В. Воеводин, Е. Дорофеев, А. Капустин, Ю. Янышев РСК "МиГ" ИЦ "ОКБ им. А.И. Микояна", Россия М. Дворников ГНИИИ АиКМ МО РФ, Россия В. Сухолитко ОАО "Корпорация "Русские системы", РоссияВ. Воеводин, Е. Дорофеев, А. Капустин, Ю. Янышев РСК "МиГ" ИЦ "ОКБ им. А.И. Микояна", Россия М. Дворников ГНИИИ АиКМ МО РФ, Россия В. Сухолитко ОАО "Корпорация "Русские системы", Россия

Активная система безопасности полетов. Реальность и перспективы

Достижения в области авиастроения позволили обеспечить значительное возрастание энерговооруженности и прочностных характеристик современных самолетов. Открылись возможности осуществлять пилотажные маневры с экстремальными перегрузками. В результате пилотирование сопровождается воздействием на летчика различных интенсивных неблагоприятных физических, эмоциональных и других факторов. Большие и продолжительные перегрузки, монотонность длительного полета, риск отказа кислородного оборудования или неправильных действий по его эксплуатации (случайных или преднамеренных) при высотном полете могут стать причиной нарушения работоспособности летчика вплоть до полной утраты им контроля над полетной ситуацией.

В США с января 1983 по март 1984 года, в период внедрения в летную практику высокоманевренных самолетов, зарегистрировано 266 летных происшествий и инцидентов, что значительно больше, чем за предыдущие годы. В 14 случаях летные происшествия стали результатом развития гипоксии, в 12 случаях - потери сознания летчиком при воздействии больших перегрузок.

В связи с появлением самолетов типа F-15 , F-16, МиГ-29, Су-27, способных летать за пределами выносливости человека, проблема переносимости перегрузок и других неблагоприятных факторов полета стала для ВВС серьезной проблемой, связанной с человеческим фактором.

Современный этап развития авиационной техники характеризуется большим интересом к созданию многоцелевых самолетов-истребителей 5 поколения, принципиальной отличительной особенностью которых является не только резко возросшая энерговооруженность, но и новые аэродинамические качества. Отличительным моментом повышения маневренности и боевых возможностей самолетов 5 поколения, разрабатываемых у нас в стране и за рубежом, является сверхманевренность, т.е. возможность достижения радикально нового свойства летательного аппарата (ЛА) - развязки траекторного и углового движения самолета, а также выполнения управляемых эволюции в минимальное время при больших углах атаки. Технически режим сверхманевренности достигается непосредственным управлением подъемной и боковой аэродинамическими силами, то есть двухвекторным регулированием тяги двигателей.

Реализация концепции сверхманевренности вследствие осуществления принципиально новых форм движения: и способов боевого маневрирования позволяет повысить боевую эффективность ЛА 5 поколения в 3-4 раза. Достижение свойств сверхманевренности влечет за собой существенные изменения характера и выраженности воздействующих на летчика пилотажных перегрузок.

Наиболее важным физическим качеством пилотажных перегрузок является значительное расширение диапазона возможного отклонения результирующего гравитационного вектора от нормали во всех пространственных плоскостях. В количественном отношении ожидается воздействие высоких величин установившихся продольных перегрузок "голова-таз" (до 12 ед.) при чрезвычайно большой (до 10 ед./с) скорости их нарастания, в том числе на фоне предшествующего воздействия отрицательных перегрузок "таз-голова". При этом возникает высокий риск нарушения пространственной ориентировки летчика при одновременном воздействии продольных и боковых перегрузок.

Следует отметить, что действие упомянутых факторов приобретает дополнительную значимость на фоне традиционных неблагоприятных факторов длительного высотного полета, деятельности в условиях отягощенного теплообмена организма летчика, одетого в защитное снаряжение, и т.п.

Иными словами риск нарушения работоспособности экипажа вплоть до ее полной утраты, как в штатных условиях полета, так и при возникновении аварийных ситуаций не только не уменьшается, но и существенно возрастает.

В настоящее время обеспечение безопасности полетов достигается активным участием летчика в управлении самолетом, либо включением им соответствующих режимов системы автоматического управления (САУ). Эти способы, безусловно, становятся невозможными в случае внезапной потери летчиком работоспособности.

В таких условиях существенно возрастает роль активных систем безопасности полетов (АСБП). Их основным назначением является:

• интеллектуальная поддержка летчика в опасных ситуациях;
• выявление неадекватности действий и состояния летчика условиям полета;
• выдача своевременной предупредительной информации;
• автоматическое принятие решения о неработоспособности летчика и передача САУ функций управления самолетом;
• применение элементов системы обеспечения жизнедеятельности (СОЖ) в качестве средств коррекции измененного состояния летчика в полете.

Ведущими авиационными фирмами в интересах обеспечения безопасности полетов ведутся разработки систем диагностики угрожающих ситуаций и опасных состояний летчика. Основными тенденциями в создании таких систем являются:

• контроль параметров полета, среды обитания, исправности средств защиты и других факторов, влияющих на безопасность полета;
• оборудование рабочего места летчика сигнальными устройствами,
• предвещающими потерю сознания;
• обеспечение возможности продолжения полета в автоматическом режиме (в случае неработоспособности летчика);
• включение систем физиологического воздействия на летчика (слухового, зрительного, тактильного) в целях ускорения восстановления летчика в случае потери сознания.

Опыт разработки и испытаний отечественных систем подобного рода (по данным НИИЦ авиационно-космической медицины и военной эргономики) свидетельствует о том, что в отечественной авиационной промышленности накоплен значительный позитивный потенциал. Однако, на сегодняшний день на самолетах ВВС России, США, да и всего мира, нет систем, определяющих возникновение бессознательного состояния летчика.

Наиболее близкой к практической реализации является АСБП "Информатор критического состояния летчика" (ИКСЛ) и ее дальнейшие модификации.

АСБП ИКСЛ прошла лабораторные, стендовые, наземные и летные испытания на самолете МиГ-29. В летных испытаниях принимали участие 8 летчиков-испытателей Инженерного центра "ОКБ им. А.И. Микояна". Согласно заключению акта летных испытаний, а также отзывов специалистов служб безопасности полетов России система ИКСЛ получила положительную оценку.

Важными достоинствами системы являются:

1. автономность, обеспечивающая возможность ее установки практически на любых существующих ЛА, в том числе высокоманевренных самолетах типа МиГ-29 и Су-27 (а также на зарубежных ЛА соответствующего класса) и на перспективные объекты;
2. высокий уровень проработки технических вопросов ее сопряжения с самолетными системами (в том числе через мультиплексную шину или последовательный код);
3. возможность косвенного контроля   функционального состояния и дееспособности летчика в полете;
4. бесконтактные датчики съема информации;
5. наличие обратной связи системы и летчика по каналу "речевой информатор - самолетное переговорное устройство (СПУ)".
6. реализуется возможность выключения неработоспособного летчика из контура управления самолетом и вывод самолета на безопасный автоматический режим полета;
7. обеспечена возможность летчику вновь включиться в контур управления самолетом после нормализации измененного состояния;
8. решена проблема частичного контроля исправности систем обеспечения жизнедеятельности экипажа, в частности за правильностью эксплуатации кислородно-дыхательной аппаратуры (КДА) и высотного снаряжения (ВС) в полете, а также регистрации на бортовую систему объективного контроля некоторых видов отказов КДА и ВС, ошибок экипажа по его эксплуатации;
9. реализована возможность коррекции состояния летчика автоматическим включением аварийной подачи кислорода для дыхания с целью ускоренного восстановления работоспособности летчика.

Вместе с тем для перспективной авиационной техники данная система нуждается в дальнейшем совершенствовании по расширению функциональных возможностей. Прежде всего, по пути повышения уровня интеллектуальной поддержки экипажа в полете, тем более при возникновении нештатных ситуаций, а также оптимизации выявления и идентификации опасных состояний летчика, причем на наиболее ранних этапах их возникновения.

Последнее обстоятельство особенно важно, так как вопрос оценки функционального состояния самого летчика, степени адекватности его управляющих действий всегда оставался второстепенным. Следствием всего этого стало то, что в основном средства контроля являются по сути визуальными, а функции оценки, распознавания ситуации и принятия решения возложены непосредственно на летчика. При этом информационная загрузка человека многократно увеличилась и превратилась в самостоятельную причину возникновения опасных ситуаций, одним из неблагоприятных факторов труда летчиков.

Таким образом, в современных сложных авиатехнических системах "летчик - ЛА - среда" человек-оператор остается наиболее уязвимым звеном, резко уменьшающим надежность всей системы в целом, причем вопросы контроля работоспособности самого оператора остаются наименее проработанными. Усугубляет ситуацию большое количество различных потенциально опасных ситуаций, скорость их развития, тяжесть последствий, лимит времени на их устранение, уровень информационной загрузки и т.п.

Активная бортовая система безопасности полетов на перспективных ЛА, построенная на принципах ИКСЛ, должна решать следующие основные функциональные задачи:

• оперативный контроль состояния среды обитания и основных параметров полета;
• оперативный контроль режимов работы основных элементов СОЖ и КДА, их адекватности состоянию среды обитания;
• оперативный контроль функционального состояния членов экипажа и его адекватности условиям полета;
• оперативный контроль газового состава и автоматического регулирования режимов работы бортовой кислородно-добывающей установки (БКДУ);
• автоматическое переключение на работу резервной КДА в соответствии с изменением параметров давления в разгерметизированной кабине при полетах на высотах более 12 км;
• автоматизированная диагностика и идентификация отказов и нештатных режимов работы КДА и БКДУ;
• автоматическая выдача команды на подачу 100% кислорода на дыхание летчику;
• автоматизированная диагностика и идентификация ошибочных действий летчика в полете при эксплуатации КДА и ВС или нештатного их использования;
• выдача предупредительной сигнализации о возникновении угрожающей ситуации в высотном полете;
• бесконтактный съем и автоматическая обработка прямых и косвенных параметров физиологических функций летчика;
• автоматизированный контроль работоспособности летчика в полете;
• автоматизированная диагностика и идентификация опасных состояний летчика, угрожающих безопасности полета и выдача предупредительной сигнализации;
• контроль своевременности и адекватности реагирования летчика на предупредительную сигнализацию;
• автоматизированная диагностика и идентификация критических состояний (неработоспособности) летчика, угрожающих безопасности полета, и выдача команд на выключение летчика из контура управления ЛА и передачи управления ЛА на САУ;
• автоматизированная диагностика и идентификация полноты нормализации функционального состояния (работоспособности) летчика, после устранения угрожающих ситуаций в полете, принятие решения и выдача команды на включение летчика в контур управления ЛА и отключение САУ;
• выдача разовых команд или аналоговых сигналов для регистрации данных о состоянии ЛА, СОЖ, КДА, БКДУ, ВС, летчика на средства объективного контроля;
• выдача сообщения по каналу радиосвязи группе руководства полетами "Борт (номер) состояние опасное" и "Борт (номер) состояние нормальное".

Фактически основным назначением активной системы безопасности полета является непрерывный контроль работоспособности летчика, по прямым или косвенным признакам с учетом условий полета, характера действующих на экипаж факторов, режима функционирования СОЖ.

Внедрение активной системы безопасности полетов на современные высокоманевренные самолеты и многоцелевые самолеты-истребители пятого поколения позволит обеспечить контроль в реальном масштабе времени работоспособности экипажа, а также его информационную поддержку, с целью предотвращения авиационных происшествий, потери самолета и экипажа. Экономический анализ показывает, что сохранение только одного летательного аппарата и жизни летчика многократно превышает расходы на создание и внедрение АСПБ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

1. Дворников   М.В.,   Хоменко   М.Н.,   Моисеев   Ю.Б.   "Теоретико-прикладные аспекты физиолого-эргономического совершенствования средств защиты, спасания и обеспечения жизнедеятельности экипажей в полете и предложения по их оптимизации". Защита и спасение человека в авиации (эколого-гигиенические и эргономические основы под ред. Ушакова И.Б., Турзина П.С., Фаустова А.С.) с. 34...69.

2. Василец В.М., Вартбаронов Р.А., Пономаренко В.А., Сергеев А.И., Хоменко М.Н. "Основы методологического подхода к разработке бортового автоматизированного комплекса диагностики и коррекции Состояния летчика". Эргономические проблемы разработки и функционирования систем авиакосмической техники, серия Эргономика, М., 1993, вып. 1-2, сЛ13...19.

3. Ступакря, Г.П., Меденков А.А., Хоменко М.Н. "Пилотажные и ударные перегрузки в авиации", М., Полет, 1996, с. 112.

4. Малинин И:Д. Меденков А.А. "Расстройства сознания при пилотажных перегрузках в маневренном полете", ОД., Полет, 1997, d 24.

5. Marlove B.L. "Physiological Mishap Experience". Fling Safety, 1984. -Vol. 40, №8, p. 24...26.)