Ergonomic aspects of ensuring state aviation safety

Dvornikov Mikhail Vyacheslavovich Doctor of Medicine Head of the department, Central Scientific Research Institute of Air Force of the Ministry of Defense of Russia 127083, Russia, Moscow, Petrovsko-Razumovskaya Alleya 12, office #A gniiivm-d@yandex.ru

Профессия летчика и особенно военного летчика относится к числу наиболее опасных, сопряженных с высоким риском жизни и здоровью при выполнении задач профессиональной деятельности ^{[1, 2]}. Трудно найти социо-профессиональную группу, представители которой могли бы соперничать с летным составом по тому числу и многообразию неблагоприятных факторов летного труда (физических, химических, психологических), по их интенсивности (силе и длительности воздействия), по скорости изменения, действующих на летчика в штатных и в аварийных ситуациях ^[1-7]. С учетом высокой чувствительности организма и низкой переносимости таких воздействий человеком потенциальный риск опасных состояний и обусловленных ими ошибочных действий в полете, угрожающих его безопасности, остается экстремально высоким, а кумулятивные эффекты подобных воздействий обусловливают снижение профессионального здоровья и летного долголетия ^{[1, 8, 9]}.

Поэтому проблема эффективного использования средств защиты от экстремальных факторов летного труда является не только актуальной для каждого летчика, но и одной из приоритетных в деятельности создателей новой авиационной техники, разработчиков бортовых и индивидуальных средств защиты, специалистов наземных служб и авиационных врачей ^[10-12].

Темп увеличения летно-технических характеристик авиационных комплексов опережает возможности развития средств и способов защиты летного состава, а показатели потенциальной устойчивости организма летчика к экстремальным факторам летного труда в лучшем случае сохраняются, а зачастую снижаются ^[13-15].

Сложилась парадоксальная ситуация: число, многофункциональность и качество образцов защитного снаряжения летчика увеличивается, но при этом уровень недовольства защитными и эргономическими параметрам средств защиты также возрастает.

Контроль соответствия защитных и эргономических защитного снаряжения летчика ожидаемым условиям полета; соблюдения сроков эксплуатации и его своевременной замене; технического состояния и правил хранения; соответствия росто-размеров снаряжения антропометрическим характеристикам человека, правильность выбора и качества подгонки распределены между командованием (руководством) и различными службами, обеспечивающими полеты ^{[16, 17]}. Полнота реализации этих функций напрямую влияет на безопасность полетов, связанную с риском возникновения опасных состояний, причиной которых является «человеческий фактор» ^[18-23].

Отличительной особенностью профессиональной деятельности специалистов авиационной медицины является прямое участие в решении вопросов профессиональной и психофизиологической подготовки, обеспечения безопасности полетов, эффективного использования средств защиты. Причем «традиционные» задачи медицинского обеспечения, проведения профилактических гигиенических мероприятий сохраняются.

Обеспечение эффективной деятельности авиационных специалистов при выполнении различных видов полетов в условиях воздействия экстремальных факторов летного труда возможно только при осознанном соблюдении правил эксплуатации средств защиты ^{[10, 24-28]}. Знание летчиком медицинских особенностей действия опасных факторов летного труда, понимание принципов защиты, правильный выбор росто-размеров и подгонки снаряжения, устойчивый навык использования снаряжения, формируют у летчика уверенность в его надежности и психологическую готовность перенести экстремальное воздействие ^[29-32]. Именно эти вопросы входят в сферу ответственности авиационного врача, вплоть до уголовной ответственности.

Не менее значима и ответственна роль авиационной медицины как науки в сфере медицинских проблем разработки, модернизации и внедрения в практику новых образцов средств и способов защиты летного состава. От полноты и качества прогностической оценки ожидаемых условий деятельности экипажей новых образцов авиационной техники, адекватности прогноза рисков опасных состояний летного состава, качества формирования исходных требований, глубины (объема) проведения испытаний и военно-медицинского сопровождения освоения авиационными специалистами новых средств защиты зависит эффективность и безопасность летного труда ^[33-36].

Анализ современного состояния дел и динамики развития средств защиты летчика для перспективных авиационных комплексов свидетельствуют о ряде нарастающих негативных тенденций. За последние годы увеличилось число авиационных происшествий, причина которых напрямую связана с нераспознанным отказом средств защиты или просто пренебрежением правилами их эксплуатации ^{[2, 10, 11, 23, 36]}.

Участие в расследовании авиационных происшествий показало, что летный состав, инженерно-технические специалисты и авиационные врачи недостаточно компетентны, они недостаточно хорошо знают основы авиационной медицины, имеют смутное представление о защитных механизмах средств защиты, плохо ориентированы в неинструментальных методах распознавания опасной ситуации и прогнозирования ее потенциальной опасности.

Значительное сокращение числа высотных полетов привело к повышению числа случаев нарушения правил пользования высотным снаряжением ^{[4, 16, 24, 27, 31, 36]}. На фото и видоматериалах можно увидеть грубые ошибки летного состава по эксплуатации кислородной маски, которую, например, забывают подсоединить к компенсатору натяга. Следовательно, создание избыточного давления при действии перегрузок или при разгерметизации кабины в стратосферном полете окажется невозможным, и в экстремальной ситуации летчик окажется незащищенным.

Часто летчики летают с непритянутой кислородной маской, что обусловливает дополнительный риск возникновения кислородного голодания в высотном полете даже при герметичной кабине, а также вероятность травмирования в случае катапультирования на больших скоростях.

Причин такого положения дел несколько. С одной стороны, объективная причина - ограниченные возможности защитного снаряжения. С другой – субъективная причина – недостаточная компетентность и летного состава, и лиц, ответственных за эксплуатацию и разработку защитного снаряжения.

Прежде всего, следует признать справедливость претензий к средствам защиты как со стороны летного состава, так и со стороны его разработчиков. Современное защитное снаряжение летчика – это сложный многофункциональный высокотехнологичный комплекс, пронизанный вдоль и поперек компромиссами между возможностями и ограничениями техники и человека, причем заложником этих решений остается человек. А успешному решению проблем безопасности полета препятствуют следующие моменты.

1. Сложность проблемы обеспечения безопасности в теоретическом и практическом плане, противоречивость требований к защитным, физиолого-гигиеническим, эргономическим и эксплуатационным характеристикам средств защиты.

2. Недостаточная компетентность в вопросах безопасности деятельности летчика в экстремальных условиях и ограниченность финансовых, интеллектуальных, правовых и организационных ресурсов совершенствования систем обеспечения жизнедеятельности, защиты и спасения летного состава.

Современные средства обеспечения жизнедеятельности экипажа и пассажиров (СОЖ) – это сложная интегрированная система, включающая большое число различных бортовых самолетных систем, предназначенных для наддува и герметизации кабины, терморегуляции в ней, кондиционирования воздуха кабины и снаряжения, систем для кислородного питания, защиты от пилотажных и ударных перегрузок, проведения контроля, систем сигнализации. В состав СОЖ маневренного самолета входит индивидуальное защитное снаряжение (ЗС) летчика, которое дифференцировано по назначению в зависимости от типа воздушного судна и характера полетного задания: высотное, противопрегерузочное, вентилирующее, теплозащитное, противоударное, морское спасательное и т.п.. К этому следует добавить существующие средства аварийного покидания самолета (катапультные кресла, парашюты), средства спасения и выживания при нахождении в автономных условиях после аварийного приземления или приводнения.

Ни один представитель опасных профессий не имеет такого разнообразия средств защиты. Поэтому именно летный состав предъявляет большое число претензий к своему снаряжению, которое вызывает дискомфорт, вносит помехи, негативно влияет на функциональное состояние в полете ^[37-39]. Средства защиты летчика постоянно совершенствуются, однако многочисленные исследования по изучению опыта эксплуатации СОЖ и защитного снаряжения современных воздушных судов позволяют выделить, по крайней мере, три группы причин, из-за которых возникают трудности и проблемы по модернизации СОЖ и защитного снаряжения ^{[3, 10-12, 16, 23, 27, 34]}.

К первой группе относится большое количество функциональных задач, возложенных на СОЖ и ЗС в зависимости от специфики этапов деятельности членов экипажа:

при подготовке к вылету; в процессе дежурства;

при выполнении штатного или осложненного полета;

при возникновении аварийной ситуации с последующим покиданием воздушного судна и «выживанием» в автономных условиях.

При этом к одному и тому же элементу средств защиты могут предъявляться разные и порой противоречивые требования. Например, в неосложненном высотном полете защитное снаряжение должно обеспечить комфортность размещения на рабочем месте и удобство управления воздушным судном. При разгерметизации кабины это же снаряжение обязано эффективно защитить летчика путем формирования противоестественных для человека условий дыхания под избыточным давления в легких величиной до 1000-2000 мм вод. столба, что в 50-100 раз превышает гигиенические нормативы индивидуальных средств защиты других лиц опасных профессий. В случае аварийного покидания воздушного судна это же снаряжение должно защитить летчика от встречного воздушного потока при индикаторной скорости до 1300 км/ч, а если это происходит на большой высоте, то и обеспечить дыхание кислородом под избыточным давлением. Наконец, после аварийного приземления или приводнения снаряжение летчика должно обеспечить ему выживание до прибытия спасателей в период от 3 до 24 часов.

Вторая группа причин связана с разнообразием неблагоприятных факторов полета, предъявляющих разнонаправленные требования к способам и методам защиты, с большим диапазоном колебаний выраженности и длительности воздействия, а также с многообразием реакций функциональных систем организма человека, их диапазона в зависимости от интенсивности газообмена и теплопродукции при различной физической активности. Логика развития авиационной техники свидетельствует о том, что с совершенствованием летно-технических характеристик воздушных судов агрессивность факторов летного труда возрастает, а возможности создания новых средств и методов защиты фактически исчерпаны.

Третья группа причин касается противоречивых требований, которые предъявляются к защитным, физиолого-гигиеническим, эргономическим и эксплуатационным требованиям к СОЖ и ЗС, а также к характеру и выраженности отягощающего эффекта, которым обладает практически любой элемент защитного снаряжения.

Между различными элементами современных и перспективных образцов СОЖ, ЗС, систем аварийного покидания самолета, средств спасения и выживания существует объективная взаимосвязь, обусловленная логикой возможного возникновения и развития особой ситуации в полете. Многофункциональность каждого компонента накладывает значительные ограничения на условия их совместной эксплуатации. Это существенно затрудняет априорную оптимизацию СОЖ летчика и средств защиты организма в полете во всем диапазоне условий эксплуатации с применением только традиционных средств и методов защиты ^{[4, 10-12, 16, 23, 27, 34]}.

Из сказанного следует, что без поиска новых материалов, конструктивных решений и способов управления компонентами СОЖ трудно ожидать технологического прорыва в этой области. Еще больших трудностей следует ожидать в ходе модернизации существующих и разработки летательных аппаратов нового поколения, т.к. существенно усложняются условия деятельности экипажа на самолетах, обладающих сверхманевренностью ^{[9, 29, 30]}.

Это вынуждает конструкторов и специалистов в области авиационной эргономики обращаться к возросшим возможностям вычислительной техники и информационных технологий, позволяющим повысить эффективность боевых комплексов и безопасность деятельности летчика на принципиально новой технологической основе цифровых вычислительных устройств ^{[10, 13-15, 23, 29, 40, 41]}.

Кроме того, средства защиты летчика являются элементами двух взаимосвязанных, но вполне самостоятельных и порой конкурирующих функциональных систем: системы безопасности полетов с одной стороны, и сложной человеко-машинной (эргатической) системы, к которой относится любая авиационная система с другой стороны ^[10].

Сама по себе проблема безопасности полетов в теоретическом плане остается нерешенной, отсутствуют даже четкие критерии безопасности. Ученым удалось сформулировать теорию надежности, разработать систему количественных показателей риска. Внедрение средств контроля существенно снизило риски отказов авиационной техники. Гораздо сложнее оценить надежность человека, но и в этой области накоплен большой опыт.

Понятие «безопасность» значительно сложнее и шире, отражающее свойство функционирования сложной эргатической системы, причем вербальные критерии приемлемого уровня безопасности у каждого компонента эргатической системы индивидуальны:

- для пассажира авиационной техники критерий безопасности - полное отсутствие риска катастрофы;

- для специалистов, обеспечивающих наземное обслуживание авиаицонной техники - минимальный риск отказов технических систем в полете;

- для службы безопасности полетов – это минимальный риск авиационных происшествий, авиационных инцидентов и предпосылок к ним;

- для экипажа – это не только риск отказов техники или собственных ошибок, но и многокаскадная система вероятностей: своевременного обнаружения опасной ситуации, ее распознания, принятия правильного решения по парированию, его реализация, а если меры неэффективные, то это надежность средств защиты или спасения, эффективность поиска и спасания, качества оказания медицинской помощи, последующего лечения, полноты реабилитации, позволяющей сохранить профессию, здоровье и жизнь [1-3, 10, 23].

Как видно из названного перечня, участие специалистов авиационной медицины и психологии как науки и практики на всех ступенях каскада обязательна и очень значима. Требования, предъявляемые к средствам защиты и спасения летного состава на всех ступенях каскада должны учитывать возможности и ограничения человеческого фактора.

Еще одна объективная сложность в создании современного защитного снаряжения состоит в том, что наиболее важные из них как таковыми средствами защиты не являются. Защита – уменьшение (снижение) энергетического воздействия на человека, а высотное или противоперегрузочное снаряжение это воздействие не уменьшают, а существенно увеличивают за счет применения технологий, направленных на управление функциональным состоянием и резервами человека, повышающими переносимость. Средства защиты летчика – это своего рода «протезирование» не утраченных, а ослабленных функций.

Требования к средствам защиты совершенно иные: они обеспечивают физиологическую поддержку респираторной и гемодинамической функции организма в экстремальных условиях. Это плохо понимают и летчики, и разработчики средств защиты, и авиационные врачи, роль которых донести эти особенности до летчика. Использование такого рода средств защиты приносит не ожидаемое облегчение, а существенное отягощение для летчика, отсюда претензии, замечания, нарекания, связанные со снаряжнием ^{[10, 19, 22, 29]}.

Так как средство защиты – это высокотехнологичное изделие, оно требует тщательного соблюдения технологических правил (выбора, подгонки, инструкций, и даже режимов труда и отдыха). Любые нарушение – это риск снижения или утраты эффективности средств защиты. Современные средства защиты – это еще и существенный компромисс между требованиями по защите и по эргономичности.

Снаряжение летчика – это полноправный элемент информационно-управляющего поля в кабине воздушного судна:

- в защитный шлем встроены наушники для получения акустической информации;

- в кислородной маске размещены микрофоны для радиообмена;

- на шлеме установлены прицельные устройства, приборы ночного видения, разрабатываются системы отображения полетной информации на светофильтре и т.д.

Летчик обязан контролировать и управлять режимами работы кислородной, противоперегрузочной системы, средств вентиляции снаряжения. Это отвлекает и мешает основной деятельности, в циклограмме которой, как правило, не учтены управляющие функции системы обеспечения жизнедеятельности.

Это источник нареканий, а его причина в недостатках эргономического обеспечения. Для уменьшения неизбежных помех, разработчики средств защиты вынуждены обеспечивать компромисс между удобством и уровнем защиты, как правило, не пользу последней.

Все перечисленное свидетельствует о том, что самому летчику разобраться во всех этих сложностях практически невозможно. Это лежит в основе их недостаточной компетенции, а специалисты авиационной медицины тоже не знают многих нюансов.

На основании вышеизложенного представляется целесообразным сформулировать перспективные направления оптимизации СОЖ и ЗС, ориентированные на максимальный учет человеческого фактора. Эти направления условно можно сгруппировать следующим образом ^{[6, 10, 12, 16]}.

1. По линии конструктивных доработок:

- оптимизация рабочего места летчика, органов управления и средств отображения информации с учетом применяемого снаряжения, а также популяционных особенностей биомеханических и антропометрических параметров строения тела человека;

- модернизация образцов снаряжения, широкое использования элементов для индивидуальной подгонки, улучшение росто-размерного ассортимента, учитывающего не только популяционные, но индивидуальные особенности биомеханических и антропометрических параметров строения тела;

- применение новых тканей с расширенными и улучшенными защитными и гигиеническими показателями, использование возможностей нанотехнологий для изготовления композиционных материалов, обладающих способностью быстро изменять свойства с учетом характера и выраженности неблагоприятных факторов летного труда.

2. По линии изменения требований, предъявляемых к защитной мощности и условиям применения СОЖ и ЗС, – учет частоты воздействия и степени опасности неблагоприятного фактора летного труда, а также возможности перераспределения функции защиты между другими средствами и способами:

- максимальное использование возможностей бортовых (коллективных) средств защиты, позволяющих оптимизировать гигиенические параметры среды обитания (защита от акустического шума и вибрации, электромагнитных и световых излучений, оптимизация параметров давления и газового состава воздуха);

- приоритетное развитие средств защиты и способов повышения переносимости факторов, постоянно действующих на летчика (пилотажные перегрузки);

- создание спасательного снаряжения с улучшенными эргономическими и гигиеническими параметрами, максимально учитывающего резервные возможности организма при обязательном использовании средств активной безопасности, обеспечивающими автоматическое включение технических средств резервирования летчика в экстремальных и аварийных ситуациях (рациональное перераспределение защитной мощности между бортовыми, индивидуальными средствами защиты, а также резервами самого человека).

3. По линии использования компьютерных и информационных технологий:

- совершенствование средств контроля и пассивной сигнализации о состоянии летательного аппарата, параметрах полета, исправности и правильности эксплуатации СОЖ и средств защиты;

- внедрение систем активной безопасности, позволяющих в реальном масштабе времени диагностировать возникновение опасных ситуаций, прогнозировать и идентифицировать опасные состояния экипажа с учетом дозового комбинированного воздействия неблагоприятных факторов полета, осуществление информационной поддержки при возникновении ошибочных действий, а в случае неадекватного поведения летчика – автоматическое (независимо от летчика) задействование средств экстренной помощи и вывода воздушного судна на безопасный режим полета;

- внедрение технологий использования СОЖ и ЗС в качестве средств оптимизации функционального состояния экипажа при выполнении особых видов полетов (высотных, маневренных и длительных), предъявляющих повышенные требования к функциональным резервам организма летчика.

4. По линии совершенствования специальной наземной психофизиологической подготовки летного состава:

- применение новых технологий подготовки летного состава в вопросах психофизиологических особенностей влияния факторов полета на человека, принципов действия средств защиты, специфики их использования в неосложненном полете и в аварийных ситуациях;

- проведение комплекса медицинских мероприятий, направленных на тестирование функциональных резервов организма, необходимых для переносимости неблагоприятных факторов летного труда в повседневных условиях и в аварийных ситуациях, а также использование методов специальной подготовки по повышению резервов организма летчика, по формированию профессионально важных качеств;

- практическая отработка навыков применения средств защиты и формирование психофизиологической уверенности в их надежности и эффективности.

Реализация перечисленных направлений выходит за рамки усилий специалистов в области авиационной медицины и психофизиологии и требует обязательного взаимодействия с конструкторами авиационной техники, разработчиками средств защиты и специалистами, отвечающими за хранение и эксплуатацию снаряжения.

Возможные выходы из сложившейся ситуации можно свести к следующему:

1) централизованное проведение психофизиологической подготовки с привлечением специалистов, акцентируя внимание на сложности и противоречивости требований и необходимости с пониманием выполнять многочисленные требования инструкций, на ознакомление с особенностями использования средств защиты и формирования психологической уверенности.

2) разработка и внедрение новых технологий встроенного контроля и технологий информационной поддержки с помощью бортовых средств, рациональное перераспределение контрольных и управляющих функций между человеком и техникой.