Wyświetlacze nahełmowe HMD

Wyświetlacze HMD powinny być tak zaprojektowane, aby były łatwe w użyciu i utrzymaniu. Nie wymagały regularnych napraw czy konserwacji. Dodatkowo powinny być wyposażone w moduł szybkiego montażu gogli noktowizyjnych.

Wyświetlacze HMD powinny być tak zaprojektowane, aby były łatwe w użyciu i utrzymaniu. Nie wymagały regularnych
napraw czy konserwacji. Dodatkowo powinny być wyposażone w moduł szybkiego montażu gogli noktowizyjnych.

Hełm lotniczy stanowił niegdyś jedynie ochronę dla głowy pilota. Obecnie dzięki zastosowaniu wyświetlaczy nahełmowych, nowoczesnych technologii śledzenia ruchów głowy oraz miniaturyzacji podzespołów elektronicznych hełm stał się nieodzownym narzędziem wspomagającym pilota podczas walk powietrznych oraz atakowania obiektów naziemnych. Wyświetlacze nahełmowe przyczyniły się do zwiększenia efektywności działań pilotów podobnie jak kiedyś wyświetlacze przezierne HUD.

Wyświetlacze nahełmowe (Helmet Mounted Display, HMD) wykorzystywane w samolotach oraz śmigłowcach bojowych stanowią logiczne rozwinięcie koncepcji celownika refleksyjnego oraz żyroskopowego, a później celownika przeziernego HUD.
Pierwsze, prymitywne celowniki HUD (Head-Up Display) pojawiły się w samolotach bojowych (np. bombowych Blackburn Buccaneer czy myśliwskich BAC Lightning) pod koniec lat 50. XX wieku. Nie wyświetlały one jeszcze parametrów lotu takich jak wysokość, prędkość, kierunek czy kąt natarcia. Były raczej zaawansowanymi celownikami sprzężonymi z pokładowymi stacjami radiolokacyjnymi, pomagającymi śledzić cel i pokazywać jego przewidywaną pozycję. Na początku lat 70. wprowadzono na wyposażenie samolotów myśliwskich celowniki HUD wyświetlające pełne spektrum parametrów lotu (wraz z położeniem samolotu w przestrzeni i stopniem przeciążenia) oraz informacje o rodzajach i zapasie uzbrojenia.
Dzięki HUD pilot teoretycznie nie musiał już okresowo przenosić wzroku z obserwacji otoczenia na tablicę przyrządów pokładowych, gdyż wszystkie istotne informacje miał wyświetlane przed oczami. Dzięki HUD piloci myśliwców mogli w pełni skupić się na walce manewrowej oraz obserwacji przestrzeni na zewnątrz samolotu. Od tej pory HUD można z powodzeniem nazywać nie tyle celownikiem, co przeziernym wyświetlaczem danych. Jednym z pierwszych myśliwców, który otrzymał wielofunkcyjny HUD był amerykański myśliwiec podkładowy Grumman F-14A Tomcat.
Jednakże HUD był nadal rodzajem celownika „na sztywno” sprzężonym z samolotem. Pilot musiał manewrować całym statkiem powietrznym i utrzymywać przeciwnika „w celowniku” przed, w trakcie i po odpaleniu pocisków „powietrze-powietrze” – szczególnie tych naprowadzanych radiolokacyjnie. Kolejnym krokiem było więc „odłączenie” celownika HUD od samolotu, tak aby pilot miał celownik cały czas przed oczami, nie musząc patrzeć wyłącznie wzdłuż osi podłużnej samolotu.
W 1962 r. firma Hughes Aircraft Company opracowała „Electrocular”, czyli montowany do hełmu lotniczego telewizyjny system kineskopowy (Cathode Ray Tube, CRT). System miał postać dość masywnego ramienia zakończonego ustawianym przed okiem pilota monoklem kolimatorowym, na który był rzutowany obraz telewizyjny. W połowie lat 70. XX wieku firma Honeywell Corp. rozwinęła ten pomysł opracowując celownik kineskopowy nazwany VTAS (Visual Targeting Acquisition System). Celownik mógł być montowany na standardowym hełmie lotniczym typu APH-6. Obraz „wirtualnego” celownika był rzutowany na cienki, przezroczysty monokl kolimatorowy (celownik) ustawiany przed okiem pilota. Była to znacznie lżejsza i wygodniejsza konstrukcja niż „Electrocular”.

Wyświetlacze HMD są szczególnie przydatne podczas śledzenia celu techniką „off boresight”, gdy cel nie znajduje się bezpośrednio przed samolotem. Informacje o celu są wyświetlane na wizjerze hełmu w postaci symboli, które zawsze znajdują się w polu widzenia pilota. Dzięki temu może on bez przeszkód skoncentrować się na manewrowaniu i obsłudze uzbrojenia

Wyświetlacze HMD są szczególnie przydatne podczas śledzenia celu techniką „off
boresight”, gdy cel nie znajduje się bezpośrednio przed samolotem. Informacje o celu są wyświetlane na wizjerze hełmu w postaci symboli, które zawsze znajdują się w polu widzenia pilota. Dzięki temu może on bez przeszkód skoncentrować się na manewrowaniu i obsłudze uzbrojenia

Systemem VTAS zainteresowała się Marynarka Wojenna Stanów Zjednoczonych, która w latach 1974-1978 testowała go w myśliwcach F-4 Phantom II oraz F-14A Tomcat. VTAS pozwalał na wskazywanie celów naprowadzanym na podczerwień pociskom „powietrze-powietrze” AIM-9 Sidewinder. Pomimo pozytywnej oceny systemu, był on jedynie eksperymentalnie wykorzystywany w F-4 Phantom II.
Pierwszym celownikiem nahełmowym, który nie tylko wszedł do służby operacyjnej, ale w dodatku przeszedł chrzest bojowy, był południowoafrykański celownik HMS (Helmet Mounted Sight). Został on opracowany w latach 70. przez firmę Denel Optronics i konstrukcyjnie przypominał amerykański system VTAS. HMS miał współdziałać z naprowadzanymi na podczerwień południowoafrykańskimi pociskami „powietrze-powietrze” Kentron V3B Kukri. Tandem HMS-Kukri wszedł na wyposażenie samolotów myśliwskich Mirage F1AZ południowoafrykańskich sił powietrznych (SAAF). Gdy w latach 1981-1982 doszło do tzw. wojny granicznej z Angolą, dał on przewagę pilotom SAAF w starciach z angolańskimi myśliwcami MiG-21.
Amerykańskie doświadczenia z systemem VTAS, a szczególnie zwycięstwa południowoafrykańskich sił powietrznych, nie przeszły bez echa po drugiej stronie żelaznej kurtyny. Nowe radzieckie myśliwce MiG-29 wyposażono w zintegrowany system celowniczy OEPS-29 składający się z termonamiernika z dalmierzem laserowym oraz nahełmowego systemu wskazywania celów Szczel-3UM z wizjerem kolimatorowym NWU-2M. Wizjer ma kształt monokla usytuowanego przed prawym okiem pilota. System Szczel-3UM pozwala na wskazywania celów powietrznych naprowadzanym na podczerwień pociskom „powietrze-powietrze” R-73 lub R-60. Wprowadzenie do służby w połowie lat 80. myśliwców MiG-29 z systemem Szczel-3UM podziałało niczym „kubeł zimnej wody” i przyspieszyło na Zachodzie rozwój systemów HMD.
Pomimo, że w Stanach Zjednoczonych nie wprowadzono w tamtym okresie na wyposażenie myśliwców żadnego nahełmowego systemu celowania, z powodzeniem wdrożono taki system dla śmigłowców szturmowych. W połowie lat 80. do służby weszły śmigłowce szturmowe AH-64A Apache na których wyposażeniu znalazł się zintegrowany nahełmowy system celowniczy Honeywell M142 IHADSS (Integrated Helmet And Display Sight System). Hełm wyposażono w monokl usytuowany przed prawym okiem pilota na który jest rzutowany obraz kineskopowy. Monokl posiada pole widzenia o kącie 40° w poziomie i 30° w pionie. IHADS jest sprzężony z systemem TADS/PNVS, czyli dziobowymi celowniczo-nawigacyjnymi głowicami śmigłowca. Na monokl jest rzutowany obraz z głowic TADS/PNVS, zarówno dzienny w postaci monochromatycznej jak i nocny – termowizyjny.
Głowice TADS/PNVS są sprzężone z hełmami IHADS pilota oraz strzelca pokładowego AH-64 Apache w ten sposób, że „podążają” za ruchami głowy. Na tej samej zasadzie z hełmem strzelca sprzężone jest działko pokładowe M230 kal. 30 mm, które „podąża” za ruchem jego głowy. System IHADSS okazał się bardzo udaną konstrukcją i „z marszu” wyznaczył wysokie standardy producentom wyświetlaczy HMD przeznaczonych dla śmigłowców bojowych.

Ewolucja systemów HMD

Pierwsze wyświetlacze nahełmowe HMD miały postać zamontowanych na hełmie zminiaturyzowanych wyświetlaczy kineskopowych (CRT) rzutujących obraz na kolimatorowy celownik przezierny w kształcie monokla, który był usytuowany, z reguły, przed prawym okiem pilota. Celownik wyświetlał okręgi kalibracyjne lub siatkę celowniczą oraz ewentualnie informacje o namierzeniu celu przez radar pokładowy oraz głowice pocisków „powietrze-powietrze” naprowadzanych na podczerwień. Wyświetlany obraz musiał precyzyjnie „podążać” za ruchami głowy pilota bez dezorientujących opóźnień.
Żeby było to możliwe opracowano specjalne systemy pozycjonujące instalowane w kokpicie i na hełmie pilota pozwalające na precyzyjne określanie relatywnego położenia głowy pilota względem samolotu. Systemy wykrywania ruchów głowy pilota mogą wykorzystywać czujniki podczerwieni (pozycjonowanie optyczne), czujniki elektromagnetyczne lub czujniki ultradźwiękowe. Stosuje się też systemy hybrydowe np. inercyjno-optyczne. Czujniki pozycjonujące muszą być zainstalowane w hełmie oraz w kokpicie, a ich instalacja wymaga często dokładnego „mapowania” kokpitu.
W latach 90. XX wieku opracowano system rzutowania na monokl całości danych wyświetlanych przez celowniki przezierne HUD razem z pełną symbologią taktyczną pomagającą w śledzeniu i oznaczaniu celów zarówno powietrznych jak i naziemnych. Pilot, gdziekolwiek by nie spojrzał, mógł więc cały czas widzieć przeziernie pełny obraz generowany przez HUD. System oczywiście wyłącza obraz w chwili patrzenia na prawdziwy HUD, żeby uniknąć nakładania się obrazów.
Jednym z głównych czynników, które przyspieszyły rozwój i wdrożenie systemów HMD było wprowadzenie do służby w siłach powietrznych wielu państw manewrowych pocisków „powietrze-powietrze” małego lub średniego zasięgu typu HOBS (High Off-Boresight). Pociski takie jak AIM-9X, MICA czy ASRAAM posiadają silniki z funkcją wektorowania ciągu pozwalające na gwałtowną zmianę kierunku lotu nawet o 180° po odpaleniu. Wyświetlacze nahełmowe pozwalają pilotowi wskazywać cele w azymucie 80°–90° po obu stronach osi podłużnej myśliwca dzięki czemu maksymalnie wykorzystują możliwości manewrowe pocisków HOBS.
Wraz z rozwojem wyświetlaczy ciekłokrystalicznych zrezygnowano z technologii kineskopowej na rzecz zminiaturyzowanych wyświetlaczy LCD, LCOS, 3LCD lub DLP. Wyświetlany obraz jest generowany przez diody LED lub organiczne diody elektroluminescencyjne – OLED. Technologie te pozwoliły na wyświetlanie obrazu w dużej rozdzielczości, co otworzyło drogę do sprzężenia z HMD zasobników celowniczych oraz głowic optoelektronicznych. Pilot mógł więc oglądać na wyświetlaczu nahełmowym obrazy video dostarczane przez różne źródła w czasie rzeczywistym. Kolejnym krokiem było zastosowanie technologii wyświetlania „obrazu w obrazie”. Daje to możliwość otwierania okien z powiększonym obrazem, czy prowadzenia podglądu obrazu dostarczanego ze źródeł zewnętrznych.

PrzemysŁ zbrojeniowy

 ZOBACZ WSZYSTKIE

WOJSKA LĄDOWE

 ZOBACZ WSZYSTKIE

Wozy bojowe
Artyleria lądowa
Radiolokacja
Dowodzenie i łączność

Siły Powietrzne

 ZOBACZ WSZYSTKIE

Samoloty i śmigłowce
Uzbrojenie lotnicze
Bezzałogowce
Kosmos

MARYNARKA WOJENNA

 ZOBACZ WSZYSTKIE

Okręty współczesne
Okręty historyczne
Statki i żaglowce
Starcia morskie

HISTORIA I POLITYKA

 ZOBACZ WSZYSTKIE

Historia uzbrojenia
Wojny i konflikty
Współczesne pole walki
Bezpieczeństwo
bookusermagnifiercrossmenulistfunnelsort-amount-asc