خلبانان جنگنده F-35 مجهز به پیشرفته‌ترین نمایشگر نصبی روی کلاه ([1]HMD) جهان می‌شوند. تابستان امسال لاکهیدمارتین اعلام کرد درحال تست نسل جدید HMD برای هواپیمای F-35 است. در ادامه قصد داریم با ویژگی‌های خاص این کلاه پیشرفته 400 هزار دلاری آشنا شویم. اما لازم است ابتدا مقدمه‌ای کوتاه بر روند توسعه فناوری HMD داشته باشیم.

در صنعت هوایی آگاهی از وضعیت یک اصل مهم به شمار می‌رود. یک خلبان در حین پرواز باید از چند منبع مختلف دیداری و شنیداری برای دریافت اطلاعات ناوبری و نظارتی استفاده کند و در عین حال بتواند هواپیما را به‌طور ایمن کنترل و هدایت کند. در مورد خلبانان نظامی، آگاهی دقیق از اطلاعات تاکتیکی و عکس‌العمل سریع در مقابل شرایط مختلف، به وظایف افزوده می‌شود. در چنین شرایطی اتخاذ تصمیم‌ها در کسری از ثانیه می‌تواند به معنای مرگ یا زندگی باشد.

نمایشگرهای بالای سر (HUD) با ارائه اطلاعات مهم پرواز روی یک صفحه شفاف و کوچک مقابل چشم‌ها، می‌توانند به خلبان امکان دسترسی سریع به داده‌های مورد نیاز را بدون نگاه کردن به ابزارآلات هواپیما دهند. اولین HUDهای نظامی در ابتدای دهه 1960 میلادی تولید شدند. این نمایشگرها اطلاعات مهم هواپیما و هدف‌یابی را ارائه می‌کردند.

با گذر زمان و پیشرفت فناوری، مهندسان اقدام به انتقال ارائه اطلاعات روی کلاه خلبانان کردند. این کار باعث می‌شود خلبان با تمرکز بیشتر به انجام عملیات بپردازد. بنابراین نمایشگرهایی برای ارائه سریع و یکپارچه اطلاعات به کلاه خلبانان اضافه شد. در ادامه ایده استفاده از زاویه سر خلبان به عنوان یک نشانگر برای سلاح‌ها و حسگرهای هواپیما همچون رادار و دوربین‌های مادون قرمز مطرح شد. با ترکیب این قابلیت‌ها، در درهه 1970 نسخه‌های اولیه HMD طراحی و ساخته شد. با ظهور فناوری موشک‌های هدایت شونده، خلبانان جنگنده باید قادر به دیدن اهدافی باشند که درست در مقابل آن‌ها نیستند. در مدل‌های اولیه از نمایشگرهای اشعه کاتدی (CRT) برای ارائه اطلاعات استفاده می‌شد اما در نسخه‌های امروزی شاهد استفاده از فناوری OLED در این نمایشگرها هستیم. تا اوایل قرن 21، تمرکز مهندسان در طراحی یک HMD روی مولفه‌هایی مثل وزن، دقت و کیفیت نمایش بود. اما در سال‌های اخیر شاهد اهدافی مثل ارائه دید مجازی و شبکه‌سازی در طراحی این کلاه‌ها هستیم.

اجزای اصلی یک سیستم HMD شامل بدنه اصلی کلاه، هدست کاهش نویز، دوربین دید در شب، صفحه شفاف مقابل صورت، نمایشگر و یک کامپیوتر مدیریت نمایش می‌شود. چنین سیستمی باید حداقل نیازمندی‌های ذکر شده در زیر را داشته باشد.

  • مقاومت در برابر نیروهایی تا 9G
  • صفحه مقابل صورت خلبان باید علاوه بر شفاف بودن، قابلیت بازتاب مناسب تصویر برای خلبان را داشته باشد.
  • وضوح بالا و میدان دید گسترده نمایشگر
  • دقت بالا در همه جهت‌ها
  • تاخیر زمانی بسیار کم
  • قابلیت دید در شب 360 درجه

طراحی کلاه‌های F-35

هواپیمای F-35 را می‌توان اولین جت جنگنده 50 سال اخیر دانست که در آن از HUD استفاده نشده است. در واقع سیستم HMD این هواپیما می‌تواند یک نمایشگر HUD مجازی را برای خلبان ایجاد کند. این تغییر در معماری سیستم‌ها، مشکلاتی را پیش روی طراحان راکول‌کالینز قرار می‌داد. اولین چالش جاسازی وزن معادل دو عدد HUD (حدود 14 کیلوگرم) در کلاه خلبان بود. این در حالی است که وزن نهایی کلاه (مجموعه سیستم HMD) نباید از 5 پوند (کمتر از 5/2 کیلوگرم) بیشتر باشد. برای مقابله با این مشکل، مهندسان بخش‌های نوری و الکترونیکی را فشرده کرده و در کمترین اندازه طراحی کرده‌اند. علاوه بر این از مواد پلاستیکی و کامپوزیت جدیدتری استفاده شد که علاوه بر افزایش استحکام، وزن و ضخامت کمتری دارند.

نکته دیگر در فرایند طراحی و ساخت کلاه‌های این هواپیما، سازگاری هر یک از آن‌ها با فیزیک سر هر خلبانی است که قرار است آن را بپوشد. این مسئله ایجاب می‌کند کلاه‌هایی با اندازه‌های مختلف تولید شود و پس از آن‌ واحد نمایشگر و حسگرهای کلاه، متناسب با موقعیت چشمان خلبان تنظیم شوند. مرحله سفارشی‌سازی کلاه برای هر خلبان یک فرایند دو روزه است که در طی آن یک سری اندازه‌گیری و تنظیمات از جمله یک اسکن لیزی کامل از سر خلبان انجام می‌شود. پس از آن موقیعت قرارگیری حسگرها و نمایشگرها متناسب با محل مردمک چشم خلبان تنظیم می‌شود.

در انتها سایر اجزا روی کلاه نصب شده و HMD برای انجام تست‌های عملیاتی به منظور تنظیم نهایی نمایشگر مقابل چشمان خلبان آماده می‌شود. به‌ عنوان مثال، سمبل‌های اصلی باید در نقطه بهینه و دقیقا در مقابل دید مستقیم خلبان نمایش داده شود. صفحه شفاف کلاه و پروژکتور تولید تصویر در HMD جنگنده F-35 دارای ویژگی‌های زیر است:

  • میدان دید وسیع °30 X °40
  • تولید مستقیم تصاویر در شرایط شب و عدم نیاز به عینک‌های دید در شب
  • ترکیب بهینه سمبل‌های پرواز و عملیات
  • هدف‌گیری با دید مستقیم؛ هدف‌گیری سلاح‌ها تنها با نگاه کردن خلبان به هدف مورد نظر انجام می‌شود.

دید خلبان

یک مجموعه حسگر و دوربین قرار گرفته روی سطح هواپیما باعث می‌شود خلبان یک دید 360 درجه کامل داشته باشد. این بدان معناست که سیستم نمایشگر کلاه می‌تواند به‌طور بلادرنگ تصاویر خارج از هواپیما را روی صفحه مقابل چشمان خلبان قرار دهد. سیستم ردگیری جهت دید خلبان شامل مجموعه از حسگرهای مغناطیسی و اینرسی است که می‌توانند با سرعت بسیار بالا جهت سر خلبان را تشخیص داده و به سیستم نمایشگر میدان دید مورد نظر را اعلام کند. بنابراین خلبان با پایین آوردن سر خود می‌تواند تصاویر زیر هواپیما را هم ببیند. علاوه بر این، سیستم روزنه توزیع‌شده ([2]DAS) شامل مجموعه‌ای از دوربین‌های مادون‌قرمز تصاویر مورد نظر برای حالت دید در شب یا دید کم را تهیه می‌کند.

نمایش همزمان سمبل‌های پرواز و عملیات توسط HMD

در نسخه‌های جدید کلاه، خلبان علاوه بر دریافت تصاویر از حسگرهای هواپیما، می‌تواند تصاویر بلادرنگ جمع‌آوری شده از سایر منابع (دوربین‌های سایر هواپیماها، ماهواره یا ایستگاه‌های زمینی) را نیز روی صفحه مقابل خود تماشا کند. شبکه یکپارچه هوایی امکان تشخیص دقیق نیروهای دوست و دشمن را داشته و هر یک از آن‌ها با سمبل‌های خاصی برای خلبان مشخص می‌شوند. تمامی این اطلاعات علاوه بر امکان نمایش برای خلبان، روی یک سیستم مجزا ذخیره می‌شوند.

[1] Helmet-Mounted Display

[2] Distributed Aperture System