4. Летчик в боевом полете
4. Летчик в боевом полете
Каждый боевой полет насыщен сложными элементами и включает несколько этапов, в процессе выполнения которых действия летчика (экипажа) имеют свои особенности и отличаются по содержанию. Так, истребитель ведет поиск цели, маневрирует для занятия выгодной позиции, сближается с противником, ведет маневренный ближний бой, выходит из боя под защиту своей ПВО. Бомбардировщик вынужден преодолевать зоны обнаружения, сопровождения, огня средств ПВО противника, выполнять различные маневры, применять оружие по цели, выходить из атаки, совершать нелегкий обратный путь. Не менее насыщены и сложны полеты на боевые задания самолетов-разведчиков, штурмовиков, истребителей-бомбардировщиков.
Учитывая опыт прошедших войн и вооруженных конфликтов, западные специалисты определили следующие основные тенденции, характеризующие количественные и качественные стороны деятельности летчика в боевом полете: рост числа операций с органами управления самолетом и оружием; снижение работоспособности на наиболее сложных этапах полета; увеличение потока информации, подлежащей обработке (анализу); сокращение времени на принятие решений.
Рост числа операций с органами управления самолетом и оружием обусловлен увеличением количества и повышением сложности бортовых систем и оружия. Для контроля за их работой и управления самолетом, двигателем и оружием в кабину самолета выведены многочисленные приборы, выключатели, кнопки, рычаги и другие органы. «Перенасыщение» кабины современного самолета чрезвычайно затрудняет работу летчика в полете. На самых напряженных его этапах он не может снять руки с ручек управления самолетом и двигателем. Поэтому в последние годы именно на этих ручках начали сосредоточивать многочисленные управляющие устройства систем, требующих постоянного контроля и вмешательства летчика.
Так, на американском истребителе F-15 на ручке управления самолетом имеется пять кнопок и переключателей, а на рукоятках управления двигателями (РУД) расположено еще семь кнопок. При ведении воздушного боя летчик этого самолета с момента обнаружения цели до пуска ракет был вынужден производить до 20 операций с органами управления. При этом он не мог отвлекаться от слежения за целью на экране бортовой РЛС и на индикаторе отображения информации на фоне лобового стекла.
Учитывая это, зарубежные специалисты работают над совершенствованием компоновки кабины самолета и стремятся максимально автоматизировать управление им и его бортовым оружием.
Все кабинное пространство разделено на три основные сферы. В первой летчик осуществляет контроль за работой и состоянием бортовых систем, во второй и третьей анализирует обстановку в горизонтальной и вертикальной плоскостях (ориентировка и контроль пути по движущейся карте местности, счисление текущего местоположения самолета, обнаружение, опознавание и сопровождение воздушных целей, определение степени угрозы, прицеливание и т. д.). Главными отображающими устройствами являются три индикатора на электронно-лучевых трубках, управляемые двумя бортовыми цифровыми ЭВМ. По периметру каждого индикатора расположены 20 кнопок, которые вместе с программирующим комплексом заменяют более десяти отдельных пультов управления, ранее устанавливаемых на самолетах.
Концентрация органов управления на передней панели дает возможность летчику атаковать цель (воздушную или наземную), не отвлекая внимания на кабину самолета. Однако на некоторых ответственных этапах, связанных с созданием больших перегрузок и с необходимостью проявления быстрой реакции, у летчиков, как отмечает зарубежная печать, все еще «не хватает рук». Поэтому в настоящее время в США и других странах — членах НАТО ведутся работы но созданию устройств, позволяющих управлять бортовыми системами самолета с помощью голоса.
Одна из систем испытывалась на американском истребителе F-16 по программе AFTI. У каждого летчика, участвовавшего в эксперименте, имелась кассета с записью свойственного только ему произношения командных слов. Образцы голосовых команд вводились в память ЭВМ. После подачи команды летчиком процессор обработки голоса сверял ее с записанным ранее эталоном и в случае идентичности исполнял «приказ».
Программа испытаний начиналась с контрольных проверок на центрифуге, перегрузка на которой постепенно увеличивалась. При этом отмечалось, что надежность системы снижалась со 100 % в спокойной обстановке до 0 при перегрузке свыше 5, когда летчики вообще не могли говорить. В промежуточных условиях как на центрифуге, так и при полете на самолете F-16 опознавание голоса проходило успешно в 90 % случаев.
Почти одновременно начались летные испытания подобной системы в ВВС Франции на самолете «Мираж-3R». Два летчика-истребителя совершили 40 полетов, создавая в них перегрузки до 5 в диапазоне скоростей от минимальной до М=1,5. Кроме командного режима связь экипажа с системой осуществлялась также в виде диалога. Летчики запрашивали данные о высоте, скорости, перегрузке, курсе, угле атаки, крене, остатке топлива, на что получали ответ синтезированным голосом. Последнее, по мнению западных специалистов, может привести к дальнейшему сокращению числа приборов в кабине самолета. Надежность французской системы также была близка к 90 %.
Подобные устройства планируется использовать прежде всего на одноместных самолетах во время полета в сложных условиях, при подготовке и выполнении атаки, когда летчик не может бросать рукояток управления и ведет поиск (слежение за целью) с помощью индикатора отображения информации на фоне лобового стекла.
Снижение работоспособности экипажа на наиболее сложных этапах полета. Напряжение (физиологическое и психологическое) экипажа самолета по мере усложнения условий полета растет. Опыт показал, что наиболее ответственными и насыщенными этапами для ударного самолета являются преодоление ПВО и атака наземной цели, а для истребителя — ближний маневренный воздушный бой.
Как отмечалось, наиболее распространенным способом преодоления системы ПВО противника является полет на предельно малой высоте с огибанием рельефа местности. Ему отдавали предпочтение и американские, и израильские истребители-бомбардировщики в локальных войнах во Вьетнаме и на Ближнем Востоке. Зарубежная печать сообщала, что полет с большой скоростью на малых высотах вызывал большую нагрузку на летчика. Ему было нужно одновременно пилотировать самолет, управлять его бортовыми системами, осуществлять навигацию, производить поиск цели и следить за действиями противника. Учитывая характер европейских ТВД, западные специалисты пришли к выводу, что боевые полеты самолетов тактической авиации будут также выполняться в основном на малых высотах (менее 300 м) при скоростях М = 0,5–1,2.
После того как во время боевых действий в Индокитае американские летчики прочувствовали все трудности маловысотного полета, в США были проведены летные испытания для определения некоторых количественных характеристик. Так, было установлено, что максимальная продолжительность полета с огибанием рельефа при визуальном контроле летчика за расстоянием до земли равна примерно 20 мин. В дальнейшем внимание его рассеивалось, реакция притуплялась, и он был вынужден переводить самолет на среднюю высоту. В результате проведенных в США исследований был разработан график (рис. 17) степени утомляемости летчика в зависимости от высоты и скорости полета в турбулентной атмосфере.
Как следует из графика, большое влияние на работоспособность летчика оказывает изменение не только высоты, но и скорости полета. Утомляемость наступает быстрее на малых скоростях (до М = 0,4), далее следует диапазон скоростей (М = 0,5–0,6), при полете на которых утомляемость минимальна, а затем физические нагрузки вновь увеличиваются и на сверхзвуковых скоростях переходят в трудно переносимые. Поэтому глубокие рейды с огибанием рельефа при преодолении ПВО совершались только на дозвуковой скорости, хотя техника рассчитывалась на большие нагрузки. Возможности самолета, таким образом, вступили в противоречие с возможностями летчика.
Рис. 17. Степень утомляемости летчика в зависимости от высоты и скорости полета:
1 — небольшие перегрузки; 2 — заметные приемлемые перегрузки; 3 — большие перегрузки
Как сообщала иностранная печать, с 1962 до 1976 г. (к концу этого периода на вооружение ВВС стран НАТО стали поступать боевые реактивные самолеты третьего поколения) по вине летного состава произошло 47,2 % летных происшествий от их общего числа. При этом почти четвертая часть из них (более 11 %) случилась при столкновении самолетов с землей на участках маршрутов полета с огибанием рельефа местности. Характерно, что в 1962–1969 гг. этот показатель был равным 11,0 %, а в 1970–1976 гг. стал 11,4 %, то есть тенденции к снижению аварийности по этой причине не наблюдалось. Западные специалисты отмечают, что, несмотря на совершенствование навигационного и пилотажного оборудования, автоматизацию систем управления полетом, человек не стал ошибаться меньше. Получив облегчение в одних сферах своей деятельности в боевом полете, он стал более загружен в других. Поэтому итог остался прежним, и земная поверхность представляет для летчика не меньшую опасность, чем огонь средств ПВО, от которого он пытается уклониться за счет снижения на предельно малую высоту.
В районе цели самолет обычно набирал высоту, но обстановка все более усложнялась, и напряжение летчика возрастало. Приходилось рассредоточиваться по трем направлениям: осуществлять поиск цели, преодолевать ПВО объекта удара и строить маневр для его атаки. Как следствие, число летных происшествий на этом этапе боевого полета было даже выше, чем при полете по маршруту на малых высотах. По данным зарубежной печати, в 1962–1969 гг. они составляли 14 %, а в 1970–1976 гг. — 12,3 % всех аварий, случившихся по вине личного состава. Едва заметную тенденцию к снижению в данном случае западные специалисты объясняют автоматизацией процессов поиска и атаки.
Точность прицеливания с самолетов «Фантом» существенно зависела от дальности обнаружения цели и величины угла доворота на нее при наложении прицельной метки. На дальностях обнаружения больше 3–4 км доворот практически не отражался на точности слежения, а на 1,5 км и меньше ошибки в пилотировании зачастую приводили к срыву атаки. Введение режима индикации непрерывно вычисляемой точки падения бомбы обеспечило экипажам самолетов удовлетворительные условия работы благодаря сокращению продолжительности времени сопровождения цели.
Исследуя результаты летных испытаний, зарубежные специалисты приходят к выводу, что при таком способе прицеливания летчик мог преследовать и атаковать подвижную наземную цель, выполняя полет на параллельном курсе или находясь над ней, маневрируя в любой плоскости, но в ограниченных пределах. В этом случае ему можно было отказаться от старого способа наводки оружия наложением вектора скорости на цель. Сближение с целью и противозенитный маневр сливались в единый процесс. Кроме возможности уклонения от зенитного огня общее время пребывания над объектом удара было в два-три раза меньше (на соревнованиях подразделений ВВС стран НАТО самолет, находящийся более 30 с в зоне прицельного огня зенитной артиллерии, считается «сбитым»), а исключение устойчивых (прямолинейных) участков полета значительно затрудняло ведение по самолету прицельного зенитного огня с земли.
Рис. 18. Области средних значений скорости и перегрузки на различных этапах ближнего воздушного боя
Летчик-истребитель, как подчеркивала зарубежная печать, испытывает наибольшее напряжение в ближнем воздушном бою. К факторам психологического характера добавляются физические вследствие создания перегрузок при энергичном маневрировании. Выполнение маневра с наибольшей угловой скоростью установившегося разворота (при М = 0,8) приводит к созданию перегрузок, равных 4–5. При кратковременных форсированных разворотах, часто используемых в бою, они достигают 8–9, то есть предела физических возможностей человека.
На рис. 18 показаны области средних значений скорости и перегрузки, полученных иностранными специалистами в результате изучения опыта воздушных боев и моделирования различных его этапов, в частности на этапах преследования (сближения), маневрирования в бою и выхода из него. Кроме того, на графике обозначен рубеж, далее которого точная стрельба невозможна, так как все «запасы» вращательного движения уже исчерпаны, и летчик не может заставить самолет быстрее лететь по кривой, чтобы вынести точку прицеливания вперед цели (взять угол упреждения).
По сведениям западной печати, для того чтобы обеспечить более надежное поражение воздушного противника, за рубежом ведутся исследования по использованию способа «плоского» доворота самолета на цель без участия летчика, то есть с помощью автоматизированных систем управления. Так, в США по программе AFTI на экспериментальном самолете F-16 блок информации включает нашлемную систему целеуказания, индикатор отображения данных на фоне лобового стекла, РЛС APG-66 и ИК-систему переднего обзора.
Нашлемная система целеуказания устанавливает линию визирования по направлению взгляда летчика. Задача последнего сводится к совмещению (маневром самолета) миниатюрного перекрестия, расположенного перед его глазами на прозрачном щитке, с целью. На конце каждой нити перекрестия имеется лампа, указывающая направление разворота. Как только линия визирования накладывается на цель, загораются все четыре лампы, РЛС «захватывает» цель и начинает сопровождать ее автоматически. Летчик контролирует обстановку и по индикатору отображения данных на фоне лобового стекла (его поле зрения 15?20°), куда выводится опорная информация о полете самолета (высота, скорость, курс, скорость сближения, перегрузка), а также о готовности оружия. Ошибка прицеливания, то есть разница между направлением на цель и линией наводки бортового оружия, передается в бортовую ЭВМ. Последняя немедленно приводит в действие управляющие поверхности истребителя для выполнения пространственного маневра, компенсирующего эти ошибки.
На самолете F-16 AFTI, как отмечалось, имеются дополнительные управляемые поверхности, которые обеспечивают режимы полета с шестью степенями свободы. Самолет в воздушном бою может выполнять так называемые нестандартные маневры — изменение угла атаки, «плоский» доворот по азимуту, плоскопараллельное смещение. Это позволяет удерживать цель в перекрестии или выносить линию визирования на необходимый угол упреждения. Нестандартные маневры с изменением пространственного положения фюзеляжа самолета экономят время на прицеливание ц ведение стрельбы. Однако, как отмечает зарубежная печать, они трудно переносятся летчиком. При резких «плоских» доворотах он кратковременно отключается от активного контроля за обстановкой.
Зарубежные военные специалисты считают, что новые системы освобождают летчика от выполнения точных операций по наводке оружия и прицеливания, обеспечивают нестандартное маневрирование при атаке цели, но не снижают испытываемых перегрузок, которые «отключают» реакцию и мышление.
Увеличение потока информации, подлежащей обработке (анализу). Как отмечает зарубежная печать, в боевом полете летчик современного самолета постоянно воспринимает и обрабатывает поток осведомительной и командной информации. Кроме того, он реагирует на сигналы предупреждения и оповещения об опасности, выполняет команды и распоряжения, поступающие по радио. Обстоятельства нередко требуют немедленно, одновременно и правильно реагировать на несколько видов поступающих сведений. Зрение и слух летчика уже перегружены восприятием различных световых и звуковых сигналов, поэтому за рубежом ведутся работы по двум основным направлениям: замена человека устройствами, самостоятельно реагирующими на поступающую информацию; упорядочение (комплексирование) информации, придание ей лучшей наглядности и запоминающих свойств.
Наиболее важная область применения электроннолучевых трубок связана с отображением прицельно-пилотажной информации, а также с индикаторами обстановки в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Комплексирование системы отображения информации на фоне лобового стекла с бортовой РЛС позволило объединить процесс идентификации цели и ее атаки. В частности, после обнаружения цели ее искусственная метка выводится на индикатор системы и летчик больше не следит за экраном на приборной доске. Одновременно на индикаторе воспроизводятся навигационные и прицельные данные, что значительно упрощает пространственную ориентировку и наблюдение за обстановкой.
Нажимая в зависимости от этапа, режима полета, а также от сложившейся ситуации кнопки на периферии индикатора, летчик ведет диалог с машиной на основании воспроизводимой на экране информации. По мнению иностранных специалистов, для приобретения необходимых навыков такого диалога требуется довольно длительное обучение летчика на специальных тренажерах. Поэтому в современные системы управления вводится предварительное программирование стандартных операций, трехстрелочные индикаторы (например, высотомер) заменяются цифровыми, разрабатываются многофункциональные экраны и т. д. Журнал «Флайт» отмечал, что традиционные приборы будут вскоре использоваться только в качестве резервных, а к 90-м годам их полностью заменят многофункциональные электронные индикаторы с высокой степенью надежности и большим объемом концентрированной информации, основу которых составят цветные электронно-лучевые трубки.
В процессе боя летчик последовательно принимает решения, сообразуясь с обстановкой. По сообщениям зарубежной печати, опыт воздушных боев с участием сверхзвуковых истребителей показал, что обстановка в ходе боя стала меняться резче и в неожиданных направлениях. Воздушный противник угрожает атакой со значительно большей дальности, появляется внезапно и немедленно применяет оружие.
С учетом этого в программах подготовки к воздушному бою летчиков ВВС стран НАТО в настоящее время предусмотрена отработка типовых оборонительных приемов, которые должны выполняться автоматически в ответ на внезапное появление противника в угрожаемом положении. Главное место отводится здесь рефлексу, то есть двигательные процессы должны опережать умственные или совмещаться с ними по времени.
Однако иностранные эксперты считают, что реализовать план боя или добиться успеха в нем, надеясь только на рефлексы, нельзя. Назрела необходимость «привлекать» бортовые вычислительные машины для сокращения круга логических задач, решаемых летчиком. Помощь летчику могут оказать системы искусственного интеллекта, которым под силу справиться с оценкой большого количества сложных ситуаций в боевой обстановке. По сравнению с вычислительными устройствами они должны быть более гибкими и иметь дело с элементами неопределенности, неоднозначности и неточности, обладать способностью сначала определять наиболее важные аспекты задачи, а затем привлекать к их решению вычислительные ресурсы. Одной из главных особенностей искусственного интеллекта специалисты за рубежом считают его «поисковый характер», при котором учитываются все возможные варианты решений. В этом случае происходит не вычисление, а выбор оптимального решения на основе применения эвристических методов.
