Casco de noche para pilotos

1991/04/01 Otaolaurretxi, Jon Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Teknologia

Una vez concluida la guerra fría entre el Oeste y el Este y conocida de cerca la experiencia de la guerra caliente del Próximo Oriente, parece que el número de soldados y materiales de los diferentes ejércitos mejorará con calidad. Las oficinas técnicas de las industrias armamentísticas tendrán un trabajo ilimitado, generando y aplicando avances tecnológicos. Esto ha ocurrido al menos a los que están desarrollando un casco con pantalla para los pilotos para que los aviones y helicópteros de guerra trabajen de noche.

Casco con pantalla

Cuando preparan el casco para su uso, está claro que las guerras no serán las mismas que antes, ya que por la noche actuarán como durante el día. La persona, sin embargo, no es la que ve en sí misma al niktalope o a la noche, y esa ceguera de las tinieblas debe desaparecer artificialmente.

Otro problema es la forma de informar al piloto. La persona debe informarse, asimilarse y actuar en consecuencia. El piloto de helicóptero, por ejemplo, se ilumina con luz roja en el aire y empieza a sonar una alarma por la detección de cañones antiaéreos en la tierra. El piloto debe entonces realizar sus cálculos para saber si estos cañones se encuentran a la altura de su camino. La información así facilitada, por tanto, no es eficaz porque el piloto necesita mucho tiempo para tomar decisiones. Pero si se le aplica impresionado sobre la vista del camino que va a realizar la información, el piloto no perderá tiempo interpretando la señal.

Este tipo de presentación sintética se utiliza en la actualidad con frecuencia en aviones comerciales. Ya que comenzaron a colocar las pantallas de visualización, los pilotos pueden ver en la misma pantalla el recorrido del avión, el futuro y el estado meteorológico. La información proporcionada por la pantalla del radar para saber si vamos a entrar o no a una zona de tormenta no hace falta realizar cálculos y las decisiones se pueden tomar antes.

En la actualidad, en el ámbito militar se pretende colocar la pantalla piloto en su propio casco y en ello se encuentran, entre otras, las siguientes casas: GEC Avionics en Gran Bretaña, Sextanto Avionique en Francia, Elbite en Israel y Honeywell y Kaiser Electronics en Norteamérica. Todos ellos tienen objetivos comunes, pero se basan en tecnologías muy diferentes. Se trata, en definitiva, de ubicarse en el casco de la pantalla piloto, pero para ello colaboran expertos en diferentes ámbitos de la ciencia: ópticos, electrónicos, mecánicos, psicólogos, fisiólogos y ergonómicos.

Las señales eléctricas correspondientes al paisaje tomadas por videocámara o cámara de infrarrojos llegan a la caja (1) situada en el casco optrónico. Aquí se forma el rayo figurativo (2), enviándolo al espejo (3). Este espejo refleja el rayo al espejo de la frente del piloto (4) y de ahí la imagen se extiende a toda la burbuja. A un mismo rayo figurativo se le ha superpuesto una imagen sintética añadiendo el túnel de acceso a baja altura (6), los objetivos detectados (7) y la postura de su aparato (8). (Foto: J. Pardo).

Objetivos del casco con pantalla

Para aquellos que quieran crear un casco visualizador, el objetivo es triple: poder verlo por la noche, facilitar la navegación aérea y apuntarse a ojo.

Para verlo de noche se le darían las imágenes tomadas por los captadores optrónicos, los captadores de infrarrojos o las cámaras de televisión que mejoran la intensidad luminosa.

Para facilitar la navegación aérea, sobre las imágenes paisajísticas se proyectan otras figuras sintéticas (líneas) que permiten al piloto llevar el avión por los caminos o túneles, localización de los cañones antiaéreos o misiles del enemigo, etc. se muestra. Las posiciones potencialmente peligrosas de los enemigos aparecerán en la pantalla en forma de globito. Su tamaño y volumen dependerán del riesgo. En cualquier caso, el piloto nunca accederá a la zona de estos volúmenes debido al riesgo de muerte.

Para conseguir apuntar visualmente las armas, mediante el casco el piloto podrá marcar un objetivo aéreo o terrestre al sistema de guiado del misil moviendo los ojos y éste se preparará automáticamente para llegar al punto asignado.

En Francia la casa Sextanto Avionique comenzó a investigar este casco hace unos veinte años y parece que el primer modelo se sacará en 1995, junto con el helicóptero de guerra Tigre, que los franceses, británicos y alemanes quieren sacar juntos.

En general, todos los cascos con pantalla que se están desarrollando actualmente son similares. Las diferencias se deben a la forma en que cada uno detecta el movimiento mental del piloto.

Estructura del casco

Atendiendo a la estructura del casco, se distinguen dos partes principales: el armazón y la parte óptica. El armazón lleva visera pegada. Su misión es proteger al piloto de los rayos láser cegadores de los enemigos. El armazón pesa 1,6 kilos en total. En cuanto al aspecto óptico, se quiere conseguir un máximo de 0,6 kilos. Así, el peso total de los cascos ascendería a 2,2 kilos. El casco suele ser utilizado por el piloto durante dos o tres horas y es conveniente que sea ligero por un lado y que el centro de gravedad del casco coincida con el centro de gravedad del cabezal. El casco debe estar perfectamente fijado en la cabeza.

Cómo suministrar imágenes

Las antenas del casco aparecen marcadas en esta imagen del helicóptero de guerra Tigre. Entre otros, tiene dos FLIR (Forward Looking Infrared) de infrarrojos, uno sobre el rotor para andar de noche y otro en el extremo para el tiro. (Foto: J. Pardo).

Las imágenes que aparecen en el casco llegan por dos vías, como ya se ha indicado anteriormente. Las imágenes del paisaje son emitidas por captadores termográficos (infrarrojos) y cámaras de intensificación lumínica (cámaras de televisión de bajo nivel de luz). Los primeros se colocan normalmente fuera de la cabina (en el extremo del helicóptero o sobre el eje del rotor) por ser demasiado pesados para su colocación en el propio casco. Los segundos, tanto en el exterior como en el propio casco (frente a las orejas a cada lado). La segunda vía de suministro de imágenes es el creador de símbolos. Su función es elaborar imágenes sintéticas y superimpresionarlas en imágenes paisajísticas.

Las cámaras de televisión de bajo nivel de luz para obtener imágenes paisajísticas presentan barreras. No detecta riesgos ocultos, como el soldado a pie con misiles o la batería de cañones ocultos en el bosque. En este caso, por tanto, se recomienda el uso de captadores de infrarrojos. Sin embargo, las imágenes obtenidas con la cámara de televisión son mejores, porque nosotros estamos más acostumbrados a ver el paisaje así.

Sin embargo, lo más importante es que tanto en un sistema como en otro sean imágenes a escala 1/1. Las imágenes deben presentarse sin deformarse y como normalmente ve el ojo del piloto. Si se quiere ver un punto concreto de paisaje a mayor escala, lógicamente se puede cambiar de escala, pero la decisión de realizar esta operación es del propio piloto.

Funcionamiento del casco

Vamos a indicar cómo funciona el casco. Las imágenes recogidas en los captadores exteriores se llevan hasta un mini tubo de rayos catódicos dentro del primer casco. Posteriormente, las imágenes se llevan a dos lengüetas opuestas del piloto. Esta lengua es un sistema óptico muy avanzado. Actúa como guía de ondas y en su interior se presentan imágenes y símbolos procedentes del creador de símbolos ante el ojo inmediato. En la actualidad el piloto ve una imagen de un solo color (amarillo-verde), pero a partir de ahora desarrollarán una imagen en color.

Los preparadores del helicóptero de guerra Tigre esperan conseguir un nuevo caso para el año 2.005. En este modelo las imágenes no se verán en dos lengüetas ópticas, sino en una pantalla panorámica. Esta visera se realizará con material óptico muy elaborado y frágil, por lo que se dispondrá de otro que soporte los choques de protección. Nadie explica cómo llegarán las imágenes desde el minitubo catódico a la pantalla, pero podría pensarse que los rayos se reflejarán en un espejo delantero y que después volverán a llegar a la pantalla reflejados en otro espejo situado sobre la nariz en la frente.

El problema es la forma de la misma visera. En la actualidad es muy sencillo presentar imágenes en una pantalla plana, pero no es tan fácil mostrar imágenes en la pantalla cóncava sin deformarse. Para ello la visera debe ser de forma parabólica y el emisor de rayos debe estar en el foco de la parábola.

Imágenes y movimiento de la cabeza

Hasta ahora, ha sido más o menos la superación de problemas ópticos, pero si realmente se quiere conseguir un casco útil, es necesario adaptarse a los movimientos de la cabeza del piloto; cuando el piloto gira la cabeza a la izquierda, hay que darle imágenes que se verían sin casco. Se puede decir que la cabeza gira a la izquierda y mira con los ojos hacia la derecha, pero lo normal es de un lado a otro. De momento, por tanto, se desarrollarán sistemas que tengan en cuenta el movimiento de la cabeza y posteriormente se estudiarán los procedimientos que se acojan al movimiento de los ojos.

El piloto tendrá frente a él imágenes reales e imágenes sintéticas. Conocer la posición y dirección del helicóptero para ofrecer imágenes reales no tiene tanta importancia, ya que lo esencial es la dirección en la que el piloto está mirando. Pero para ofrecer imágenes sintéticas, además de la posición y dirección del helicóptero, es imprescindible la postura (inclinada, descendente, etc.) y su altitud. Es creador de símbolos, ya que elegirá una perspectiva adecuada para presentar la imagen y la imagen.

Debido a la concordancia entre la dirección observada y la imagen presentada, se ha discutido mucho sobre apuntar los cañones o misiles directamente al objetivo visto por el ojo del piloto. En los cascos que ahora se están investigando (de alguna manera en los de primera generación), el piloto tendrá en su campo visual una pequeña marca (cuadrada, círculo o triángulo). Cuando se vea el objetivo, el piloto debe llevar esta marca a la altura del objetivo. De este modo, el casco se verá afectado por un movimiento que servirán para orientar los cañones o para disparar para conducir los misiles.

Cómo detectar la posición del casco

Los casos de segunda generación dirigirán sus misiles al objetivo con una sola mirada del piloto. Mientras tanto, veamos cómo se detectan los movimientos del casco (por lo tanto de la cabeza del piloto). Las tres técnicas más utilizadas son la detección electromagnética, la detección electro-óptica y la detección por ultrasonidos.

Detección electromagnética

es el más utilizado entre los investigadores de este tipo de cascos. Existen dos elementos básicos de funcionamiento: el emisor electromagnético de tres bobinas ortogonales asentadas en la cabina en posición específica respecto a los ejes del helicóptero y el receptor fijado en el casco (también formado por tres bobinas ortogonales). La razón de tener tres bobinas es poder situar la dirección en un espacio tridimensional. Las bobinas del emisor envían una señal y en cada bobina del receptor inducen el campo magnético. Cuando el casco está parado, la zona inducida es constante y variable cuando se mueve. La medición de estos cambios permite calcular la orientación del piloto y en función de ello, tomar y presentar la parte del paisaje que se debe ofrecer al piloto. Si el piloto mueve la cabeza con rapidez, el paisaje también cambia rápidamente y si gira lentamente el cambio de imágenes también se produce lentamente.

Hasta el desarrollo completo del casco nocturno, el piloto recibe información de momento en una pantalla independiente. Sobre las imágenes del paisaje también se han colocado figuras sintéticas.

Detección electro-óptica:

se utilizan diodos electroluminiscentes en casco y barritas CCD ( Charged Couple Device ) diseminadas en cabina. Las barritas reciben la luz emitida por el casco y tienen diferente respuesta en función de que la luz venga de frente o de lado a lado.

En otro modelo del sistema electro-óptico, una cámara, una vez filmados los movimientos del cabezal, envía información a los elementos que suministran las imágenes.

El sistema electro-óptico tiene ventajas sobre el electromagnético si el avión entra de forma accidental a otro campo electromagnético, pero el casco debe aclararse y esto puede ser beneficioso para el enemigo.

Detección por ultrasonidos:

desde el casco se emiten ultrasonidos y en la cabina hay receptores dispersos. Entre la emisión del ultrasonido y la recepción de los receptores transcurre un cierto tiempo. Conociendo la velocidad del sonido y midiendo el tiempo de forma muy precisa, es fácil localizar el punto emisor del casco. Una vez conocida la posición de los distintos emisores, se puede calcular la posición del casco.

También se puede calcular la velocidad de giro o de desplazamiento del casco. Para ello es necesario derivar (matemáticamente derivada) la variación de las distancias respecto al tiempo. Una vez enviados estos datos a los proveedores de imagen se presentará al piloto el paisaje correspondiente.

La principal desventaja de este sistema es que la velocidad del sonido varía en función de la temperatura. Por lo tanto, es necesario utilizar siempre un factor corrector en los cálculos por este fenómeno.