[НАЗАД]

ИСПЫТАНИЕ НА МАСТЕРСТВО.

ИЛЛЮЗИИ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ПОЛОЖЕНИЯ ЛЕТЧИКА В ПОЛЕТЕ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА РАБОТОСПОСОБНОСТЬ И ПРОСТРАНСТВЕННУЮ ОРИЕНТИРОВКУ.

Воздушная среда в ряде случаев подвергает пилотов суровым испытаниям на зрелость и мастерство, не прощая им даже малых ошибок. Внезапное ухудшение погодных условий и видимости в полете, воздействие пилотажных перегрузок, турбулентных возмущений атмосферы, нарушения предполетного режима отдыха в ряде случаев вызывают у совершенно здоровых пилотов нарушения сенсорной сферы и восприятия. Наиболее опасной формой этих расстройств является потеря пространственной ориентировки летчика в полете. Другой разновидностью названных состояний может быть возникновение болезни движения в полете. Указанные состояния могут проявиться, например, в зрительных иллюзиях, искаженном восприятии летчиком направления силы земного тяготения или гравитационной вертикали, расстройстве интеллектуальных функций (например, способности вести в уме счет времени), нарушении регуляции двигательных навыков (например, умений избирательно распределять зрительное внимание при контроле параметров полета на дисплеях или выполнять цикл рабочих операций с органами управления в кабине самолета). В самых неблагоприятных случаях эти состояния могут вылиться в полную беспомощность и несостоятельность пилота эффективно и безопасно управлять самолетом. Следует подчеркнуть также, что проблема нарушений пространственной ориентировки в полете по своей значимости и возможным опасным исходам стоит в одном ряду с проблемой гипергравитационных расстройств сознания у летного состава высокоманевренной тактической авиации.

В авиационной психофизиологии наиболее распространенным и общепринятым определением нарушения пространственной ориентировки пилота в полете является характеристика врача-летчика Кента Гиллингема (1992), описавшего названный синдром как “ошибочное ощущение летчиком своего пространственного положения и движения относительно плоскости земной поверхности”. Это определение охватывает все случаи искаженного и ложного восприятия летчиком пространственного положения своего самолета по углам тангажа, крена и высоте полета. Опыт свидетельствует, что практически каждому здоровому летчику в течение своей летной карьеры приходилось переживать более или менее мягкие формы этого необычного состояния в полете. Однако в самых выраженных проявлениях нарушение пространственной ориентировки (НПО) сопряжено с тяжелыми последствиями для безопасности полетов и даже фатальными исходами. Исследования голландских авиационных врачей (Куиперс, 1990) показали, что 30% летчиков истребительной авиации страны за всю свою жизнь, по крайней мере, однократно испытывали в полете тяжелые нарушения пространственной ориентировки (НПО), причем на каждые 300.000 часов суммарного налета самолетов этого ведомства регистрировалось одно трагическое происшествие, вызванное непосредственно нарушением пространственной ориентировки летчика. В ВВС и авиации ВМС США в 1980 - 1990 годы на долю нарушений пространственной ориентировки летчиков в полете выпадало 15 – 20% всех летных происшествий класса А с гибелью людей и объемами ущерба, превышающего сотни миллионов долларов. Хотя статистические показатели частоты летных происшествий по причине нарушений пространственной ориентировки у пилотов авиации общего назначения США составляют менее 5% всех летных катастроф, реальная частота встречаемости этой причины оценивается экспертами на уровне приблизительно в 15%.

Нарушения пространственной ориентировки (НПО) по Гиллингему (1992) классифицируются на 3 основных типа: тип I охватывает неосознанные или неопознанные нарушения, тип II - осознанные нарушения и тип III – нарушения пространственной ориентировки с полной утратой работоспособности летчика. Первый тип описывает нарушения пространственной ориентировки, когда летчик по своим ощущениям убежден в том, что пилотируемый им самолет находится в устойчивом пространственном положении, на стабильной траектории полета. При этом показания основных пилотажно-навигационных приборов об опасных отклонениях самолета от нормального режима полета, которые противоречат внутренним соматическим ощущениям летчика о благополучном ходе полетного задания, могут остаться незамеченными из-за перегруженности пилота или отвлечения внимания от задач пилотирования на другие задачи сопутствующей или совмещенной деятельности, рассеянности или просто преднамеренного игнорирования инструментальной информации о полете. Статистика говорит о том, что на первый тип этого экстремального состояния (НПО–I), часто обозначаемый как “пилотируемый полет технически исправного воздушного судна до столкновения с землей”, приходится свыше 50% всех летных происшествий, вызванных нарушениями пространственной ориентировки. Второй тип нарушений пространственной ориентировки (НПО–II) описывает состояние осознанного летчиком сенсорного конфликта, когда он явственно наблюдает несоответствие показаний пилотажно-навигационных приборов тому cубъективному ощущению и восприятию, которые испытывают он (она), его (ее) психика, органы чувств и анализаторные системы. В ряде случаев летчик может отвергать такое проявление НПО, приписывая расхождения собственных ощущений о пространственном положении самолета с показаниями пилотажно-навигационных приборов отказу последних (что практически маловероятно при достигнутом уровне высокой надежности и научно-технического прогресса в современном авиаприборостроении!). Третий тип (НПО – III) охватывает те случаи нарушений пространственной ориентировки НПО, когда летчик отдает себе отчет в этом состоянии, но не способен из него выйти в результате полной дезорганизации взаимодействия зрительного, вестибулярного и двигательного анализаторов в полете, например, при возникновении неконтролируемого нистагма глаз из-за вращения самолета в штопоре или неспособности выполнить целенаправленное двигательное действие, например, при переживании феномена “гигантской руки” - особого психического состояния, которое испытывается летчиком как полный отрыв от кабины самолета и вмешательство в управление полетом неких потусторонних сил. Хотя нарушения пространственной ориентировки II и III типов, в отличие от НПО I типа, в целом считаются менее вероятными событиями и причинами летных происшествий, нарушения II типа продолжают фигурировать в авиамедицинской статистике летных происшествий как достаточно частые, а в истребительной авиации на долю НПО III типа приходится даже 10 – 15% всех случаев летных происшествий, спровоцированных нарушениями пространственной ориентировки летного состава.

Причины НПО разнообразны и включают в себя расстройства ряда сенсорных и перцептивных систем, а также интеллектуальных и двигательных функций пилота. Источником большинства иллюзий пространственного положения являются ошибочная интерпретация психикой пилота зрительных, вестибулярных и телесных сигналов-раздражителей. Когнитивные нарушения, главным образом, в форме утраты ситуационной осмотрительности, могут прокладывать дорогу НПО, тогда как возникновение двигательного конфликта между системами корковой (произвольной) и подкорковой (непроизвольно-рефлекторной) регуляции движений может привести к развитию наиболее грозной формы НПО III типа с полной и внезапной утратой работоспособности пилота.

Различные зрительные иллюзии как причинные факторы НПО традиционно рассматриваются с позиций взаимодействия центрального (фокусированного) и периферического (окружающего) полей зрения пилота. Задачей центрального поля зрения является избирательная поисковая деятельность и опознавание объектов внешнего мира. Задачей периферического зрения, охватывающего все зрительное поле и его наиболее удаленные сегменты, является обеспечение пилоту оценки положения линии естественного горизонта и опорных визуальных ориентиров на поверхности земли, которые он воспринимает в своем представлении воздушного пространства неподвижными. Периферическое поле зрения, взаимодействуя с механизмами восприятия, глазодвигательной регуляции и поддержания функции двигательного равновесия и позы, способствует сохранению в мозгу летчика вертикальной ориентации объектов внешнего мира, несмотря на постоянное изменение картины зрительного поля при перемещении его собственного тела в различных направлениях. В отличие от этого центральное зрительное поле, обладая высокой разрешающей способностью зрения, обеспечивает летчику селективную переработку зрительных сигналов, привлекающих его/ee внимание, считывание буквенно-цифровых символов, цветоразличение высвечиваемых на дисплеях параметров полета, и глубинный глазомер – определение удаления до целей на поверхности. В рамках “всеохватного” периферического зрения фундаментальным механизмом его возникновения и развития НПО является утрата или искажение в условиях пониженной видимости восприятия летчиком “естественных” опорных точек отсчета своего пространственного положения относительно земной поверхности, и, в первую очередь линии естественного горизонта. Сказанное означает, что “отсечение” периферического зрения летчика от центрального, вызванное ухудшением погодных условий или астрономической сменой режимов освещения (день, ночь) вынуждает летчика замещать утрату опорных точек линии естественного горизонта в оценке пространственного положения пилотируемого самолета собственным мысленным представлением и отображением, которое он формирует путем последовательного, избирательного и многоступенчатого опроса показаний пилотажно-навигационных приборов в кабине самолета, используя дискретные механизмы переключения фокусированного внимания с одного параметра на другой через канал центрального поля зрения. Такой инструментально-синтетический образ пространственного положения управляемого самолета отличается повышенной хрупкостью, нуждается в непрерывном подкреплении, связан с избыточным расходом ресурсов визуального внимания, этого важного потенциала летчика, и часто неспособен обеспечить безусловное, непререкаемое “доминирование” зрительного анализатора над другими незрительными (например, вестибулярными) или неинструментальными стимуляциями пространственного положения.

Наиболее распространенными формами и разновидностями зрительных иллюзий пилотов являются иллюзии, вызванные искажением или полной утратой картины периферического поля зрения, связанной в первую очередь с восприятием земли или линии естественного горизонта. Для пилотов особую опасность представляют иллюзорное ощущение или ложное восприятие линии горизонта или поверхности земли. Примерами таких опасных иллюзий являются зрительные искажения, когда пилот, принимая за линию естественного горизонта наклон верхней кромки надвигающегося с одной стороны сплошного облачного фронта, непроизвольно вводит в крен самолет. Сходными являются иллюзии ложного горизонта, вызванные восприятием наклона рельефа пролетаемой местности или наклона линии полярных сияний. Хорошо известными примерами восприятия ложного горизонта по углу тангажа является пилотирование самолета в ночных условиях над береговой линией, которая в горизонтальном полете воспринимается пилотом удаляющейся под самолетом аналогично тому, как изменяется положение линии естественного горизонта при наборе высоты в дневных условиях. Это приводит к тому, что огни береговой линии ошибочно принимаются пилотом за линию горизонта и формируют у него ложное ощущение выхода самолета на большие углы тангажа. Наклон одной из стен высокогорного ущелья достаточно большой площади и протяженности может вызвать у пилота ложное восприятие положения линии естественного горизонта или неправильную оценку угла возвышения рельефа местности. Наконец, искаженные градиенты освещенности облачного покрова, когда нарушена привычная восприятию пилота структура распределения освещенности зрительного поля с доминированием просветленных зон в верхней части воздушного пространства и затемненных зон вблизи нижней кромки облака, могут вызвать у него стойкую и неодолимую иллюзию полета в перевернутом положении. Двумя наиболее известными разновидностями иллюзий искаженного градиента освещенности зрительного поля, провоцирующими подобные зрительные иллюзии, являются: 1) полет над водной поверхностью в направлении облачного фронта при низких углах возвышения солнца над линией естественного горизонта, когда в отличие от освещенного зеркала воды облачным покровом затемнен небосвод и 2) полет в облаках при низких углах возвышения солнца относительно линии того же горизонта с выраженным нарушением градиента освещенности, когда также затемнена верхняя часть небосвода.

Очень опасно для пилотов и полное исчезновение зрительных ориентиров периферического внекабинного пространства. В дневных условиях полетов в зоне пустынь, пыльная буря, сдув песчаных частиц и образование облака пыли под напором воздушного потока от вращающихся лопастей ротора вертолета создают ситуации непонятного пространственного положения, именуемые пилотами “желтой пеленой”. В северных районах аналогичные явления (метель, подъем массы снежинок) провоцируют состояние пространственной неопределенности, именуемое “белой пеленой”. В обоих случаях нарушается визуальный контакт летчика с наземными ориентирами и страдает функция глубинного глазомера. Слабо прорисованный или нерегулярный рельеф местности может нейтрализовать благотворный эффект монокулярных ориентиров глубинного глазомера летчиков, каковыми являются градиенты текстуры грунта и слияние линий перспективы, помогающие пилотам правильно оценивать высоту и удаление самолета, например, от выступающих по курсу полета горных кряжей, экранированных падающими под прямым углом лучами солнечного света. Ночные условия полета также могут разрушить восприятие опорных ориентиров наземного пространства за счет “размывания” линии естественного горизонта, контуров рельефа местности и слияния наземных огней освещения со светом звезд, Пониженные условия освещенности ночью могут спровоцировать НПО у пилотов при производстве дозаправки в воздухе, полетах в составе группы, при использовании в полете цветосигнальных устройств (ракет) и множестве других аналогичных ситуаций, когда пилот наблюдает визуальные ориентиры, которые движутся независимо от линии естественного горизонта и плоскости земной поверхности. Зрительную работу летчика в ночном полете затрудняют и световые блики на пилотажно-навигационных приборах. Особую сложность представляет выполнение захода на посадку ночью, в безориентирном пространстве, когда у летчика возникает иллюзия “черной дыры”, которая проявляется в том, что, наблюдая контуры изолированной взлетно-посадочной полосы, он производит посадку с недолетом до ее торца. Иллюзия “черной дыры” при заходе на посадку особенно опасна при сочетании с взлетно-посадочной полосой зауженного по ширине размера, или построенной с уклоном на возвышение ее дальнего торца, а также при наличии возвышающегося за пределами дальнего конца взлетно-посадочной полосы рельефа местности. Сложные метеоусловия (дождь, туман) отягощают эту иллюзию.

В целом центральное поле зрения включается в процесс пространственной ориентировки пилота, когда затрудняется или исключается деятельность его периферического поля зрения. Однако, встречаются случаи, когда центральное поле зрения доминирует над незатрудненной влиянием метеофакторов или суточных колебаний освещенности деятельностью периферического поля зрения, что в авиационной психофизиологии обозначается термином “константность зрительного восприятия”. Эта способность обеспечивает пилоту сохранность глубинного глазомера, однако взлетно-посадочные полосы зауженной ширины или лесистый покров из атипично низкорослых деревьев могут спровоцировать нарушение этой важной зрительной функции

Выше было сказано, что пространственная ориентировка летчика в полете является в значительной степени метеозависимой или метеочувствительной функцией. Наземные визуальные ориентиры внекабинного пространства являются для пилота наглядными, первоприоритетными, наиважнейшими сигналами оценки своего пространственного положения. Инструментальные сигналы полета, адресуемые когнитивной сфере (по И.П.Павлову - второсигнальной системе коры больших полушарий) пилота пилотажно-навигационными приборами и дисплеями, и неспособные стать полноценной заменой воспринимаемых визуально первосигнальных стимулов при определении пространственного положения самолета, являются искусственной, навязанной условиями погоды формой отображения воздушной обстановки, когда условия пониженной видимости затрудняют или исключают его прямой визуальный контакт с землей, нарушают взаимодействие с управляемым самолетом и окружающей средой.

Авиационный горизонт является инструментальным аналогом, искусственным заменителем линии естественного горизонта и используется пилотом при переходе из режима визуального пилотирования в режим приборного полета. По конструктивному решению шкал отсчета углов крена и тангажа различают 2 основных типа названного индикатора: прямой, с неподвижным индексом самолета, отображаемого в плоскости поперечного сечения (вид с хвоста) на фоне подвижной сферической фигуры, в которой небосвод кодирован цветом светлых тонов, земля – цветом темных тонов, и обратный, в котором линия горизонта неподвижно фиксирована, а индекс самолета вращается по оси крена. Прямая индикация символически воспроизводит картину изменений линии естественного горизонта, которую пилот может наблюдать в визуальном полете в процессе оценки пространственного положения своего самолета по наземным опорным ориентирам рельефа местности. Обратная индикация в большей степени интуитивно воспроизводит летчику в кабине картину эволюций управляемого по оси крена самолета на фоне неподвижной линии естественного горизонта. Концептуальное решение обратной индикации пространственного положения самолета априорно отождествляет линию естественного горизонта с положением линии водораздела между прозрачным фонарем (лобовым остеклением) и нижней непрозрачной частью (приборной доски и бортов) кабины самолета, а вертикаль кабины – с нейтральным положением ручки (штурвала) управления летательного аппарата. Разработчики авиационного приборостроения стран Запада традиционно тяготеют к концепции прямой индикации угловых координат пространственного положения самолета, тогда как российские приборостроители при оборудовании самолетов военной авиации отдают предпочтение обратной, а точнее – смешанной или раздвоенной индикации авиагоризонта: с фиксированной линией горизонта – для отсчета в точках пересечения с цифровыми индикантами неподвижной шкалы углов крена левого или правого “крылышек” вращающегося индекса самолета, и с подвижным, расщепленным от фиксированной линии авиагоризонта центральным фрагментом, перемещающимся вместе с оцифрованными рисками шкалы тангажа барабана строго вверх или вниз относительно жестко фиксированной оси вращения индекса индекса самолета по крену – для отсчета углов тангажа. Изломанный в точках выпуска шасси поперечный профиль вращающегося по оси крена индекса самолета с отображением “вид сзади” наглядно передает летчику эволюции самолета по крену, включая полет в перевернутом положении.

Миниатюризация систем отображения полетной информации, которая получила широкое развитие и повсеместное признание в создании и внедрении на борт самолетов коллиматорных авиационных индикаторов из полупрозрачных материалов, стимулировала к жизни в авиационной психологии, особенно в последние годы, ожесточенные споры о преимуществах прямой и обратной индикации пространственного положения самолета. Сторонники каждой из концепций отстаивают преимущества одной и отрицают право на существование другой, доходя до утверждений о невозможности использования каждой из них в решении задач пространственной ориентировки летчика в полете и требований отстранять от полетов авиаспециалистов, склонных отдавать бескомпромиссное предпочтение и поддержку каждой из названных концепций.

Противоречивая оценка преимуществ и недостатков прямой и обратной индикации угловых координат пространственного положения самолета, высказываемая разными летчиками-испытателями, профессиональными пилотами военной и гражданской авиации, авиационными психологами, наводит на мысль о том, что пространственная ориентировка летчика представляет собой не простое ощущение своего положения и движения в трехмерной воздушной среде, а сложный, непрерывный, динамичный и многомерный процесс, в котором четко прорисовываются, по крайней мере, два составляющих подпространства: одно - внутри кабины и другое - за ее пределами (линия естественного горизонта). Когда условия пониженной видимости исключают визуальный контакт летчика с землей, его опорными ориентирами горизонтального положения становится линия водораздела между остеклением (верх) и непрозрачными элементами конструкции кабины (приборная доска, бортовые щитки, пол - низ) и дополняющая их вертикаль нейтрального положения ручки управления. Этот вывод подтверждается тем, в приборном полете прекращается поисково-исследовательская деятельность пилота по определению местоположения линии естественного горизонта активными движениями шейной мускулатуры и голова летчика из-за выключения шейного оптико-кинетического рефлекса перестает отклоняться по осям крена и тангажа, устанавливаясь в нейтральное положение по зрительной вертикали кабины. Именно на эти ориентиры и переключается летчик при отсчете пространственного положения пилотируемого самолета по углу крена. Данный факт находит многократное подтверждение в материалах расследования летных происшествий зарубежных исследователей, описавших немало случаев, когда оказавшись в сложном или непонятном пространственном положении в системе прямой индикации, пилот начинает “гонять” ручкой (штурвалом) подвижную линию авиагоризонта и выводит самолет на режимы полной потери управляемости. Этот же вывод подтверждается и в высказываниях отечественных испытателей авиационной техники, заметивших, что пилотирование по авиагоризонту с обратной индикацией пространственного положения самолета неизбежно сопровождается феноменом “двойной ошибки” по углу крена, когда индицируемый индексом самолета на авиагоризонте угол правого или левого крена, скажем в 25°, соответствует фактическому положению крена самолета относительно земной поверхности в 50°, что летчик обнаруживает мгновенно при переносе взора с приборной доски на наземные ориентиры. Эта ошибка заложена в самой интуитивной конструкции авиагоризонта 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. Работы американских исследователей (летчик Уилльям Эрколайн и авиационный психолог Фред Превик 1999), проводивших сопоставительную оценку эффективности обеих систем индикации по выходу пилота из непонятного пространственного положения, дают основания для подобных предположений. Экспериментаторы установили, что авиагоризонт с обратной индикацией углов крена позволяет летчику уже первым движением ручки управления (благодаря совместимости ее отклонений по боковому каналу с ожидаемыми летчиком изменениями углового положения по крену) определить истинное текущее положение пилотируемого самолета, и в этом кроется его неоспоримое преимущество. Исследователи, ссылаясь на выводы своих предшественников, показали, что выход из этого противоречивого положения может быть найден в реализации принципа частотного разделения прямой и обратной систем индикации линии искусственного горизонта. Сказанное означает, что при частых и быстрых вмешательствах летчика в управление самолетом, интеллектуальная автоматика включает авиагоризонт в режим обратной индикации, и, наоборот, при плавных, редких вмешательствах летчика в систему управления, автоматика переводит авиагоризонт в режим прямой индикации.

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.

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.

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. Она обусловлена 2 основными факторами: 1. Неспособностью вестибулярного органа ощущать эволюцию продолжительного координированного разворота в течение нескольких секунд и 2. Наложением на действующую силу тяжести центробежной гравитоинерциальной силы с внутренней стороны разворота, что приводит к возникновению результирующего гравитоинерциального вектора, проходящего через фонарь кабины самолета. При выводе самолета из разворота в режим горизонтального полета у летчика возникает ощущение обратного крена (крена противоположного направления). Если летчик доверится своим телесным ощущениям, он непроизвольно вернет машину в положение первоначального крена. Наконец движения головы летчика в полете при воздействии факторов макрогравитационного поля могут вызвать иллюзию движения самолета по оси тангажа или крена, поскольку на фоне интенсивных пилотажных перегрузок при том же самом фактическом угле наклона головы происходит более выраженное растяжение рецепторов отолитовой мембраны.

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. К этому следует добавить, что воздействие интенсивных пилотажных перегрузок высокоманевренного полета провоцирует снижение работоспособности летчика за счет ухудшения кровоснабжения мозга, сетчатки глаз и ограничения объемов движений всей мышечно-двигательной сферы летчика, включая такие большие инерциальные массы, как голова и конечности летчика. Динамические нарушения мозгового и сетчаточного кровообращения, возникающие при перегрузках, могут спровоцировать сужение периферического поля зрения, изменения цветовосприятия в центральном поле зрения, тогда как вестибулярные нарушения проявляются в возникновении патологических глазодвигательных рефлексов, например, пульсирующего нистагма и уже упомянутой выше иллюзии НПО из-за избыточной пилотажной перегрузки. Однако визуальные и вестибулярные эффекты воздействия пилотажных перегрузок остаются неизученными. Пока можно лишь утверждать, что они представляют основную угрозу для летчиков высокоманевренной военной и спортивной авиации и в меньшей степени – для пилотов гражданской авиации и авиации общего назначения.

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.

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.

Игорь Малинин, канд. мед. наук

Продолжение следует