|
Особенности психофизиологической деятельности экипажа на борту ЛАавиагоризонта с обратной индикацией крена, поскольку неподвижная шкала крена, как и вся приборная доска, отклоняются при вводе самолета в крен, и подвижный индекс самолета, дублируя положение гироскопического волчка, неизменно индицирует заниженные показания угла крена по прибору. Факт отсчета летчиками углов крена в точках пересечения левого или правого “крылышек” самолетного индекса на круговой шкале авиагоризонта с обратной индикацией был отслежен в моделируемом полете при использовании киносъемки движений глаз летчика с помощью взглядоотметчика японской фирмы NAC. 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. [pic] 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. В зарубежной литературе большой интерес к вопросам визуализации полета наблюдался в 60–х годах. Тогда предполагалось, что разрабатываемые телевизионные, радиолокационные и инфракрасные системы с изображением внекабинного пространства на ЭЛТ послужат средством визуализации полета. Этого не произошло из–за принципиальных различий между видом внекабинного пространства и тем, что изображается на экране ЭЛТ. Малые углы обзора, изменение масштаба, отсутствие глубины на ЭЛТ привели к тому, что они не могли быть использованы в качестве систем визуализации полета. Визуализация полета, которая предполагает представление летчику информации об окружающем самолет пространстве в естественной, привычной для него форме, не была реализована. Такая информация не требует декодирования и расшифровки сигналов, и в этом ее основное преимущество перед любым другим видом информации. В основе концепции визуализации лежит инженерно–психологический принцип, который иногда называют "принципом наглядности", иногда "принципом реализма". Его суть можно было бы сформулировать так: чем более информационная модель подобна воспроизводимому в ней объекту по тем свойствам, которые отражаются человеком непосредственно, т.е. на сенсорно–перцептивном уровне, тем легче с ней работать. Если следовать этому принципу, то нужно стремиться к созданию таких информационных моделей, при восприятии которых у человека возникало бы как можно более сильное впечатление, что он воспринимает реальный объект. Идеальным с этой точки зрения является такая информационная модель, работая с которой человек не может различить, что он воспринимает: реальный объект или его модель. И надо сказать, что научно–технический прогресс уже на современном этапе развития позволяет реализовать рассматриваемый принцип во многих отношениях. В целом преимущество информационных моделей, сенсорно–перцептивно подобных объекту, в том, что они позволяют человеку с высокой степенью полноты использовать его житейский опыт, включая способы и формы действий (и поведения), которые сформировались в процессе накопления этого опыта. Такие модели особенно эффективны, когда решается задача: создать "эффект присутствия". Весьма целесообразно использовать их в процессе обучения человека, в том числе профессионального. Однако возникает вопрос: является ли рассматриваемый принцип универсальным? На наш взгляд, нет. Ведь он, как говорилось, относится только к одному уровню психического отражения. Между тем концептуальная модель и поэтапно реализующие ее в деятельности оперативные образы многомерны и многоуровневы, и это должно учитываться при разработке информационных моделей. Человек эффективнее и надежнее работает с системой приборов, чем с телевизионным изображением ЛСП, хотя, казалось бы, "принцип наглядности" в последнем случае реализуется полнее, чем в первом. Но дело не в примерах (их можно было бы привести много). Любая информационная модель, используемая в системах "человек—машина" должна оцениваться по крайней мере в двух аспектах: а) насколько полно и точно — с точки зрения задач управления — в ней отображается управляемый объект; б) в какой мере она соответствует информационной модели, складывающейся у человека–оператора, и способу (механизму) психической регуляции его действий. В этой связи подчеркнем следующее: информационная модель должна помогать пилоту быстро и точно оценивать реальную ситуацию, принимать обоснованные решения и выполнять осознанно управляющие действия. А это требует того, чтобы модель "высвечивала" прежде всего существенные для решения задач управления признаки объекта. Нередко модели, обладающие высокой степенью наглядности, не удовлетворяют этому требованию, а иногда и просто противоречат ему. Излишняя их наглядность затрудняет для пилота оценку сути происходящих событий. В этом случае получается эффект прямо противоположный тому, на который рассчитан принцип наглядности: необходимость выполнять специальные умственные действия по декодированию и перекодированию поступающей информации не только не уменьшается, а, напротив, увеличивается (правда, по своему психологическому содержанию здесь требуются действия иного типа по сравнению с действиями' преобразования знаковой информации). Заключая, можно сказать, что принцип наглядности эффективен в той мере, в которой он соответствует концептуальной модели, подкрепляет эту модель и способствует ее реализации в оперативных образах, а также управляющих действиях оператора. Когда речь идет о наглядных информационных моделях, возникает еще один вопрос: что именно такая модель делает наглядным, с какой точки зрения (в буквальном смысле этого слова)? В этой связи вернемся к сравнительному анализу двух основных типов авиагоризонта. Строго говоря, ни один из них не может претендовать на визуализацию полета, так как информация от каждого из них требует мысленных преобразований, поэтому ни один не дает абсолютно надежного определения пространственного положения самолета в особо сложных условиях. Необходимость преобразования информации от авиагоризонта в таких условиях нередко приводит к ошибкам летчика. Поэтому главный вопрос здесь, пожалуй, в том, какой вид индикации легче поддается расшифровке. Что же касается степени наглядности каждого из типов авиагоризонта, то она примерно одинакова. Основная разница в том, что один представляет наглядную (но очень редуцированную) картину кажущегося движения горизонта относительно самолета, другой — реального движения самолета относительно земли. Поэтому первый часто определяют как "вид с самолета на землю", а второй — "вид с земли на самолет". Поскольку второй тип авиагоризонта более соответствует концептуальной модели, формируемой у летчика, и задачам управления, поступающая от него информация преобразуется легче, чем информация от. первого типа, не соответствующего информационной модели. Поэтому очень многие летчики, оценивая авиагоризонт "вид с земли на самолет", говорят, что "он более наглядный — его легче расшифровать". Неудовлетворенность летчиков, в частности зарубежных (а они работают с авиагоризонтом "вид с самолета на землю"), приборами с подвижной линией авиагоризонта, большое число ошибочных решений при определении пространственного положения самолета вызвали к жизни научно–прикладные исследования особенностей восприятия и реакций летчиков на предъявленный вид индикации авиагоризонта. В монографии 3. Гератеволя приводятся интересные данные, относящиеся к оценке принятого за рубежом вида индикации. В частности, в результате испытаний авиагоризонта в кабине Линка показано, что прибор, сконструированный по принципу "с земли на самолет", значительно лучше, чем авиагоризонт, используемый в ВВС США. Эта мысль поясняется рис. 3. Автор монографии приводит психологическое объяснение явлению ошибочного обратного движения, которое возникает из–за измененного соотношения "изображение—земля". Обычно горизонт воспринимается летчиком как неподвижная ориентирная черта, на фоне которой движется самолет. Если, например, в слепом полете действительный горизонт исчезает, то летчик рассматривает свой самолет как центр системы ориентирования, по отношению к которому все указатели, в том числе указатель авиагоризонта, указывающий движение, становятся изображениями. Короткая, близко расположенная и неточно ориентирующая поперечная черта на приборе не может заменить широкий, далекий и "непогрешимый" действительный горизонт. Это смещение значений обусловливает затем смещение в определении своего положения. Автором был сделан вывод о том, что в полете по приборам действуют закономерности восприятия, отличные от закономерностей, определяющих восприятие пространства в визуальном полете. Несмотря на отрицательную оценку принятого за рубежом вида индикации, его продолжают использовать как пилотажный прибор и как индикатор пространственного положения, т.е. нельзя отрицать, что вид индикации "с самолета на землю" обеспечивает успешность действий летчиков. Но, по–видимому, пренебрежение психологическими механизмами ориентирования не могло не сказаться отрицательно на надежности действий летчика в сложных условиях полета. Не случайно за рубежом проблема индикации обсуждается и в 60–е, и в 70–е годы. В частности, исследователи пишут о психологическом дефекте принятого принципа индикации и продолжают поиски путей ее оптимизации. [pic] Рис. 3. Трудности использования авиагоризонта с принципом индикации "вид самолета на землю": а — действительное показание авиагоризонта: б — так летчик должен мысленно повернуть авиагоризонт, чтобы определить истинное положение самолета по отношению к горизонту Индикатор пространственного положения (точнее, принцип индикации) не менялся с тех пор, как он был принят в 1929 г. И тем не менее многие исследователи и летчики ставят вопрос о недостатках — с точки зрения человеческого фактора — данного вида индикации, говорят о преимуществах вида индикации "с земли на самолет", причем часто на основании экспериментальных исследований. Крупный авторитет в области инженерной психологии (и один из ее основателей) А. Чапанис еще в 1959 г. приводил экспериментальные доказательства неудовлетворенности авиагоризонта "вид с самолета на землю". Он отмечал, что такой прибор путает даже опытных летчиков. Примечательно, что этот тип авиагоризонта приводится им как пример ошибочности решений, опирающихся только на житейский смысл (common sense). Будьте осторожны с "житейским смыслом", призывает Чапанис, когда речь идет о создании приборов; часто он приводит к неверным решениям; разработка приборов не может довольствоваться "здравым рассудком", а должна основываться на строгих научных, прежде всего экспериментальных, данных. Экспериментальные исследования восприятия двух типов авиагоризонта проводились и позднее. В частности, в работе изложены результаты сравнительного исследования эффективности их использования. В исследованиях участвовали две группы испытуемых: малоопытные (налет меньше 400 ч) и опытные (налет больше 1000 ч) летчики (32 человека). Учитывались двигательные реверсионные ошибки, время начала управления и ряд других показателей. Анализ ошибок показал, что при использовании подвижного силуэта самолета число ошибок в двух группах летчиков не различалось, тогда как при использовании подвижной линии горизонта малоопытные ошибались чаще, чем опытные. Это прослеживалось и по другим показателям: при использовании индикатора с подвижной линией горизонта качество действий малоопытных летчиков было хуже по сравнению с использованием непривычного для них авиагоризонта. В результате работы авторы предложили заменить используемый в США прибор индикатором с подвижным по крену силуэтом самолета и линией горизонта, перемещающейся параллельно самой себе по шкале тангажа. Поводом для такого предложения послужило то, что по мнению авторов, именно этот индикатор соответствует "подсознательным" стремлениям летчиков видеть горизонт расположенным перпендикулярно относительно продольной оси их собственного тела. Мы привели эти данные, чтобы показать, что в США до сих пор ведутся исследования, направленные на пересмотр повсеместно распространенного там принципа индикации крена на авиагоризонте. Следовательно, проблема вида индикации не представляется окончательно решенной и в стране, в которой этот принцип используется в течении более чем 50 лет. В справочнике по инженерной психологии, изданном в США в 1966 г., о проблеме вида индикации говорится как о еще не решенной. В общем случае рекомендуется ориентиры пространства отображать фиксированным индексом пространства, а движение объекта — подвижным. О потребностях пересмотра принципа индикации свидетельствует и ряд исследований, посвященных обоснованию новых принципов индикации ("Киналог" с частотным разделением). Принцип "Киналог" (кинетический аналог полета) основан на постулате о необходимости предъявления летчику такой информации, которая в самых сложных условиях полета позволяла бы действовать быстро и правильно. Автор прибора считает, что "Киналог" позволяет получить визуальную информацию, не противоречащую кинестезическим ощущениям. Это достигается сменой видов индикации в соответствии с изменением ощущений летчика. Например, при вводе в крен летчик ощущает кренение самолета и видит на приборе кренящийся самолет. После стабилизации крена в координированном развороте летчик не ощущает крена и на приборе видит стабилизированный самолет и наклонную линию горизонта. Прибор "Киналог", насколько нам известно, не только не внедрен ни на один самолет, но и не проходил инженерно–психологических исследований. Но для нас интересен сам факт стремления разрабатывать новые принципы индикации пространственного положения. Авторы предложения сконструировать авиагоризонт с частотным разделением исходили из неудовлетворенности авиационной практики индикацией "вид с самолета на землю". Они указывали, что двигательные ошибки при использовании подвижной линии горизонта обычно связаны с необходимостью быстро реагировать на замеченные отклонения в пространственном положении самолета. При таких ситуациях, считают авторы, необходимо, чтобы индексы в ответ на управляющие воздействия двигались в ожидаемом направлении. Этого принятый за рубежом авиагоризонт не обеспечивает. Отсюда — большоечисло ошибок при выводе самолета из сложного положения: на 64 предъявления индикатора "вид с самолета" было совершено 14 ошибок, а индикатора "вид с земли" — только 3 ошибки. При этом ошибки при использовании привычного для летчиков авиагоризонта ("вид с самолета") имели устойчивый характер. В качестве теоретического объяснения недостаточной эффективности использования вида индикации "с самолета", в зарубежной психологии предлагается положение об изменении соотношений "фигура—фон" при полете по приборам. В визуальном полете любое движение самолета в пространстве летчик воспринимает как свое движение (фигура) по отношению к подвижной земле (фону). Такое восприятие генетически обусловлено: в процессе эволюции животного мира, а также онтофилогенетического развития человека сформировался биологически целесообразный геоцентрический принцип ориентации и движения в пространстве, т.е. человек в качестве основы для ориентирования использует генетически унаследованную систему координат. При этом летчик вместе со своим продолжением — самолетом — перемещается как единое целое относительно земли и горизонта. Для данного вида передвижения в пространстве глубочайший смысл состоит в том, что именно в этой системе координат органически сочетаются два компонента образа полета: а) пространственная ориентировка; б) чувство самолета. Когда летчик управляет самолетом вне видимости земли, по приборам, вся кабина становится неподвижным фоном, по отношению к которому все указатели, в том числе и указатель крена (линии авиагоризонта или силуэт самолета), становятся фигурами. Причина двигательной ошибки при использовании индикации "вид с самолета" в том, что летчик на наклон линии искусственного горизонта реагирует как на наклон самолета. В работе аргументация авторов в пользу индикатора с подвижным силуэтом самолета состоит в следующем: прибор с подвижным по крену силуэтом самолета соответствует представлению человека о положении самолета в пространстве.' Летчик оценивает перемещение самолета по отношению к реальному пространству, а не наоборот. В визуальном полете это стремление выражается в том, что при кренах летчик поворачивает голову определенным образом. Для иллюстрации в статье приводится рисунок с объяснениями, которые направлены на обоснование принципа индикации "с земли на самолет" (рис. 4). Если в визуальном полете летчик стремится держать голову вертикально по отношению к реальному горизонту, то в полете по приборам он стремится держать ее вертикально по отношению к поперечной оси самолета. По этой причине линия горизонта на индикаторе должна оставаться горизонтальной по отношению к полу кабины. Вывод о преимуществе вида индикации "с земли на самолет" не имел практических последствий. В течение нескольких десятилетий зарубежные летчики пилотируют и ориентируются по индикатору с подвижной линией горизонта. В нашей стране до последнего времени преобладает вид индикации авиагоризонта "с земли на самолет", но около десяти лет назад начались настойчивые попытки изменить [pic] Рис. 4. Основания для предпочтения авиагоризонта с движущимся силуэтом самолета: а — летчик держит голову прямо по отношению к вертикальной оси самолета, и горизонт кажется ему наклонным; б — летчик вынужден поворачивать голову, чтобы горизонт остался фиксированным. 1 — ось, проходящая через голову и тело параллельно вертикальной оси самолета; 2 — реальный горизонт; 3 — плоскость, проходящая через глаза, 4 — угол между линией горизонта и плоскостью глаз; 5 — ось, проходящая через голову; 6 — ось, проходящая через тело; 7 — вертикальное перемещение горизонта конструкцию лицевой части на противоположную. При этом одним из аргументов сторонников изменения вида индикации является ссылка на зарубежный опыт. Поэтому мы и постарались показать, что и за рубежом проблему нельзя считать решенной. Анализ состояния проблемы индикации за рубежом позволяет сделать ряд выводов. 1. Принятый и используемый в течение вот уже пятидесяти лет прибор с подвижной линией горизонта и подвижным силуэтом самолета многие специалисты считают недостаточно пригодным для индикации пространственного положения самолета. 2. За рубежом продолжаются исследования, направленные на выбор и оценку другого принципа индикации пространственного положения, в том числе вида "с земли на самолет". 3. Критика индикации "вид с самолета на землю" основана на практическом опыте эксплуатации (наличие аварий и катастроф из–за ошибок интерпретации показаний авиагоризонта), а также на теоретических представлениях о механизмах восприятия пространства в полете по приборам (теория фигуры и фона, генетическая обусловленность геоцентрического характера представления человеком пространства). Рассмотрим основные результаты отечественных исследований действий летчика при использовании двух видов индикации авиагоризонта. Эксперименты, проведенные авиационными психологами в 40— 50–х годах, показали, что индикатор с подвижным силуэтом самолета обладает преимуществами, с точки зрения восприятия и оценки пространственного положения по сравнению с индикатором противоположного вида. Вероятность правильных решений и скорость реакции были выше при использовании вида индикации "с земли на самолет". В 1977 г. описан летный эксперимент, проведенный с участием планеристов, обладающих летным опытом и вместе с тем не использовавших прежде ни один из оцениваемых видов индикации. Лучшие результаты по качеству пилотирования и по субъективной оценке планеристов показал авиагоризонт с подвижным силуэтом самолета. Исследования, проведенные в наземных условиях (при помощи тахистоскопа и имитатора), также показали большую эффективность действий при использовании индикатора с подвижным силуэтом самолета. Авторы объясняют преимущество индикации "с земли на самолет" более адекватным отражением реальной обстановки в субъективном пространственном образе, регулирующая функция которого тесно связана со сложившейся в фило– и онтогенезе геоцентрической системой отсчета. В исследовании, проведенном на имитаторе полета, при сравнении эффективности вывода самолета из сложного положения выявлены различия в способах действий в зависимости от вида индикации: при использовании индикатора с подвижным силуэтом самолета летчики, выполняя действие, осознанно представляли его пространственное положение; при использовании индикатора с подвижной линией горизонта вывод из сложного положения осуществлялся "механически". Как известно, механически выполняемые операции обладают внутренней ненадежностью, которая особенно проявляется в условиях усложнения обстановки полета. Обобщая результаты исследований, можно заключить, что в своей попытке объяснить преимущество индикатора "вид с земли на самолет" большинство авторов так или иначе опираются на мнение, что этот вид индикации соответствует системе психической регуляции ориентировки человека в пространстве, т.е. теоретической концептуальной модели, в частности образу полета. На основании экспериментальных данных, а также многочисленных высказываний летчиков можно утверждать, что для их подавляющего большинства (> 95%) пространственная ориентировка легче осуществляется на основании принципа индикации "с земли на самолет". И это мы связываем с соответствием вида индикации содержанию образа пространственного положения. Рассмотрим некоторые аргументы сторонников противоположного вида индикации. Первый из них, о том, что вид индикации "с самолета на землю" приближает визуализацию полета, мы, как нам кажется, сумели опровергнуть: ни один из видов индикации современных индикаторов пространственного положения не может претендовать на то, чтобы быть действительным визуализатором полета. Понятия визуализации и индикации — это разные понятия. И можно сравнивать лишь степень наглядности различных индикаторов, а не степень соответствия их визуализаторам полета. Второй аргумент против сохранения на отечественных самолетах вида индикации "с земли на самолет" заключается в следующем: данный принцип индикации неприемлем при внедрении новых видов индикации, прежде всего индикатора на лобовом стекле кабины. Поскольку индикатор на лобовом стекле(ИЛС) предназначен для пилотирования не столько в облаках, сколько при видимости земли и естественного горизонта, а также в условиях частой смены ориентировки, постольку на нем якобы должна быть изображена линия горизонта, совпадающая с видимой линией естественного горизонта. В противном случае, как полагают сторонники внедрения вида индикации "с самолета на землю", неизбежны ошибки, особенно при переходе от приборной ориентировки к визуальной. А раз на ИЛС неприемлем вид индикации "с земли на самолет", то и на приборной доске следует применить противоположный вид индикации авиагоризонта для обеспечения единообразия. Опираясь на теоретические представления о содержании и функционировании образа полета, мы считаем данный аргумент ошибочным. Дело в том, что при переходе от приборного полета к визуальному образу восприятие реального пространства — земли и естественного горизонта — является доминирующим. В полете же по приборам, когда естественный горизонт не виден, летчик легче ориентируется по подвижному силуэту самолета. Для летчика при полете в облаках существует единственная линия искусственного горизонта на авиагоризонте и положение относительно нее искусственного силуэта самолета. Для него важно положение самолета относительно линии горизонта, поверхности земли, а не наоборот; линия искусственного горизонта при полете в облаках для летчика — единственная, и ему никогда не приходит в голову сравнивать ее положение с невидимой линией естественного горизонта. Летчик управляет самолетом, и для него естественно оценивать результат своих управляющих воздействий по крену вращения силуэта самолета относительно линии искусственного горизонта. Наше мнение, основанное на психологическом анализе образа полета, подтвердилось результатами использования в полете индикатора на лобовом стекле. По нашей просьбе высококвалифицированные летчики–испытатели высказали свои наблюдения, касающиеся особенностей восприятия информации при использовании ИЛС. «Первые полеты с ИЛС выполнялись в простых метеоусловиях. Вид индикации по крену на лобовом стекле был "с самолета на землю", а на приборной доске стоял прибор с видом индикации "с земли на самолет". Часть летчиков знали, что виды индикации на авиагоризонте и лобовом стекле различны, часть же летчиков перед полетом не обратили на это внимания. В полете были получены очень интересные факты. У тех летчиков, которые знали, что индикация крена на ИЛС вид "с самолета на землю", после полета возникало недоумение: как же так, говорили, что вид индикации на лобовом стекле "с самолета на землю", а на самом деле "с земли на самолет"? И только после сознательного анализа и концентрации внимания на том, что линии естественного и искусственного горизонтов неподвижны относительно друг друга, а относительно них обеих вращается силуэт самолета, убеждались, что вид индикации на ИЛС действительно "с самолета на землю"». Те же летчики, которые не старались разбираться в этом вопросе, были убеждены, что вид индикации на лобовом стекле и на авиагоризонте одинаков, причем "с земли на самолет". И только после посадки, при разборе полета, они обнаруживали свое заблуждение. При этом в воздухе ни у одного из летчиков не возникало каких–либо затруднений в пилотировании из–за разницы в видах индикации. Это объясняется тем, что в визуальном полете, когда виден естественный горизонт, летчик ориентируется по нему. Когда же начали выполнять полеты в сложных метеоусловиях, то при входе в облака все летчики сразу заметили, что вид индикации на лобовом стекле — "с самолета на землю". Был проведен очень простой эксперимент: на снижении за облаками при хорошей видимости естественного горизонта при пилотировании по ИЛС самолет плавно перекладывался из крена в крен. При этом вращение носовой части самолета и искусственного силуэта относительно естественного и совпадающей с ним линии искусственного горизонта воспринималось как вполне естественная реакция на дачу рулей. Как только самолет входил в облака и видимость естественного горизонта пропадала, летчик сразу воспринимал силуэт самолета неподвижным, а линию искусственного горизонта — вращающейся, причем в сторону, противоположную управляющим воздействиям на рули. Летчики сами сделали следующий вывод из своего наблюдения: для них всегда началом отсчета крена самолета является линия горизонта (естественного при визуальном пилотировании и искусственного при полете в облаках). Летчик никогда не управляет горизонтом, это для него противоестественно. Поэтому воспринимая одновременно, с одной стороны, естественный горизонт и вращение относительно него носа самолета, а с другой — индикацию: силуэт самолета на ИЛС, а также приборную доску, на которой он видит вращение силуэта самолета относительно искусственного горизонта, он даже не замечает, что виды индикации различны. Но, утверждают летчики, на индикаторе на стекле желательна индикация вид "с земли на самолет", так как это облегчает пилотирование и ориентировку в облаках. При визуальном полете летчику безразличен вид индикации, так как у него нет никакого сомнения относительно пространственного положения самолета. Полеты с ИЛС, на котором использовался вид индикации "с земли на самолет", не вызвали затруднений у летного состава. Существенным недостатком вида индикации "с самолета на землю" летчики считают трудности оценки положения при больших углах тангажа, особенно в перевернутом положении. В приборном полете при углах тангажа больше 30°, когда линия искусственного горизонта уходит из поля зрения летчика и он видит только один цвет, судить о том, что самолет находится в перевернутом положении, он может только по тому, что цифра на шкале тангажа перевернута. При виде индикации "с земли на самолет" летчику все ясно: самолет в перевернутом положении, так как силуэт самолета на авиагоризонте — колесами вверх. При этом при любых эволюциях самолета оцифровка шкалы тангажа находится перед летчиком в нормальном положении, и он без затруднений считывает значения угла тангажа. Подводя итог, попытаемся в обобщенном виде изложить доводы в пользу представления информации о пространственном положении по типу "вид с земли на самолет". Прежде всего мы исходим из принципа, что изображение пространственного положения на индикаторе должно соответствовать содержанию образной концептуальной модели, формируемой у летчика. Мы считаем, что подавляющее большинство летчиков — и это доказывается не только данными самонаблюдений, но и экспериментальными материалами — воспринимают в визуальном полете (и представляют в приборном) землю и горизонт неподвижными, самолет — перемещающимся относительно земли. Образ отражения летчиком пространства в полете соответствует образу пространства, сложившемуся в процессе жизни человечества на земле. В полете по приборам функционирует адекватный по содержанию образ–представление. Изображение на индикаторе неподвижного авиагоризонта и подвижного самолета соответствует содержанию этого образа. В простых условиях полета, когда восприятие прибора происходит без значительных перерывов, функционирование образа, регулирующего ориентировку, также не требует умственных усилий, и представление информации по типу "вид с земли на самолет" способствует тому, что регуляция осуществляется подобно тому, как это происходит в визуальном полете. В случае усложнения задач летчика и неизбежных в связи с этим перерывов в восприятии индикатора пространственного положения возможно расхождение содержания образа—представления с реальным положением самолета в пространстве. Это расхождение наиболее вероятно при незаметно возникшем изменении положения самолета по крену или тангажу. Возникает описанное выше рассогласование между сенсорно–перцептивным, с одной стороны, представленческим и понятийным — с другой, уровнями психического отражения. В такой ситуации ориентировка регулируется на речемыслительном уровне, причем использование индикатора, построенного по принципу "с самолета на землю", усложняет процесс мышления, прибавляет к циклу умственных действий дополнительное действие преобразования воспринимаемого изображения крена в представление о крене в геоцентрической системе координат. Использование индикации "вид с земли на самолет" не требует этого дополнительного преобразования. Изображение положения самолета на индикаторе совпадает с образным представлением, сформированным у летчика: с содержанием его концептуальной модели. Заключение. Сенсорные расстройства пилотов, провоцируемые воздействием экстремальных факторов полета и неблагоприятных метеоусловий, приводят к значительному снижению их работоспособности, безопасности и эффективности пилотирования. Наилучшим решением этой проблемы и щитом от этих угроз являются эффективные пилотажно-навигационные дисплеи, по которым высокопрофессиональные пилоты способны бдительно отслеживать сложную воздушную обстановку полета. Примером таких перспективных систем являются бортовая база данных топографического рельефа пролетаемой местности (цифровая геоинформационная система), которая привязана к системе автоматического зависимого наблюдения, спутниковой навигации и интеллектуальной автоматике. При попадании пилотируемого самолета в сложное пространственное положение интеллектуальный автопилот выводит летательный аппарат в безопасный режим горизонтального полета и выдерживает его до полного восстановления нормального функционального состояния и работоспособности пилота, обеспечивая ему в кабине полную визуализацию воздушной обстановки и наземных ориентиров в самых неблагоприятных метеоусловиях. Указанная система уже начала внедряться в истребительной авиации ВВС Швеции и можно ожидать, что позднее станет достоянием и гражданской авиации. Пока уязвимым местом системы остается ее неспособность заблаговременно опознавать и уводить самолет от столкновения с высоковольтными линиями электропередач (Уилльям Олбери, 2003). Естественно, что при проектировании авиационных приборов и систем управления конструкторы должны подходить к решению этого вопроса с учетом самых худших сценариев нестандартной ситуации полета, а не с точки зрения идеально подготовленного к полету пилота. Сказанное относится к дисплеям, переключателям, и другим элементам непосредственного взаимодействия пилота с самолетом. При этом разработчики и специалисты авиационного приборостроения должны помнить о том, что при нарушении пространственной ориентировки с неизбежными проявлениями визуально-вестибулярного конфликта, пилот может пострадать от дезорганизации своей интеллектуальной деятельности с истощением психических ресурсов внимания, расстройствами устного счета времени, произвольной регуляции управляющих движений. Если в условиях лабораторного эксперимента пилоту для выхода из сложного пространственного положения может потребоваться 1 секунда, в реальном полете с пилотированием по коллиматорному индикатору или пилотажно- навигационным приборам в кабине самолете аналогичная задача потребует как минимум от 5 до 10 секунд летного времени. В таких ситуациях с управлением могут и не справиться даже переобученные пилоты-супермены, навыки которых могут деградировать до уровня малоопытного новичка-курсанта. Поэтому, основная задача специалистов современного авиаприборостроения состоит в том, чтобы представить пилоту на дисплее в наиболее наглядном и интуитивном виде всю необходимую для эффективного и безопасного выполнения полетного задания информацию, совместимую с естественными механизмами ее переработки в мозгу летчика. Необходимо расширить применение на борту самолетов систем невизуальной (например, тактильной и звуковой) сенсорной информации, а также двигательной систем, которые в наименьшей степени подвержены неблагоприятным эффектам и последствиям воздействия гипергравитационного поля и визуально-вестибулярного конфликта (например, пальцы рук). Именно создание оптимизированных систем индикации и управления полетом позволит изжить тяжелые последствия НПО и связанных с ними расстройств сенсорно- перцептивной сферы летчиков в полете. Контрольные вопросы: 1. Основные психофизиологические факторы влияющие на работу пилота? 2. Роль проектировщика в повышении эффективности работы пилота? 3. Виды иллюзий пространственного положения летчика в полете? 4. Влияние периферического зрения на пространственную ориентацию пилота? 5. Особенности прямой и обратной индикации? 6. Причины возникновения вестибулярных иллюзий? 7. Влияние линейных ускорений на пространственную ориентацию? 8. Перспективы развития в области повышения эффективности взаимодействия пилота с системами отображения информации и управления? Литература: 1. Н.Д.Завалова, Б.Ф.Ломов, В.А.Пономаренко Образ в системе психической регуляции деятельности. М.: Наука. 1986 г. 2. Береговой Г.Т.. Завалова Н.Д.. Ломов Б.Ф.. Пономаренко В.А. Экспе–риментально–психологические исследования в авиации и космонавтике /Под ред. Б.Ф. Ломова, К.К. Платонова. М.: Наука. 1978.303 с. 3. Бездетное Н. Тип индикации. Какой лучше? // Авиация и космонавтика. 1976. N 10. С. 20—21. 4. Гератеводь 3. Психология человека в самолете. М.: Изд–во иностр. лит. 1956.375 с. 5. Доброленский К). П., Пономаренко В.А.. Завалова Н.Д.. Туваев В.А. Методы инженерно–психологических исследований в авиации. М.: Машиностроение, 1975.280 с. Страницы: 1, 2 |
|
