Воспоминания инженера-2. Уроки жизни

Фактически П. А. Ефимов, одобрил личную инициативу автора и санкционировал разработку первого в СССР индикатора на лобовое стекло нового поколения, понимая в то же время, какие трудные проблемы организационного и технического порядка возникнут перед Объединением. Успешное преодоление этих трудностей позволило бы, в известной степени, устранить катастрофическое отставание от зарубежных достижений (США, Великобритания). Значение решения П. А. Ефимова поддержать инициативу автора по созданию в СССР первого современного оптико-электронного индикатора на лобовое стекло трудно переоценить. Оно имело фундаментальное значение, поскольку решающим образом определило дальнейшее развитие работ в области бортовых средств отображения информации для всех типов самолётов и вертолётов. Пройдёт всего несколько лет, и одним из главных тематических направлений в деятельности Объединения станет разработка комплексных систем отображения информации с цифровым управлением. Различные модификации после-дних будут установлены на новейших истребителях и боевых вертолётах. Их внедрение обеспечило существенное повышение эффективности деятельности экипажей. Но всё это было впереди. Сейчас же речь идёт о создании оптико-электронного индикатора на лобовое стекло, который в своём поле зрения формирует и проецирует в направлении взгляда лётчика в оптическую бесконечность символьное изображение навигационных, пилотажных и прицельных параметров, которые накладываются на освещённое внешнее пространство. При этом есть возможность создания их модификаций путём перепрограммирования. Формирователем первичного изображения коллимируемого оптической системой в бесконечность станет высокояркостная малогабаритная электронно-лучевая трубка, снабжённая устройством управления электронным лучом функциональным способом, в свою очередь управляемый компьютером в соответствии с заданной программой.

Инициатива автора получила полную поддержку Начальника Управления ВВС генерала-лейтенанта Н. И. Григорьева и Начальника Управления МАП В. С. Коровина. Придавая исключительно большое значение инициативе, генерал Н. И. Григорьев предложил помощь Министерства Обороны в обеспечении финансирования работ, размещении и выполнении заказов Объединения на разработку оптических и электро-нных элементов для проектируемого ИЛС. Полковник В. В. Макуха (в описываемое время он был майором и ждал очередного повышения звания до подполковника), ответственный сотрудник Управления заказов ВВС, стал проводником новой политики Управления.

Началась борьба по ликвидации катастрофического отставания от запада, где первые образцы подобных индикаторов были приняты на вооружение ещё в 1955г. В конце 60-х годов, когда было начато проектирование нового индикатора на лобовое стекло, повшего шифр – ИПП-2, Объединение располагало ограниченной инфор-мацией о зарубежных аналогах. Прежде всего, это касается индикаторов, установленных на самолётах США F-8 Crusader, и A-7 Corsair, самолётах Великобритании (Harrier и Tornado). Следует отметить, что индикаторы, установленные на этих самолётах, были разработаны и изготавливались английскими фирмами Ferranti и Smith, которые были пионерами в области разработки оптико-электронных индикаторов. Изучение внешних особенностей ИЛС привели к мысли, что оптимальной компоновкой электроного индикаторного блока ИЛС является горизонтальное расположение проекционной ЭЛТ и использование коллиматорной оптической системы, имеющей излом оптической оси на угол90. В этом случае, индикаторный блок занимает минимальную площадь на приборной доске и хорошо вписывается в передние обводы фюзеляжа самолёта. Именно эта концепция была принята за основу при конструировании индикаторного блока. Для сравнения, новейший в то время комбинированный электронно-механический прицел АСП-23, установленный на истребителе-перехватчике МИГ-23, имел вертикальную конфигурацию, занимал большую часть приборной доски, что в реальности привело к нестандартному размещению штатных приборов. Предложенная горизонтальная компоновка индикато-рного блока постоянно сохранялась при разработке всех последующих модификаций ИЛС, в том числе ИЛС с голограммными оптическими элементами.

Благодаря правильной оценке зарубежного опыта удалось внедрить в разработку оптимальное техническое решение, сократить сроки поиска и сэкономить немалые средства. По остальным аспектам построения элeктронного ИЛС разработчики ИПП-2 располагали крайне ограниченной информацией. Поэтому были использованы собственные технические решения. В дальнейшем, когда представилась возможность сравнить выбранные технические решения с зарубежными, было установлено, что они весьма схожи по принципиальному подходу и отличались тем, что зарубежные решения были выполнены более изящно за счёт высококачественной элементной базы и более обширного выбора. Такими возможностями разработчики ИПП-2 не располагали. Поэтому, многие технические решения, заложенные в ИПП-2, отличаются оригиналь-ностью и заслуживают признания как достижения инженерной, конструкторской и технологической мысли.

Для реализации планов разработки нового ИЛС НИЛ-15 была реорганизована. Руко-водителем Объединения П. А. Ефимовым были выделены для НИЛ-15 дополнительные штатные должности, что позволило принять в лабораторию несколько высококвали-фицированных специалистов в области электроники и оптики. Одновременно были оборудован участок для проведения оптических и светотехнических исследований. Для этой цели были приобретены из специального правительственного фонда такие дефицитные изделия, как оптическая скамья, яркомеры, эталонные источники света, наборы объек-тивов, нейтральных и цветных светофильтров и т. д. Аналогичный участок был оборудован для испытания высоковольтных источников питания.

Параллельно проводилась организационная работа по привлечению специали-зированных предприятий других министерств для разработки важнейших компонентов индикатора. Так, разработчиком проекционной ПЭЛТ «Куница» стал Московский электроламповый завод, коллиматорной оптической головки КГ Зрачок-2 – Загорский оптико-механический завод (ЗОМЗ). Эти предприятия впоследствие стали основными разработчиками модификаций проекционных ЭЛТ и оптических головок для всех индикаторов, созданных Объединением. Разработка полномасштабного макета ИПП-2 производилась на основе предварительного ТЗ, разработанного Объединением и согласованного с Управлением Заказов ВВС без привязки к конкретному самолёту. Всесторонние испытания изготовленного макетного образца ИПП-2 позволили проверить обоснованность принятой структуры индикатора и выбранных технических решений при разработке каждого блока и входящих в них функционально связанных устройств. Испытания подтвердили ожидаемые результаты: макет ИПП-2 функцио-нировал в соответствии с требованиями ТЗ, обеспечивая формирование в поле зрения индикатора заданный объём графической информации высокого качества.

Благодаря применению функционального (координатного) способа управления электронным лучом ЭЛТ достигнутый уровень яркости изображаемых символов зелённого цвета (наиболее яркого и контрастного) позволял их наблюдать при максимальной внешней освещённости в 100000 лк. Несмотря на новизну проблемы, стоявшей перед разработчиками, она была решена успешно и в сравнительно короткие сроки. Это позволило приступить к разработке опытных образцов Зрачок-2 (ИПП-2–53) для истребителя-бомбардировщика МИГ-23БК, получившего затем название – МИГ-27. Руководство разработками ИПП-2 и ИПП-2–53 было возложено на автора.

В состав индикатора входят: блок индикации, генератор символов, блок вычисления и преобразовний, блок низковольтного питания, рама для блоков и рама для установки и закрепления блока индикации на приборной доске истребителя. Наличие в составе индикара ИПП-2–53 блока вычисления и преобразования обусловлено тем, что на борту самолёта МИГ-27 установлена аппапатура Навигационно-прицельного комплекса, взаимо-действующая с индикатором, которая выдаёт информацию об измеряемых параметрах в виде отличающихся друг от друга аналоговых сигналов. Эти сигналы в блоке преобразуются в цифровую форму и по общей шине вводятся в генератор символов. На передней части блока индикации размещён пульт управления. В верхней его части крепится индикатор системы «ЛУЧ», которая фиксирует факт радио-локационного облучения. В более поздних образцах на пульте управления установлен индикатор, также разработанный Объединением, на основе плазменной панели. На пульте управления в числе органов управления установлены два датчика резервного режима бомбометания (расчётно-табличного) с отсчётными шкалами, предназна-ченными для ручной установки прицельной марки в положение, соответствующее месту падения бомбы. Монтажная рама, на которой жёстко крепится блок индикации, в свою очередь крепится на специальных кронштейнах, установленных за приборной доской самолёта. Благодаря наличию шарового подшипника и двух микрометрических винтов осуществляется юстировка рамы с блоком индикации непосредственно на самолёте методом холодной пристрелки с предварительным вывешиванием самолёта на домкратах.

Блок индикации – БИ (ИПП-2–53)

Блок индикации состоит из двух самостоятельных узлов: блока управления проекционной ЭЛТ и коллиматорной головки КГ Зрачок-2, жёстко скрепляемых друг с

другом. В блоке индикации использована проекционная ЭЛТ «Куница» – 6ЛК7И, снабжённая усилителями управления электронным лучом, а также схемами: коррекции искажений, защиты ЭЛТ от прожога, автоматической регулировки яркости. ЭЛТ снабжена высоковольтным источником анодного напряжения на 15кв и 500в. ЭЛТ имеет рабочий диаметр 55мм, длину 210мм, цвет свечения-зелёный, максимальная яркость сжатого растра-7.000 кд/м2, максимальная яркость линии при формировании функциональным методом – до 40000 к.д/м2.

Коллиматорная головка КГ Зрачок-2 имеет следующие характеристики: полное поле зрения 2=25, мгновенное поле зрения при расстоянии глаз до головного отражателя 650мм – 9 х 12, коэффициент отражения головного зеркала, через которое пилот наблюдает внешнее пространство и наложенное на него коллимированное изображение символов – 0.35, диаметр выходной линзы-98мм. Первоначально при разработке эскизного проекта КГ ЗОМЗ была предложена оптическая схема, основанная на использовании однокомпонентного объектива. Однако, она была отвергнута, так как не удовлетворяла условиям компоновки индикаторного блока, предусматривающего горизонтальное расположение. В процессе рассмотрения альтернативных вариантов автором была выдвинута идея использовать в проектируемой оптической головке модифицированный вариант известного объектива Йозефа Петцваля. Этот объектив состоит из двух компонентов с большим воздушным промежутком между ними, что даёт возможность изломить оптическую ось на 90⁰ и построить индикатор на лобовое стекло в соответствии с новой концепцией. В коллиматорной головке КГ Зрачок-2 все линзы оптической системы сферические. По дополнительному соглашению ЗОМЗ произвёл расчёт оптической системы с частичным использованием асферических линз. Расчёт показал возможность сокращения общего числа линз и уменьшения габаритов задних линз. Однако эта более прогрессивная схема не могла быть реализована из-за отсутствия на заводе оборудования для изготовления асферических линз в необходимых количествах. Возвращаясь к полям зрения КГ Зрачок-2, необходимо обратить внимание на относительно небольшое мгновенное поле зрение (9х12) по сравнению с величиной полного поля зрения – 25. Причиной этому является небольшой размер выходной линзы (100мм), который в свою очередь лимитировался заданной заказчиком шириной блока индикации. В связи с этим возник вопрос: каким образом использовать полное угловое поле зрения? В горизонтальной плоскости это достигается смещением головы на несколько десятков миллиметров влево или вправо. В этом случае лётчик может произвести прицеливание по цели, находящейся в поле зрения индикатора, но за пределами его мгновенного поля зрения. В вертикальной плоскости перемещение головы затруднено. Поэтому потребовался поиск технического способа, который позволил бы решить возникшую проблему. В ИПП-2–53 использование полного поля зрения индикатора по вертикали достигнуто искусственным способом. Сущность способа заключается в том, что в КГ Зрачок-2 головное зеркало, через которое лётчик видит внешнее пространство и наложенное на него изображение символов, выполнено подвижным и автоматически перемещается по направляющим вдоль продольной оси прибора в соответствии с текущим значением угловой координаты прицельной марки в вертикальной плоскости. Автоматическое перемещение головного зеркала осуществ-ляет сервопривод, установленный на корпусе КГ Зрачок-2. Для исключения отброса головного зеркала вследствие отдачи, возникающей при стрельбе из пушки, в кинематике привода головного зеркала предусмотрена червячная пара, а также упоры на краю направляющих. Другой особенностью блока индикации является наличие в нём устройства формирования коллимированного изображения резервной прицельной сетки (Авторы: М. З. Львовский и В. В. Марасанов). Устройство состоит из трафарета с осветителем и механизма ввода его в фокальную плоскость оптической системы при одновременном выводе из этой плоскости экрана проекционной ЭЛТ. Устройство приводится в действие с помощью ручки, расположенной на пульте управления блока индикации. Механизм обеспечивает высокую точность установки и фиксации трафарета в фокальной плоскости, а это важно, поскольку, как было сказано раннее, холодная пристрелка производится с использо-ванием прицельной сетки. Осветитель сетки (Авторы: М. З. Львовский, Б. А. Виноградов и В. И. Гагулин) представляет собой цилиндрический корпус, в который завальцован термостойкий трафарет. Внутреняя поверхность корпуса, как и задняя сторона трафарета покрыты белой матовой краской для равномерного отражения света. Сбоку цилиндрического корпуса вмонтирована миниатюрная галогенная лампа, мощностью 20 вт. Подобная конструкция обеспечивает высокоэффективное использование светового потока, создаваемого нитью накала лампы. При этом уровень яркости прицельной сетки достаточно высок, благодаря чему сеткой можно пользоваться днём в условиях высокой внешней освещённости. Сама прицельная сетка представляет собой комбинацию радиальных линий и дуг, оцифрованных в тысячных дистанции. В создании термостойкого трафарета принимали участие специалисты Ленинградского Государственного Оптического института Института им. С. И. Вавилова, разработавшие специальную технологию покрытия трафарета. При этом предусмотрена регулировка яркости изображения сетки в зависимости от внешней освещённости. Осветитель рассчитан на непрерывную работу в течении часа с повторным включением через 30 минут. Генератор символов ГС-2–53 выполнен в виде цифро-аналогового устройства. Такое техническое решение обусловлено отсутствием в то время доступа к элементной базе, необходимой для реализации цифрового ГС. Частота регенерации составляет 50гц. Для записи элементов графики в генераторе символов используется постоянная, прожигаемая память. Окружности и отдельные отрезки кривых аппроксимируются короткими отрезками прямых. Например, окружность представлена восмиугольником. При выбранных угловых размерах, как показали инженерно-психологические исследования в ИАКМ, подобная аппроксимация вполне приемлема. Угловые размеры цифр, букв, делений шкал составляют 3040. Внутренняя организация ГС и устройства памяти позволяет по одной команде, поступающей от основного пульта управления навигационно-прицельного комплекса, осуществить роспись в поле зрения индикатора определённого набора символов, необходимого для данного режима полёта или боевого использования, не загружая информационное поле второстепенными символами. В случае необходимости изменения содержания и вида информационных картин, то это осуществлялось путём изъятия устройства памяти из ГС и замены его другим, заново изготовленным. С подобными случаями пришлось столкнуться неоднократно в процессе эксплуатации ИПП-2–53. Отлично организованная служба по обеспечению эксплуатации ИПП-2–53 в строевых частях, созданная серийным приборостроительным заводом, позво-лила в короткие сроки производить доработки ИПП-2–53 непосред-ственно на самолётах. Как было сказано ранее, блок вычислений и преобра-зований выполняет функции преобразования различных сигналов, поступающих на вход индикатора от датчиков навигационно-прицельного комплекса НПК в виде, например, напряжений переменного и постоянного тока, изменяющихся по линейной или тригонометрической функциям, слабых сигналов постоянного тока (отклонение от глиссады или траектории), разовых сигналов в сигналы цифрового вида заданной разрядности. Блоки ГС и БВП имеют собственные источники питания электронных схем. Низковольтные источники питания усилителей блока индикации БИ размещены в блоке питания. Все перечисленные источники питания, равно как и высоковольтные, были разработаны в НИЛ-15. Необходимость разработки целого ряда источников питания было обусловлена либо отсутствием промышленных унифицированных источников питания либо их дефицитностью. В более поздних разработках степень использования унифицированных источников питания существенно возросла. Перейдём к рассмотрению информационных возможностей индикатора. В пределах мгновенного поля зрения оптической системы ИПП-2–53 формируется изображение различных навигационных, пилотажных и прицельных параметров. При этом следует указать, что в различных режимах полёта (крейсерский, посадочный) и боевого использования (работа по земле и в воздухе) в поле зрения индикатора индицируются символика, относящаяся лишь к данному режиму полёта или боевого использования. К числу индицируемых параметров и отдельных символов относятся: индекс самолёта, скорость и высота полёта, вертикальная скорость, тенденция изменения скорости, курс, крен, тангаж самолёта, прицельная марка, линия падения боевого груза, индекс траекторного управления, индекс отклонения от глиссады, а также предупредительные сигналы и справочные данные. Как видно из приведённого перечня, лётчик в перечисленных выше режимах получает достаточную информацию для их выполнения без перевода взгляда с внешнего пространства на приборную доску, а также без переадаптации и переаккомодациии зрительного аппарата. Серийное производство ИПП-2–53 было освоено Чебоксарским приборостроительным заводом (ЧПЗ), который являлся в то время одним из лучших предприятий Министерства авиационной промышленности, отличавшийся высокой культурой производства, технической и технологической дисциплиной. Серийный выпуск ИПП-2–53 продолжался несколько лет. Во второй половине семидесятых годов в ЧПЗ проходила Конференция, посвя-щённая надёжности бортовой аппаратуры самолёта МИГ-23БК, которую проводило совместно МАП и командование ВВС. На этой конференции было признано, что самым надёжным изделием на этом самолёте был ИПП-2–53. Этим были признаны высокое качество разработки изделия и его технологичность. При разработке ИПП-2–53, первого в СССР оптико-электронного индикатора, потребовалось проявить высокую профессиональность и веру в успешное завершение проекта, от которого зависила судьба новой тематики. Эти качества в полной мере проявили сотрудники НИЛ-15, Конструкторского сектора и Технологического отдела.

Убирающийся формирователь изображения прицельной сетки.

В. В. Марасанов

Е. Е. Хныкин

В. А. Железнов

Глава шестая

Организация научно-исследовательского отдела

(1973–1989)

Наряду с разработкой перечисленной выше аппаратуры, в НИЛ-15 постоянно шли интенсивные исследования, связанные с выбором направления дальнейшей деятель-ности Объединения в этой области. Изучение иностранного опыта, в первую очередь США, показывало, что приоритетным направлением при создании бортового оборудования для военных и гражданских самолётов нового поколения является переход на электронные средства отображения информации. Они полностью преобразили облик приборных досок самолётов и качественно неизмеримо изменили функциональные возможности всего комплекса самолётного оборудования. Одновре-менно существенно снижены психофизиологические нагрузки на экипаж. Было очевидным, что указанная тенденция стала доминирующей и необратимой. Действительно, спустя несколько лет на снабжение военной и гражданской авиации поступят самолёты нового поколения, оборудованные электронными комплексными системами отображениями информации: F-15, F-16, F-18, Lavi, Boeing В-757, Boeing В-767, А-300, A310 и др. На приборных досках этих самолётов вместо механических приборов установлены дисплеи на основе цветных ЭЛТ, а несколько позже на цветных жидкокристаллических панелях (LCD). В результате проведенных в НИЛ-15 исследо-ваний была определена структура перспективных систем отoбражения информации для самолётов истребительной авиации. В основу их построения легли следующие фунда-ментальные положения:

Система должна быть интегральной, т. е. при полной её реализации она должна взять на себя функции отображения всего комплекса навигационно-пилотажной, прицельной, справочной информации, а также информации о состоянии самолётных систем (двигателей, топлива и т.д.) и систем вооружения.

Система должна быть построена на основе цифровых методов приёма преоб-разования и распределения потоков информации, отображаемых на соответствующих электронных индикаторах.

Учитывая большой объём вычислительных операций, связанных с приёмом и обработкой информации, в состав системы вводится универсальная цифровая вычисли-тельная машина.

При точечной структуре воспроизведения графической информации на экранах индикаторов требуется быстродействие ЦВМ порядка 10 миллионов операций в секунду, в нашем случае в то время недостижимой, и большие объёмы ОЗУ и ПЗУ. Поэтому, предпочтительно сохранить в составе системы специальный генератор симво-лов, обеспечивающий роспись конечного, но необходимого и достаточного объёма символов, что соответственно позволяет снизить требования к быстродействию ЦВМ и объёмам оперативной и постоянной памяти.

Для повышения структурной надежности система должна обладать способностью к реконфигурации, то есть возможностью перевода информации с одного индикатора на другой.

В качестве основных элементов визуализации использовать электронно-лучевые трубки прямого видения для мониторов, располагаемых на приборной доске и проекционные ЭЛТ для индикаторов на лобовое стекло. Для дисплеев на определённом этапе допустить использование монохроматических ЭЛТ с переходом в дальнейшем на цветные масочные ЭЛТ и жидкокристаллические панели.

Размеры экрана электронных индикаторов, поля зрения ИЛС, светотехнические характеристики, вид и размещение символов, их угловые размеры, а также органы управления индикаторами должны отвечать требованиям инженерной психологии и эргономики и учитывать экстремальные условия деятельности экипажа.

Предполагалось, что реализация новой концепции неизбежно столкнётся с многочисленными организационными, техническими, технологическими и психоло-гическими трудностями, не говоря об отсутствии необходимой элементой базы. Кроме того, с принятием новой концепции отечественная авиационная приборостроительная промышленность должна будет освоить новый технологический уровень, переоснастить серийные заводы и нацелить их на выпуск ранее не свойственной им продукции. В дальнейшем, несмотря на поддержку новой концепции со стороны ведущих институтов МАП и ВВС (ЛИИ МАП, ЦНИИ-30) и некоторых руководителей МАП, понимающих в необходимости и неизбежности революционных преобразований с целью приближения к мировому уровню в этой области, процесс освоения новой концепции шёл трудно и болезненно. Подтверждением этому могут служить события, связанные с разработкой систем отображения информации для вновь создаваемых в те годы самолётов-истребителей МИГ-29 и СУ-27, где не в полном объёме были реализованы указанные выше положения. Лишь при создании системы отображения информации «Крокус» для самолёта МИГ-29М в основном удалось реализовать перечисленные выше положения.

В конце осени 1972г. ЛНПО посетил Заместитель министра авиационной промышленности Василий Александрович Козаков. По поручению П. А. Ефимова aвтор доложил Заместителю министра о состоянии текущих разработок и планировании перехода на разработку бортовых систем отображения информации. При этом были представлены аргументы и иллюстрационные материалы, подтверждающие необходи-мость и своевременность принятия подобного решения. В. А. Козаков не только одобрил предложение ЛНПО, но и рекомендовал для реализации столь масштабного проекта создать на базе лаборатории специализированный отдел. Министр принял на себя обязательства помочь с размещением в смежных министерствах заказов на разработку новых электронных и оптических компонентов для систем отображения информации и удовлетворить запрос Объединения в отношении молодых специалистов.