Особенности психофизиологической деятельности экипажа на борту ЛА

Таким образом, включение  механизма внутрикабинной фиксации периферического поля зрения при  ухудшении видимости вынуждает  летчика вести отсчет пространственного  положения самолета, сопоставляя  положение всех подвижных индексов и стрелочных элементов дисплеев с положением визуальной горизонтали и визуальной вертикали кабины, что подтверждается, как указывалось выше, стабильной ориентацией его головы и туловища. В этой системе отсчета летчику удобнее работать с обратной индикацией пространственного положения. И, наоборот, переключение зрительного внимания летчика на определение местоположения линии естественного горизонта в визуальном полете, когда он выравнивает положение головы и глаз с линией естественного горизонта в пределах доступной ему амплитуды отклонений головы ±15°, облегчает ему оценку пространственного положения пилотируемого самолета по авиагоризонту с прямой индикацией, поскольку она совпадает с положением и движениями линии естественного горизонта. Сказанное выше дает основание предположить и заподозрить, что при пилотировании самолета в сложных метеоусловиях по коллиматорному авиационному индикатору с его миниатюрными и подвижными светящимися индикантами, сфокусированными на бесконечность, летчик также может вести отсчет пространственного положения самолета по опорным визуальным ориентирам рамы или фонаря кабины, что способно завести его в трудную ситуацию непонятного пространственного положения.

Будучи интуитивными по своему первоначальному замыслу, обе системы индикации пространственного положения самолета по авиагоризонту как с прямым, так и с обратным отображением линии естественного горизонта в полете, не в состоянии дать летчику надежное, убедительное отображение пространственного положения самолета в сложных метеорологических условиях, когда необходимо вести непрерывную пространственную ориентировку, особенно при пилотировании на больших углах атаки. Можно предположить лишь, что интуитивное представление пространственного положения самолета по авиагоризонту с прямой индикацией наклона линии естественного горизонта в большей степени соответствует ситуации выхода самолета из приборного полета в режим визуального, тогда как интуитивное отображение пространственного положения самолета по авиагоризонту с обратной индикацией соответствует ситуации перехода самолета из визуального полета в режим пилотирования по приборам. Однако несовершенство двухмерного отображения пространственного положения самолета на авиагоризонте с прямой и обратной индикацией углов крена вынуждает летчика обращаться к наземным ориентирам для определения истинного положения своего самолета, например, по удалению от цели или для сверки навигационных ориентиров пролетаемой местности. Сказанное означает, что летчик переходит на другую систему отсчета пространственных координат пилотируемого самолета, прежде всего, по линии естественного горизонта.

Следует заметить, что восприятие изменения пространственного положения  тела и управляемого самолета в значительной мере может зависеть и от высоты полета. Приближение самолета к земле и наземным ориентирам превращает ее в мощный первосигнальный фон, на котором самолет воспринимается как отдельная фигура. При фиксации взора на наземных ориентирах местности, с включением механизмов глубинного глазомера, он будет ощущать эволюции самолета по крену как свое собственное и своего самолета перемещение в пространстве. При фиксации же взора на опорных ориентирах внутри кабины периферическое поле зрения будет воспринимать эволюции самолета по углу крена как вращение линии естественного горизонта и наземных ориентиров. Из сказанного можно заключить, что процесс пространственной ориентировки летчика в полете реализуется через последовательное чередование визуальных механизмов когнитивного опроса центральным полем зрения пилотажно-навигационных приборов с фиксацией периферическим горизонтали по водоразделу между прозрачными и непрозрачными элементами рабочей кабины и визуальных механизмов дальнего глубинного зрения с фиксацией точек отсчета пространственного положения самолета на неподвижной линии естественного горизонта. Такое переключение и чередование двух систем отсчета пространственного положения самолета и составляет основное содержание пространственной ориентировки летчика, ее существо и стержень. Представленные соображения подкрепляются исследованиями пространственной ориентировки космонавтов в длительных полетах, где доминирующую роль играет деятельность зрительного анализатора. Хорошо известна роль опорных ориентиров естественного горизонта в происхождении зрительной иллюзии Луны, впервые описанной российским физиком-оптиком С.И.Вавиловым: вблизи линии естественного горизонта размеры небесного спутника Земли воспринимаются во много раз превышащими его истинные константные размеры по сравнению с тем, когда он находится в безориентирном пространстве в зените.

Таким образом, авиаприборостроителям, авиационным психологам и врачам предстоит провести большой объем  научно-исследовательских работ  по определению оптимальных режимов  индикации пространственного положения самолета, выбору наилучших комбинаций приборной и визуальной оценки угловых пространственных координат летательного аппарата, смягчающих или исключающих расстройство пространственной ориентировки летчика в полете.

3.5. Вестибулярные иллюзии как причина НПО.

Вестибулярная система  состоит из 2 больших комплектов чувствительных органов или датчиков пространственного положения тела человека: 6 полукружных каналов (по одной паре в каждой из 3 взаимно  перпендикулярных плоскостей движения слева и справа) и 4 отолитовых органов (1 маточки и 1 мешочка с каждой стороны). Полукружные каналы играют роль датчиков угловых ускорений при движениях головы человека. Они стимулируются запаздывающим перемещением эндолимфатической жидкости, движение которой приводит к отклонению волосяных клеток, прикрепленных к желеобразному образованию, называемому купулой. Отолитовы органы благодаря относительно плотным кристаллам углекислого кальция на своих мембранах реагируют на изменения линейных ускорений или движений головы относительно гравитационной вертикали. Вестибулярная система имеет множество проекций и тесно связана с периферическим полем зрения в корковых представительствах центральной нервной системы. Она по существу является дополнением и продолжением периферического зрения человека, обеспечивающего пространственную ориентировку его тела и позы относительно плоскости земной поверхности и поддерживает зрение, перцептивно-двигательную активность за счет гравитоинерциальной стимуляции своих рецепторов.

Вестибулярная система является идеальным органом для обеспечения координации движения человека по земле, например, при ходьбе и поворотах головы, которые выполняются в частотном диапазоне выше 1 Гц. Но, в отличие от периферического зрения, она не приспособлена к восприятию продолжительных вращений головы или длительно действующих линейных ускорений. Например, при угловом движении длительностью в 1 сек полукружные каналы лабиринта эффективно интегрируют сигнал углового ускорения и достоверно информируют высшие нервные центры об угловой скорости движения головы. Однако, поскольку инерциальное запаздывание эндолимфатической жидкости затухает через 5 – 10 секунд от момента ее первоначального возмущения, лабиринтные каналы могут просигнализировать поворот головы в противоположную сторону при замедлении константной скорости углового вращения. Аналогично полукружным каналам отолитовы рецепторы правильно информируют высшие нервные центры человека о скорости движения его головы в пространстве, если сигнал линейного ускорения длится меньше 1 – 2 секунд, тогда как смещение отолитовой мембраны в течение более продолжительного интервала времени ощущается человеком как отклонение головы от гравитационной вертикали. Таким образом, чрезмерная инерционность чувствительных элементов вестибулярного органа летчика при продолжительных воздействиях угловых и линейных ускорений является основным источником вестибулярных иллюзий НПО в полете.

3.6. Формы и виды вестибулярных иллюзий НПО.

Гиллингем и Превик различают 2 разновидности вестибулярных иллюзий: вызываемых угловыми ускорениями и линейными ускорениями. Следует заметить, однако, что во многих случаях вестибулярные иллюзии от воздействия угловых и линейных ускорений часто сочетаются с визуальными иллюзиями НПО.

Одной из самых грозных  иллюзий, провоцируемых воздействием угловых ускорений, является так называемая “соматогиральная” иллюзия необратимого или “траурного штопора”. В основе этой иллюзии лежит неспособность полукружных каналов адекватно информировать высшие нервные центры пространственного анализатора пилота при выполнении продолжительного разворота. Например, для выхода из продолжительного левого плоского штопора пилот может попытаться использовать правую педаль и даже в том случае, когда этот маневр удался, прекращение вращения самолета моментально вызывает у него ощущение перехода самолета в правый штопор (иллюзия обратного крена), поскольку горизонтальные полукружные каналы ощущают торможение в правую сторону. Другим примером вестибулярных иллюзий от угловых ускорений являются Кориолисова или “перекрестная” иллюзия пространственного положения, при которой движение головы в процессе непрерывного разворота приводит к остановке движения лимфы в канале, который вышел из плоскости движения и вызывает иллюзию движения в плоскости, перпендикулярной плоскости “отключившегося” канала (например, наклон головы по оси тангажа под углом в 90° при вращении человека в горизонтальной плоскости рыскания, может спровоцировать ощущения крена, поскольку горизонтальные каналы, оказавшиеся в плоскости крена, испытывают стимуляцию от торможения эндолимфы, как только они выходят из плоскости вращения по оси рыскания). Иллюзии НПО от воздействия угловых ускорений весьма распространены у пилотов авиации общего назначения, но они считаются менее опасными у пилотов высокоманевренных самолетов, у которых угловые скорости разворота ниже аналогичных показателей самолетов малой авиации.

Наиболее характерные  иллюзии НПО от воздействия линейных ускорений полета вызываются: 1. Отклонением  вектора результирующей гравитоинерциальной силы от положения истинной гравитационной вертикали и 2. Изменением величины вектора гравитоинерциальной силы. Эти изменения могут быть спровоцированы воздействием продолжительных линейных ускорений, например, при взлете или при вращении пилотов на центрифуге с внутренней стороны разворота или при выходе самолета из режима горизонтального полета. Одной из самых опасных иллюзий НПО от воздействия линейных ускорений является “соматогравическая” иллюзия, которая ощущается пилотом в процессе взлета и набора высоты как полет на чрезмерно высоких углах тангажа и атаки, а в процессе снижения, например, при заходе на посадку как полет в перевернутом положении. Если в первом случае при наборе высоты пилот попытается уменьшить угол тангажа, этот маневр штурвалом приведет к возникновению центробежной силы, направленной через днище кабины, и может спровоцировать у него ощущение перевернутого полета. Другой опасной иллюзией является уже упоминавшаяся выше “траурная спираль”, провоцируемая действием результирующей гравитоинерциальной силы, которая существенно отклонена от гравитационной вертикали. Эта иллюзия ощущается пилотом как горизонтальный режим полета при выполнении продолжительного маневра разворота. Иллюзия избыточной пилотажной перегрузки (G-excess) считается особенно опасной, когда пилот смотрит вверх с внутренней стороны выполняемого разворота, поскольку чрезмерное перерастяжение отолитовой мембраны может быть истолковано как выход самолета из эволюции разворота в режим горизонтального полета. В результате этого летчик, чтобы сохранить ощущение координированного разворота, может непреднамеренно вывести самолет на еще большие углы крена.

Хотя надежные визуальные ориентиры пространственного положения  самолета, наблюдаемые периферическим полем зрения пилота, обычно снимают иллюзорные ощущения, вызванные вестибулярными и другими неинструментальными стимуляциями, этот механизм защиты не может компенсировать полностью ухудшение условий видимости на борту самолета. В этих условиях у пилотов обычно возникают комбинированные глазовестибулярные расстройства пространственной ориентировки, именуемые окулогиральными иллюзиями при воздействии угловых ускорений и окулогравическими иллюзиями– при воздействии линейных ускорений, при которых наступает суммация визуальных и вестибулярных обманов чувств.

4. УЧЕТ СПЕЦИФИКИ ОБРАЗА ПОЛЕТА ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ИНДИКАЦИИ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ПОЛОЖЕНИЯ САМОЛЕТА

Индикатор пространственного  положения — авиагоризонт — используется в авиации более полувека. Это один из важнейших приборов, занимающих центральное место на приборной доске. Его функции — обеспечивать не только пилотирование, но и пространственную ориентировку вне видимости земли. Основу лицевой части авиагоризонта составляет изображение линии искусственного горизонта. силуэта самолета и шкалы тангажа.

Существуют два основных типа этого прибора (рис. 2). На первом представлен подвижный (относительно продольной оси, т.е. по крену) силуэт самолета. Линия горизонта перемещается только относительно поперечной оси самолета, вверх и вниз, параллельно самой себе. Она разделяет изображение "земли" и "неба" на шкале тангажа. При перемещении линии горизонта вниз силуэт самолета оказывается на фоне голубого поля, и это означает положительный угол тангажа.

Рис. 2. Схематичное изображение авиагоризонта

1 — вид индикации  "с земли на самолет": 1 — левый крен. 2 — правый крен; II — вид индикации "с самолета на землю": 1 — левый крен, 2 — правый крен

Такой способ индикации пространственного положения самолета называют "вид с земли на самолет".

На втором типе прибора  представлен неподвижный силуэт самолета и перемещающаяся линия  горизонта, которая не только уходит вверх или вниз, но и наклоняется  вправо (при левом крене) или влево (при правом крене). Такую индикацию принято называть "вид с самолета на землю". Положение самолета определяется через оценку положения земли и горизонта относительно самолета. Иногда этот вид индикации характеризуют как "прямой", или "естественный", основываясь на том, что на индикатор перенесено изображение видимого поля, т.е. перемещающегося относительно положения наблюдателя (в самолете) пространства. Иными словами, индикатор воспроизводит необычную "чувственную основу" образа восприятия. Сделаны попытки визуализировать слепой полет, обеспечить внешнее сходство видимых летчиком картин в визуальном и приборном полетах.

Обычно человек нелетной профессии, в том числе и инженер–конструктор  авиаприборов, воспринимает, будучи в  полете, землю и горизонт перемещающимися. Отсюда стремление дать на индикаторе подвижный индекс авиагоризонта. Но можно ли такое представление информации считать шагом в визуализации полета? Нам кажется, нельзя. Под термином "визуализация полета" понимается создание такой картины, которая при отсутствии видимости земли воспроизводит ситуацию такой, какой она наблюдается в условиях визуального полета. Эта картина не обязательно соответствует реальной ситуации, которая должна была бы наблюдаться в данный момент, но впечатление, что ситуация, отображаемая в картине, реальна, создавать должна. Отсюда следует, что картина должна быть объемной при строгом сохранении масштаба, что для летчика эта картина должна занимать по горизонту угол около 150°, по углу места — около 125°, как это бывает в визуальном полете. Горизонт на картине должен при всех эволюциях самолета совпадать с невидимым естественным горизонтом. На этой картине нужно воспроизвести бег земной поверхности и многое другое. Только при выполнении этих очевидных условий можно говорить о действительной визуализации полета, создающей впечатление, подобное "эффекту присутствия". Иначе говоря, визуализация, которая могла бы быть эффективной, должна строиться с таким расчетом, чтобы она могла "запустить" всю совокупность механизмов психического отражения, которые работают в визуальном полете.