Война и мир. Дополненная реальность в прицелах и навигационных системах
В эту пятницу мы предлагаем поговорить об эволюции прицелов, в которой свою роль сыграли и технологии дополненной реальности.
Большинство технологических прорывов и новых технологий чаще всего выковываются в горниле войны, и в войне же испытываются и совершенствуются.
Коллиматорные прицелы и проекционные дисплеи (HUD) — не исключение. Попытки улучшить прицельные приспособления огнестрельного оружия предпринимались с момента его изобретения. Были эксперименты с открытыми и закрытыми прицелами.
Изобретались всевозможные виды и формы открытых прицелов с мушкой и целиком: 
Кольцевые прицелы, апертурные и диоптрические:
Дальнейшее улучшение включало в себя установку в прицелы линз и привело к созданию оптических прицелов. Добавление в оптические прицелы электронных компонентов стало причиной создания коллиматорных и голографических систем и далее усложнилось до гиростабилизированных систем, баллистических вычислителей и, наконец, проекционных дисплеев и систем с дополненной реальностью.
Первыми электронными прицелами стали коллиматоры.
Коллиматорный прицел (в англоязычных источниках прижилось название reflector sight) — это оптическое устройство, которое комбинирует естественное изображение цели с параллельным изображением прицельной марки, спроецированной в бесконечность.
Это дает два больших преимущества: во-первых, можно целиться двумя глазами, что не сужает поле зрения и позволяет своевременно реагировать на изменение обстановки; во-вторых, прицельная рамка проецируется в глаз параллельным потоком и остается на оптической оси прицеливания независимо от положения головы оператора — марка перемещается по линзе прицела, но остается на точке прицеливания.
Оптические прицелы позволяют производить высокоточные выстрелы на большие расстояния, но по скорости прицеливания и эффективности работы с целями, которые быстро передвигаются, коллиматорные прицелы значительно выигрывают.
Эта технология была разработана и запатентована в 1900 году ирландским оптиком Говардом Граббом.
Говард Грабб со своим изобретением
Причем технология изначально создавалась как для стрелкового оружия, так и для всевозможных орудийных платформ. Формирование прицельной марки может осуществляться путем сбора естественного света, оптическим волноводом, но современные системы в основном используют активную подсветку светодиодами или лазером.
Коллиматорные прицелы успели поучаствовать в Первой Мировой войне. Например, они устанавливались на истребители Альбатросс и Фоккер.
Fokker D.VII, Скриншот из игры Rise Of Flight
К началу Второй Мировой войны эта технология стала достаточно распространенной. Особенно в тех условиях, когда было необходимо мгновенно и точно рассчитывать расстояние до цели, ее скорость и направление, а также учитывать упреждение выстрелов — в авиации, ПВО, на флоте.
Ниже — распространенный британский коллиматорный прицел MARK — 9. Его можно было увидеть на турелях и оборонительных пулеметах бомбардировщиков, а также на счетверенных зенитных установках.
А это уже прицелы с баллистическим вычислителем. Передовые технологии своего времени!
Как это работает:
Позднее к изображению прицельной марки и баллистическому вычислителю добавились другие нужные данные, такие как режимы работы двигателей, навигационная обстановка и т.п.
Появился классический авиационный проекционный дисплей:
Как правило, военные технологии находят свое мирное применение. Так произошло в гражданской авиации, где самым главным является максимальная безопасность.
По статистике, самые опасные и напряженные периоды полета — это взлет и посадка. В эти же моменты пилоты авиалайнера испытывают максимальную информационную нагрузку.
Проекционные экраны впервые стали устанавливаться в гражданские авиалайнеры в начале 80-х в Аляске. В отличие от боевых, гражданские проекторы крепились к потолку, а отражатель откидывался только по мере необходимости:
Основная задача этого прибора — обеспечивать взлеты и посадки ночью и в сложных погодных условиях. При посадке экран выводит направление на правильную взлетную полосу, оптимальную глиссаду и даже вычисляет точку касания. Все это позволяет пилоту не отвлекаться на приборы и постоянно держать ВПП в поле зрения.
Проекционные дисплеи до сих пор широко применяются в военной авиации, но у них есть существенный недостаток. Воздушный бой происходит в трехмерном пространстве, что вынуждает пилота крутить головой на 360 градусов, а жизненно важная информация выводится на стационарно закрепленный экран.
Именно поэтому конструкторы уже давно думают об интеграции HUD в летный шлем.
Первая серийная попытка у ВМС США была предпринята в 1969 году и называлась VTAS (Visual Target Acquisition System). В первом поколении опускающийся монокуляр позволял пилоту осуществлять захват цели и наведение бортовых ракет воздух-воздух без использования стационарного проекционного дисплея.
Отечественные аналоги были разработаны для МИГ-29 и СУ-27, выполняли те же функции и назывались «Сура» и «Щель».
Вертолетчиков также не обошли вниманием. В знаменитом КА-50 применялся комплекс Обзор-800.
А пилоты Апачей пользуются уже более продвинутыми монокулярами IHADSS:
Это уже более серьезное устройство, обеспечивающее не только целеуказание, но и навигацию, вывод изображения в инфракрасном диапазоне для ночных полетов и многое другое.
При этом обучение работе с IHADSS очень сложное, долгосрочное и вызывает жуткие головные боли. Пилот буквально адаптируется к режиму хамелеонного зрения, когда зрачки правого и левого глаза начинают работать асинхронно. Еще этот навык забывается после длительного перерыва, и приходится адаптироваться заново.
Современные системы лишены этого недостатка, так как являются бинокулярными. Вот некоторые из них:
Шлем для пилота ПАК ФА:
Шлем для пилота от BAE Systems:
Современные системы гораздо легче и совершеннее первого поколения, они способны выводить все возможные данные по работе бортовых систем, управлять режимами полета и навигации, а также обеспечивать вывод улучшенного и обработанного изображения в реальном времени.
И если первые прототипы в прошлом веке не пошли в серию из-за большого веса и риска для шеи пилота, то в настоящем эта проблема решена:
Военные новинки адаптируются для гражданского применения, вот, например, разработка концерна THALES для гражданской авиации:
Есть еще она сфера, где жизненно важна навигация в трехмерном пространстве — это подводная работа. Divers Augmented Vision Display (DAVD) предназначен для навигации, связи и облегчения работы водолазов.
Вот как работает комплекс:
Можно утверждать, что с развитием технологий HUD мы увидим все новые и новые виды прицелов для разного рода оружия, а также системы, которые сделают полеты гражданской авиации еще более комфортными для пилота и безопасными для пассажиров.
