Матвей Зельманович Львовский
Воспоминания инженера-2. Уроки жизни
Участники создания вычислителей для комплексных систем самолётов
Гарри Исаакович Пиль
Виктор Александрович Иванов
Белла Романовна Станиславская
Виктор Васильевич Резаков
Владимир Васильевич Гнюбкин
Виктор Николаевич Фадеев
Евдокия Петровна Тимофеева
Владимир Давидович Шейнберг
Глава четвёртая
Устройства отображения информации
(1965–1973)
В начале 1965 г. в Объединении наметилась тенденция роста числа разработок, относящихся к устройствам отображения информации. На разных стадиях разработки уже находился ряд типов картографических индикаторов (планшетов) и индикатор навигационно-тактической обстановки. Одновременно, в связи с ростом заинтересо-ванности самолётостроительных ОКБ и ведущих институтов МАП в разработке новых современных бортовых устройств отображения информации, руководство министерства определило ЛНПО «Электроавтоматика» в качестве разработчика некоторых видов этих устройств. С целью создания необходимой научно-технической базы для реализаций новых проектов в этой области руководитель объединения П. А. Ефимов принял решение об организации специальной лаборатории и отдельного конструкторского сектора в составе Научно-исследовательского отдела (НИО-1), которым руководил Е. С. Липин. Согласно приказу Начальником лаборатории (НИЛ-15) был назначен кандидат технических наук М. З. Львовский, начальником конструкторского сектора – И. Ф. Пухтенко. Здесь следует отметить важную роль в назначении меня начальником лаборатории Константина Гегамовича Арутюнова, инженер-полковника, руководителя военной приёмки нашего Объединения. Он меня довольно часто приглашал к себе для беседы, темой которой была состояние и развитие военной техники в мире. Он был умным человеком, и беседы с ним приносили мне лично удовольствие. Для меня назначение на должность начальника лаборатории было полной неожиданностью. Впоследствии я узнал о том, что у меня были конкуренты и более того, решительные противники моего назначения. Но К. Г. Арутюнов настоял на моей кандидатуре, и П. А. Ефимов принял это к сведению.
По мере поступления заказов на разработку новых устройств, в том числе ранее несвойственных профилю объединения, состав лаборатории и сектора пополнялся специалистами в области электроники, вычислительной техники, оптики и достиг к началу 1973 г. более 110 человек. В течение восьми лет существования этих подразделений до преобразования их в самостоятельный отдел, о чём более подробно будет сказано ниже, в ЛНПО были разработаны впервые в СССР новые устройства отображения информации, стоящие на уровне требований времени. К числу последних относятся индикатор навигационной обстановки ИНО-2, предназначенный для установки на тяжёлые самолёты различног назнаяения и индикатор на лобовое стекло ИПП-2–53 («Зрачок-2») для истребителя МИГ-23БК (МИГ-27), освоенных промышленностью. В процессе разработки перечисленных и других устройств, в том числе пультов управления для самолёта ТУ-144, объединение приобрело уникальный опыт, позволивший в дальнейшем перейти к созданию более сложных современных комплексных систем отображения информации для различных летательных аппаратов. Ниже приведена информация об отдельных устройствах отображения информации, созданных ЛНПО «Электроавтоматика» в период с 1965 г. по 1973 г.
Картографическиe проекционные индикаторы навигационной обстановки ПИНО
Разработка ПИНО производилась объединением в соответствии с общим планом строительства сверхзвукового пассажирского самолёта ТУ-144, штатное оборудование которого включало в свой состав этот индикатор. Аналогичный прибор фирмы CSF был включён в состав оборудования англо-французского самолёта «Concord». Разработка ПИНО ознаменовала собой совершенно новый этап развития бортовой индикаторной техники. ПИНО достаточно сложное, но значительно более информативное индика-торное устройство, чем автоматические планшеты. Принцип действия прибора основан на использовании микрофильма с большим объёмом картографического материала и проекционной оптической системы со специальным просветным экраном. Кроме того, в приборе предполагается наличие специального оптического устройства, позво-ляющего вращать изображение карты на экране на 360 градусов. Благодаря этому карту можно ориентировать как на «Север», так и по направлению полёта.
K началу разработки ПИНО объединение располагало ограниченной информацией об аналогичных разработках за рубежом. Было известно, что ряд фирм уже создали и испытали образцы проекционных индикаторов. Известно было также и то, что по технической реализации они существенно отличались друга от друга. Например, в ряде индикаторов использовался микрофильм на c плёнке шириной 35 мм, в то время как в других использовался набор микрокарт в виде фотослайдов. В одних индикаторах поворот изображения осущеслялся за счёт вращения кассеты с микрофильмом, в других–путём вращения специальной призмы (типа Дове или Пехана), введённой в проекционную оптическую систему. При выборе идеологии проектирования ПИНО были тщательно проанализированы все возможные варианты. В результате, оптима-льным был признан вариант, основанный на применении ленточного микрофильма и оптического элемента для поворота изображения. Разработка идикатора ПИНО прово-дилась в два этапа:
На первом этапе в соответствии с Техническим заданием ММЗ им. Туполева была разработана первая модификация индикатора – ПИНО. Заданные характеристики прибора отражали взгляды заказчика на особенности будущей эксплуатации сверхзвукового самолёта ТУ-144. Предполагалось, что самолёт ТУ-144 будет совершать полёты по строго ограниченному числу маршрутов. То есть, вид, содержание и запас картографического материала, размеры экрана, кратность увеличения, объём сопутст-вующей информации должны были соответствовать разработанной заказчиком методике использования ПИНО на самолёте ТУ-144. Как показали последующие всесторонние испытания, подобный подход существенно ограничил функциональные возможности индикатора, лишив его универсальности и, соответственно, перспективу его использование на других, вновь проектируемых самолётах.
На втором этапе в соответствии с новым техническим заданием, разработанным ЛНПО, которое учитывало предыдущий опыт, была разработана вторая модификация прибора – ИНО-2. Этот индикатор обладал многими преимуществами, главными из которых являлись: универсальность, существенное снижение массы и габаритов и, наконец, переход на использование стандартной перфорированной фотоплёнки для изготовления микрофильма. Для реализации принятой структуры и заданных характе-ристик прибора необходимо было разработать ряд новых компонентов и технологий. К их разработке были привлечены следующие специализированные научно-исследо-вательские институты:
Государственный институт прикладной оптики (ГИПО, г. Казань) – для разработки проекционной оптической системы;
Научно-исследовательский институт источников света НИИИС, г. Саранск)–для разработки малогабаритной галогенной лампы большой мощности и с большим сроком службы;
НИИ Химфотопроект–для разработки комплекта термостойкой цветной фотоплёнки с большим разрешением;
НИИ Картографии МО–для разработки технологии изготовления;
Мосфильм – для разработки технологии тиражирования микрофильмов.
Учитывая важность и актуальность разработки ПИНО и ИНО-2, П. А. Ефимов принял меры по укомплектованию НИЛ-15 специалистами различного профиля, выделению дополнительной площади, а также санкционировал приобретение специального оборудования для проведения широкого круга исследовательских работ. Поскольку перед НИЛ-15 стояла задача, связанная с разработкой устройств, включающих в свой состав проекционные и коллиматорные оптические системы, возникла необходимость в организации оптического участка для проведения оптических и светотехнических измерений. Заслуга в создании этого участка и приобретении необходимого и крайне дефицитного оборудования принадлежит опытному инженеру-оптику Алисе Александровне Царевской. В дальнейшем она принимала активное участие в формулировании требований к оптическим системам для вновь разраба-тываемых индикаторов. Другой её заслугой является обоснование выбора предприятий для разработок оптических систем. Он оказался безошибочным. Пройдут годы и оптическое направление деятельности ЛНПО возглавит талантливый специалист, кандидат технических наук Александр Исаакович Эфрос, сделавший уникальный и бесценный вклад в разработку и внедрение в производство самых совершенных, не имеющих аналогов, коллиматорных оптических систем и индикаторов на лобовое стекло.
Следует отметить, что П. А. Ефимов считал новое направление в деятельности Объе-динения, а именно – разработку устройств и систем отображения информации весьма важным и перспективным и положительно оценивал инициативы, относящиеся к этой тематике, о чём более подробно будет сказано ниже. Своим распоряжением он возложил научно-техническое руководство разработкой проекционных индикаторов и органи-зацию взаимоействия с разработчиками компонентов на автора, начальника НИЛ-15. Индикаторов типа ПИНО было изготовлено несколько образцов, два из которых были установлены соответственно на 1-м и 2-м самолётах ТУ-144. Разработка ПИНО имело большое значение, поскольку в процессе его проектирования, изготовления, доводки и испытаний были решены главные схемные и конструкторские вопросы, проверена оптимальность выбора проекционной оптической системы, надёжность работы источ-ника света в бортовых условиях и отработана технология изготовления и тиражирования микрофильмов на основе отечественных фотоматериалов. Полученные результаты были учтены при создании ИНО-2. Ниже приведена краткая информация о ПИНО и более подробная об ИНО-2.
Проекционный индикатор навигационной обстановки ПИНО
Индикатор ПИНО конструктивно был выполнен в виде двух блоков: блока индикации и блока управления и питания. Диаметр экрана-200мм, длина перфори-рованной цветной позитивной плёнки составляла 200мм, ширина 70мм. Проекционная система содержала два объектива, обеспечивающих увеличение в 10Х и 20Х, поворот изображения на экране-оптический на 360⁰. Микрофильм содержал одну или две маршрутные карты полёта (1:2.000.000, 1:1.000.000) и несколько крупномасштабных карт районов посадки (1:500.000, 1:250.000), уменьшенных соответственно в 10 и 20 раз. Перфорирование микрофильма производилась на специально сконструированном прецизионном станке, что гарантировало высокую точность управления микрофильмом, поскольку датчик обратной связи следящей системы был механически сцеплен с микрофильмом посредством перфорационных отверстий. Как уже указывалось, одним из важных компонентов ПИНО является проекционная оптическая система, содержащая в своём составе оптический элемент для поворота изображения карты на экране на угол 0360. К проекционной оптической системе были предъявлены следующие техниче-ские требования:
Обеспечение максимальной яркости изображения карты на экране с учётом допустимого светового и теплового воздействия на микрофильм;
Достижение наилучшего эффекта наблюдаемости изображения на экране с рабочих мест пилотов в условиях высокой внешней освещённости в кабине;
Минимальная дисторсия по экрану;
Минимальные ошибки при повороте изображения.
В процессе разработки оптической системы анализировались различные схемы, основанные на призмах Пехана, Дове, трёхкомпонентной призмы профессора М. М. Русинова. В результате поиска альтернативной схемы, отвечающей вышепе-речисленным требованиям, в ГИПО была разработана не имеющая аналогов оригинальная проекционная система (Авторы: Ю. Г. Кожевников, М. В. Дорофеева, М. З. Львовский, Б. Н. Бардин). Для достижения наилучших условий наблюдения формируемого на экране изображения с рабочих мест пилотов был разработан специальный просветный экран (Автор: Ю. Г. Кожевников). При разработке ПИНО были решены сложнейшие технические задачи, связанные с созданием высокоточных автоматических приводов, обеспечивающих продольное и поперечное перемещение микрофильма, механизмов вращения трафаретов, с нанесенными на них круговыми шкалами для отсчёта угловых параметров, механизма переключения объективов для изменения кратности увеличения, системы ручного управления картой с переменной скоростью для быстрой и точной её установки в исходное положение и др. Для обеспечения настройки, проверки и испытаний ПИНО в заводских и эксплуатационных условиях была разработана специальная контрольно-проверочная аппаратура. Для проведения наземных и лётных испытаний в составе оборудования самолёта ТУ-144, была изготовлена ограниченная партия опытных образцов ПИНО.
ПИНО на приборной доске ТУ-144
ИНО-2
Индикатор навигационной обстановки ИНО-2
Индикатор ИНО-2 воплотил в себя лучшие достижения конструкторской мысли. Свиде-тельством этому является сопоставление серийного образца ИНО-2 с аналогичным индикатором фирмы CSF (Франция). Сравнительные испытание индикаторов, проводившиеся в начале 80-х годов, показали, что ИНО-2 по основным тактико-техническим параметрам (объём представляемой информации, яркость и качество изображения, запас картографического материала и др.) превосходит индикатор фирмы CSF. ИНО-2 выполнен в виде моноблока с экраном 160мм. В индикаторе в качестве носителя картографической информации используется цветная позитивная 35мм перфорированная плёнка на лавсановой (более термостойкой) основе. Длина микрофильма не менее 12м, на котором можно разместить до 350 кадров с различным картографическим содержанием. Оптическое увеличение 20Х, поворот изображения-оптический на 360⁰ посредством модифицированной оптики, аналогичной ПИНО. Яркость карты, спроецированной на экран индикатора, достаточна для распознования и чтения самых мелких элементов её изображения с рабочих мест пилотов в условиях самой высокой солнечной освещённости в кабинах пассажирских и военно-транспортных самолётов и самолётов стратегической авиации. Габариты индикатора 250х220х420мм, масса 15кг.
На самом экране нанесены зачернённая двойная радиальная линия, условно совпадающая с продольной осью самолёта, и круг в центре, указывающий местонахождение самолёта на карте. Вращением оптической призмы осуществляется поворот изображения карты и ориентация её на «Север» или по направлению полёта. Кроме экрана имеются ещё три вращающихся трафарета, расположенные непосре-дственно за просветным экраном параллельно последнему. Это трафареты с изображением оцифрованной шкалы 0360, треугольного индекса и радиальной линией с делениями. Вращение этих трафаретов осуществляется по данным, посту-пающим от соответствующих измерителей угловых параметров. В результате, помимо отображения на карте текущего местонахождения самолёта в ИНО-2 индицируются: курс самолёта, путевой угол, угол сноса и азимут наземного радиомаяка. Осью отсчёта перечисленных угловых параметров является вертикальная ось индикатора. В качестве источника света в проекционной системе индикатора применена малогабаритная галогенная лампа мощностью 75 вт. Учитывая ограниченный срок службы лампы, в нём предусмотрено устройство револьверного типа с 4-мя лампами. Переключение ламп при выходе из строя одной из них, осуществляется вручную с помощью ручки, расположенной на лицевой панели индикатора. Для увеличения переднего обзора на карте (при ориентации карты по направлению полёта) в индикаторе ИНО-2 предусмотрена дополнительная оптическая система, состоящая из призмы и микроконденсора, расположенные вблизи лампы, волоконного жгута и проекционного микрообъектива. Эта система позволяет сформировать на экране ниже центра, на расстоянии, равном половине радиуса экрана, яркий маркер квадратной формы. При установке переключателя, расположенного на передней панели, в положение «Маркер» на экране пояляется изображение маркера, а карта автоматически смещается вниз на ту же величину–половину радиуса. Помимо указанных органов управления, на лицевой панели размещены: ручка регулировки яркости, счётчик номера карты (кадра), рукоятка с двумя степенями свободы аналогично той, которая применена в ЦНВУ. Последняя позволяет перевести следящие системы, управляющие микрофильмом, в режим перемотки и начальной установки микрофильма. При этом скорость и направление движения микрофильма (соответственно, карты на экране индикатора) зависит от направления и угла отклонения ручки от нейтрального положения. Это эксплуатационное удобство позволяет экипажу получить в полёте предваряющую картографическую информацию, а также проверить состояние микрофильма как при подготовке полёта, так и в полёте. Для обеспечения настройки, проверки и испытаний ИНО-2 в заводских условиях и условиях эксплуатации была разработана специальная контрольно-проверочная аппаратура КПА ИНО-2. Серийное изготовление ИНО-2 осуществлял завод «ТЭМП». Поставку серийных образцов оптической проекционной системы П-4 производил Казанский оптико-механический завод. Изготовление и поставку микрофильмов для ИНО-2 осуществляли соответствующие службы Гражданской авиации и Министерства Обороны. ИНО-2 установлен на пассажирском самолёте ИЛ-86, военно-транспортном самолёте АН-124 и на самолёте стратегического назначения ТУ-95М. В заключении следует особо отметить Ф. Д. Жаржавского, ведущего конструктора ИНО-2, создавшего кострукторский шедевр, который спустя годы вызывает восхищение своим изяществом и технологичностью. Высокой оценки заслуживает ведущий инженер ИНО-2 Б. М. Шендерович.
Экспериментальные разработки устройств отображения информации
Параллельно с перечисленными выше разработками, освоенными промыш-ленностью и вошедшими в состав штатного оборудования ряда самолётов, в объединении (НИЛ-15 и Конструкторский сектор КБ) осуществлялись научно-исследовательские проекты, связанные с созданием совершенно новых устройств отображения информации, не имеющих аналогов в отечественном приборостроении. В числе этих устройств:
Индикатор навигационно-тактической обстановки – ИНТО;
Коллиматорный пилотажно-посадочный индикатор – ППИ;
Система визуального захода на посадку – СВЗП «Визир».
Разработка этих устройств проводилась в соответствии с Техническими Заданиями ВВС, Научно-исследовательских институтов МАП ЛИИ и НИИАС и финансировалась Министерствами Авиационной Промышленности и Обороны. Хотя осуществление этих проектов ограничилось изготовлением только экспериментальных образцов и их испытаниями, приобретённые опыт и знания позволили в последующем выработать концептуальный подход к созданию перспективных высокоинформативных комплек-сных систем отображения информации, отвечающих требованиям инженерной психо-логии, эргономики и мировому уровню.
Индикатор навигационно-тактической обстановки ИНТО
Прототипом ИНТО являлся индикатор фирмы ASTRONAUTICS (США), общие сведения о котором были опубликованы в ряде авиационных журналов США. Главной особенностью и достоинством индикатора являлась возможность воспроизведения на его экране не только движущейся навигационной карты, но и дополнительной, наложенной на карту, графической информации: различных оцифрованных шкал, надписей, прямых и кривых линий и т. д., что существенно расширяло его инфор-мационные и тактические возможности. Благодаря этому обеспечивалась возможность предъявления экипажу в каждый момент времени информации о местонахождении самолёта, состоянии бортовых систем, расположении средств ПВО и ПРО, а также различные справочные матeриалы. Такие широкие информационные возможности возникли в результате cочетания оптических и электронных способов отображения информации. Одним из главных элементов индикатора является специальная электронно-лучевая трубка с диаметром экрана 240мм, имеющая заднее оптическое окно и наклонную, по отношению к оси трубки, горловину. ЭЛТ была разработана и изготовлена Московским электроламповым заводом. ЭЛТ снабжена фокусирующей и отклоняющей системой. Управление лучом ЭЛТ осуществляется функциональным – координатным способом, благодаря чему достигается необходимое соотношение яркостей карты и графической информации, достаточной для её считывания на фоне полётной карты, спроецированной посредством проекционной оптической системы с микрофильма на экран. При этом микрофильм перемещается относительно двух осей, а текущее местонахождение самолёта на карте индицируется маркером, нанесенным на экран ЭЛТ. В оптической проекционной системе для вращения изображения карты использована оригинальная трёхкомпонентная призма профессора М. М. Русинова.
Из особенностей индикатора следует отметить следующие:
Тип и толщина люминофора зелёного цвета (К-48) ЭЛТ (задняя сторона экрана имела незначительное матирование) выбирались исходя из условий достижения максимальной яркости изображения карты и необходимого контраста электронного изображения символьной информации. С точки зрения реализации, удовлетворить одновременно эти условия практически невозможно. В конечном счёте, удалось добиться некоторого баланса, но при этом эксплуатировать индикатор можно было лишь в условиях внешней освещённости ниже 10.000 люкс, что явно недостаточно. Идея снижения влияния внешней освещённости, основанная на использование «колодезного эффекта» или применение антибликового покрытия экрана, возникла значительно позже.
Генератор символов на 64 символа (цифры, буквы, элементы графики для построения шкал, окружностей т. д.) был выполнен в виде блока постоянной памяти на магнитных сердечниках (в то время другими элементами памяти ОКБ не располагало). Блок содержал схемы управления памятью и сопряжения с ЦВМ. Управление обеими системами формирования изображения на экране индикатора осуществлялось в соответствии c программой, установленной в ЦВМ. Предполагалось, что для каждого маршрута в ЦВМ будет устанавливаться сменная панель памяти. Микрофильм был выполнен на 70мм цветной позитивной плёнке без перфораций. Для управления микрофильмом в продольном направлении плёнка с картами содержала также многоразрядную кодовую дорожку. Соответственно, в лентопротяжном механизме было установлено фотосчитывающее устройство. Датчиком обратной связи в следящей системе поперечного перемещения микрофильма служил преобразователь угол-код. По разработанной схемно-конструкторской документации были изготовлены два действующих макетных образца ИНТО. После лабораторных испытаний, в процессе которых были определены реальные характеристики индикаторов, они были направлены в НИИАС, где в стендовых условиях было проведено включение ИНТО в состав сложных навигационно-прицельных комплексов. Исследования выявили потенциальные возможности ИНТО, и на их основе были разработаны варианты боевых тактических приёмов. В целом разработка ИНТО стала важным этапом в развитии новых направлений в индикационной технике. Она также стала базой, где были апробированы технические и технологические решения, связанные с созданием таких электронных устройств, как: усилители отклонения и подсвета, высоковольтные источники напряжения (20кв), ряд низковольтных стабилизированных источников тока и напряжения и т. д. Массового развития ИНТО не получило вследствие сложности аппаратуры и отсутствии реальных в то время перспектив по улучшнию светотех-нических характеристик индикатора, обеспечивающих возможность его эксплуатации на самолётах.