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F-35還能玩下去嗎?一個頭盔貴過2台M1坦克

美國F-35戰機新型頭盔顯示器在測試階段問題頻頻, 這讓美國國防部頭痛不已。 據悉, 美國空軍和國防部已經對這種被譽為“魔鬼頭盔”的頭盔顯示器產生了信任危機。

頭盔顯示器是F-35戰鬥機重要座艙顯示裝置之一。 所謂頭盔顯示器, 顧名思義就是固定在駕駛員頭上, 與雷達、光電設備等機載感測器相連接, 可顯示飛行、導航、火控等資訊和圖像的頭盔式顯示器, 是隨著座艙顯示技術的發展而出現的一種新型顯示裝置。

這種高科技飛行頭盔的造價令人瞠目結舌, 初期預計達200萬美元, 是美國M1主戰坦克造價的2倍多,

未來的價格可能遠遠高於這個數字。

世界一流的“魔鬼頭盔”

隨著各種空戰武器和防空武器快速發展, 現代空戰環境日趨惡化, 飛行員要在複雜的空戰環境下取得勝利, 必須具有良好的態勢感知能力。 雷達、光電、報警系統等探測設備的不斷成熟提高了飛行員的態勢感知能力,

但是如此眾多的電子設備集中產生的資訊很容易把飛行員“淹沒”。

解決上述問題首先出現的是機載平視顯示器, 它可以把飛行參數、瞄準攻擊、自檢測等資訊, 以圖像、字元的形式通過光學裝置投射到平視顯示器上, 這樣飛行員就可以集中精力操作飛機和進行瞄準, 無需交替觀察艙外目標和艙內儀錶的資訊, 消除了反復聚焦帶來的視覺疲勞, 有利於飛行員把握住稍縱即逝的戰機, 特別是在近距格鬥中, 可以使飛行員更快、更清楚地發現目標, 做到先敵發現、先敵開火。 據研究, 裝備了頭盔顯示器的飛機可使導彈截獲目標概率減少2-10秒, 殺傷概率提高近2倍。

然而, 平視顯示器也有自己的缺點,

即飛機必須進行機動跟蹤目標, 才能把飛行員感興趣的目標移到飛行員的視場中。 隨著技術的發展, 一種克服了平視顯示器的缺陷, 更適合飛行員作戰的頭盔顯示器應時而生。 頭盔顯示器最早運用於直升機, 上世紀80年代, 固定翼飛機使用的頭盔顯示器逐漸成熟, 各軍事強國開始廣泛裝備頭盔顯示器。 目前, 頭盔顯示器已經成為第三代、第四代戰鬥機的標準配備。

頭盔顯示器已經發展了三代, 第一、第二代只能顯示瞄準線, 無法顯示圖像等資訊, 所以又稱為頭盔瞄準具。 第三代頭盔顯示器不但可以顯示瞄準線, 還可顯示飛行資料、導航資訊、靶心圖表像等資訊, 第三代頭盔顯示器一般裝備於第三、四代戰鬥機。

F-35戰鬥機作為第四代戰鬥機家族中的重要成員, 也裝備了頭盔顯示器。 F-35戰鬥機在研製過程中採用了“虛擬平顯”的概念, 即利用頭盔顯示器代替現役戰鬥機廣泛採用的平視顯示器, 成為第一型沒有裝備平視顯示器的現代戰鬥機。

作為冷戰後由美國領導研製的第一型第四代戰鬥機, F-35戰鬥機採用了不少以前未使用的技術和裝備, 如光電瞄準系統、分散式合成孔徑系統、頭盔顯示器等。 其中, 使用頭盔顯示器代替平視顯示器是現代戰機座艙顯示技術領域革命性的突破。 F-35戰鬥機的頭盔顯示器由著名的VIS公司研製, 頭盔顯示器由顯示器、處理電腦、跟蹤器等子系統組成。

作戰中, 飛行員通過“魔鬼頭盔”在平視或抬頭時可以看到飛行資訊,

側視或下視時看到機翼和機身遮擋住的紅外和地形圖像。 在執行空戰任務時, 飛行員借助頭部的轉動, 可以提供更寬闊的視場, 平視顯示器的視場一般只有3%左右, 而頭盔顯示器卻可達到80%, 讓飛行員更容易發現目標, 結合先進的近距格鬥空對空導彈, F-35戰鬥機的近距格鬥能力非常強悍。

在執行對地攻擊任務時, “魔鬼頭盔”可以顯示由相控陣雷達或光電瞄準系統提供的圖像, 通過觸摸控制, 可以將目標進一步放大, 供飛行員辨別目標, 然後再次觸控式螢幕幕, 顯示幕就會出現目標指示, 並自動識別跟蹤和鎖定目標。 飛行員只要在合適的時機按動攻擊的按鈕, 制導炸彈或導彈就可以精確把目標摧毀。 研製方VIS公司宣稱,使用“魔鬼頭盔”作戰就像在電腦面前玩空戰遊戲。

在一些科幻片中,我們經常可以看到飛行員用語音控制飛機或飛船的武器,隨著語音辨識技術的發展,該技術也逐漸運用于現代戰機。據悉,F-35戰鬥機所使用的頭盔顯示器還集成了語音辨識系統,飛行員能夠用語音指令啟動飛機的某些功能,以前一些需要飛行員在座艙面板上大量輸入才能使飛機具備的某些功能,如輸入導航座標,有了語音指令功能,飛行員只要一句話就可以實現。語音指令功能有助於減輕飛行員的負擔和提高戰機的戰場生存能力。

高精尖技術帶來的煩惱

整合了多種先進技術的“魔鬼頭盔”是第三代頭盔顯示器中的代表作,結合F-35戰鬥機完善的探測、報警系統,可大大提高飛行員的態勢感知能力,從而顯著增強戰機的作戰能力和戰場生存能力。F-35戰鬥機所配備的頭盔顯示器是其技術發展史上革命性的突破,也是戰鬥機座艙顯示領域取得革命性的突破。

成也蕭何,敗也蕭何。由於F-35戰鬥機座艙採用了“虛擬平顯”概念,取消了平視顯示器,這決定了“魔鬼頭盔”需具備更多的功能。然而在小小的頭盔上集成顯示系統、供氧系統等多種先進技術卻不是件容易的事情。VIS公司在上世紀末開始研製“魔鬼頭盔”,但由於集成多種先進技術且技術跨度較大,研製過程中暴露的問題至今還未解決,導致“魔鬼頭盔”定型時間一推再推。

其存在的問題主要有,“魔鬼頭盔”是一個完整的投影顯示系統,可以顯示圖示和圖像。由於頭盔顯示系統的成像平面和眼球的距離很近,圖像的微小抖動對眼球視線來說也是可觀的角位移,主觀感覺上相當於大幅度抖動。長時間抖動頻率較高的話,不僅無法正常讀數,還會造成飛行員的視覺疲勞甚至頭痛。

頭盔和頭部的結合不可能做到絕對緊固,戰鬥機在飛行中除了會有不穩定氣流和機械振動造成飛機抖動外,戰鬥機在執行任務中還要經常機動飛行,這也會造成飛機抖動,微小的鬆動都會加劇頭盔顯示器抖動問題。設計團隊正在試圖用微型陀螺穩定圖像,該裝置將增加頭盔顯示器的重量,可能出現超重問題。

1966年,美國陸軍航空醫學實驗室得出結論:1.57千克是在不危害解剖學、生理學或功能適應性的情況下,人的頭部能承受的最大重量。頭盔重量不僅是一個舒適性問題,也是一個安全問題,因此頭盔顯示系統對重量異常敏感。戰鬥機在空戰中經常要機動飛行,在做超載達9G的機動中,頭盔重量相當於放大了9倍,對飛行員的頸椎是很大的壓力。彈射救生時,彈射椅的速度非常快,加速度可達150-200米/秒,超載高達近16G,也就是說彈射時飛行員的平均重量是平時的16倍,頭盔過重很容易讓飛行員頸椎受傷,嚴重的情況下甚至死亡。

第二個問題是顯示滯後,圖像顯示滯後達130毫秒,圖示顯示滯後也有50毫秒,而設計指標分別是40毫秒和30毫秒。圖像顯示滯後時間過長容易導致飛行員錯失目標,貽誤戰機,在編隊飛行或低空飛行時還可能危害飛行安全。

頭盔顯示系統的清晰度不足是其存在的第三個問題,尤其是在夜視模式下,在滿月的亮度下也只有相當於大約350度近視眼的水準,而傳統的夜視眼鏡只相當於不到100度的近視眼。隨著亮度降低,夜視攝像機的清晰度降低,影響了飛行員夜視條件下執行任務的能力。

美軍的高技術之殤

在研製新型武器裝備過程中採用新技術或者新概念,是武器發展的基本規律之一,尤其是在發展跨代武器時體現最為明顯。F-35戰鬥機在發展過程中引入了“虛擬平顯”的概念,使用頭盔顯示器代替平視顯示器。毋庸置疑,隨著相關技術的不斷進步,頭盔顯示器獲得了長足的發展,但以現代的技術水準,還未達到可以完全取代平視顯示器的地步,“魔鬼頭盔”的發展就是一個很好的證明。

武器發展過程中採用新技術或新概念會帶來技術風險,技術風險很可能導致進度風險的發生,“魔鬼頭盔”在研製過程中採用了大量新技術,技術跨越較大,不斷出現的技術問題不但影響了其本身的研製進度,作為一個子系統還對F-35戰鬥機的研製造成了不利影響。

其實,在美國新武器裝備發展過程中,因為採用新技術導致武器裝備研製超期甚至下馬並不鮮見。據統計,過去的二三十年美國在新型武器裝備的發展過程中,由於技術、資金等方面的問題,平均進度推遲了12-18個月,一些武器甚至由於技術方面的問題下馬。如美國海軍陸戰隊的“遠征突擊車”、陸軍的“未來作戰系統”都主要是因為技術跨度較大,研製過程中出現的技術問題遲遲沒有得到解決,研製費用不斷攀升,最終下馬。

由於“魔鬼頭盔”技術跨度大,仍存在一些技術問題,目前仍處於測試階段。為了保險起見,F-35戰鬥機的主要承包商美國洛克希德-馬丁公司和英國BAE系統公司簽署協定,要求BAE系統公司研製技術跨度較低的頭盔顯示器作為候選,一旦VIS公司研製的“魔鬼頭盔”遇到無法克服的技術問題時仍有相應的備份選擇。BAE系統公司研製的頭盔顯示器設計採用常規的夜視眼鏡,但無法顯示分佈孔徑系統圖像,而分佈孔徑系統是F-35戰鬥機值得炫耀的主要裝備之一,失去分散式合成孔徑系統將使F-35戰鬥機頭盔顯示系統的優越性大打折扣。

研製方VIS公司宣稱,使用“魔鬼頭盔”作戰就像在電腦面前玩空戰遊戲。

在一些科幻片中,我們經常可以看到飛行員用語音控制飛機或飛船的武器,隨著語音辨識技術的發展,該技術也逐漸運用于現代戰機。據悉,F-35戰鬥機所使用的頭盔顯示器還集成了語音辨識系統,飛行員能夠用語音指令啟動飛機的某些功能,以前一些需要飛行員在座艙面板上大量輸入才能使飛機具備的某些功能,如輸入導航座標,有了語音指令功能,飛行員只要一句話就可以實現。語音指令功能有助於減輕飛行員的負擔和提高戰機的戰場生存能力。

高精尖技術帶來的煩惱

整合了多種先進技術的“魔鬼頭盔”是第三代頭盔顯示器中的代表作,結合F-35戰鬥機完善的探測、報警系統,可大大提高飛行員的態勢感知能力,從而顯著增強戰機的作戰能力和戰場生存能力。F-35戰鬥機所配備的頭盔顯示器是其技術發展史上革命性的突破,也是戰鬥機座艙顯示領域取得革命性的突破。

成也蕭何,敗也蕭何。由於F-35戰鬥機座艙採用了“虛擬平顯”概念,取消了平視顯示器,這決定了“魔鬼頭盔”需具備更多的功能。然而在小小的頭盔上集成顯示系統、供氧系統等多種先進技術卻不是件容易的事情。VIS公司在上世紀末開始研製“魔鬼頭盔”,但由於集成多種先進技術且技術跨度較大,研製過程中暴露的問題至今還未解決,導致“魔鬼頭盔”定型時間一推再推。

其存在的問題主要有,“魔鬼頭盔”是一個完整的投影顯示系統,可以顯示圖示和圖像。由於頭盔顯示系統的成像平面和眼球的距離很近,圖像的微小抖動對眼球視線來說也是可觀的角位移,主觀感覺上相當於大幅度抖動。長時間抖動頻率較高的話,不僅無法正常讀數,還會造成飛行員的視覺疲勞甚至頭痛。

頭盔和頭部的結合不可能做到絕對緊固,戰鬥機在飛行中除了會有不穩定氣流和機械振動造成飛機抖動外,戰鬥機在執行任務中還要經常機動飛行,這也會造成飛機抖動,微小的鬆動都會加劇頭盔顯示器抖動問題。設計團隊正在試圖用微型陀螺穩定圖像,該裝置將增加頭盔顯示器的重量,可能出現超重問題。

1966年,美國陸軍航空醫學實驗室得出結論:1.57千克是在不危害解剖學、生理學或功能適應性的情況下,人的頭部能承受的最大重量。頭盔重量不僅是一個舒適性問題,也是一個安全問題,因此頭盔顯示系統對重量異常敏感。戰鬥機在空戰中經常要機動飛行,在做超載達9G的機動中,頭盔重量相當於放大了9倍,對飛行員的頸椎是很大的壓力。彈射救生時,彈射椅的速度非常快,加速度可達150-200米/秒,超載高達近16G,也就是說彈射時飛行員的平均重量是平時的16倍,頭盔過重很容易讓飛行員頸椎受傷,嚴重的情況下甚至死亡。

第二個問題是顯示滯後,圖像顯示滯後達130毫秒,圖示顯示滯後也有50毫秒,而設計指標分別是40毫秒和30毫秒。圖像顯示滯後時間過長容易導致飛行員錯失目標,貽誤戰機,在編隊飛行或低空飛行時還可能危害飛行安全。

頭盔顯示系統的清晰度不足是其存在的第三個問題,尤其是在夜視模式下,在滿月的亮度下也只有相當於大約350度近視眼的水準,而傳統的夜視眼鏡只相當於不到100度的近視眼。隨著亮度降低,夜視攝像機的清晰度降低,影響了飛行員夜視條件下執行任務的能力。

美軍的高技術之殤

在研製新型武器裝備過程中採用新技術或者新概念,是武器發展的基本規律之一,尤其是在發展跨代武器時體現最為明顯。F-35戰鬥機在發展過程中引入了“虛擬平顯”的概念,使用頭盔顯示器代替平視顯示器。毋庸置疑,隨著相關技術的不斷進步,頭盔顯示器獲得了長足的發展,但以現代的技術水準,還未達到可以完全取代平視顯示器的地步,“魔鬼頭盔”的發展就是一個很好的證明。

武器發展過程中採用新技術或新概念會帶來技術風險,技術風險很可能導致進度風險的發生,“魔鬼頭盔”在研製過程中採用了大量新技術,技術跨越較大,不斷出現的技術問題不但影響了其本身的研製進度,作為一個子系統還對F-35戰鬥機的研製造成了不利影響。

其實,在美國新武器裝備發展過程中,因為採用新技術導致武器裝備研製超期甚至下馬並不鮮見。據統計,過去的二三十年美國在新型武器裝備的發展過程中,由於技術、資金等方面的問題,平均進度推遲了12-18個月,一些武器甚至由於技術方面的問題下馬。如美國海軍陸戰隊的“遠征突擊車”、陸軍的“未來作戰系統”都主要是因為技術跨度較大,研製過程中出現的技術問題遲遲沒有得到解決,研製費用不斷攀升,最終下馬。

由於“魔鬼頭盔”技術跨度大,仍存在一些技術問題,目前仍處於測試階段。為了保險起見,F-35戰鬥機的主要承包商美國洛克希德-馬丁公司和英國BAE系統公司簽署協定,要求BAE系統公司研製技術跨度較低的頭盔顯示器作為候選,一旦VIS公司研製的“魔鬼頭盔”遇到無法克服的技術問題時仍有相應的備份選擇。BAE系統公司研製的頭盔顯示器設計採用常規的夜視眼鏡,但無法顯示分佈孔徑系統圖像,而分佈孔徑系統是F-35戰鬥機值得炫耀的主要裝備之一,失去分散式合成孔徑系統將使F-35戰鬥機頭盔顯示系統的優越性大打折扣。

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