольку цифровой функциональный генератор символов для самолётной системы индикации был разработан и находился в стадии изготовления. Таким образом, задача, связанная с созданием важного устройства системы индикации космического корабля была решена. В течение следующих 3-х месяцев была разработана техническая документация и начато изготовление образцов устройства. Дальнейшая судьба корабля «Буран» известна: проект был закрыт соответсвующим постановлением Правительства СССР. В память о нём остался патент 147231 от 04/08/1980г., который до сих пор хранится у автора.

О сотрудничестве НПО с Институтом Космической и Авиационной Медицины (ИКАМ)

Важным событием в период 19681970 г.г. стало привлечение ИКАМ к разработкам, проводимым Объединением в области бортовых устройств и систем отображения информации. В эти годы в Объединении возникла убеждённость в важности и продуктивности овеществления инженерно-психологических требований в констру-кции средств отображения информации. Это стало особенно актуальным в связи с планами разработки современного индикатора на лобовое стекло (ИЛС или HUD), основанного на новых технических принципах и предназначенного для самолётов – истребителей. Пионерами внедрения инженерно-психологических знаний в процессе создания новых образцов индикационной техники стали начальник отдела ИКАМ, полковник, доктор медицинских наук Владимир Алекcандрович Пономаренко и автор настоящих мемуаров. В последствии генерал В. А. Пономаренко стал начальником института и был избран академиком АМН. ИКАМ располагал современными тренажёрами и моделирующими комплексами, которые позволяют отрабатывать оптимальные информационные картины, подлежащие отображению на индикаторах в различных режимах полёта и боевого использования. Проверка эффективности производилась на тренажорах с привлечением лётного состава ГК НИИ ВВС и полевых частей. Работа ИКАМ была признана исключительно важной и в соответствии с решением командования ВВС вся вновь создаваемая индикационная аппаратура подлежала экспертной оценки в ИКАМ. Руководитель Объединения П. А. Ефимов не только поддержал это важное начинание, но и санкционировал передачу в ИКАМ макета ППИ и, несколько позже, экспериментального образца нового ИЛС -индикатора ИПП-2, ставшими первыми приборами в стране, которые были подвергнуты всесторонним инженерно-психологическим исследованиям. Полученные результаты были реализованы в опытных и серийных образцах оптико-электронного индикатора на лобовое стекло ИПП-2–53 (Зрачок-2).

После преобразования в 1973г. НИЛ-15 в научно-исследовательский отдел-НИО-2, связь с ИКАМ продолжала расширяться и углубляться. Все информационные характеристики проектируемых систем индикации фактически разрабатывались совместно, что существенно снижало вероятность ошибочных решений при выборе способа представления того или иного параметра. Это достигалось путём обработки статистических данных по реакции большого числа лётчиков строевых частей, выполнявших на тренажоре, снабжённого реальной кабиной самолёта (МИГ-29), определённые тактически задачи при экстремальных условиях. Следует отметить, что В. А. Пономаренко пользовался большим авторитетом у командования ВВС. Он один из первых, кто понял значимость новых подходов к созданию систем индикации, особенно для самолётов истребительной авиации. Статистика воздушных происшествий с трагическим исходом для данного класса самолётов настоятельно требовала принятия кардинальных мер по повышению безопасности лётного состава при выполнении учебных и боевых полётов. В. А. Пономаренко стал решительным проводником создание электронных систем индикации, способных наглядно информировать лётчика о возникновении критических ситуаций. Именно в этом он видел ключ, с помощью которого можно резко снизить печальную статистику воздушных происшествий. Небезинтересно вспомнить об одной конференции, повящённой безопасности пилотировния, на которой мы оба присутствовали. На этой конференции выступил генерал-полковник авиации Иван Никитич Кожедуб. В своём выступлении он обрисовал удручающую картину, связанную с безопасностью пилотирования в военной авиации, особенно в истребительной, где особенно высокий уровень гибели лётчиков из-за слабой подготовки и несовершенства самолётной аппаратуры, не обеспечивающей предупреждение лётчика о возникновении опасной ситуации при выполнении учебной или боевой задачи. Именно тогда мы поняли на сколько важна работа по созданию новых приборов и систем индикации, обеспечивающих высокий уровень безопасности при пилотировании самолёта, особенно истребителя.

По данной Главе можно сделать следующие выводы:

1. Экспериментальные разработки в области устройств индикации позволили апробировать различные пути решения технических задач и решить важнейшие проблемы, связанные с переходом на электронные и оптико-электронные индикаторы. Эти работы высветили необходимость создания новых электронных элементов высокого качества. По инициативе ЛНПО впоследствии ряд отраслей промышленности (электронная, оптическая и др. ), разработали необходимые элементы, позволившие создать индикационную аппаратуру, соответствующую на то время мировым стандартам.

2. ЛНПО впервые в стране приступило к разработке устройств и систем индикации, учитывающих эргономические и инженерно-психологические критерии, исключив из своей деятельности не подтвержденные научными исследованиями методы. Это стало возможным благодаря многолетнему и исключительно продуктивному сотрудничеству с Институтом авиационно-космической медицины.

3. Экспериментальные разработки, проведенные в ЛНПО, показали значительное отставание отечественной элементной базы, особенно электронной, от зарубежных достижений. Это подтверждается, например, использованием при создании генератора символов для ИНТО архаичного метода построения генератора на основе магнитных тороидов, поскольку в тот момент в СССР не производились электронные элементы памяти, на основе которых были построены зарубежные устройства индикации. Лишь спустя годы они стали доступны, но их характеристики попрежнему были существенно ниже.

Глава пятая

Индикатор прицельно-пилотажный

–

ипп-2–53 (зрачок-2)

(1965–1973)

После завершения работ по ППИ возник естественный вопрос: «Что делать дальше?» Стендовые и лётные испытания подтвердили соответствие прибора Техниче-скому заданию Лётно-исследовательского института. Схемное и конструкторское выполнение индикатора по всеобщему мнению было безукоризненным. Все характеристики индикатора в основном совпадали с характеристиками индикатора СSF-193, а по ряду параметров превосходили. И тем не менее у автора укрепилось мнение, что дальнейшее развитие оптико-электромеханических индикаторов, подобных ППИ и CSF-193, не имеет никакой перспективы и скорее ведёт в тупик. Это мнение чётко основывалось на двух положениях:

Индикаторы типа ППИ обладали ограниченной информативностью и, практически, не позволяли осуществлять отображения всего комплекса символьной информации, необходимой для эффективного выполнения всех полётных и боевых режимов в случае создания индикатора для истребителей. Кроме того, оптические и светотехнические характеристики индикаторов были недостаточные для возможности использования их в боевой авиации.

Тщательное и глубокое изучение автором состояния этой техники за рубежом, показало катастрофическое отставание от запада, который уже целое десятилетие оборудовало свои истребители многофункциональными широкоугольными электрон-ными индикаторами на лобовое стекло (ИЛС)

На состояние 1967г. в СССР не было никаких признаков перехода на принципиально иную концепцию создания широкоугольных коллиматорных индикаторов, которая должна основываться на использовании электронных компонентов для формирования в поле зрения изменяемой по объёму и форме символьной информации с высокой яркостью, позволяющей считывать её на фоне внешнего пространства в условиях высокой освещённости.

По поручению руководителя организации я присутствовал на совещании у министра авиационной промышленности Петра Васильевича Дементьева. Это было в конце 1967 г. Совещание было посвящено состоянию разработок для строящегося нового объекта. В процессе совещания министр неожиданно перешёл на другую тему, принимая во внимание, что среди участников совещания был заместитель министра оборонной промышленности. Он в резкой форме раскритиковал продукцию этого министерства, в частности механические коллиматорные прицелы, установленные на советских истребителях МИГ-17. Из-за них, обладающих узким оптическим полем зрения и выдающих примитивную информацию, во время шестидневной арабо-израильской войны, были проиграны все воздушные сражения, и арабские страны понесли большие потери.

Осознание этих и изложенных выше обстоятельств подвигло автора на написание проекта Технического Задания на разработку оптико-электронного индикатора на лобовое стекло (ИЛС). Разумеется, оно было не полным, но достаточным для понимания его функций и требований к самой аппаратуре, обспечивающих их выполнение. Перед автором возникла задача: каким образом представить идею создания подобного индикатора и проект Технического Задания руководству Объединения, как стимул для продолжения работ по данной теме с минимальным риском провала. Дело в том, что в планах деятельности Объединения разработка подобного индикатора не предусмат-ривалась и, более того, среди руководства существовала влиятельная группа, которая была категорически против развития этой новой тематики в Объединении. При указанных обстоятельствах единственным способом привлечь внимание к данной проблеме и получить заказ на разработку ИЛС в соответствии с новой концепцией и тем самым обеспечить лабораторию перспективными разработками-это обратиться непосредственно к Заказчику, то есть в Управление заказов ВВС. Это было грубое нарушение субординации и могло навлечь на автора серьёзное наказание вплоть до увольнения. Забегая вперёд, извещаю дорогих читателей о том, что личная инициатива автора была одобрена Павлом Алексеевичем Ефимовым. Однако, этому предшес-твовали события, описанные в очерке М. З. Львовского, посвещённом его памяти. Очерк вошёл в книгу воспоминаний под общим названием «Рядом с Главным Конструктором», изданной к 100-летию со дня рождения П. А. Ефимова. Книга издана в 2008, в Санкт-Петербурге издательским домом «Зеркало Петербурга», а сам очерк можно найти в Интернете, впечатав в поисковое окно GOOGLE название книги-«Рядом с Главным Конструктором». Очерк также приведён ниже.