Тоннель в небе: как маёвский прогнозный дисплей поможет летать на сверхзвуке

В России в рамках Научного центра мирового уровня «Сверхзвук» ведутся работы по созданию сверхзвукового пассажирского самолёта нового поколения. В нём будет применено множество инновационных цифровых решений: вплоть до того, что остекление кабины заменят камерами и дисплеями. Повысить безопасность пилотирования такого самолёта поможет специальный прогнозный дисплей, разработанный в Московском авиационном институте. Об особенностях разработки рассказал один из участников проекта, старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории «Пилотажные стенды и система «самолёт-лётчик» МАИ Михаил Тяглик.

Управление современным самолетом требует от пилота навыка и концентрации внимания. В воздухе почти нет визуальных ориентиров, вроде разметки на дороге, а ориентация в трёхмерном пространстве считается сложной задачей для большинства людей.

— Во время поездки в машине мы управляем ею лишь в одной плоскости, влево-вправо и вперёд-назад. В самолёте же пилоту приходится следить за тремя координатами, тремя углами и скоростью одновременно, при этом дороги никакой нет. Представьте, что вы едете на машине с нулевой видимостью, в густом тумане, и для правильного выбора направления необходимо совместить две планки на приборной доске. Очевидно, это сложно, но лётчики сейчас находятся именно в таких условиях, — рассказывает Михаил Тяглик.

Современные приборы в кабине относятся к компенсаторному типу: показывают отклонение от желаемой траектории по высоте и по боковой координате. При полёте по таким приборам человеку не помогают интуиция и врожденный навык ориентации в пространстве, и потому пилот вынужден прикладывать специальные усилия.

— Мы предлагаем другую концепцию: нарисовать тоннель в небе, относительно которого бы пилот видел свое положение в пространстве, а также отобразить траекторию самолёта на несколько секунд вперед, — поясняет Михаил Тяглик.

Прогнозный дисплей, построенный по технологии дополненной реальности, показывает лётчику и заданную траекторию самолёта, и прогноз его движения, наложенные на изображение закабинной обстановки. Проведённые исследования показали, что это существенно упрощает задачу пилотирования, в разы увеличивает точность отслеживания заданной траектории движения при одновременном уменьшении загрузки лётчика, что многократно повышает безопасность пилотирования в простых и сложных метеоусловиях, а также при воздействии интенсивной атмосферной турбулентности.

Прогнозный дисплей может быть реализован по-разному. На существующих сейчас самолётах эту информацию можно отображать на индикаторе на лобовом стекле (ИЛС). Ранее специалисты МАИ совместно с РСК «МиГ» создали нашлемные системы индикации для самолетов МиГ-35 и Миг-29К, благодаря которым прогнозный дисплей отображается прямо на визоре пилота. Это упрощает множество задач, особенно посадку на авианосец и обычный аэродром, а также маловысотный полёт и дозаправку в полёте. В данный момент нашлемная индикация прогнозного дисплея активно внедряется РСК «МиГ».

Теперь перед специалистами МАИ стоит задача адаптировать прогнозный дисплей для сверхзвукового пассажирского самолёта нового поколения. Подобная система будет особенно нужна в связи с тем, что пилот этого самолёта не сможет видеть обстановку снаружи своими глазами.

— У нового сверхзвукового самолёта вообще не будет остекления, а вся закабинная обстановка будет передаваться другими способами. В первую очередь, там будут стоять камеры и мониторы, благодаря которым лётчик увидит обстановку снаружи. Кроме того, при посадке, если известны координаты самолёта и аэродрома, компьютер будет рисовать положение аэродрома на земле, и мы предлагаем дополнить это изображение нашей системой, то есть отображать «коридор», показывающий заданную траекторию и прогноз движения самолёта на несколько секунд вперёд, — говорит Михаил Тяглик.

Установка камер вместо фонаря позволит избежать недостатков сверхзвуковых пассажирских самолётов предыдущего поколения.

— Такие самолёты заходят на посадку на очень больших углах атаки, и потому пилот не видит поверхность земли. Поэтому на самолётах «Конкорд» и Ту-144 носовая часть опускалась вниз, чтобы обеспечить лётчику визуальный контакт с земной поверхностью. Подобная конструкция очень сложна и много весит, и сегодня, в эпоху цифровых технологий, от неё можно отказаться. Поэтому изображение предлагается передавать пилоту с помощью камер, технологии синтетического видения, позволяющей смотреть как бы сквозь корпус самолёта и всегда видеть, куда самолёт сядет. То есть, смотреть можно будет не только туда, куда обычно позволяло остекление, но и вертикально вниз, — рассказывает Михаил Тяглик.

От остекления решено отказаться не только потому, что оно бесполезно при посадке и не нужно при полёте по маршруту. Лобовые стекла при сверхзвуковом полёте сильно нагреваются, и преодоление связанных с этим проблем дополнительно усложняет конструкцию. Кроме того, замена фонаря на экраны позволяет размещать экипаж в любой части самолёта, не только в носу. Поскольку нос самолёта будет удлинённым, сидящие в нём люди испытывали бы более значительные перегрузки, чем расположенные вблизи центра масс, и потому возможность переноса кресел в другое место важна для повышения комфорта экипажа.

За надёжность системы, по мнению конструктора, переживать не стоит. В настоящий момент системы цифрового отображения информации хорошо отработаны, в частности, в кабинах современных самолётов устанавливают цифровые, а не аналоговые приборы. Поэтому, считает Тяглик, за счёт многократного резервирования всех элементов системы надёжность виртуального остекления не ниже обычного.

Научно-исследовательские работы по адаптации прогнозного дисплея для сверхзвукового самолёта планируется завершить к 2025 году.

Идею прогнозного дисплея прокомментировал один из бывших пилотов «Аэрофлота», летавший на многих отечественных и импортных самолётах в течение десятков лет.

— Эта система, наверное, будет весьма полезна. Видеть перед глазами воздушный коридор, прогноз траектории — это и правда гораздо проще и удобнее, чем пользоваться традиционными пилотажными приборами или просто смотреть глазами, — сказал он.

Однако бывший пилот отрицательно отнесся к возможным последствиям массового внедрения таких систем. По его мнению, хорошо отлаженная автоматика действительно позволяет не задумываться, но на практике приводит к деквалификации пилотов. Это, в свою очередь, может сыграть роль при отказе автоматики или другой нештатной ситуации.

Увидеть, как работает прогнозный дисплей, можно в сюжете передачи «Утро России» телеканала «Россия 1».