С использованием лазерной посадочной системы «Глиссада»
Анализируя психофизиологическую сторону результатов научно-технической революции в авиации, касающихся средств посадки, систем отображения информации и управления ЛА, можно утверждать, что уровень их технического совершенства существенно возрос, а уровень сложности деятельности летчика при выполнении захода на посадку остается еще достаточно высоким. Специалисты в области авиационной психологии доказали, что одним из ведущих направлений, обеспечивающих оптимизацию условий деятельности летчика на посадке, является техническое решение проблемы визуализации полета [13].
Под термином «визуализация полета» понимается представление информации о пространственном положении самолета в естественной, привычной для летчика форме. Практически необходимо создать такую картину перед глазами летчика при отсутствии видимости земли, которая была бы сходна с окружающим самолет миром в реальном полете. Основное преимущество визуализации полета состоит в том, что такая информация не требует декодирования, в то время как любой вид индикации ‘предполагает опе —
радию декодирования, т. е. требует преобразования сигналов-символов в представление реальной обстановки, что само по себе является одним из труднейших умственных действий. .
За рубежом интенсивно разрабатываются и уже используются визуальные индикаторы угла наклона глиссады [10, 17].
В одной из таких систем VASI применяются огни красного и белого цвета, установленные таким образом, что при нахождении самолета на заданной глиссаде планирования летчик видит смешанный розовый цвет огней, а при отклонениях самолета от глиссады (вверх или вниз) — соответственно только огни белого или красного цвета.
В системе PAPI используются четыре группы красных и белых огней, установленных под углами, слегка отличающимися друг от друга, благодаря чему летчик самолета, снижающегося точно по глиссаде, видит в каждой группе определенное количество красных и белых огней. При отклонениях самолета от заданной глиссады летчик видит разное количество красных и белых огней, что позволяет ему определять положение самолета относительно глиссады с — точностью до 2 м.
Еще одна система визуальной индикации глиссады снижения PLASI основана на использовании пульсирующих источников света красного и белого цвета. Постоянный белый свет виден летчику, когда самолет движется точно по заданной глиссаде, пульсирующий красный — при нахождении самолета выше глиссады, пульсирующий белый — ниже глиссады. При этом частота пульсаций увеличивается с увеличением отклонения самолета, уменьшается по мере его приближения к заданной глиссаде.
К средствам визуальной индикации посадочной траектории относится и разработанная в нашей стране лазерная система посадки (ЛСП): Система построена на использовании — принципов проективной геометрии и эффекта рассеяния в атмосфере лазерного’ излучения видимого диапазона [4]. В этой системе расчетная посадочная траектория представлена тремя протяженными, видимыми в пространстве линейными ориентирами (лучами), один из которых обозначает курс посадки, два других — глиссаду снижения. Лучи, проецируясь на плоскость перпендикулярно к направлению взгляда летчика, создают определенный посадочный символ,. форма которого однозначно определяет положение самолета на траектории посадки (рис. 10). Лазерная система посадки предназначена для пилотирования самолета на посадочной прямой и — выполнения посадки в сумерках и ночью.
Система состоит из трех групп лазерных источников видимого диапазона: курсоглиссадной, маркерной и посадочной. Курсо — глиссадная группа включает курсовой лазерный маяк с лучом в курсовой плоскости, обозначающим курс посадки, и два глис — садных лазерных маяка с лучами, располагающимися в плоскости планирования и обозначающими глиссаду. В маркерную группу входят два дальних маркерных лазерных маяка, лучи которых обозначают точку пролета ДПРМ, и два ближних маркерных ла-
Левее курса Точно по курсу Правее курсе Рис. 10. Индикация лазерной системы посадки: |
1 — курсовой луч; 2 — гллссадные лучи; 3 — лучи, обозначающие гра-
ницы ВПП
зерных маяка, лучи которых обозначают точку пролета БПРМ. Посадочная группа включает два посадочных лазерных маяка, их лучи обозначают границы взлетно-посадочной полосы.
Безусловно, эффективность использования летчиком ЛСП будет определяться не только ее техническими характеристиками. Внедрение новой инструментальной посадочной системы означает изменение привычной для летчика информационной среды, а следовательно, затрагивает как внешние, так и внутренние (способы восприятия и переработки информации, навыки действий) средства его деятельности. Вот почему возникла необходимость в проведении всестороннего Инженерно-психологического исследования взаимодействия летчика с ЛСП, конечной целью которого было определение места ЛСП в комплексе средств для посадки ЛА.
Исследования были направлены на решение следующих задач:
1) оценку эффективности и изучение структуры деятельности
летчика при заходе на посадку по ЛСП в простых и сложных метеорологических условиях; • ■
2) выявление особенностей пространственной ориентировки летчика при пилотировании по ЛСП;
3) исследование психофизиологических возможностей летчика по завершению посадки в условиях смены способа ориентировки— при внезапных переходах от пилотирования по ЛСП к пилотированию по приборам (в случае отказов ЛСП), а также при переходе с приборного полета на визуальный с использованием ЛСП.
Эксперименты проводились в реальных полетах. Программа исследований предусматривала выполнение, заходов на посадку
ночью по курсоглиссадной системе (СП-50) и ЛСП в нормальных; и услржненных (при отказах ЛСП) условиях. Отказы ЛСП (выключение курсового, глиссадных лазерных маяков или всей системы) имитировались в районе ДПРМ неожиданно для летчика.- Для сравнения надежности оценки пространственного положения7 при пилотировании по ЛСП и приборам использовались следующие методические приемы:
— создание’«сложного положения», условно названного «дезориентацией». Самолет плавно уводился инструктором с заданной: траектории (при этом приборная доска и остекление кабины летчика закрывались шторками). После открытия шторок летчик брал? управление, , оценивал пространственное положение самолета и — возвращал самолет на заданную траекторию;
— имитация полетов в сложных метеоусловиях. С этой целью* использовалась шторка, закрывающая остекление кабины летчика. На высоте 150 м шторка открывалась, и летчики заканчивали заход, используя ЛСП или стандартное светотехническое оборудование аэродрома.
Полеты в реальны^ СМУ выполнялись при метеоусловиях трех; уровней сложности: первый—: нижний край облачности 300 м, горизонтальная видимость 4000 м; второй — 200×2000 м; третий — 100ХІ000 м. Реальные метеоусловия колебались в пределах (60-— — Р100) Х (1000-7-1500) м. При выполнении заходов в СМУ летчик: после выхода из облаков должен был сообщить: «Огни подхода (луч ЛСП) вижу». Величины дальности и высоты в момент доклада являлись определяющими для реального минимума погоды.. Оценив обстановку, летчик должен был сообщить: «Заход посадочный», если посадка возможна в зоне точного приземления; «Заход, с отклонениями», если посадка возможна вне зоны точного приземления; «Пролет», если посадка невозможна. Уход на второй круг выполнялся на высоте 50 м.
Для сравнительной оценки загруженности летчика при пилотировании по СП-50 и ЛСП использовалась дополнительная задача— тест’«Резервы». Тест состоял в выборе заданной цифры из? случайной их совокупности на экране индикатора. В процессе захода летчику в случайном порядке предъявляли цифры от 0 до — 9, на заданную цифру он должен был реагировать нажатием кнопки на штурвале.
Для регистрации параметров деятельности и состояния летчика использовались осциллограф К-20-21, элекгроэнцефалограф,, магнитные накопители, киносъемочная аппаратура, магнитофон.. Все виды регистрации осуществлялись синхронно благодаря единой отметке времени. После полета с летчиками проводилась беседа и они заполняли йнкету-опросник.
В качестве основных критериев оценки эффективности взаимодействия с ЛСП использовались:
— показатели качества пилотирования (отклонения от равно — сигнальных зон курсового и глиссадного радиомаяков, высота пролета контрольных точек— ДПРМ, БПРМ);
— показатели структуры сбора информации (относительное время контроля приборов и внекабинного пространства; средняя. длительность фиксаций и дискретность контроля пилотажных приборов) ;
— временные характеристики (среднее время отвлечения’внимания летчика от процесса пилотирования при работе с тестом «Резервы»; латентное время от момента ввода «сложного положения» до первого управляющего движения, время от момента ввода «сложного положения» до возвращения самолета на заданную траекторию) ;
■— физиологические показатели (частота сердечных сокращений, уд./мин;,величина средней амплитуды электромиограммы сгибателей кисти и пальцев правой руки, мкВ);
Таблица 3.8
Качество выдерживания высоты при пролете БПРМ
|
Рис. 11. Функции распределения отклонении от равносигнальной зоны курсового маяка при пролете ДПРМ |
— субъективные мнения летчиков (по материалам анкетного опроса и радиоинтервью).
Рассмотрим некоторые харатеристики качества действий летчиков. Как видно из табл. 3.8, и рис. 11, точность выдерживания посадочной траектории при пилотировании по ЛСҐІ была выше, чем по СП-50. В частности, при пилотировании по СП-50 в 3 .раза большим было число случаев предельно допустимых отклонений по высоте пролета БПРМ (как правило, в сторону понижения).
Анализ данных о структуре сбора информации показал, что в полете по ДСП подавляющую часть времени (95—97%) летчики уделяли восприятию информации из внекабинного пространства, практически не обращаясь к приборам (табл. 3.9). Имели место лишь отдельные фиксации взгляда, чаще всего на высотомере и указателе скорости.
При пилотировании по СП-50 даже в простых метеоусловиях, как показывают материалы табл. 3.9, летчику недостаточно качественной информации о положении самолета, которую он получает из внекабинного пространства (уделяя ему 35—55% времени на участке от ДПРМ до БПРМ). Следовательно, ночной полет при пилотировании по СП-50 (в отличие от полета с использованием ДСП) не является чисто визуальным, а связан с попеременной сменой’способов ориентировки (непосредственной по визуальным
Таблица 3.9 Относительная продолжительность ( %) контроля приборов и внекабинного пространства при заходе на посадку
|
ориентирам и опосредствованной по показаниям приборов). К тому лее при пилотировании по курсоглиссадной системе летчик не может управлять только по планкам пололгения. Ему необходимо использовать еще информацию о курсе или курсовом угле радиостанции, чтобы ясно представлять полол^ение самолета относительно оси ВПП, а также контролировать вертикальную скорость снижения (по вариометру) или угол тангажа (по авиагоризонту), поскольку глиссадная планка положения не дает информации о положении самолета по углу тангалга и поэтому не позволяет прогнозировать движение самолета в вертикальной плоскости. Визуальный же контроль режима снижения на глиссаде при полетах ночью недостаточно эффективен.
В отличие от пилотирования по курсоглиссадной системе использование ДСП позволяет летчику контролировать положение
само чета на глиссаде снижения (до высоты выравнивания) только по лучевому символу, прогнозировать возможные изменения положения самолета и режима полета, что и обеспечивает повышение точности управления.
Как известно, задача управления самолетом не исчерпывает содержания процесса пилотирования. Второй его составляющей является пространственная ориентировка. При выполнении захода на посадку ночью ориентировка в пространстве требует как восприятия естественной информации, так и активной оценки инструментальной информации о положении и характере перемещения самолета относительно поверхности земли и других внекабинных ориентиров, т. е. осознанного формирования образа пространственного положения. В связи с этим возникают затруднения в выдерживании заданных значений параметров полета, поскольку летчик не всегда может отреагировать на все необходимые для точного управления сигналы. Раздвоенность процесса восприятия и переработки информации на • два самостоятельных действия — собственно управление и ориентировку в пространстве — определяет психологическую сложность пилотирования. Такое понимание особенностей процесса пилотирования лежит в основе требования к наглядности индикации пространственного положения. Чем нагляднее представляемая летчику картина положения самолета в пространстве, тем легче сформировать образ пространственного
Рис. 12. Функции распределения латентного времени восстановления пространственной ориентировки |
положения. Тем самым обеспечивается и более высокая эффективность действий в процессе пилотирования.
Реализованный в ЛСП наглядный способ индикации пространственного положения позволяет летчику достаточно надежно и эффективно выполнять задачу управления и ориентировку в пространстве. Об этом свидетельствуют характеристики действий летчиков при выводе самолета из «сложных положений». Анализ распределения латентного времени первого движения по выводу самолета. на заданную — траекторию (рис. 12) свидетельствует, что по ЛСП летчики быстрее оценивают свое пространственное положение, чем по приборам. Если при пилотировании по ЛСП в 65% случаев это время не превышало 1 с, то при пилотировании по приборам только в 15% случаев летчики начинали устранять от клонения от посадочной траектории в первую секунду. В подавляющем большинстве случаев (Р=0,95) латентное время первого движения при пилотировании по ЛСП не превышало 2 с,, а по приборам оно в 50% случаев лежит в диапазоне 2—3,5 с. Отмеченные различия не случайны. Оценка пространственного положения но приборам связана с сопоставлением показаний- нескольких приборов. Как показал анализ маршрутов движений глаз летчика, первому движению, как правило, предшествовало сопоставление показаний авиагоризонта, навигационно-планового прибора с информацией, полученной из внекабинного пространства; в 25% случаев, зона ориентировки расширялась за счет включения в нее кроме перечисленных приборов также вариометра и высотомера. Таким образом, оценка пространственного положения по приборам представляет процесс решения, протекающий на речемыслитель — ном уровне. ‘
При пилотировании по ЛСП летчики определяли свое пространственное положение в 85% случаев только по лучевому символу, а в 15% использовали и показания приборов (в основном при отклонениях по крену). Пространственная ориентировка при пилотировании по ЛСП осуществляется, как правило, на сенсорно-перцептивном уровне, при этом не требуется специальной интеллектуальной деятельности. Отсюда и меньшие затраты времени на оценку пространственного положения.
Вывод из сложного положения по ЛСП проходит быстрее, чем по СП-50. Если время восстановления режима по ЛСП не превышало 12 с (рис. 13), то по приборам за 12 с режим удалось восстановить: по глиссаде — в 75% случаев, по курсу — только в 35%. ,
Данные о структуре сбора информации убедительно показывают, что в полетах с использованием ЛСП летчики восстанавливали режим, как правило, не обращаясь к приборам (более 95% времени уделяли восприятию лучевого символа). Точность прохода БПРМ в заходах с вводом «сложных положений» при пилотировании по ЛСП была выше (по сравнению с пилотированием по приборам).
Рис. 13. Функции распределения времени восстановления режима после дезориентации |
Таким образом, при полете ночью в простых метеорологических условиях ЛСП обеспечивает как надежность восстановления пространственной ориентировки после частичной дезориентации, так и более высокую точность пилотирования (по сравнению с управлением в позиционном режиме), а следовательно, и вероятность успешного завершения посадки.
Рассмотрим, в чем же заключается основное преимущество ЛСП по сравнению с другими системами посадки с точки зрения оптимизации условий деятельности летчика. Как отмечалось выше, в ночном полете летчику необходимы специальные умственные действия по формированию представления о пространственном положении. Мысленное построение трехмерной картины положения самолета в пространстве путем декодирования сигналов — символов (показаний приборов), т. е. перевода их в представление реальной обстановки, — сложное умственное действие. При полете по ЛСП система стрелочных приборов’заменяется целостным изображением, что значительно облегчает пространственную Ориентировку. Летчик непосредственно воспринимает трехмерную картину своего положения в пространстве, благодаря этому полет по ЛСП приближается к визуальному полету по своему внутреннему психологическому содержанию. Это, с одной стороны, определяет самостоятельное место ЛСП в комплексе средств для посадки самолетов, а с другой—объясняет, почему ЛСП облегчает деятельность летчика, повышая ее эффективность.
Повышение эффективности кроме высокой точности пилотирования и быстрого восстановления пространственной ориентировки после частичной дезориентации выражается в высвобождении резервов времени, т. е. в возможности на более длительное время отвлекаться от пилотирования без ущерба для его качества. Как видно из рис. 14, резервы времени в полете с использованием ЛСП были больше, чем при заходе на посадку по системе СП-50.
Оценка роли новой посадочной системы в обеспечении безопасности полета предполагала и определение возможности резервирования летчиком ее отказов. Известно, что при отказах посадочных систем и пилотажно-навигационных комплексов наиболее важным является определение причины и смысла случившегося. Именно на распознавание характера отказа и принятие ре-
Рис. 14. Резервы времени при заходе на посадку у летчика с большим (1) и малым (2) опытом полетов по ЛСП |
шения летчик затрачивает большую часть (2/3) времени действий: в аварийной ситуации [14]. При отказах ЛСП отсутствие лучей’ (всех, двух или одного) несет готовое решение для летчика. Во многом благодаря этому эффективность резервирования отказов; была высокой. При всех видах отказов ЛСП летчики успешно завершили заход на посадку.
При отказе курсового лазерного маяка летчики пилотировали в основном по глиссадным лучам, эпизодически контролируя показания приборов (9% общего времени контроля). Точность выдерживания курса посадки при этом была достаточно высокой:’ величина отклонений от курса при пролете БПРМ не превышал а 10 мкА.
При отказе глиссадных маяков летчики до 79% времени уделяли восприятию информации — из внекабинного пространства, а значит, активно пользовались курсовым лучом. Вместе с тем они больше времени —20% (по сравнению с 9% при отказах курсо-
шого лазерного маяка) уделяли контролю показаний приборов, <из них около 15% времени — приборам, дающим информацию «о положении самолета на глиссаде снижения. Эти данные говорят о том, что в ночных условиях визуальный контроль правильности выдерживания глиссады (даже при наличии дополнительного протяженного ориентира — курсового луча) затруднен. Последнее подтверждается и наличием тенденции к. преждевременному снижению (см. табл. 3.8).’
При полном ‘отказе ЛСҐІ переход на позиционное управление •сопровождается снижением точности пилотирования, однако ни в одном из — заходов не потребовался уход на второй круг;
ЛСП может рассматриваться как компонент посадочного) комплекса не только в простых, но и в сложных метеоусловиях. Как •показали результаты экспериментальных полетов, при имитации •сложных метеоусловий ЛСП обеспечивает оптимизацию действий летчика. Если после открытия шторки («выхода из облаков») и перехода на визуальный полет с использованием светотехнического оборудования летчики продолжали активно контролировать показания приборов (каждые 2—3 с), то при переходе на пилотирование по ЛСП они более 80% времени уделяли восприятию информации из внекабинного пространства. При этом длительность фиксаций взгляда вне кабины намного больше, чем при полете с использованием светотехнического оборудования (7,9 и 1,5 с соответственно), а к приборам летчики обращаются реже ж 5—8 раз.
Следовательно, если при пилотировании по СП-50 после перевода на, визуальный полет естественные ориентиры отвечают только на один вопрос — «куда лечу», а необходимая точность управления заставляет летчика снимать количественную информацию ■с приборов, то ЛСП дает летчику информацию не только о пространственном положении, но и для построения управляющих движений. Кроме того, использование ЛСП позволяет исключить (или во всяком случае свести к минимуму) частоту смены способов ориентировки (инструментальной и визуальной). Это обстоятельство является весьма существенным положительным фактором с точки зрения безопасности полета.
Вместе с тем полеты по ЛСП в реальных сложных метеоусловиях показали, что существенное влияние на структуру и эффективность действий летчика оказывает уровень сложности посадочных условий. При первом уровне сложности (300X4000 м) летчики после выхода из облаков устанавливали, надежный зрительный контакт с внекабинными ориентирами (лучами ЛСП или — огнями подхода).
Как видно из табл. ЗЛО, при переходе на пилотирование с использованием светотехнического оборудования (СТО) летчики продолжали контролировать показания приборов, а при наличии ЛСП более 90% времени они уделяли восприятию информации из внекабинного пространства. При этом длительность фиксации взгляда на внекабинных ориентирах намного больше, чем в полете
с использованием СТО (17,1 и 2,0 с соответственно), а к приборам летчики обращались реже в 3—7 раз. ■
Процесс пилотирования при метеоусловиях 200X2000 м характеризовался тем, что в начальный момент выхода из облаков из-за плохой горизонтальной видимости недостаточно четко определялись визуальные внекабинные орйентиры. В этих условиях, наблюдая ЛСП в виде красного размытого пятна, летчики обращались к ней каждые 2—3 с. В полете без ЛСП внекабинным ори-
Та блица 3.10 Структура сбора информации летчиком после выхода из облаков (метеоусловия 300X4000 м)
|
ентирам уделялось 9—10% времени против 43%. При устойчивом визуальном контакте со световыми ориентирами последующее пилотирование было сопряжено с попеременной сменой ориентировки: приборной (60—70% времени) и внекабинной (30—40% времени), тогда как при отчетливой видимости ЛСП (на удалении 2—2,5. км при горизонтальной видимости 2000-м) летчики уделяли ей основное внимание (84—97% времени). Точность выдерживания посадочной траектории при горизонтальной видимости не хуже 2000 м была выше при использовании ЛСП (табл. 3.11). Кроме того, в данных погодных условиях ЛСП способствовала сокращению времени принятия решения на посадку или уход на второй круг (табл. 3.12).
При метеоминимуме 100×1000 м наличие ЛСП не оказало заметного влияния на эффективность и структуру действий летчика в свйзи с недостаточно надежным и поздним ее обнаружением. По этой причине в трех (из 11) заходах на посадку при этих условиях летчики приняли решение на уход на второй круг, так как на высоте 60 м не установили визуального контакта с ЛСП. Как и при использовании штатных средств (приборы и СТО), .характерным был попеременный контроль приборов и внекабин — ных ориентиров после выхода из облаков (табл. 3.13).
Таким образом, при метеоминимумах I—III категории новая визуальная система посадки не имеет преимуществ с позиций обеспечения эффективности действий летчика из-за низкой надежности установления с ней визуального контакта. .
Точность выдерживания посадочной траектории в зависимости
от используемой СОЙ
Отклонение от заданных значений |
|||||
Метеоусловия, м |
Система информации |
‘по курсу |
по глиссаде |
||
м |
а |
м |
а |
||
. 300X4000 |
лсп Приборы и СТО |
14,., 5 25,5 |
17,0 18,5 |
12,5 36,0 |
. 22,5 39,0 |
20.0X2000 |
лсп Приборы и СТО- |
18,5 36 |
22,5 .39,0 |
51,5 105,0 |
48.0 75.0 |
Т а б лиц, а 3.12
Время принятия решения, с
Статистические пока- |
|||
затёдн, |
|||
Метеоусловия, м |
Система информации |
||
м |
а |
||
200X2000 |
лсп |
4,0 |
0,5 |
Приборы и СТО |
7,4 |
.1,7 |
Т а б лиц а, 3,1 Ж |
Относительное время ( %,) контроля приборов и внекабирных ориентиров
после выхода из облаков,
(метеоусловия 1ООХ І 000 м)
Система информации |
Внекабин — ноё пространство |
Авиаго ризонт |
Навига ционно- плановый прибор. |
Варио метр |
Высото мер |
Указатель скорости |
лсп |
33,7 |
20,9 |
41,0 |
2,3 |
1,2 |
‘ 0,9 |
Приборы |
50,2 |
11,5 |
36.0 |
0,9 |
0,9 |
0,5 |
и СТО ‘ " |
В. делом анализ и сопоставление полученных материалов свидетельствуют, что использование ЛСП повышает эффективность, действий летчика при полетах в сумерках и ночью при метеоусловиях не хуже 100X1000 м, обеспечивая обе составляющие процесса пилотирования — управление самолетом и пространственную ориентировку. Тем самым в ЛСП удалось успешно решить — проблему, которая не решена в современной системе индикации;
параметров полета, — совместить наглядность представления информации о пространственном положении с легкостью управления по лучевому символу.
Наглядное инструментальное представление посадочной траектории (в виде протяженного ориентира) предопределяет ЛСП самостоятельное место среди других систем посадки в качестве их визуального компонента. Визуализация траектории для условий посадки ночью, облегчая условия для формирования образа полета, регулирующего действия летчика, обеспечивает как повышение эффективности действий, так и быстрое обучение и полное психологическое доверие летного состава к ЛСП.
Следует указать еще на один из возможных аспектов роли ЛСП в повышении безопасности посадки. Эта система может рассматриваться в качестве резервной при отказах как радиотехнических и светотехнических средств посадки, так и пилотажно-навигационных комплексов. Статистика свидетельствует, что в условиях ночного полета даже прй частичных отказах перечисленных выше средств существенно снижаются надежность посадки и вероятность ее завершения. Очевидно, Что включение данной системы в комплекс средств для обеспечения посадки ЛА будет способствовать повышению общей надежности системы «лет1 чик — самолет — аэродром» и безопасности посадки ночью.
6* |
83
Глава 4