Casco de noite paira pilotos

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

• Teknologia

Una vez concluída a guerra fría entre o Oeste e o Leste e coñecida de cerca a experiencia da guerra quente do Próximo Oriente, parece que o número de soldados e materiais dos diferentes exércitos mellorará con calidade. As oficinas técnicas das industrias armamentísticas terán un traballo ilimitado, xerando e aplicando avances tecnolóxicos. Isto ocorreu polo menos aos que están a desenvolver un casco con pantalla paira os pilotos para que os avións e helicópteros de guerra traballen de noite.

Casco con pantalla

Cando preparan o casco paira o seu uso, está claro que as guerras non serán as mesmas que antes, xa que pola noite actuarán como durante o día. A persoa, con todo, non é a que ve en si mesma ao niktalope ou á noite, e esa cegueira das tebras debe desaparecer artificialmente.

Outro problema é a forma de informar ao piloto. A persoa debe informarse, asimilarse e actuar en consecuencia. O piloto de helicóptero, por exemplo, ilumínase con luz vermella no aire e empeza a soar una alarma pola detección de canóns antiaéreos na terra. O piloto debe entón realizar os seus cálculos paira saber se estes canóns atópanse á altura do seu camiño. A información así facilitada, por tanto, non é eficaz porque o piloto necesita moito tempo paira tomar decisións. Pero si aplícaselle impresionado sobre a vista do camiño que vai realizar a información, o piloto non perderá tempo interpretando o sinal.

Este tipo de presentación sintética utilízase na actualidade con frecuencia en avións comerciais. Xa que comezaron a colocar as pantallas de visualización, os pilotos poden ver na mesma pantalla o percorrido do avión, o futuro e o estado meteorolóxico. A información proporcionada pola pantalla do radar paira saber si imos entrar ou non a unha zona de tormenta non fai falta realizar cálculos e as decisións pódense tomar antes.

Na actualidade, no ámbito militar preténdese colocar a pantalla piloto no seu propio casco e niso atópanse, entre outras, as seguintes casas: GEC Avionics en Gran Bretaña, Sextanto Avionique en Francia, Elbite en Israel e Honeywell e Kaiser Electronics en Norteamérica. Todos eles teñen obxectivos comúns, pero se basean en tecnoloxías moi diferentes. Trátase, en definitiva, de situarse no casco da pantalla piloto, pero paira iso colaboran expertos en diferentes ámbitos da ciencia: ópticos, electrónicos, mecánicos, psicólogos, fisiólogos e ergonómicos.

Os sinais eléctricos correspondentes á paisaxe tomadas por videocámara ou cámara de infravermellos chegan á caixa (1) situada no casco optrónico. Aquí fórmase o raio figurativo (2), enviándoo ao espello (3). Este espello reflicte o raio ao espello da fronte do piloto (4) e de aí a imaxe esténdese a toda a burbulla. A un mesmo raio figurativo háselle superpuesto una imaxe sintética engadindo o túnel de acceso a baixa altura (6), os obxectivos detectados (7) e a postura do seu aparello (8). (Foto: J. Pardo).

Obxectivos do casco con pantalla

Paira aqueles que queiran crear un casco visualizador, o obxectivo é triplo: poder velo pola noite, facilitar a navegación aérea e apuntarse a ollo.

Paira velo de noite dar as imaxes tomadas polos captadores optrónicos, os captadores de infravermellos ou as cámaras de televisión que melloran a intensidade luminosa.

Paira facilitar a navegación aérea, sobre as imaxes paisaxísticas proxéctanse outras figuras sintéticas (liñas) que permiten ao piloto levar o avión polos camiños ou túneles, localización dos canóns antiaéreos ou mísiles do inimigo, etc. móstrase. As posicións potencialmente perigosas dos inimigos aparecerán na pantalla en forma de globito. O seu tamaño e volume dependerán do risco. En calquera caso, o piloto nunca accederá á zona destes volumes debido ao risco de morte.

Paira conseguir apuntar visualmente as armas, mediante o casco o piloto poderá marcar un obxectivo aéreo ou terrestre ao sistema de guiado do mísil movendo os ollos e este prepararase automaticamente paira chegar ao momento asignado.

En Francia a casa Sextanto Avionique comezou a investigar este casco fai uns vinte anos e parece que o primeiro modelo sacarase en 1995, xunto co helicóptero de guerra Tigre, que os franceses, británicos e alemáns queren sacar xuntos.

En xeral, todos os cascos con pantalla que se están desenvolvendo actualmente son similares. As diferenzas débense á forma en que cada un detecta o movemento mental do piloto.

Estrutura do casco

Atendendo á estrutura do casco, distínguense dous partes principais: o armazón e a parte óptica. O armazón leva visera pegada. A súa misión é protexer ao piloto dos raios láser cegadores dos inimigos. O armazón pesa 1,6 quilos en total. En canto ao aspecto óptico, quérese conseguir un máximo de 0,6 quilos. Así, o peso total dos cascos ascendería a 2,2 quilos. O casco adoita ser utilizado polo piloto durante dous ou tres horas e é conveniente que sexa lixeiro por unha banda e que o centro de gravidade do casco coincida co centro de gravidade do cabezal. O casco debe estar perfectamente fixado na cabeza.

Como fornecer imaxes

As antenas do casco aparecen marcadas nesta imaxe do helicóptero de guerra Tigre. Entre outros, ten dous FLIR (Forward Looking Infrared) de infravermellos, uno sobre o rotor para andar de noite e outro no extremo paira o tiro. (Foto: J. Pardo).

As imaxes que aparecen no casco chegan por dúas vías, como xa se indicou anteriormente. As imaxes da paisaxe son emitidas por captadores termográficos (infravermellos) e cámaras de intensificación lumínica (cámaras de televisión de baixo nivel de luz). Os primeiros colócanse normalmente fóra da cabina (no extremo do helicóptero ou sobre o eixo do rotor) por ser demasiado pesados paira a súa colocación no propio casco. Os segundos, tanto no exterior como no propio casco (fronte ás orellas a cada lado). A segunda vía de subministración de imaxes é o creador de símbolos. A súa función é elaborar imaxes sintéticas e superimpresionarlas en imaxes paisaxísticas.

As cámaras de televisión de baixo nivel de luz paira obter imaxes paisaxísticas presentan barreiras. Non detecta riscos ocultos, como o soldado a pé con mísiles ou a batería de canóns ocultos no bosque. Neste caso, por tanto, recoméndase o uso de captadores de infravermellos. Con todo, as imaxes obtidas coa cámara de televisión son mellores, porque nós estamos máis afeitos ver a paisaxe así.

Con todo, o máis importante é que tanto nun sistema como noutro sexan imaxes a escala 1/1. As imaxes deben presentarse sen deformarse e como normalmente ve o ollo do piloto. Se se quere ver un punto concreto de paisaxe a maior escala, loxicamente pódese cambiar de escala, pero a decisión de realizar esta operación é do propio piloto.

Funcionamento do casco

Imos indicar como funciona o casco. As imaxes recollidas nos captadores exteriores levan até un mini tubo de raios catódicos dentro do primeiro casco. Posteriormente, as imaxes levan a dúas lengüetas opostas do piloto. Esta lingua é un sistema óptico moi avanzado. Actúa como guía de ondas e no seu interior preséntanse imaxes e símbolos procedentes do creador de símbolos ante o ollo inmediato. Na actualidade o piloto ve una imaxe dunha soa cor (amarelo-verde), pero a partir de agora desenvolverán una imaxe en cor.

Os preparadores do helicóptero de guerra Tigre esperan conseguir un novo caso paira o ano 2.005. Neste modelo as imaxes non se verán en dúas lengüetas ópticas, senón nunha pantalla panorámica. Esta visera realizarase con material óptico moi elaborado e fráxil, polo que se disporá doutro que soporte os choques de protección. Ninguén explica como chegarán as imaxes desde o minitubo catódico á pantalla, pero podería pensarse que os raios se reflectirán nun espello dianteiro e que despois volverán chegar á pantalla reflectidos noutro espello situado sobre o nariz na fronte.

O problema é a forma da mesma visera. Na actualidade é moi sinxelo presentar imaxes nunha pantalla plana, pero non é tan fácil mostrar imaxes na pantalla cóncava sen deformarse. Paira iso a visera debe ser de forma parabólica e o emisor de raios debe estar no foco da parábola.

Imaxes e movemento da cabeza

Até agora, foi máis ou menos a superación de problemas ópticos, pero si realmente quérese conseguir un casco útil, é necesario adaptarse aos movementos da cabeza do piloto; cando o piloto vira a cabeza á esquerda, hai que darlle imaxes que se verían sen casco. Pódese dicir que a cabeza vira á esquerda e mira cos ollos cara á dereita, pero o normal é dun lado a outro. De momento, por tanto, desenvolveranse sistemas que teñan en conta o movemento da cabeza e posteriormente estudaranse os procedementos que se acollan ao movemento dos ollos.

O piloto terá fronte a el imaxes reais e imaxes sintéticas. Coñecer a posición e dirección do helicóptero paira ofrecer imaxes reais non ten tanta importancia, xa que o esencial é a dirección na que o piloto está a mirar. Pero paira ofrecer imaxes sintéticas, ademais da posición e dirección do helicóptero, é imprescindible a postura (inclinada, descendente, etc.) e a súa altitude. É creador de símbolos, xa que elixirá una perspectiva adecuada paira presentar a imaxe e a imaxe.

Debido á concordancia entre a dirección observada e a imaxe presentada, discutiuse moito sobre apuntar os canóns ou mísiles directamente ao obxectivo visto polo ollo do piloto. Nos cascos que agora se están investigando (dalgunha maneira nos de primeira xeración), o piloto terá no seu campo visual una pequena marca (cadrada, círculo ou triángulo). Cando se vexa o obxectivo, o piloto debe levar esta marca á altura do obxectivo. Deste xeito, o casco verase afectado por un movemento que servirán paira orientar os canóns ou paira disparar paira conducir os mísiles.

Como detectar a posición do casco

Os casos de segunda xeración dirixirán os seus mísiles ao obxectivo cunha soa mirada do piloto. Mentres tanto, vexamos como se detectan os movementos do casco (por tanto da cabeza do piloto). As tres técnicas máis utilizadas son a detección electromagnética, a detección electro-óptica e a detección por ultrasonidos.

Detección electromagnética

é o máis utilizado entre os investigadores deste tipo de cascos. Existen dous elementos básicos de funcionamento: o emisor electromagnético de tres bobinas ortogonales asentadas na cabina en posición específica respecto dos eixos do helicóptero e o receptor fixado no casco (tamén formado por tres bobinas ortogonales). A razón de ter tres bobinas é poder situar a dirección nun espazo tridimensional. As bobinas do emisor envían una sinal e en cada bobina do receptor inducen o campo magnético. Cando o casco está parado, a zona inducida é constante e variable cando se move. A medición destes cambios permite calcular a orientación do piloto e en función diso, tomar e presentar a parte da paisaxe que se debe ofrecer ao piloto. Se o piloto move a cabeza con rapidez, a paisaxe tamén cambia rapidamente e si vira lentamente o cambio de imaxes tamén se produce lentamente.

Até o desenvolvemento completo do casco nocturno, o piloto recibe información de momento nunha pantalla independente. Sobre as imaxes da paisaxe tamén se colocaron figuras sintéticas.

Detección electro-óptica:

utilízanse diodos electroluminiscentes en casco e barritas CCD ( Charged Couple Device ) diseminadas en cabina. As barritas reciben a luz emitida polo casco e teñen diferente resposta en función de que a luz vinga de fronte ou de lado a lado.

Noutro modelo do sistema electro-óptico, una cámara, una vez filmados os movementos do cabezal, envía información aos elementos que fornecen as imaxes.

O sistema electro-óptico ten vantaxes sobre o electromagnético si o avión entra de forma accidental a outro campo electromagnético, pero o casco debe aclararse e isto pode ser beneficioso paira o inimigo.

Detección por ultrasonidos:

desde o casco emítense ultrasonidos e na cabina hai receptores dispersos. Entre a emisión do ultrasonido e a recepción dos receptores transcorre un certo tempo. Coñecendo a velocidade do son e medindo o tempo de forma moi precisa, é fácil localizar o punto emisor do casco. Una vez coñecida a posición dos distintos emisores, pódese calcular a posición do casco.

Tamén se pode calcular a velocidade de xiro ou de desprazamento do casco. Paira iso é necesario derivar (matematicamente derivada) a variación das distancias respecto ao tempo. Una vez enviados estes datos aos provedores de imaxe presentarase ao piloto a paisaxe correspondente.

A principal desvantaxe deste sistema é que a velocidade do son varía en función da temperatura. Por tanto, é necesario utilizar sempre un factor corrector nos cálculos por este fenómeno.