В ХХI в. авиация приобретет новое качество – сверхманевренность для достижения господства в воздухе. Сверхманевренность означает энергичный маневр на неустановившихся режимах, с дефицитом времени для применения спецсредств. Сверхманевренность сопряжена с воздействием длительных, с высоким градиентом нарастания динамических перегрузок при выходе самолета на закритические углы атаки. Что же касается факторов угрозы дезориентации, то они для подобного рода полетов почти не изучены. Это обусловлено тем, что появилась возможность непосредственного управления боковой и подъемной силами, вектором тяги двигателя. По сути, речь идет о возможности раздельного управления угловым и траекторным движением (раздельное управление векторами перегрузок и собственной угловой скорости ЛА). При пилотировании на углах атаки более 90° и скольжения следует ожидать массу сюрпризов в виде особого рода иллюзий и дезориентаций. Кстати, не последнюю роль будет играть и суженное пространство, на котором разворачивается дуэльная ситуация (4х6 км). За этим ведь следует резкое увеличение скоростей относительно углового перемещения объекта наблюдения. Угловое перемещение напрямую связано с работой зрительно‐вестибулярного аппарата человека, ухудшение работы которого затруднит главную задачу – визирование. Таким образом, даже из этих частных моментов на содержание понятия «сверхманевренности» следует, что угловые скорости, радиус разворота, динамическое торможение и ряд других особенностей пилотирования потребуют глубоких научных исследований в области пространственной ориентировки. И не исключено, что от их результатов будет зависеть перспективность и целесообразность долгосрочного планирования суперманевренных самолетов.
Прорыв в области аэродинамических характеристик ЛА вызвал к жизни принципиально новые требования к системам отображения информации.
Нарушения пространственной ориентировки (дезориентация) связаны с иллюзорным восприятием пространства. Возникновение иллюзий, как правило, сопровождается осознанием противоречий умственных представлений о пространственном положении, основанных на оценке приборной информации и образа восприятия положения самолета.
В истории исследований пространственной ориентировки летчика в приборном полете можно выделить несколько теоретических направлений. Для первого направления характерны попытки разработать теорию слепого полета на основании предполагаемой возможности ориентироваться в полете в пространстве с помощью вестибулярных и проприоцептивных ощущений.
В экспериментах в условиях лишения летчика зрительной информации путем закрытия фонаря и приборной доски непрозрачными шторками определялось время, за которое крен самолета достигал 30°, а вертикальная скорость – 15 м/с, оно равнялось 30 с [18, 73].
В дальнейшем наибольшее распространение получили взгляды на пространственную ориентировку летчика как на результат системной работы анализаторов. При этом стержнем всей ориентировки является направление силы тяжести. Основную сигнальную роль в определении направления силы тяжести играют вестибулярный и кинестетический анализаторы, что выражается в рефлексах с вестибулярного аппарата на мышцы глазных яблок, позных рефлексах и т. п. Отсюда закономерность (физиологическая норма) появления психологического конфликта между «чувствую» и «знаю». В полете перегрузка вследствие действия аэродинамических сил подменяет направление силы тяжести. Отсюда вывод – возникновение иллюзий в полете связано с действием ускорений, в связи с чем последние нужно рассматривать как вредные для ориентирования. Следовательно, не должно быть никакого доверия своим ощущениям, верить можно только показаниям приборов [40, 41, 42].
Понимание происхождения иллюзий сыграло свою положительную роль. Однако такие представления были неполными. Их ограниченность выражалась в недооценке роли психики в деятельности летчика.
Третье направление осуществляло переход к исследованиям пространственной ориентировки летчика на основе психологических концепций.
В 1950‐е годы ученые пришли к выводу, что летчик в полете по приборам должен обобщать показания приборов и на этой основе создавать психически целостный образ пространственного положения самолета и реагировать не на изменение показаний приборов, а на изменение своего пространственного положения [61, 62, 72].
В 1970‐е годы на основе идеи об образном содержании психической регуляции деятельности была разработана концепция образа полета. Н.Д. Завалова [23] сформулировала новую концепцию: в приборном полете основная сложность деятельности летчика по пилотированию самолета заключается в том, что она включает в себя два самостоятельных совмещающих действия: 1) ведение пространственной ориентировки и 2) процесс пилотирования – выдерживание необходимых параметров полета. Пространственная ориентировка регулируется образом пространственного положения – представлением о положении и перемещении самолета в трехмерном пространстве относительно земли. Оба действия требуют активного участия сознания и должны протекать одновременно.
Подход к пространственной ориентировке как к функции образа пространственного положения дает возможность в ином свете представить возникновение иллюзий и пространственной дезориентации и по‐иному оценить роль ощущений летчика в приборном полете.
Предметное содержание представленного в сознании образа пространственного положения не обусловлено фатально деятельностью анализаторов, а определяется активным произвольным управлением своими ощущениями. При этом, по нашему мнению, адаптация к ощущениям от вестибулярного и проприоцептивного анализаторов заключается не в том, что они должны игнорироваться или затормаживаться, а в том, что они под контролем сознания должны произвольно включаться в создаваемый на основе показаний приборов умственный образ пространственного положения. В специальных летных экспериментах мы доказали, что четкое осознание тактильных, проприоцептивных и вестибулярных ощущений и их сознательное включение в психическую регуляцию деятельности летчика по пилотированию самолета под контролем показаний приборов не только помогают в пилотировании, но и уменьшают вероятность возникновения иллюзий [64].
В пользу роли «включения ощущений» говорят полученные данные о том, что одни лишь интеллектуальные усилия очень редко выводили испытуемых из экспериментально вызванных иллюзий, для чего необходимы были правильные тактильные и зрительные восприятия. В механизме формирования у летчика пространственного положения при ведении пространственной ориентировки в приборном полете можно выделить две фазы. В первой фазе происходит активное сознательное построение умственной схемы пространственных координат самолета в полете на основе зрительных восприятий показаний приборов. Такая схема является базой для правильной интерпретации ощущений и представляет собой установку на формирование образа. Во второй фазе происходит включение вестибулярных, проприоцеп-тивных, тактильных и других ощущений в умственный образ пространственного положения.
Необходимо особо отметить, что как формирование самой установки, так и произвольное включение ощущений в формирующийся образ происходит с помощью специальных умственных действий. Умению формировать образ пространственного положения нужно целенаправленно обучать.
Для проверки высказанной гипотезы были проведены специальные эксперименты, направленные на формирование установки к произвольному включению в умственный пространственный образ акселерационных, проприоцептивных и иных ощущений. По содержанию это был формирующий эксперимент [12].
Доказательством продуктивности теоретических идей служат результаты исследований специальной серии экспериментов, посвященной изучению генезиса иллюзий пространственного положения. Суть его состояла в том, что в реальном полете опытным профессионалам ставилась задача определить свое пространственное положение в трех экспериментальных ситуациях. Эти ситуации в полете создавались экспериментатором в виде отклонений от заданного режима, который испытуемый должен был определить по чувству (без зрительного контроля). Ситуации I типа характеризовались тем, что летчик‐экспериментатор для сохранения установившегося режима отклонял рули с амплитудой больше 1 см, что сопровождалось сверхпороговыми изменениями перегрузки с градиентом 0,15–0,5 ед/с. В ситуациях II типа летчик совершал незначительные (до 1 см) движения рулей, вызывавшие околопороговые изменения перегрузки с градиентом 0,1 ед/с и менее. Ситуации III типа характеризовались отсутствием движений рулями и практически неизмененной перегрузкой.
Оказалось, что в ситуациях I типа иллюзорные ощущения наблюдались в 33 %, в ситуациях II типа – в 53 % и в ситуациях III типа – в 100 % случаев, т. е. вопреки стимульно‐реактивным взглядам на происхождение иллюзий в полете, по мере уменьшения интенсивности стимуляции количество иллюзорных ощущений увеличивалось. Этот факт позволил нам выдвинуть гипотезу о том, что при снижении или отсутствии «долевого участия» в построении текущего образа внешних сенсорных данных психика летчика способна конструировать «ложный мир» на основе внутренних эталонных образов пространственного перемещения. И в этом мы видим проявление того фундаментального положения, что психика не может существовать без отражения пространства.
При анализе результатов данных экспериментов было найдено прямое экспериментальное подтверждение протекания иллюзий по механизму выдвижения неадекватной перцептивной гипотезы, при актуализации которой возникает состояние «сенсорной блокировки» для субъективно несоответствующих ей стимулов. Так, у обучаемого В. при закрытых глазах возникло чувственное представление перевернутого полета, тогда как объективное положение самолета было: крен +40° тангаж 15°. И, хотя после открытия глаз взгляд его был устремлен на авиагоризонт, он совершает резкое неправильное движение элеронами. Для того чтобы осознать смысл ситуации и действительно «увидеть» показания приборов, ему потребовалось почти 9 с.
Таким образом, полученные результаты указывают на возможность развития пространственной ориентировки у летчиков с помощью специального обучения. Психологическим основанием такого обучения можно считать высказанную выше идею о двухфазном механизме формирования образа пространственного положения. Первая фаза – активное сознательное построение концептуальной схемы пространственных отношений на основе зрительных восприятий показаний приборов. Такая умственная схема является основой для последующей сознательной интерпретации ощущений и представляет собой установку для дальнейшего формирования образа пространственного положения. Вторая фаза – сенсорно‐перцептивное наполнение образа, т. е. произвольное включение зрительных, вестибулярных, тактильных, кинестетических и интероцептивных ощущений в умственный пространственный образ [12].
Принципиальная психофизиологическая новизна заключается в том, что обучение строится не по принципу: «Не доверяй своим ощущениям, а доверяй только показаниям приборов», а по принципу: «Сознательно включай свои ощущения в построенный на основе показаний приборов умственный пространственный образ» [65].
Подводя итог первой части теоретических исследований, рассмотрим основные психологические воззрения на смысловую сущность пространственной ориентировки.
Все, что происходит в полете: поиск, маневр, применение оружия – исходит из выбора того пространственного положения, которое обеспечивает результативность исполнения задачи. Человек определяет себя по отношению к цели, создает трудные пространственные положения для противоборствующей стороны. Стало быть, он управляет собой, все остальное для него – фон, на котором он работает. Цель меняет свою форму, размер, ракурс не сама по себе, а в зависимости от моего движения, моего ракурса по отношению к ней. Вот почему субъективное восприятие пространственного положения складывается из тех перцептивных стимулов визуального, акустического, тактильного, проприоцептивного, кинестизического характера, которые соотносятся с задачей.
Из этого следует, что ориентация в пространстве – это всегда направленное сознание не только на контроль поступающей информации, но и на построение целенаправленного действия ориентирования, т. е. речь идет о мысленном построении и представлении себя в полете, что гораздо шире и богаче того, что отражено в цифрах, индексах, символах.
Общепринято, что в визуальном полете пространственная ориентировка осуществляется без специального контроля сознания. Но это не совсем так. Проведенная нами специальная киносъемка взгляда летчика при пилотировании магистральных самолетов, маневренных на больших скоростях и малых высотах, показала, что около 40–50 % в визуальном полете экипаж использует информацию для отсчета крена и тангажа. Причина этого – размытая линия горизонта, малый обзор, неудовлетворительные формы лобового остекления и др.
Таким образом, мы имеем дело с попеременной приборной и визуальной ориентировкой. Для их согласования важно, что принимается за точку отсчета, что или кто вокруг чего движется. На этом вопросе мы остановимся подробнее. Но вначале используем данные научных исследований, проведенных на летчиках гражданской авиации, использующих авиагоризонт с подвижной линией горизонта. Летчики рисовали на бумаге то, как они видят себя по отношению к земле. Более 85 % рисовали накрененную кабину по отношению к неподвижной линии горизонта [32, 36].
Был сделан вывод, что эффективным способом ориентировки по крену и тангажу в визуальном полете считается способ, при котором земля используется в качестве системы отсчета и воспринимается неподвижной. Кабина самолета является объектом управления и воспринимается подвижной. Наиболее интересные данные в этом эксперименте касаются установленного набора перцептивных признаков образа полета в зависимости от точки отсчета. В случае, когда земля воспринимается неподвижной, в состав образа полета входило более десяти признаков: линия горизонта, лобовое стекло, плоскость земли, отношение себя к точке отсчета, переплеты фонаря и т. д. Когда же в образе отражается подвижная земля, она не корреспондирует с пространством, а лишь отражает крен как таковой. Это означает, что оценки пространства нет. Таким образом, при геоцентрическом способе ориентации перцептивный образ богаче, что и обеспечивает его регулирующую функцию.
Остановимся на общих вопросах, связанных с проблемой пространственной ориентировки летчика.
Практика использования очков ночного видения, совмещение телевизионных и локационных изображений местности, монокулярных прицельных устройств, управление ЛА в разных системах координат, вектором скорости, поворотным соплом и тем более нашлемным дисплеем – внесут в процесс пилотирования определенные ограничения свободы действий в субъективном пространстве. Обязательно нарушат биолого‐физиологические механизмы перцептивного построения рабочего пространства, деформируют гравитационно‐прижизненно сформированные ансамбли взаимодействия анализаторных систем. Поэтому в начале проектирования индикации пространства и движения ЛА целесообразно определить возможности человека перестраивать не просто свои психофизиологические механизмы отражения пространства, но и природные данные, способствующие созданию нового субъективного пространства, в котором цели и задачи в их предметном изображении способны противодействовать потере пространственной ориентировки. Образно говоря, нашлемный дисплей способен создать квазимир, мягко называемый виртуальной действительностью. Все это хорошо для игральных автоматов, или когда «дуэлянт» виртуален. Но в воздухе даже условная линия горизонта как нигде предметна.
О проекте
О подписке