Потеря лётчиком пространственной ориентировки

Полковник Ю. Павленко

Потеря летчиком пространственной ориентировки, по данным иностранной печати, является причиной 35 проц. аварий и катастроф в авиации. Этот уровень не снижается в течение последних 25 лет. Зарубежные эксперты отмечают, что умение летчика сохранить ориентировку в пространстве имеет исключительно важное значение для благополучного выхода из аварийной ситуации, возникшей и по другим причинам, например из-за отказа авиационной техники. Так, журнал "Флайт интернэшнл" указывает, что наряду с повышением надежности авиационной техники умение летчика ориентироваться в воздушном пространстве в сложной обстановке приобретает все большее значение для обеспечения безопасности полетов. Это особенно важно при возросшей динамичности современного воздушного боя, новых подходах к маневрированию самолета, пилотировании на предельных, критических и закритических режимах, выполнении "плоских" и некоординированных эволюций.

В связи с этим западные специалисты, в частности из института авиационной медицины ВВС Великобритании, проводят серьезные исследования в области потери летчиком пространственной ориентировки. Основное внимание уделяется изучению природы такого явления, недопущения его возникновения и связанных с ним аварий и катастроф. При этом считается важным, чтобы летчик хорошо представлял себе, каким образом его организм контролирует свое положение в пространстве, какие могут возникать искажения, ошибки и иллюзии и как их можно избежать или исправить.

Ниже, на основе материалов иностранной печати, излагается подход зарубежных авиационных специалистов к указанной проблеме.

Несмотря на совершенство человеческого организма, следует учитывать, что условия его нормальной жизнедеятельности ограничены небольшими диапазонами температур, перегрузок и скоростей. Наиболее благоприятными для человека являются температура около + 20°С, перегрузка 1 g и скорость, соответствующая скорости движения пешехода. Отклонения от этих условий требуют дополнительных усилий для нормального восприятия человеком внешнего мира и адекватной реакции на происходящие в нем изменения, причем, чем больше отклонения, тем больше усилий требуется для их компенсации. Известно, что в полете два из указанных факторов, а именно скорость и перегрузка, изменяются в больших диапазонах. При этом перегрузка может достигать предельных для человеческого организма значений.

Человек контролирует свое положение в пространстве при помощи нескольких органов чувств. Главным из них является зрение. Важнейший после него источник информации - вестибулярная система. Этим двум основным датчикам помогают рецепторы в мышцах, сухожилиях и суставах.

Все органы чувств передают сведения о положении тела человека в мозг, в котором на основании анализа поступающей информации создается своя картина ориентировки и движения человека в окружающей среде и даются "команды" организму на поддержание нужного положения. иногда зрение не может дать непосредственную информацию летчику о его пространственном положении, например, при полете в облаках, ночью и в стратосфере при отсутствии видимости естественного горизонта, то есть когда пилотирование осуществляется по приборам, а по зрительному каналу поступает информация, не указывающая на пространственное положение, а требующая дополнительного анализа. В этом случае зрение утрачивает свою главенствующую роль и мозг в большей степени полагается на другие органы чувств, в основном на вестибулярный аппарат. При несоответствии между информацией, приходящей по зрительному каналу от приборов, и той, которая поступает от вестибулярного аппарата, возникает так называемый "сенсорный конфликт", в мозгу решается сложнейшая задача сопоставления и анализа информации и определения реального пространственного положения. А у летчика на это, к сожалению, иногда бывает очень мало времени.

При нарушении зрения в результате ослепления, возникновении "серой пелены" вследствие больших перегрузок и по другим причинам вестибулярный аппарат становится главным источником информации.

Искажения, появляющиеся в этих двух основных источниках информации о положении в пространстве, неправильные и несвоевременные выводы, сделанные летчиком при анализе информации, могут привести к частичной или полной потере пространственной ориентировки, причем частичная потеря ориентировки тоже таит в себе большую опасность, поскольку летчик зачастую не осознает создавшегося положения и своевременно не предпринимает необходимые меры по выходу из него.

К наиболее характерным иллюзиям, возникающим у летного состава, по мнению иностранных специалистов, можно отнести следующие.

Вестибулярные иллюзии. Они могут возникать под воздействием положительного или отрицательного ускорения и вращения.

Иллюзии от сил ускорения возникают тогда, когда вестибулярный аппарат чувствует линейное ускорение. Согласно заложенной в мозг базовой информации постоянное ускорение вызывается гравитацией. При возникновении ускорения, направление которого не совпадает с направлением вектора гравитации, мозг суммирует оба вектора и проводит равнодействующий (суммарный) вектор ускорения на каком-то среднем угле, в результате чего у летчика возникает иллюзия изменения угла кабрирования самолета. Если он по каналу визуального восприятия не сможет откорректировать это ощущение, то он непроизвольно в зависимости от направления ускорения поднимет или опустит нос самолета (изменит угол кабрирования) и восстановит привычное для его вестибулярного аппарата направление вектора ускорения (рис. 1). Самое опасное заключается в том, что в случае положительного ускорения - разгона самолета - летчик будет опускать нос самолета, отдавать ручку "от себя" и вызывать дальнейший рост ускорения и повторную корректировку пространственного положения путем отдачи ручки управления "от себя". Этот цикл может продолжаться до столкновения с землей. Такие иллюзии особенно опасны при резких ускорениях в условиях плохой видимости и непосредственной близости к земле или когда пилотирование самолета ведется визуально с переходом к пилотированию по приборам, например на взлете ночью и в сложных метеоусловиях.

Рис. 1. Возникновение у летчика иллюзии под влиянием силы ускорения: 1 - начальное положение самолета; 2 - положение самолета, воспринимаемое летчиком в результате возникшей иллюзии; 3 - летчик под воздействием иллюзии пытается исправить положение самолета

Рис. 2. Возникновение у летчика иллюзии вращения: внизу - реальное положение самолета, вверху - воспринимаемое летчиком

Рис. 3. Эффект "смазывания" приборной доски

В зарубежных источниках приводятся сведения о катастрофах, происшедших в такой обстановке. При их расследовании установлено, что ускорение вперед на 0,1 g приводит, как правило, к изменению наклона результирующего вектора ускорения, а следовательно, и к уменьшению угла кабрирования на 6°. Отмечается, также, что искаженные ощущения, поступающие от вестибулярной системы, могут сильно доминировать над другими каналами восприятия. Так, летчик английского самолета "Торнадо" после взлета в условиях отсутствия видимости естественного горизонта постоянно отдавал ручку "от себя" вплоть до столкновения со склоном, несмотря на неоднократные предупреждения штурмана, правильно оценивавшего ситуацию.

При торможении происходит обратный процесс - летчик берет ручку "на себя", чем увеличивает угол тангажа, уменьшает скорость, увеличивает отрицательное ускорение и т. д.

Иллюзии вращения возникают во время продолжительных маневров на постоянной угловой скорости потому, что вестибулярный аппарат способен фиксировать только начало и конец углового вращения. Причем состояние вестибулярного аппарата при установившемся вращении и его отсутствии одинаково. При установившемся вращении самолета в одну сторону вывод из него может быть воспринят вестибулярным аппаратом летчика как ввод во вращение в другую сторону (рис. 2), поскольку жидкость в его каналах начнет перемещаться и даст соответствующий сигнал в мозг.

Помимо своей главной функции - поддержания равновесия, вестибулярная система обеспечивает осуществляемое человеком бессознательное движение глаз для наблюдения за выбранным объектом или сохранения заданного направления взгляда при движении (поворотах, наклонах) головы. То есть если голова поворачивается на 10° вверх и на 5° влево, то для поддержания в поле зрения объектов, интересующих человека, и обеспечения непрерывности наблюдения за ними вестибулярная система через мозг дает команду на поворот глаз на 10° вниз и 5° вправо. Это позволяет также избежать "смазывания" наблюдаемого человеком изображения во время поворотов головы.

В спокойной обстановке вестибулярный аппарат легко справляется с этой задачей. При частых и резких поворотах головы он может перевозбудиться и недостаточно точно управлять поворотом глаз, что приведет к "смазыванию" наблюдаемых объектов, в частности приборной доски самолета (рис. 3), поскольку летчику будет казаться, что окружающий мир продолжает вращение после прекращения вращения головы. Этот феномен нравится детям, и они используют его в своих играх.

Для поддержания в мозгу человека постоянного адекватного представления о его положении в пространстве при пилотировании самолета по приборам и отсутствии прямой зрительной информации о положении линии естественного горизонта важное значение имеет обеспечение непрерывного получения информации с приборов. Это необходимо потому, что мозг летчика постоянно сравнивает поступающие сигналы с уже имеющейся в нем информацией. Он без труда справляется с такой задачей при отсутствии больших перерывов в наблюдении и резких и обширных изменений в показаниях приборов.

Но если происходят перерывы в наблюдениях, мозг перегружается ввиду значительного "градиента" информации и может возникнуть такая ситуация, когда он не способен достаточно полно и правильно оценивать поступающую зрительную информацию и интерпретировать ее применительно к пространственному положению самолета. Особенно это опасно в тех ситуациях, когда по какой-либо причине другой важнейший канал - вестибулярный - поставляет в мозг искаженную информацию, что может привести к потере пространственной ориентировки летчиком. Так, моделирование на земле и эксперименты в воздухе, проведенные институтом авиационной медицины ВВС Великобритании, показали, что для потери пространственной ориентировки летчиком, выполняющим горизонтальный полет по приборам, достаточно перерыва в наблюдении продолжительностью от 60 до 90 с. Это время будет еще меньшим, если самолет выполняет какие-либо эволюции. Для восстановления потерянной ориентировки в среднем необходим запас высоты не менее 3000 м.

Несмотря на то, что потерять пространственную ориентировку может летчик как многоместного, так и одноместного самолета, в более трудном положении находится, безусловно, летчик, выполняющий полет один. Одиночество накладывает отрицательный отпечаток на восприятие окружающей действительности и оценку пространственного положения.

Английские авиационные специалисты отмечают, что не все пилоты одноместных самолетов испытывают отрицательные эмоции, находясь в одиночестве, некоторые этим, наоборот, наслаждаются. Но с точки зрения безопасности полетов, особенно ночью и в сложных условиях, одиночество является, бесспорно, отрицательным фактором не только с точки зрения потери пространственной ориентировки, но и в связи с более высокой вероятностью возникновения зрительных иллюзий.

Зрительные иллюзии. Одна из таких иллюзий называется "узнавание солнца". Она может возникнуть при полете под верхними слоями облаков, через которые просвечивает солнце. Такой свет летчик иногда воспринимает как "верх", поскольку там находится солнце, и накреняет самолет в соответствии с новой вертикалью. При этом он забывает о том, что солнце всегда находится под каким-то углом к вертикали, за исключением экваториальных областей.

Известны оптические иллюзии, когда летчик принимает огни на земле за звезды или же отражающееся ночью в тихую спокойную безоблачную погоду звездное небо в океане за настоящее небо. Иногда за звезды летчиком принимались огни находящихся в океане судов.

В иностранной печати описывается случай, когда летчик истребителя F-15 предпринимал тщетные попытки избежать столкновения с самолетом Боинг 747, но последний неизменно сохранял свое положение впереди по курсу полета. Лишь после длительного маневрирования летчик истребителя наконец осознал, что у него впереди по курсу виднеются огни не самолета, а авиационной базы на о. Окинава.

Другой оптической иллюзией является так называемое "очарование". Она возникает тогда, когда летчик непроизвольно концентрирует все свое внимание только на одном объекте или приборе. Это случается, как правило, при переутомлении и перенапряжении. При пилотировании по приборам летчик иногда прекращает сканирование своего взгляда и считывает показания одного авиагоризонта. При выполнении атаки внимание фиксируется только на цели. Стремление поразить ее настолько сильно, что другие параметры полета теряют в сознании летчика свою значимость.

Западные авиационные эксперты отмечают, что зрительные иллюзии довольно часто возникают у летчиков на предпосадочном снижении при приближении к посадочной полосе, особенно ночью и в сложных метеоусловиях после пробивания нижней кромки облаков. Повышенная напряженность, сосредоточение внимания на посадочной полосе и недостаток периферийных сигналов приводят к возникновению иллюзии о недостаточной скорости самолета при посадке на широкую полосу и слишком большой - при посадке на узкую.

Иногда зрительные иллюзии могут вызывать отражающиеся от облаков мерцающие огни проблесковых маяков самолетов, тени от вращающихся лопастей вертолета, падающие на кабину экипажа, и другие циклические раздражители. Летчику может показаться, что самолет движется в противоположном направлении, а мерцание вызывает легкое головокружение и даже тошноту.

Борьба с иллюзиями. Зарубежные авиационные специалисты основным направлением борьбы с иллюзиями считают профилактику их появления у летного состава. При этом на первое место выдвигаются тренировки вестибулярной устойчивости летного состава путем выполнения комплексов упражнений, в том числе и на специальных снарядах. Большое значение придается постоянному поддержанию достигнутой летным составом натренированности вестибулярного аппарата. Отсутствие тренировок в течение непродолжительного периода (около трех недель) практически полностью возвращает вестибулярную систему в первоначальное нетренированное состояние.

Ведущие специалисты в области вестибулярной физиологии института авиационной медицины ВВС Великобритании подчеркивают пагубное влияние алкоголя на состояние вестибулярного аппарата. Все знают о сильной зависимости вестибулярной устойчивости человека от употребленного им алкоголя. Для летного состава алкоголь таит в себе неизмеримо большую опасность тем, что он резко снижает чувствительность и работоспособность вестибулярного аппарата на продолжительное время. Особенно опасно употребление алкоголя в день, предшествующий дню полетов. Даже кружка пива, выпитая вечером, значительно ухудшает состояние вестибулярной системы на следующий день.

Английские авиационные медики указывают также на необходимость поддержания на достаточном уровне здоровья летного состава, недопустимость выполнения полетов даже в состоянии легкого недомогания, в особенности при воспалении внутреннего уха. Должно быть также совершенно исключено самолечение летчиков, принятие ими любых, даже самых безобидных лекарств без контроля врача своего подразделения.

Вторым направлением профилактики потери пространственной ориентировки иностранные эксперты считают создание хорошей эргономики кабины экипажа, исключающей необходимость делать большие, частые и резкие движения головой.

В последнее время появились защитные шлемы летчиков с встроенными дисплеями бортовой ЭВМ. На них постоянно отображается вся необходимая пилотажно-навигационная информация, куда бы летчик в этот момент ни смотрел. В сочетании с прицелом и автоматом предупреждения об атаке самолета противником такой шлем позволяет летчику вести воздушный бой "с поднятой головой". В авиационные части поступают также очки ночного видения, предназначенные для пилотирования в условиях низкой освещенности и ночью. Все это, безусловно, облегчает работу летчика и уменьшает вероятность потери им пространственной ориентировки.

В то же время иностранные военные специалисты задаются вопросом: что произойдет, если такой шлем откажет? Сможет ли летчик пилотировать самолет, как раньше, по приборам, указатели которых расположены на приборной доске? Они также отмечают, что нововведения зачастую имеют недостатки, которые необходимо учитывать в практике. Например, очки ночного видения создают эффект приближения предметов, что приводит к ошибкам в глубине зрительного восприятия внешнего мира летчиком, особенно если он пролетает над незнакомой местностью на малой высоте.

Придавая большое значение профилактике возникновения у летного состава пространственных иллюзий, западные военные специалисты указывают на необходимость выработки у летчиков твердых навыков правильно оценивать создавшуюся в полете пространственную ситуацию и не допускать потери контроля над ней. По их мнению, летный состав должен доверять приборам, правильно воспринимать их показания, уметь сопоставлять и анализировать их за короткий промежуток времени, своевременно использовать имеющееся на самолете оборудование, помогающее восстановить потерянную пространственную ориентировку.

Зарубежное военное обозрение №2 1990 С.