Смысл авиации 5-го поколения

Принципиально важно понять, что в настоящее время в Министерстве обороны Российской Федерации осталось единственное научное учреждение, исследующее средства защиты, возможности и ограничения человека в неземной среде обитания, оценивающее и прогнозирующее в реальном масштабе в условиях решения целевых задач, с участием испытателей угрозу воздействия всех факторов полета на здоровье, надежность, боевую эффективность.

Еще раз подчеркнем: необходимость фундаментальных исследований организма и психики человека в суперэкстремальных условиях определяется исключительно особенностями летного труда. Сформулируем правовое ее определение: «Особый характер летного труда характеризуется закономерным снижением психофизиологических резервов профессионального здоровья, вызванного неустранимыми специфическими факторами полета. К ним относятся: знакопеременная гравитация, угловые, линейные, кориолисовы ускорения, большие и скоростные перепады барометрического давления, несвойственные земным условиям, а также атмосферные условия, искажающие восприятие наблюдаемых объектов, провоцирующие ошибочные действия и решения, способствующие иллюзиям психического отражения реального положения в пространстве, снижающие пороги чувствительности к нейтральным сигналам и провоцирующие гиперфункцию гормональной и иммунной систем на слабые стимулы».

Для устранения и смягчения отрицательных воздействий требуются системные фундаментальные исследования в интересах формирования защитных резервных сил, данных человеку природой.

В данном случае ничего не преувеличено, так как ежегодно в военной авиации списывают по состоянию здоровья от 300 до 800 профессионалов в возрасте 35–45 лет.

Анализ истории технического прогресса в авиастроении установил одно важное противоречие в виде «феномена ножниц»: чем мощнее летно-технические характеристики (маневренность, всепогодность, уровни автоматизации, длительность полета, объем и виды вооружения), тем больше и разнообразнее увеличение факторов риска для профессионального здоровья, боеспособности, безопасности полета, летного долголетия.

К примеру, что означало увеличение длительности полета на истребителях с 1,5–2 до 13–15 часов? Это длительная монотония, гипокинезия в сочетании с высоким уровнем перегрузок при боевом маневре, смена часовых поясов и т. д. Принципиально меняется сущность нарастания факторов риска, так как в организме накапливаются сочетанные факторы, приводящие к переутомлению, снижению бдительности, удлинению времени реакции, рассеянности внимания, болевым ощущениям. Это требует новых подходов к нормированию, отработке физических упражнений в полете, использованию эффектов рефлексотерапии с помощью противоперегрузочных костюмов. Кумуляция отрицательных факторов неизбежно снизит надежность летчика. Из этого следует, что наука своим предметом избирает не рабочее место в отдельности, не отдельные свойства психики или функций анализатора, а всю системность связи человека и техники. Пригнанность техники к человеку и есть стержень, вокруг которого увязываются все компоненты инфраструктуры деятельности летчика. В 70-е годы XX столетия на основе летных экспериментов психофизиологической оценкой было установлено, что около 40 % летных инцидентов происходило из-за эргономических недостатков систем отображения информации, структурирования зрительно-моторных полей, нарушения стандартов.

В практике это нашло отражение в нижеследующих негативных моментах:

– выраженном утомлении, снижении психофизических резервов к 7-8-му месяцу после очередного отпуска;

– снижении работоспособности к четвертому часу полета под влиянием шумов, вибрации на 40–60 %;

– тенденции к росту дисквалификации в возрастной группе летчиков 32–35 лет с 16 до 35 %.

По результатам исследований командованием ВВС был учрежден институт военно-научного эргономического, психофизиологического сопровождения. Были выработаны: руководства по инженерной психологии, стандарты по размещению оборудования, цвету, свету, масштабированию символов на приборах, соответствию ростовым показателям по отношению к схеме тела и в соответствии с порогами восприятия усилий, речи, координации движения, логикой распределения внимания на принципе опорных точек и прогнозирования смены положения ЛА в пространстве и времени. Были совместно с авиапромом созданы на цифровой основе полунатурные стенды под самолеты Су-27, МиГ-29, Ту-160, вертолеты МИ-28 и Ка-50.

Сопровождение включало полисистемные исследования психофизиологических возможностей и ограничений человека.

Летчики-испытатели получали информацию о новых информационных полях, чувстве самолета и фиксировали затруднения, которые надо было исследовать в полете. В летные испытания включали эргономические исследования, по результатам которых готовился материал для учебно-методических пособий по переучиванию, корректировались тактико-технические требования, уточнялись требования к спецснаряжению, здоровью, летной экспертизе.

Кроме того, внедрение эргономического сопровождения позволило уменьшить количество замечаний по первому перечню, отрабатывать ТТТ к тренажерам, нормированию летных нагрузок, организации физической подготовки летчиков до поступления ЛА на вооружение.

Ответственность за качество проводимых работ возлагалась на управление-заказчика, ответственным руководителем и организатором работ был генерал-лейтенант О. К. Рагозин. Основная научная база совместно с авиапромом, ОКБ Микояна, Сухого, Миля, Камова, Академией им. Жуковского, 8 ГНИКИ, ЛИИ, МАП была построена в 7 ГНИИИ МО авиационной и космической медицины.

Удалось добиться следующих научных результатов:

– эффективность используемого оборудования возросла в 2–3 раза, вероятность ошибок уменьшилась в 1,3–1,7 раза, травматизм при катапультировании снизился в 3–4 раза;

– вероятность потери сознания летчиком при интенсивном маневрировании уменьшилась с 0,1 до 0,01. Конкретно на самолетах МиГ-29, Су-27 количество ошибочных действий из-за неучета человеческого фактора уменьшилась в 2–3 раза. Ни одного самолета не потеряли. По эргономике кабин самолеты МиГ-29, Су-27 на мировых рынках были признаны лучшими.

К сожалению, начиная с 90-х годов многочисленные организационно-штатные мероприятия и кадровая политика затормозили развитие научных исследований.

Но сегодня можно с полным основанием утверждать, что уровень рисков снижения надежности, утраты необходимого здоровья, угроз травматизма, гибели от гипоксии, перегрузок, декомпрессионных расстройств повышается. Причины – резкое падение квалификации в подготовке, как летного состава, так и авиационных врачей, износ спецснаряжения, обеспечивающего охрану здоровья и работоспособность.

Приостановлена разработка нового вида кислородного оборудования, высотно-компенсирующих костюмов, кислородных масок, наземных катапультных тренажеров. Недостаточно финансируются разработки новых бронежилетов (БЖ-б), вентилирующих костюмов, изделия ППК-б, высотного снаряжения ЖК-б, МСК-б, сезонной одежды КП-1, КП-2, КП-3. Зафиксированы случаи гибели летчиков от декомпрессионных расстройств, потери сознания при больших перегрузках, во время пожаров в воздухе из-за отсутствия жароустойчивого спецснаряжения.

С 2008 г. интенсивность полетов начала увеличиваться и требуются новые рекомендации по плавному выходу на пик профессионализма при выполнении маневренных полетов, полетов в облаках, на предельно малых высотах, на групповую слетанность.

Налет более 100 часов требует индивидуального подхода и поставки нового спецснаряжения, специальной физической подготовки, релаксации с помощью специальных средств. Новое технологическое оборудование (очки ночного видения, нашлемные системы целеуказания, дисплейные приборные доски и т. п.) требуют особой подготовки интеллекта и умственной активности. В эпоху компьютеризации, искусственного интеллекта, виртуальных информационных полей, таких факторов как сверхманевренность, супердальность, дозаправка в воздухе, требуется активная перестройка в сфере подготовки летчиков, причем начиная с летных училищ. В данном случае без фундаментальных исследований в области авиационной медицины, биологии, психологии, социологии не обойтись. Эффективность боевого применения при нынешней системе подготовки снижена. В боевых частях нередко приходится доучивать выпускников летных училищ. Необходимо учитывать, что в последние 5-10 лет в училищах не было должного конкурса. К обучению допускались курсанты с 3-й группой психотбора.

Анализ и решение проблемы проектирования и эксплуатации ЛА пятого поколения в военной авиации

Анализ данной проблемы полезно начать с некоторых исторических предпосылок развития этой сложной, инновационно-прорывной задачи. В 2012 г. прозвучало заявление руководства страны, заместителя председателя правительства РФ, председателя военно-промышленного комплекса Д. О. Рогозина о кардинальной смене отношения к армии в целом. В числе тезисов было упомянуто о создании новых видов вооружения и летательных аппаратов отечественного производства. Это, безусловно, архисвоевременное решение.

Каковы основания к этому?

1. Данные о боевом составе ВВС США.

В боевой состав ВВС США входит стратегическая, тактическая, военно-транспортная, заправочная авиация, авиация специальных разведывательных операций, авиация управления и поиска. Всего в боевой состав входит 5400 самолетов.

Авиация ВМС имеет на вооружении свыше 5000 самолетов. Количество боевых вылетов – 3000. Общий парк самолетов и вертолетов – около 14000 единиц. Комментарии излишни.

2. Научное обеспечение развития техники и высокоточного оружия, цифрового управления.

Введение в проект «Предпочтительные концепции системы оружия». Согласно этим концепциям, идеология проектирования нацелена на превращение летчика в подлинного тактика в процессе выполнения боевой задачи за счет использования компьютеров для управления датчиками и другими системами.

Но что принципиально нового в идеологии проектирования? Фирма «Локхид Мартин» активно использует результаты эргономических исследований с учетом психофизиологических возможностей человека. Основные постулаты фирмы: «В кабине не будет установлено ни одного устройства, пока не будет доказана его способность увеличивать боевую эффективность».

«Мы не собираемся размещать в кабине никакого оборудования, только на том основании, что оно было установлено на других самолетах»[3].

«Принята концепция „интуитивной метрики“, в соответствии с которой положительная оценка летчиком предполагаемого дисплея, или автоматизации, принимается в качестве критерия, удовлетворяющего требованиям метрик».

«Выделяются тактильные зоны, которые позволяют летчику в условиях турбулентности или перегрузки при помощи касания удобно включать необходимый режим на экране».

«Изображение РЛС с синтезированной аппаратурой (IFSAR), фотографии со спутников и цифровые базы данных местности могут быть объединены и ориентированы на привычное представление летчика, хорошо знакомого с изображением местности по траектории полета в ночных условиях и в облаках». Компьютеры способны генерировать синтезированное изображение на экранах. Формируется концепция многофункционального шлема с широким полем зрения в дневных и ночных условиях.

Нашлемный прицел с полями зрения не ниже 30–40° требует фундаментальных исследований возможностей возникновения новых зрительно-вестибулярных реакций. Запаздывание отображения внекабинной информации на нашлемном дисплее стимулирует развитие дезориентации в плоть до возникновении тошноты.

3. Критическая оценка летного состава.

Она касается критической недостаточности разработки эргономических и психофизиологических методов прогнозирования боевой эффективности только за счет человеческих возможностей. Именно разработка и внедрение «накрученных» новшеств в самолетах F-22 показала, что наибольшей сложностью становится тот факт, что человек на суперсовременных самолетах с управляемым вектором тяги, с возможностью маневрировать на угле атаки свыше 90°, большими углами скольжением, торможением на виражах в едином масштабе времени НЕ СПОСОБЕН обрабатывать тактическую, разведывательную информацию, управлять вооружением, выполнять совмещенные действия в том числе при воздействии перегрузок в 7-10 G2.

Вложенные в самолет F-22 миллиардные суммы не оправдали себя на летных испытаниях. Были установлены причины, затруднявшие использование летно-технических характеристик вследствии:

– снижения умственной активности и творческих решений из-за гипоксии мозга при перегрузке 9-12 G. В процессе испытаний были три катастрофы из-за потери сознания;

– появления разномодальных иллюзий, частичной и полной дезориентации за счет необычных векторов гравитационных полей. Расхождение образа полета в виртуальном и реальном пространстве;

– наличия психосоматических расстройств в виде нарушения мозгового кровообращения, в том числе и мозжечковой области, сопровождаемое головокружением, тошнотой, рвотой;

– дефицита времени и несоответствия виртуального пространства на дисплеях с образом реального полета;

– увеличения количества травм шейных позвонков при использовании нашлемного дисплея в ближнем воздушном бою.

Летчики-испытатели США, Канады, Швеции считают, что кабина перенасыщена информацией, адресуемой одному члену экипажа. Более того, нововведение отображения в синтезированном виде телевизионной, радиолокационной информации, выбора оружия, тактических решений не всегда точны и требуют дополнительной коррекции со стороны летчика в чрезвычайно краткие отрезки времени на фоне снижения психофизиологических резервов.

Общее заключение летчиков США по результатам испытаний F-22: «В условиях высокоманевренных приемов в воздушном бою успеваешь использовать только РУС и РУД. Сенсорные, тактильные пульты, голосовые подсказки не решают проблему. Для снятия информации одновременно о противнике, выборе оружия и безопасности полета времени не хватает. Летчик, скорее, чувствует, чем понимает происходящее».

Подобная информация для наших ученых была прогнозируемой. Отсюда и потребность в формировании и видении новых проблем для принципиально новых видов и условий летного труда. Еще в середине 80-х годов в нашем Отечестве авиационные специалисты поняли, что человек в суперманевренном бою даже при наличии компьютеризированных программ остается ограничивающим фактором. Компьютеры в состоянии перевести летчика в роботизированного оператора. Для БПЛА это годится. А в воздушных боях стратегия и тактика будут страдать. И дело ведь не только в пилотировании. У человека есть свои преимущества – это духовность, честь, совесть, интеллект, креативное мышление. Есть профессионально важные качества для ведения боя: мировоззрение, гибкость ума, преодоление помех, психическая устойчивость. Смыслообразующая цель – победить.

Нет этого у компьютеров, а это означает, что недопустимо отнимать у человека летающего природные данные, менталитет, социальные корни патриотических мотивов. И это тоже надо воспитывать, тренировать, обеспечивать высокой культурой научных исследований гуманитарных наук, этому тоже надо обучать.

Необходимо всю стратегическую и тактическую информацию, информационные потоки, неинструментальные сигналы, образное мышление, иррациональные умственные действия, психофизическую выносливость закладывать вместе с самолетом в интерактивное обучение на динамических стендах, моделирующих полетные задания в штатном спецснаряжении и с реальным кабинным оборудованием и прицельными системами. Это позволит более объективно исследовать возможности экипажа, реализовать цели конкретного боевого задания в группе и в одиночном полете. Именно такая подготовка сохраняет мотивацию, тренирует внимание, способности к сопряженным действиям и переходу к разным формам смены координат восприятия противника. Необходимы специализированные центрифуги, тренажеры для обучения тактике боя, развития интеллекта, образа полета. Вне наук о человеке летающем мы не достигнем ни требуемого боевого, ни экономического эффектов, ни безопасности полета, ни летного профессионального долголетия. Кстати, подобные интерактивные стенды и тренажеры в нашем Отечестве уже разрабатываются (НИИЦ АКМ и ВЭ, ЗАО «ЦНТУ Динамика», ОАО НИИЭС, ПАО «Сухой», РСК «МиГ»).

Для обеспечения здоровья требуется серьезное дооснащение НИИЦ АКМ и ВЭ новой современной центрифугой, диагностической аппаратурой, позволяющей исследовать нагрузочные умственные тесты в интересах познания мозговых функций, системного регулирования анализаторов (речевого, тактильного, кинестезического) и противодействия пространственной дезориентации. Необходимы глубокие научные проработки и их реализация в практике не только летной жизни, но и при конструировании, модернизации авиационной техники, вооружения и снаряжения. Следует учитывать опыт инноваций на ЛА 4 и 4+ поколений и опираться на него.

Особое внимание при создании информационно-управляющих систем (ИУС) ЛА 5-го поколения необходимо уделять тем вопросам, которые были недостаточно решены. Их следует перечислить:

– потенциальные угрозы эффективности и безопасности сопряженной деятельности в реальном масштабе времени в различных координатах пространства;

– потенциальные последствия эмоционально – волевого, интеллектуального истощение от безуспешных предвосхищающих действий по выполнению предписанных алгоритмов, психологической напряженности из-за неполноценной готовности к боевому вылету;

– неиспользование в полном объеме летно-технических характеристик боевых авиационных комплексов, которые имели высокую эргономическую защищенность, обеспечивая безопасность полета.

Что касается ГНИИИ авиационной и космической медицины, то еще в конце 80-х годов в процессе военно-научного сопровождения изделия 1-42 те же отрицательные явления, что и на самолете F-22, были спрогнозированы при помощи специализированного цифрового стенда, моделирующего боевые задачи на фоне динамических перегрузок в кабине. Именно упреждающие фундаментальные исследования позволили нам совместно с летным составом и конструкторами самолетных ОКБ к периоду освоения самолетов 4-го поколения разработать и внедрить:

– эргономическую кабину, обеспечивающую эффективность и надежность, личностно-ориентированную мотивацию и удовлетворенность от полетов;

– новые оригинальные технологии тренировок на центрифуге и на тренажере, повышающие работоспособность и боеспособность при перегрузках более чем на две единицы от нормативных. Подчеркнем, что при моделировании воздушного боя с самолетом F-16 именно эти дополнительные две единицы дали боевой эффект при уничтожении цели;

– специальные технические средства, позволяющие тестировать уровень переносимости перегрузок, осуществлять тренировки и использовать их в интересах ВЛК;

– принципиально новые средства противоперегрузочной защиты с автоматами, регулирующие подачу воздуха под повышенным давлением;

– экспериментальную систему предупреждения потери сознания и принудительного вывода самолета в горизонтальный полет;

– специализированную систему физической подготовки на специальных тренажерах.

Вынуждены еще раз подчеркнуть, что произошедшая организационно-штатная реструктуризация ВВС, изменение технологий проектирования и конструирования ЛА, ликвидация статуса генеральных конструкторов, упрощение профподготовки, ухудшение демографической ситуации, отсутствие должной профориентации, ослабление технической, материально-финансовой обеспеченности практически исключили научные исследования, касающиеся человеческого фактора. Эти отрицательные явления реализовались в кадровой политике, в частности это выразилось в массовом увольнении докторов наук, т. е. ученых высшей квалификации. Все научные учреждения объединили с учебными, с поспешной передислокацией, распустили все кафедры, психофизиологические лаборатории, курсы последипломной подготовки по авиационно-космической медицине. И это в преддверии разработки летательных аппаратов пятого поколения.

Вместе с тем, благодаря сохранившемуся патриотизму ученых, их активности и ответственности, в институте продолжалось военно-научное эргономическое сопровождение новой авиационной техники 4+, разработанной в ОКБ Сухого, Миля, Камова, Туполева. Решались эргономические задачи и другие вопросы, связанные со здоровьем и боеготовностью. Создавались учебные пособия, монографии, учебные кинофильмы, нормативные документы. Начиная с 2010 г., совместно с ОКБ Сухого, создаются новые современные инновационные цифровые стенды, системы визуализации, новые виды информационных полей. Во время исследований происходит коррекция технических проектов с учетом человеческого фактора.

Исходя из вышеизложенных особенностей сверхманевренных самолетов, понадобились фундаментальные исследования по разработке и внедрению методов формирования более высокого уровня резервов человеческих возможностей, устойчивости регуляторных и адаптивных процессов в суперэкстремальных условиях. А также поиск нанотехнологий, пополняющих энергетику организма, принятие энергетических резервов, расширение диапазона функционирования анализаторных систем. Для этого мы нуждаемся в проведении совместных НИР, ОКР с институтами Российской академии наук, Российской академии медицинских наук, Российской академии образования, с Департаментом по безопасности полетов МО и специальными учреждениями в серьезном увеличении финансирования для закупки центрифуг и другой аппаратуры, не только технической, но и медико-биологической, психологической, биохимической. Финансовое обеспечение и обоснование представляем в отдельном документе.

Об экономической составляющей потерь при эксплуатации самолетов

В США принято все потери самолетов в летных происшествиях в зависимости от причин представлять в денежном выражении (см. таблицу 1)[4].

Таблица 1Сравнение пространственной дезориентации от общего количества происшествий класса «А» за период 1991–2000 гг.

К основным причинам пространственной дезориентации авторы относят:

– специфику визуальных индикаторов, в том числе и авиагоризонт, которые не способствуют сохранению летчиком внимания к собственной ориентировке;

– факты отвлечения внимания (принятие решения, насыщение задач, радиосвязь);

– подсознательную тенденцию полагаться на сигналы вестибулярного аппарата;

– вероятность потери пространственной ориентировки класса «А» (катастрофы) в 7 раз выше для ночного полета по сравнению с дневным, в 3 раза выше при полете по приборам в облаках.

Анализ безопасности в авиации ВМС США за 2004 финансовый год (источник 76 Annual AS MA Scientific meeting. № 111, с. 30).

В 2004 г. в авиации ВМС произошли 30 летных происшествий, в результате которых потеряно 18 самолетов, погибли 19 летчиков. Общая стоимость потерь – 1,04 млрд $. В этом же году в авиации ВВС США было 25 летных происшествий класса «А» с коэффициентом аварийности 1,03 на 100 тыс. летных часов. В результате потеряно 10 самолетов, погибли 8 летчиков.

В связи с вводом в строй суперманевренных самолетов резко увеличились катастрофы от потери пространственной ориентировки. На решение этой проблемы в 2009 г. было выделено в США 300 млн $.

Мы приводим эти иллюстрации с целью ориентировать OAK, ВВС, НИИ, ОКБ на усиление финансового, технического, методологического обеспечения научно-практических исследований в области авиационной медицины.

Для справки. В США проблемами, связанными с созданием самолетов пятого поколения, только в Министерстве обороны занимаются 2 НИИ авиационной медицины и 3 специальных центра боевой подготовки с общей численностью 2500 человек. Финансирование каждого центра – 1,5–2 млрд в год.

Реализуя предлагаемый проект дальнейших фундаментальных работ по эргономическому и психофизиологическому обеспечению с опорой на научно обоснованную финансовую поддержку Минобороны и ОПК, исполнители гарантируют создание современной исследовательской базы, научного и учебного центра.

Мы имеем все предпосылки участвовать в создании боевой авиации ВВС, ВМС, сухопутных войск, вполне конкурентоспособных авиации США.

Результаты наших исследований расширят человеческие возможности, повысят резервные характеристики летчиков специально для выполнения боевых действий с сохранением безопасности полета. Боевая техника, исполненная с требованиями эргономики, существенно увеличит ее конкурентоспособность на военных рынках.

А главное, все же это создание и сохранение летных кадров с повышенным уровнем профессионализма и летным долголетием. Мы создадим базу пролонгированного, непрерывного обучения, организуем подготовку в летных училищах и психофизиологическое обеспечение всех сфер и инфраструктуры жизни и деятельности летного состава. Более того, мы создадим синергические системы, объединяющие в компьютерных программах естественный и искусственный интеллект.