Киборги для авиации

Пилоты перспективных самолетов испытывают нагрузки на грани человеческих возможностей 6 Декабрь 2016, 16:37
После создания летательных аппаратов пятого поколения наши и американские ученые и авиационные врачи столкнулись с рядом прежде не отмечавшихся факторов воздействия на организм пилотов: так называемые боковые перегрузки, десятки новых зрительно-вестибулярных иллюзий, общая дезориентация в результате мгновенной смены векторов перегрузки, ощущения перехода из одного пространства в другое, проявление головокружения и тошноты на режимах угла атаки в районе 90± и энергичном торможении. Было отмечено, что длительность перегрузки величиной в 10–12+ Gz более минуты практически вводит мозговую деятельность в состояние «отсутствия». И в одно время катастрофы F-22, когда пилоты теряли сознание и наступала пространственная дезориентация, привели ученых США в замешательство. Стало понятно, что это для многих режимов энергичного маневрирования – это основные причины срывов летных заданий.

ЭРГОНОМИКА ВОЗДУШНОГО БОЯ

А теперь представьте, в какой обстановке работают пилоты самолетов пятого поколения: нашлемные дисплеи, на которые выводится пилотажно-навигационная и тактическая информация, цветные дисплеи взамен обычных приборных досок... Причем в дисплеях используется принцип сенсорного управления, широко применяются речевое управление, аудиосистемы, принцип «портального кодирования». Тактические задачи решаются с помощью компьютера. В кабине пренебрегают принципом преемственности. Каждый элемент кабины подвергается летным составом эргономической оценке систем отображения информации и сопряжения человеко-машинного интерфейса в области автоматизации. На создание самолетов пятого поколения нацелены более 100 научных программ, в первую очередь именно по разработке человеко-машинного интерфейса. Выделяется на эти цели более 1,5 млрд долл. Но все, что сегодня делается для оптимизации деятельности экипажей, даже на стендовых испытаниях по эргономическим, психофизиологическим показателям едва ли удовлетворяет более чем на 40%.

Кроме того, как уже отмечалось, в ходе испытаний летательных аппаратов пятого поколения был выявлен ряд серьезных психофизиологических проблем:

– различные формы затруднения в психической деятельности при воздействии маневренных перегрузок – в частности, возникновение более пяти новых форм иллюзий;

– необходимость в разработке содержания психофизиологических тренировок, тренажеров и формировании интеллектуальных способностей при решении тактических задач одним членом экипажа;

– распределение функций между человеко-машинным интерфейсом;

– обоснование требований к здоровью, средствам защиты от воздействий физических факторов, мультисенсорным системам поддержки функционального состояния психики, организация противодезориентационной поддержки;

– разработка эргономических требований к созданию полноценной экспериментальной базы в интересах формирования эргономических программ для летных испытаний.

НОВЫЕ ПСИХИЧЕСКИЕ КАЧЕСТВА

Надо полагать, что усиление контроля за выполнением государственного оборонного заказа в части касающегося учета человеческого фактора приведет к увеличению эффективности использования новых летательных аппаратов по сравнению с самолетами четвертого поколения как минимум на 30–50%. Но техника, позволяющая высокоманевренные режимы в воздушном бою, это еще не все. Есть сложности, возникшие при эксплуатации самолетов пятого поколения, решение которых под силу разве что авиационной медицине. Вот их перечень:

– полет на больших углах атаки при скольжении или большом торможении вызывает новые виды иллюзий, создающих выраженный дискомфорт, а также тошноту;

– полет с перегрузкой +10Gz вызывает физический дискомфорт, потерю пространственной ориентировки, ухудшение зрения, травмы мышц спины, позвонков и связок шеи;

– высокоскоростное маневрирование вызывает ощущение ускоренного потока информации, требующего не рефлекторных навыков, а опережающего прогностического мышления, особенно в условиях, связанных с дефицитом времени.

Кроме того, появился новый психофизиологический феномен мгновенного перехода из одного пространства в другое. И вот к какому выводу пришли летчики США. Приведем их наблюдения в кратком изложении: «В условиях высокоманевренного полета 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. Обобщенная информация на индикаторах далеко не всегда совпадает с текущим образом полета. Приоритетным ограничением человеческих возможностей выступает скорость изменения ситуации».

Почему так важны научные исследования в области авиационной медицины и психофизиологии? Во-первых, потому, что человек более определенно, чем когда-либо раньше, является «ограничивающим фактором». Во-вторых, летное время станет столь дорогим, что потребуются новые принципы обучения на тренажерах и спортивных самолетах. В-третьих, доминантность тактических задач упрется в проблему дезориентации, поэтому потребуется сформировать у пилотов новые психические качества.

При этом стратегия не только в том, чтобы облегчить пилотирование. Самое главное – переиграть противника. А для этого потребуются развитое рефлексивное сознание, интеллект, альтернативный выбор, выход в сферу нестандартного поведения. И за этим всем стоят науки о человеке.

Какие профессиональные качества нужны для воздушного боя? Перечислим: агрессивность, сила воли, установка на победу, энтузиазм, инициатива, хитрость, жизнестойкость, физическая выносливость. А что необходимо для обеспечения работоспособности в бою? Перечислим эти профессиональные качества: стрессоустойчивость, образность мышления, устойчивость к дезориентации, гибкость ума, выраженный интеллект, помехоустойчивость, профессионализм, критичность к себе.

ВОСПРОИЗВОДСТВО ЛЕТНОГО ЗДОРОВЬЯ

Для обеспечения здоровья требуется серьезное переоснащение диагностической аппаратуры, нагрузочных проб в интересах исследования мозговых функций, системного функционирования анализаторов, в том числе и двигательного, кинестетического. Особенно функциональных возможностей устойчивости к пространственной дезориентации, помехоустойчивости.

Клиническая медицина авиационных госпиталей – это тоже научная база для врачебно-летной экспертизы. Уже сегодня следует усилить профессиональную подготовку авиационных клиницистов в области знаний по авиационной медицине, касающихся функционирования зрительных и вестибулярных анализаторов, функционирования мозговой и психической деятельности.

Опыт разрозненности методологии клинической, экспертной, научной деятельности врачей в авиации МВД, ФСБ, МЧС сегодня нежелателен, поскольку от этого страдает организация защиты профессионального здоровья летных экипажей. Стало быть, речь идет об интеграции на федеральном уровне.

В 1985 году мы провели новый особый эксперимент для создания функциональных органов. Это был один из примеров в области научных исследований по этой проблеме. Интересным был также эксперимент по формированию функциональных органов, то есть новообразований в регуляции двух разных систем психологической и физиологической (эксперименты В. Пономаренко, В. Лапы, А. Обознова, А. Архангельского, В. Зорилэ, 1989 год).

Речь шла о подготовке летчика к выполнению сложных действий при работе с прицелом в условиях воздействия динамических перегрузок, характерных для высокоманевренного полета. Опыт полетов показал, что выработанные на статоэргометре навыки к мышечной защите, переходе на брюшной тип дыхания, статического давления на педали в момент воздействия больших величин и длительности перегрузок уверенно повышали устойчивость на режимах пилотирования. Однако в условиях воздушного боя переносимость этого фактора резко снижалась, и эффективность выполнения задач падала. Причина – параллельность двух задач по сосредоточению внимания на физиологической функциональной системе, определяющие защитные реакции в психической системе, определяющей управляющее действие по удержанию цели в сетке прицела.

Остановимся на некоторых проблемах, возникших в связи с модернизацией техники четвертого «+» поколения и самолетов пятого поколения. Возникли совершенно новые проблемы, ранее не встречающиеся в практике медицинского и психологического обеспечения полетов. В качестве примера остановимся лишь на одной проблеме – проблеме высокоманевренного полета и проявления новых видов систем информации.

Важнейшей проблемой стала дезориентация, потеря пространственной ориентировки, новые виды иллюзий. Как удалось установить, эти новшества обусловлены:

– сверхманевренностью, которая сопряжена с воздействием длительных маневренных перегрузок до 12 единиц;

– управлением непосредственно боковой и подъемными силами, вектором тяги двигателя;

– раздельным управлением векторами перегрузок и собственной угловой скоростью летательного аппарата;

– пилотированием на углах атаки до 90%;

– сокращенным пространством, в котором разворачивается дуэльная ситуация. За этим следует резкое увеличение угловых скоростей относительно углового перемещения объекта наблюдения;

– введением очков ночного видения и нашлемных систем прицеливания в сочетании с приборной информацией на защитном шлеме.

Конкретно при пилотировании в маневренном самолете возникают и новые специфические иллюзии – добавочная иллюзия пикирования (кабрирования или крена). По данным наших ученых Бухтиярова, Хоменко, Воробьева, эти иллюзии связаны с раздражением отолитов из-за появления в плоскости утрикулярных отолитов тангенциальных составляющих вектора перегрузки +Gz и гироскопического момента. Опасность их в том, что эти иллюзии возникают в простых метеоусловиях. Особенно часто они появляются при повороте головы.

Исследования выполнялись на центрифуге. Методом определения субъективной гаптической вертикали были установлены количественные выражения появления видов иллюзий в зависимости от поворота головы в рабочих диапазонах обзора внекабинной сферы и в кабине. Голова вперед – иллюзия пикирования, назад – иллюзия кабрирования. Здесь играют свою роль тонические шейные рефлексы. При повороте головы вправо при воздействии +Gz сопровождается иллюзией кабрирования и левого крена в положении головы вправо/вертикально и вправо/назад – иллюзией пикирования.

Использование нашлемных систем целеуказания и прицеливания востребовало более высоких и глубоких фундаментальных исследований. Вынесение информационного поля на голову, которая находится постоянно в движении – то есть линии визирования не совпадают с осью самолета – движение головы расширяет вероятность появления иллюзий кориолисового толка. Идет разрушение не только оперативного пространства, но и эволюционной схемы тела (Эрколайн, Превик, 2002). Возникают более сложные психологические коллизии о смене бытия. Такое впечатление, что у человека отняли свободу управлять собой и окружающим пространством. Пространство как бы пересадили из кабины на голову, причем не в качестве некоего «разума», а в качестве инструмента для исполнения действий в квазипространстве.

Должен отметить, что при создании F-22 проблем у пилотов было еще больше. И если они не справятся с новшествами летательного аппарата пятого поколения – все претензии и вопросы к пресловутому человеческому фактору.

Иначе говоря, авиационной медицине придется еще немало потрудиться, чтобы оптимизировать интерфейс машины с человеком.
 

Об авторе: Владимир Александрович Пономаренко – заслуженный деятель науки, доктор медицинских наук, генерал-майор медицинской службы в отставке; Сергей Альбертович Айвазян – генеральный директор Научно-испытательного института эргатических систем, кандидат технических наук.