История авиационного тренажеростроения. Часть I

Рик Адамс

Движущая сила технологического прогресса имеет отнюдь не механическую, электрическую, оптическую либо химическую природу. Двигатель прогресса — человек. Каждое последующее поколение тренажеростроителей опирается на плечи поколения предыдущего и использует достижения предшественников.

Легко сегодня говорить о блестящих обучающих возможностях современных авиационных тренажеров, считая устройства вчерашнего дня допотопным старьем. Однако перед инженерами предыдущих эпох стояли иные задачи, не менее сложные, чем сегодняшние, а в распоряжении своем они имели весьма и весьма ограниченные исследовательские и производственные средства. Тем не менее, движимые профессиональным любопытством и доброй волей, и зачастую исключительно благодаря этим качествам, тренажеростроители преодолевали встающие на их пути трудноразрешимые технические проблемы и технологические препятствия в стремлении достичь очередного беспрецедентного уровня реализма в моделировании полета и обеспечить экипажи все более и более совершенным обучающим оборудованием.

Можно привести сотни ярких примеров, иллюстрирующих вехи в истории развития тренажеростроения за восемь десятилетий существования этой отрасли, с тех пор как Эдвин Линк запатентовал свой первый тренажер летчика. Однако пока ограничимся тремя краткими эпизодами, литературными набросками о жизни лишь нескольких ярких личностей и судьбах их проектов, поскольку именно они привели тренажеростроение к нынешнему непревзойденно высокому уровню.

Лучший Стрелок (Top Gun)

Школа тактики воздушного боя для летчиков-истребителей ВМС США, романтически воспетая в 1986 году в одноименном оскароносном кинофильме «Top Gun», громко заявила о себе еще в самом начале вьетнамской войны, продемонстрировав важность тактической подготовки пилотов. Однако инструментарий для разбора ошибок, допущенных курсантами в полете, в те времена находился, прямо скажем, в зачаточном состоянии. Летчики делали заметки в блокнотах во время полета, торопливо чертили стрелочки и линии на планшетах, пока их самолеты разлетались в стороны перед очередной жаркой «схваткой», а после посадки пытались восстановить картину боя, рисуя мелом схемы на классной доске. По воспоминаниям Стива Квина «Кобры», в те времена инструктора школы «Top Gun» на авиабазе ВМС «Мирамар» (NAS Miramar) в Калифорнии, победителем в воздушном бою зачастую считался тот, кто громче всех кричал: «Я первый!». «Мы старались изо всех сил восстановить истинную картину боя на каждом этапе, и нам многое удавалось, но, конечно, о точности воспроизведения говорить не приходится».

В 1973 году, через четыре года после создания «Fightertown USA» (так называли школу летчиков-истребителей в Калифорнии) закончилось время криков и хвастовства. Компания Cubic Defense Systems выпустила первую в мире систему эмуляции боевых действий, позволявшую следить за полетом самолета, ведением экипажем огня, пуском ракет и, соответственно, траекториями движения пуль, снарядов и пр.

«Эта система положила конец всем спорам, — говорит Квин, — теперь на мониторе компьютера мы видели, что было на самом деле в бою, а с компьютером уже не поспоришь».

Первоначально тактическая тренировочная система воздушного боя (TACTS) включала в себя четыре основных компонента: инструментальную панель в самолете, микроволновую систему слежения, центральный компьютер и оборудование для воспроизведения записи.

Самолеты должны были летать в зоне действия трех наземных диспетчерских вышек, чтобы обеспечивать ведение триангуляционной съемки. Поначалу действовало ограничение до четырех самолетов в воздухе единовременно. В наземном наблюдательном пункте положение самолета задавалось числами; колонки цифр на монохромном поле напоминали первую видео игру — Atari Pong.

Десять лет спустя, когда заканчивались съемки фильма «Top Gun» модернизированная система эмуляции боевых действий уже «справлялась» с шестнадцатью самолетами в воздухе; на мониторах голубой цвет показывал «своих», тогда как бандиты изображались красным.

Квин отмечает два важных несоответствия в голливудском сценарии. Во-первых, в фильме летчики отчаянно соперничают друг с другом (на этом строится сюжетная линия). «Мы боролись с любыми проявлениями эгоизма и самомнения. Конкуренция в бою недопустима».

А во-вторых, Квин не припоминает никаких «красоток-инструкторов» в школе летчиков-истребителей типа Шарлоты Блэквуд — Чарли (в фильме ее сыграла актриса Келли МакГилис), по крайней мере, во времена своего пребывания в «Top Gun».

Сегодня Квин является руководителем объединенной группы по разработке новейшей версии тренировочной системы воздушного боя Р5. Система способна «вести» до 100 летательных аппаратов в воздухе, реалистично отображает подстилающую поверхность, летательные аппараты и другие элементы сценария.

Тренировочная система Р5 работает в реальном масштабе времени, ее наземная инфраструктура следит за боевыми действиями и перемещением объектов, находящихся на расстоянии до 200 миль. В случае же подключения к глобальной спутниковой системе навигации GPS, удаление объектов уже не имеет значения, радиус действия системы неограничен. Компактное записывающее устройство регистрирует данные о летательных аппаратах и их взаимодействии для последующего воспроизведения после посадки. Летчики ВМС, таким образом, могут выполнять тренировочные боевые вылеты с находящихся на боевом дежурстве авианосцев и не чувствовать себя привязанными к определенной точке.

Компании — партнеры Cubic Defense Applications (современное название компании) и DRS Technologies уже поставили 10 тренировочных систем Р5 в ВМС и ВВС США. Теперь очередь за еще одной системой, которая будет установлена на авиабазе Falcon в Неваде, где сегодня размещается школа летчиков-истребителей «Top Gun». Система устанавливается в рамках программы подготовки инструкторов по тактике для летчиков истребителей-штурмовиков. Недавно была анонсирована и первая экспортная поставка, а именно, в ВВС Польши.

Самолет-разведчик (Spy Speed)

История создания тренажера для знаменитого высотного самолета-разведчика дальнего действия SR-71 Blackbird времен холодной войны не менее интригующа, чем история самого самолета.

Программа Singer-Link подразумевала не только создание тренажера для самого быстрого в мире самолета, но и внедрение целого ряда инноваций в области технологий обучения, которые сегодня воспринимаются как неотъемлемая часть любого авиационного тренажера.

Эдвин Линк вспоминает: «В 1964 году к нам окольными путями через посредников обратились представители ВВС с заказом на совершенно особенный тренажер… Год спустя в обстановке строжайшей секретности мы поставили им готовое оборудование». Подобно компании Lockheed, которая еще в 1943г. образовала сверхсекретное подразделение перспективных разработок Skunk works, где и велись работы по созданию самолета-разведчика SR-71, Singer-Link тоже учредили особый отдел секретных разработок. Чтобы попасть в отдел, расположенный в Бингемтоне (Нью-Йорк), посетители (всегда в гражданской одежде, ни разу в военной форме) заходили в бакалейный магазин, находившийся в том же здании по соседству, и через неприметную дверь черного хода попадали в штаб-квартиру компании.

Тренажер Blackbird вполне можно считать первым в мире интерактивным военным симулятором с набором сценариев боевых действий, в котором впервые использовались секретные полетные записи бортовых регистраторов. Тренажер отправили в Калифорнию на базу ВВС и установили в той же самой засекреченной подземной лаборатории, где базировался Главный штаб ВВС, разведотдел и отдел боевой подготовки.

«Каждый сценарий строился на реальном полетном задании, которые экипажи отрабатывали ежедневно — говорит Фред Форхэнд, более двадцати лет руководивший программой Singer-Link SR-71 — Наверху составлялось полетное задание, и магнитная лента устанавливалась на бортовой компьютер реального самолета и на тренажер в подвальном помещении».

Тренажер Blackbird использовался в качестве исследовательского стенда для отладки и доводки программного обеспечения системы навигации самолета-разведчика. А еще тренажер послужил важным инструментом подготовки к полетам на скоростях с числом Маха более 3. Несмотря на то, что самолет-разведчик SR-71 Blackbird был способен выполнять полеты на высоте более 25 км (при этом на фотографиях, сделанных с такой высоты, можно было рассмотреть номера машин на дорогах), требовалось обходить территории, пролет над которыми мог спровоцировать международный конфликт.

Однако полеты в верхних слоях атмосферы делали SR-71 Blackbird практически недосягаемым для наземных средств противодействия. В разряженном воздухе ракетам «земля-воздух» трудно маневрировать и летчику достаточно было «прибавить газу», чтобы уйти от преследования. В результате за 35 лет эксплуатации самолета в боевых действиях не погиб ни один член экипажа.

В состав тренажера входили две раздельные кабины с интегрированной системой имитации приборов и функционирования систем. Кабина пилота была установлена на гидравлическую систему подвижности для воспроизведения перегрузок на взлетно-посадочных режимах полета, тогда как кабина штурмана-оператора была неподвижной. Как правило, экипажи «летали» на тренажере в обычной одежде, но иногда надевали высотные компенсирующие костюмы (предшественники скафандров, в которых теперь летают астронавты Space Shuttle).

На тренажере не было визуализации закабинного пространства — полупрозрачные окна создавали ощущение сумерек. Для решения задач выдерживания курса и скорости был предусмотрен специальный стеклянный экран размером 180х360 см с картой, составленной по данным спутниковой навигации, по которому перемещался оптический визир.

В конце 80-х на тренажере SR-71 была проведена глубокая модернизация вычислительного комплекса с заменой устаревших серийных компьютеров Singer-Link GP4 и установкой имитатора РЛС с синтезированной апертурой. Сверхсекретный тренажер отправили из Калифорнии в Нью-Йорк на военном самолете и военных же грузовиках в сопровождении вооруженной охраны. На модернизацию ушло два года, и в течение этого времени летчики ВВС, лишенные своего единственного тренажера, были вынуждены вернуться к традиционной разработке планов полета на столе. В результате, когда Singer-Link получил контракт на разработку инженерного тренажера в поддержку разработки истребителя F-117 Stealth, компания сделала одновременно два одинаковых тренажера, причем второй был установлен в Бингемтоне и использовался в качестве испытательного стенда для доводки компоновки разрабатываемого самолета.

Фред Форхэнд также утверждает, что именно опыт разработки и эксплуатации тренажера SR-71, и особенно установка на него первого в мире цифрового компьютера системы навигации, созданного компанией Northrop, впоследствии привела Singer-Link к разработке тренажера для отработки навыков по использованию системы вооружения, установленной на малозаметный бомбардировщик В-2.

Когда, наконец, модернизированный тренажер SR-71 был готов к отправке назад в Калифорнию, разгорелся политический спор между сторонниками спутниковой разведки и теми, кто делал ставку на самолеты-разведчики. Программа SR-71 была приостановлена, а оставшиеся самолеты (всего за время существования программы было выпущено 33 самолета) и тренажер переместили в Национальный Аэрокосмический Исследовательский центр имени Драйдена на авиабазе Эдвардс ВВС США (Калифорния). В 2006 году, через восемь лет после того, как программа была окончательно свернута, тренажер SR-71 передали в Музей Авиации в Далласе, Техас. После восстановительных работ посетители впервые увидели этот уникальный тренажер.

Тысяча «разбитых зеркал»

В начале 80-х компания Rediffusion Simulation (ныне подразделение Thales Training & Simulation) совершила революцию в области систем визуализации авиационных тренажеров. Для обеспечения широкоугольных полей обзора стали применять зеркала из растянутой полиэтилентерифталатной пленки (майлар). Новая технология получила название WIDE (Wide-angle Infinity Display Equipment — широкоугольный дисплей с бесконечным удалением изображения). Большое криволинейное зеркало обеспечивало бесшовную визуализацию внекабинного пространства (150° по горизонтали) для двух сидящих рядом пилотов. «WIDE» сразу и навсегда изменил облик тренажеров, возврата к многооконным коллиматорам на основе ЭЛТ — мониторов и маленьких зеркал уже не могло быть», — говорит Оуэн Винн, соучредитель компании SEOS (Великобритания), которая сегодня является монополистом на рынке широкоформатных дисплеев с особо большим вертикальным полем обзора 60°. За десять последующих лет, т.е. к началу 90-х, горизонтальное поле обзора расширилось до 240°. Тем не менее, вертикальный обзор не мог перешагнуть барьер в 45°.

«Как только вы увеличиваете вертикальный обзор, усиливается искажение изображения, — объясняет Винн, — при таком растяжении пленка теряет сферическую форму и, вообще говоря, становится неуправляемой».

Однако большие вертикальные углы обзора (до 60°) требовались и для вертолетных тренажеров, и для отработки дозаправки в воздухе. «Промышленность, казалось, сдалась, пленка майлар не могла быть растянута до таких углов. Никто не знал, как это сделать».

В 1994 году Федеральное управление гражданской авиации США (FAA) выпустило проект Циркуляционного письма 120-63, где в разделе 60 «Авиационные Технические Средства Обучения. Первоначальная и Последующая Квалификационная Оценка» предписывались обязательные 60° по вертикали для вертолетных тренажеров категории D (позднее это требование смягчили до 56°).

Новые требования побудили SEOS и их заказчика, компанию Flight Safety International — основного производителя тренажеров для транспортных вертолетов, к поиску вожделенной шестидесятиградусной «чаши Грааля».

«Это были воистину опытно-конструкторские работы», — вспоминает Оуэн Винн. «Множество глупых экспериментов, только потом осмысление результатов и, наконец, понимание всей глубины проблемы».

Решение было найдено, запатентовано и названо «методом уменьшения мертвой зоны зеркала». Метод, придуманный техническим директором компании Роем Криком, заключается в использовании системы натяжных устройств на границах пленочного зеркала для придания ему более правильной сферической формы.

Первый в истории тренажер экипажа вертолета Bell 412 с системой отображения, обеспечивающей 60-ти градусный обзор по вертикали (SEOS Panorama), получил высшую квалификационную оценку (уровень D) в начале 1999 г. С тех пор было создано более 70 аналогичных систем отображения, в их числе тренажеры для вертолетов EH-101, MH—47, MH-53E, MH-60R, S-70.

Типичная конфигурация обзора для вертолетных тренажеров +20/-40, а для многоцелевого военно-транспортного самолета с вертикальным взлетом и посадкой V -22 +22.5/-37.5 градусов.

При моделировании дозаправки в воздухе требуется несколько иное распределение полей обзора со значительным сдвигом вверх. Поэтому для дозаправки обычно используется конфигурация +35 / -20. Такие системы SEOS реализовал для тренажеров A330 MRTT, B-52, C-17, EA-6B и P-3C. Теперь вместо «полета сквозь густую облачность» летчики могли наблюдать летящий впереди танкер.

«Мы разбили огромное количество зеркал», — смеется Винн, вспоминая процесс создания шестидесятиградусной системы отображения. Дурное предзнаменование? Но летчики, получившие возможность отработки сложных полетных заданий на суперсовременных тренажерах, вряд ли верят в такие приметы.

(Продолжение следует)

Перевод с английского Виктории Кульковой

В публикации использованы материалы MS&T

P.S. История мирового тренажеростроения насчитывает почти 100 лет: упоминание о первом авиационном тренажере, построенном англичанами, относится еще к 1910 году. Однако первый достаточно эффективный тренажер был создан в США Эдвином А. Линком лишь в 1927 году. После открытия коммерческих авиалиний в 1934 году усовершенствованный тренажер Линка получил в США широкое распространение. Новый толчок строительству авиационных тренажеров дала Вторая мировая война, когда в кратчайшие сроки в США и Великобритании потребовалось подготовить сотни экипажей боевых самолетов. В СССР началом промышленного производства тренажеров можно считать 1946 год, когда в связи с бурным послевоенным развитием авиации, созданием новых типов самолетов и увеличением их парка остро стал вопрос о подготовке летного состава и снижении общих расходов на его обучение. Именно тогда был подписан приказ №537 от 12.08.46 о создании в Ленинграде на базе авиационного завода №470 специального опытного завода с ОКБ по разработке и изготовлению образцов учебно-тренировочной аппаратуры. В 50-е годы на основе аналоговой техники в мировой практике создаются тренажеры, имитирующие кабину самолета и управление полетом в реальных условиях. В 60-х — 70-х годах создаются еще более совершенные моделирующие системы на базе гибридных цифро-аналоговых устройств. И, наконец, в 80-х – 90-х годах прошлого столетия бурное развитие компьютерных технологий позволило впервые создать тренажеры, максимально адекватно имитирующие условия реального полета.

Справка: Журнал MilitarySimulation & Training (MS&T) является одним из наиболее авторитетных мировых изданий, пишущих о современных технологиях обучения и моделирования, которые используются в вооруженных силах всего мира. В 2008 году MS&T начал серию публикаций об истории создания авиационных тренажеров, которые мы с любезного разрешения редакции журнала будем печатать в нашем издании.



Статьи номера

Назад