Technology for controlling attention reserves of the pilot in preparation for piloting a helicopter using night vision goggles

Soldatov Aleksei Sergeevich PhD in Technical Science Deputy Head of the Test and Research Center, Chkalov State Flight Test Center 141102, Russia, Chkalovskii oblast', pgt. Chkalovskii, ul. Institutskaya, 2A, of. 11 gniiivm.s@ya.ru

Koronkov Sergei Olegovich Senior test pilot, Chkalov State Flight Test Center 141102, Russia, pgt. Chkalovskii, ul. Bakhchivandzhi, 1 s.koronkov@yandex.ru Other publications by this author

С развитием авиационной техники и совершенствованием способов ее применения достижение летчиком высокого профессионального мастерства становится все более важной, сложной и дорогостоящей задачей ^[1]. Это связано с увеличением объема требуемых для успешной деятельности профессиональных знаний и необходимостью выработки, закрепления и постоянного совершенствования навыков в технике пилотирования в сложных условиях полета, в работе с современными бортовыми авиационными комплексами ^[2].

Одним из наиболее сложных и критичных направлений применения вертолётов являются полёты ночью с применением очков ночного видения. Выполнение задач вне зависимости от метеоусловий, на фоне уменьшения высоты полетов до предельно малой (менее 150 м) значительно повышают требования к обеспечению летчика инструментальными средствами отображения внекабинного пространства, системами автоматизации процессов пилотирования, навигации и боевого применения. Такие системы применительно к вертолётам, в том числе и очки ночного видения (ОНВ) - как одна из систем отображения визуальной информации, должны строиться с учётом реальных возможностей зрительного анализатора лётчика. В частности, углового размера воспринимаемого изображения, уровня адаптирующей яркости, контраста между объектом наблюдения и фоном, критической частоты мелькания, времени инерции глаза, задержки восприятия, слепящей яркости, относительной видности объектов в закабинном пространстве. При этом информация о параметрах полета, состав и характеристики таких средств должны соответствовать психофизиологическим возможностям и ограничениям лётчика по восприятию, переработке, своевременному и грамотному использованию информации для принятия решения.

Изложенное обусловливает актуальность количественного оценивания качества и результативности психофизиологической подготовленности летчика вертолета к пилотированию вертолета с применением очков ночного видения, что позволит сопоставлять результативность, представленную в компетентном формате, с квалификационными требованиями работодателей и стандартами, определяющими требования к качеству профессиональной подготовки.

Известно, что процесс тренировки сопровождается повышением качества деятельности и оптимизацией нервноэмоциональных реакций летчика ^[3]. Установлено, что оценка уровня тренированности летчика только по успешности выполнения задания (по конечному результату) необъективна: высокая оценка может быть достигнута за счет избыточного психофизологического напряжения, работы на пределе возможностей, а надежность профессиональной деятельности человека может быть довольно низкой, что особенно четко проявляется при усложнении условий деятельности ^[4-7]. Показано также, что стабилизация психофизиологических показателей наступает несколько позже, чем показателей качества деятельности: именно это имеет принципиальное значение при определении необходимого объема тренажерной подготовки и оценивании обученности летчика ^[8]. Надежность деятельности значительно повышается, когда результаты выполнения упражнения на тренажере становятся стабильными, при этом уровень физиологических реакций соответствует сложности выполняемой задачи ^[4-7].

Современная концепция построения системы психофизиологического сопровождения транажерной подготовки летчика определяет, что комплекс характеристик должен включать характеристики эффективности выполнения полетного задания; нервно-эмоционального напряжения и резервных возможностей летчика ^[9]. При этом прямыми показателями подготовленности летчика являются показатели эффективности деятельности, косвенными – показатели нервно-эмоционального напряжения, а интегральная оценка профессиональной подготовленности летчика определяется качеством техники пилотирования и способностью в процессе пилотирования решать и выполнять дополнительные задачи (что имеет большое значение, прежде всего, для оценки надежности деятельности летчика при усложнении условий полета и возникновении аварийных ситуаций) ^[4-14]. Известно, что возможность выполнения дополнительной задачи определяется уровнем резервных возможностей летчика по отвлечению внимания от выполнения основной задачи, что в первую очередь зависит от навыков перераспределения внимания, от широты оперативного поля зрения летчика ^{[4, 15-20]}. О резервных возможностях свидетельствует объем дополнительной информации, которую способен переработать летчик в процессе выполнения различных элементов полета. Количественная характеристика деятельности летчика по переработке этой информации является показателем резервов его внимания и используется для определения уровня тренированности ^[5].

Летчик, выполняя полетное задание на тренажере, решает дополнительную задачу по методике «Резервы внимания» (но не в ущерб качеству выполнения основной задачи пилотирования). В этом смысл определения резервов внимания (остаточного внимания), на что должно быть указано летчику перед полетом.

Тренировки в выполнении дополнительной задачи в процессе пилотирования являются эффективным средством совершенствования структуры распределения и переключения внимания летчика, расширения его оперативного поля зрения ^[6]. Исследование резервов внимания выполняет в этом случае двоякую функцию: способствует тренировке летчиков в распределении и переключении внимания, расширению оперативного поля зрения и служит контрольным тестом для определения уровня тренированности ^[7]. Динамический контроль резервов внимания, осуществляемый совместно с контролем эффективности деятельности, позволяет объективнее оценить уровень подготовленности летчика ^[21-25].

В практике авиационной медицины исследование резервов внимания проводится, как правило, по результатам анализа направлений перемещений взгляда при выполнении профессиональной деятельности либо с помощью специальных аппаратно-программных комплексов ^[26-31]. Второй вариант представляется более предпочтительным, поскольку упрощает реализацию аппаратно-программного обеспечения.

Поэтому для оценивания резервов внимания летчика вертолета разработан аппаратно-программный комплекс «Резервы внимания летчика вертолета (РВЛ-В)» (рис. 1).

Рисунок 1- Состав технических средств КТС «РВЛ-В»

В состав аппаратных средств КТС «РВЛ-В» (рис. 1) входят:

- жидкокристаллический монитор (1) с независимым блоком питания;

- пульт управления (2);

- контроллер (3);

- планшетный компьютер(4).

Планшетный компьютер предназначен для:

управления программой «РВЛ-В» статистом-оператором в процессе проведения исследования резервов внимания лётчика;

создания программными средствами управляющих команд на выдачу по случайному закону на жидкокристаллический индикатор знакографической информации;

изменения угловых размеров индицируемых знаков;

регулировки уровня яркости и контрастности, между изображением и фоном,

определения правильности реагирования лётчика на предъявляемую информацию;

фиксации продолжительности этапов полёта;

расчета показателя резервов внимания по одному из известных алгоритмов, как для всего полета так и для отдельных его этапов;

сохранения в базе данных результатов выполнения программы по методике «РВЛ-В».

Жидкокристаллический монитор предназначен для предъявления лётчику в случайном месте на экране индикатора символов различных априорно задаваемых форм и угловых размеров. Помимо этого монитор обеспечивает возможность регулировки уровня яркости и контрастности между изображением и фоном, а также смену цвета воспринимаемых условных знаков и уровня их освещенности. Это позволяет наиболее полно исследовать резервы внимания лётчика в различных сочетаниях предъявляемой информации и создать оптимальный световой климат в кабине экипажа при полётах с применением ОНВ ночью в простых и сложных метеоусловиях.

Для предъявления на экране монитора знаковой информации разработана программа «Резервы». В качестве алфавита используется геометрический ряд из трех фигур различных цветов на черном фоне. В разработанной программе реализована возможность шести различных задач предъявления информации:

программа 1 (круг - разный цвет);

программа 2 (квадрат - разный цвет);

программа 3 (треугольник - разный цвет);

программа 4 (желтый - разные фигуры);

программа 5 (зеленый - разные фигуры);

программа 6 (красный - разные фигуры).

Пульт управления предназначен для реализации управляющих действий лётчика (реакции выбора) на информацию, отображаемую на жидкокристаллическом мониторе. На корпусе пульта расположены три кнопки. Каждая кнопка служит для выключения сигналов определенного цвета (программы №1, №2, №3) или для выключения сигналов в виде определенных геометрических фигур (программы №4, №5, №6). В случае, когда осуществляется работа по программам №1, №2 и №3 при нажатии кнопки, соответствующей цвету индицируемого символа, производится его отключение, после чего по случайному закону и в случайном месте на экране индикатора отображается очередной символ и т.д. В том случае, когда осуществляется работа по программам №4, №5 и №6 при нажатии кнопки, соответствующей геометрической фигуре символа, производится его отключение, после чего по случайному закону и в случайном месте на экране индикатора отображается очередной символ и т.д.

Нажатие кнопки на пульте управления дает сигнал в планшетный компьютер на фиксацию времени реакции летчика и правильность выбора кнопки – на основании этих величин рассчитывается оценка резервов внимания.

Структурная схема взаимодействия лётчика с комплексом технических средств «РВЛ-В» при выполнении полетов с применением ОНВ представлена на рис. 2.

Рисунок 2 - Структурная схема взаимодействия лётчика с комплексом технических средств «РВЛ-В»

Применяя ОНВ, летчик может наблюдать за внекабинным пространством в поле зрения очков только в секторе размером около 40 угловых градусов. В отличие от дневных условий, в тёмное время суток отсутствует боковое зрение, так как лётчик невооруженным глазом практически ничего не видит. Поэтому в зависимости от условий полёта (высота, скорость, метеорологическая дальность видимости, влажность воздуха и прозрачность атмосферы, естественная ночная освещённость, рельеф местности, характер подстилающей поверхности и др.) изменяется характер распределения внимания лётчика между визуальным и приборным пилотированием. Показания приборов лётчик считывает с циферблатов или мониторов, переводя взгляд мимо окуляров ОНВ.

Необходимость считывания приборной информации мимо окуляров ОНВ, требует от лётчика отвлечения внимания от наблюдения за внекабинным пространством, а при проведении экспериментов по оценке внимания ещё и дополнительного переноса взгляда на монитор из состава КТС «РВЛ-В». Поэтому установка монитора в кабине экипажа не должна ухудшать обзор внекабинного пространства, а сам монитор не должен ухудшать световой климат в кабине экипажа и быть адаптированным для полетов с ОНВ.

Возможность изменения яркости и контрастности между предъявляемой знакографической информации и фоном, на жидкокристаллическом экране из состава КТС «РВЛ-В», а также адаптация монитора с учетом спектрального состава внутрикабинного освещения к полетам с ОНВ, позволила обеспечить оптимальный световой климат в кабине экипажа при полетах ночью и с ОНВ. А выбранное нами расположение жидкокристаллического монитора из комплекта КТС «РВЛ-В» (рис.3) с разворотом его на 30° к направлению взгляда летчика, позволило обеспечить расстояние, не превышающее 800 мм от глаз летчика, находящегося в основной рабочей позе, до лицевой части жидкокристаллического монитора. Помимо этого это расположение обеспечило угол между плоскостью жидкокристаллического монитора и направлением взгляда летчика близкое к оптимальному значению (угол приблизительно равен 90°), а расположение монитора на переплете кабины, позволило вынести его из операционного поля зрения летчика, и обеспечило беспрепятственный обзор внекабинного пространства.

Рисунок 3 - Вид и размещение жидкокристаллического монитора из состава КТС «РВЛ-В» в кабине вертолета Ми-28НМ

Эксперименты производились на базе Государственного летно-испытательного центра им. В.П.Чкалова ночью в простых метеоусловиях при метеорологической дальности видимости не менее 10 км, влажности воздуха от 30% до 60%, температуре наружного воздуха от плюс 21°С до плюс 32°С и уровне естественной ночной освещенности от 1 до 5×10-3лк.

В процессе проведения экспериментов производились полеты с целью:

качественной оценки возможности и безопасности выполнения руления, взлета, висения, разворотов на висении, перемещений, горизонтального полета, виражей, выполнения заходов на посадку и посадки на оборудованные и необорудованные площадки ночью с установленным комплексом технических средств «РВЛ-В» и применением ОНВ.

проверки функционирования системы «Летчик - КТС «РВЛ-В» - Вертолет» в полете.

оценки возможности и безопасности выполнения полетов на вертолете Ми-28Н с вновь установленным КТС «РВЛ-В».

Разработанный комплекс КТС «РВЛ-В» положительно оценен летно-испытательным составом, а эксперименты показали что:

в условиях равнинной местности при естественной ночной освещенности не менее 5×10-3лк, выполнение: руления, взлета, висения, разворотов и перемещений на висении, горизонтального полета, виражей и разворотов, захода на посадку и посадки на аэродром и оборудованные площадки вне аэродрома, с применением очков ночного видения ГЕО ОНВ-1-01М, возможно и безопасно;

функционирования системы «Летчик-КТС «РВЛ-В» - Вертолет» в полете обеспечивается и не накладывает ограничений на безопасность выполнения полета;

представленная адаптация КТС «РВЛ-В», позволяет выполнять полеты днем и ночью, как с применением очков ночного видения ГЕО ОНВ-1-01М, так и без них.

Полученные результаты экспериментов показали, что применение КТС «РВЛ-В» позволяет использовать его для количественного оценивания качества и результативности психофизиологической подготовленности летчика вертолета к пилотированию вертолета с применением очков ночного видения, и позволяет сопоставлять результативность, представленную в компетентном формате, с квалификационными требованиями работодателей и стандартами, определяющими требования к качеству профессиональной подготовки.