Одной из самых грозных иллюзий, провоцируемых воздействием угловых ускорений, является так называемая “соматогиральная” иллюзия необратимого или “траурного штопора”. В основе этой иллюзии лежит неспособность полукружных каналов адекватно информировать высшие нервные центры пространственного анализатора пилота при выполнении продолжительного разворота. Например, для выхода из продолжительного левого плоского штопора пилот может попытаться использовать правую педаль и даже в том случае, когда этот маневр удался, прекращение вращения самолета моментально вызывает у него ощущение перехода самолета в правый штопор (иллюзия обратного крена), поскольку горизонтальные полукружные каналы ощущают торможение в правую сторону. Другим примером вестибулярных иллюзий от угловых ускорений являются Кориолисова или “перекрестная” иллюзия пространственного положения, при которой движение головы в процессе непрерывного разворота приводит к остановке движения лимфы в канале, который вышел из плоскости движения и вызывает иллюзию движения в плоскости, перпендикулярной плоскости “отключившегося” канала (например, наклон головы по оси тангажа под углом в 90° при вращении человека в горизонтальной плоскости рыскания, может спровоцировать ощущения крена, поскольку горизонтальные каналы, оказавшиеся в плоскости крена, испытывают стимуляцию от торможения эндолимфы, как только они выходят из плоскости вращения по оси рыскания). Иллюзии НПО от воздействия угловых ускорений весьма распространены у пилотов авиации общего назначения, но они считаются менее опасными у пилотов высокоманевренных самолетов, у которых угловые скорости разворота ниже аналогичных показателей самолетов малой авиации.
Наиболее характерные иллюзии НПО от воздействия линейных ускорений
полета вызываются: 1. Отклонением вектора результирующей
гравитоинерциальной силы от положения истинной гравитационной вертикали и
2. Изменением величины вектора гравитоинерциальной силы. Эти изменения
могут быть спровоцированы воздействием продолжительных линейных ускорений,
например, при взлете или при вращении пилотов на центрифуге с внутренней
стороны разворота или при выходе самолета из режима горизонтального полета.
Одной из самых опасных иллюзий НПО от воздействия линейных ускорений
является “соматогравическая” иллюзия, которая ощущается пилотом в процессе
взлета и набора высоты как полет на чрезмерно высоких углах тангажа и
атаки, а в процессе снижения, например, при заходе на посадку как полет в
перевернутом положении. Если в первом случае при наборе высоты пилот
попытается уменьшить угол тангажа, этот маневр штурвалом приведет к
возникновению центробежной силы, направленной через днище кабины, и может
спровоцировать у него ощущение перевернутого полета. Другой опасной
иллюзией является уже упоминавшаяся выше “траурная спираль”, провоцируемая
действием результирующей гравитоинерциальной силы, которая существенно
отклонена от гравитационной вертикали. Эта иллюзия ощущается пилотом как
горизонтальный режим полета при выполнении продолжительного маневра
разворота. Иллюзия избыточной пилотажной перегрузки (G-excess) считается
особенно опасной, когда пилот смотрит вверх с внутренней стороны
выполняемого разворота, поскольку чрезмерное перерастяжение отолитовой
мембраны может быть истолковано как выход самолета из эволюции разворота в
режим горизонтального полета. В результате этого летчик, чтобы сохранить
ощущение координированного разворота, может непреднамеренно вывести самолет
на еще большие углы крена.
Хотя надежные визуальные ориентиры пространственного положения самолета, наблюдаемые периферическим полем зрения пилота, обычно снимают иллюзорные ощущения, вызванные вестибулярными и другими неинструментальными стимуляциями, этот механизм защиты не может компенсировать полностью ухудшение условий видимости на борту самолета. В этих условиях у пилотов обычно возникают комбинированные глазовестибулярные расстройства пространственной ориентировки, именуемые окулогиральными иллюзиями при воздействии угловых ускорений и окулогравическими иллюзиями– при воздействии линейных ускорений, при которых наступает суммация визуальных и вестибулярных обманов чувств.
4. УЧЕТ СПЕЦИФИКИ ОБРАЗА ПОЛЕТА ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ИНДИКАЦИИ
ПРОСТРАНСТВЕННОГО ПОЛОЖЕНИЯ САМОЛЕТА
Индикатор пространственного положения — авиагоризонт — используется в
авиации более полувека. Это один из важнейших приборов, занимающих
центральное место на приборной доске. Его функции — обеспечивать не только
пилотирование, но и пространственную ориентировку вне видимости земли.
Основу лицевой части авиагоризонта составляет изображение линии
искусственного горизонта. силуэта самолета и шкалы тангажа.
Существуют два основных типа этого прибора (рис. 2). На первом
представлен подвижный (относительно продольной оси, т.е. по крену) силуэт
самолета. Линия горизонта перемещается только относительно поперечной оси
самолета, вверх и вниз, параллельно самой себе. Она разделяет изображение
"земли" и "неба" на шкале тангажа. При перемещении линии горизонта вниз
силуэт самолета оказывается на фоне голубого поля, и это означает
положительный угол тангажа.
[pic]
Рис. 2. Схематичное изображение авиагоризонта
1 — вид индикации "с земли на самолет": 1 — левый крен. 2 — правый крен; II — вид индикации "с самолета на землю": 1 — левый крен, 2 — правый крен
Такой способ индикации пространственного положения самолета называют
"вид с земли на самолет".
На втором типе прибора представлен неподвижный силуэт самолета и
перемещающаяся линия горизонта, которая не только уходит вверх или вниз, но
и наклоняется вправо (при левом крене) или влево (при правом крене). Такую
индикацию принято называть "вид с самолета на землю". Положение самолета
определяется через оценку положения земли и горизонта относительно
самолета. Иногда этот вид индикации характеризуют как "прямой", или
"естественный", основываясь на том, что на индикатор перенесено изображение
видимого поля, т.е. перемещающегося относительно положения наблюдателя (в
самолете) пространства. Иными словами, индикатор воспроизводит необычную
"чувственную основу" образа восприятия. Сделаны попытки визуализировать
слепой полет, обеспечить внешнее сходство видимых летчиком картин в
визуальном и приборном полетах.
Обычно человек нелетной профессии, в том числе и инженер–конструктор авиаприборов, воспринимает, будучи в полете, землю и горизонт перемещающимися. Отсюда стремление дать на индикаторе подвижный индекс авиагоризонта. Но можно ли такое представление информации считать шагом в визуализации полета? Нам кажется, нельзя. Под термином "визуализация полета" понимается создание такой картины, которая при отсутствии видимости земли воспроизводит ситуацию такой, какой она наблюдается в условиях визуального полета. Эта картина не обязательно соответствует реальной ситуации, которая должна была бы наблюдаться в данный момент, но впечатление, что ситуация, отображаемая в картине, реальна, создавать должна. Отсюда следует, что картина должна быть объемной при строгом сохранении масштаба, что для летчика эта картина должна занимать по горизонту угол около 150°, по углу места — около 125°, как это бывает в визуальном полете. Горизонт на картине должен при всех эволюциях самолета совпадать с невидимым естественным горизонтом. На этой картине нужно воспроизвести бег земной поверхности и многое другое. Только при выполнении этих очевидных условий можно говорить о действительной визуализации полета, создающей впечатление, подобное "эффекту присутствия". Иначе говоря, визуализация, которая могла бы быть эффективной, должна строиться с таким расчетом, чтобы она могла "запустить" всю совокупность механизмов психического отражения, которые работают в визуальном полете.
В зарубежной литературе большой интерес к вопросам визуализации полета
наблюдался в 60–х годах. Тогда предполагалось, что разрабатываемые
телевизионные, радиолокационные и инфракрасные системы с изображением
внекабинного пространства на ЭЛТ послужат средством визуализации полета.
Этого не произошло из–за принципиальных различий между видом внекабинного
пространства и тем, что изображается на экране ЭЛТ. Малые углы обзора,
изменение масштаба, отсутствие глубины на ЭЛТ привели к тому, что они не
могли быть использованы в качестве систем визуализации полета. Визуализация
полета, которая предполагает представление летчику информации об окружающем
самолет пространстве в естественной, привычной для него форме, не была
реализована. Такая информация не требует декодирования и расшифровки
сигналов, и в этом ее основное преимущество перед любым другим видом
информации.
В основе концепции визуализации лежит инженерно–психологический принцип, который иногда называют "принципом наглядности", иногда "принципом реализма". Его суть можно было бы сформулировать так: чем более информационная модель подобна воспроизводимому в ней объекту по тем свойствам, которые отражаются человеком непосредственно, т.е. на сенсорно–перцептивном уровне, тем легче с ней работать.
Если следовать этому принципу, то нужно стремиться к созданию таких информационных моделей, при восприятии которых у человека возникало бы как можно более сильное впечатление, что он воспринимает реальный объект.
Идеальным с этой точки зрения является такая информационная модель, работая с которой человек не может различить, что он воспринимает: реальный объект или его модель. И надо сказать, что научно–технический прогресс уже на современном этапе развития позволяет реализовать рассматриваемый принцип во многих отношениях. В целом преимущество информационных моделей, сенсорно–перцептивно подобных объекту, в том, что они позволяют человеку с высокой степенью полноты использовать его житейский опыт, включая способы и формы действий (и поведения), которые сформировались в процессе накопления этого опыта. Такие модели особенно эффективны, когда решается задача: создать "эффект присутствия". Весьма целесообразно использовать их в процессе обучения человека, в том числе профессионального.
Однако возникает вопрос: является ли рассматриваемый принцип универсальным? На наш взгляд, нет. Ведь он, как говорилось, относится только к одному уровню психического отражения. Между тем концептуальная модель и поэтапно реализующие ее в деятельности оперативные образы многомерны и многоуровневы, и это должно учитываться при разработке информационных моделей. Человек эффективнее и надежнее работает с системой приборов, чем с телевизионным изображением ЛСП, хотя, казалось бы, "принцип наглядности" в последнем случае реализуется полнее, чем в первом. Но дело не в примерах (их можно было бы привести много). Любая информационная модель, используемая в системах "человек—машина" должна оцениваться по крайней мере в двух аспектах: а) насколько полно и точно — с точки зрения задач управления — в ней отображается управляемый объект; б) в какой мере она соответствует информационной модели, складывающейся у человека–оператора, и способу (механизму) психической регуляции его действий.
В этой связи подчеркнем следующее: информационная модель должна помогать пилоту быстро и точно оценивать реальную ситуацию, принимать обоснованные решения и выполнять осознанно управляющие действия. А это требует того, чтобы модель "высвечивала" прежде всего существенные для решения задач управления признаки объекта. Нередко модели, обладающие высокой степенью наглядности, не удовлетворяют этому требованию, а иногда и просто противоречат ему. Излишняя их наглядность затрудняет для пилота оценку сути происходящих событий. В этом случае получается эффект прямо противоположный тому, на который рассчитан принцип наглядности: необходимость выполнять специальные умственные действия по декодированию и перекодированию поступающей информации не только не уменьшается, а, напротив, увеличивается (правда, по своему психологическому содержанию здесь требуются действия иного типа по сравнению с действиями' преобразования знаковой информации).
Заключая, можно сказать, что принцип наглядности эффективен в той мере, в которой он соответствует концептуальной модели, подкрепляет эту модель и способствует ее реализации в оперативных образах, а также управляющих действиях оператора.
Когда речь идет о наглядных информационных моделях, возникает еще один вопрос: что именно такая модель делает наглядным, с какой точки зрения (в буквальном смысле этого слова)?
В этой связи вернемся к сравнительному анализу двух основных типов
авиагоризонта. Строго говоря, ни один из них не может претендовать на
визуализацию полета, так как информация от каждого из них требует мысленных
преобразований, поэтому ни один не дает абсолютно надежного определения
пространственного положения самолета в особо сложных условиях.
Необходимость преобразования информации от авиагоризонта в таких условиях
нередко приводит к ошибкам летчика. Поэтому главный вопрос здесь, пожалуй,
в том, какой вид индикации легче поддается расшифровке.
Что же касается степени наглядности каждого из типов авиагоризонта, то она примерно одинакова. Основная разница в том, что один представляет наглядную (но очень редуцированную) картину кажущегося движения горизонта относительно самолета, другой — реального движения самолета относительно земли. Поэтому первый часто определяют как "вид с самолета на землю", а второй — "вид с земли на самолет".
Поскольку второй тип авиагоризонта более соответствует концептуальной модели, формируемой у летчика, и задачам управления, поступающая от него информация преобразуется легче, чем информация от. первого типа, не соответствующего информационной модели. Поэтому очень многие летчики, оценивая авиагоризонт "вид с земли на самолет", говорят, что "он более наглядный — его легче расшифровать".
Неудовлетворенность летчиков, в частности зарубежных (а они работают с
авиагоризонтом "вид с самолета на землю"), приборами с подвижной линией
авиагоризонта, большое число ошибочных решений при определении
пространственного положения самолета вызвали к жизни научно–прикладные
исследования особенностей восприятия и реакций летчиков на предъявленный
вид индикации авиагоризонта. В монографии 3. Гератеволя приводятся
интересные данные, относящиеся к оценке принятого за рубежом вида
индикации. В частности, в результате испытаний авиагоризонта в кабине Линка
показано, что прибор, сконструированный по принципу "с земли на самолет",
значительно лучше, чем авиагоризонт, используемый в ВВС США. Эта мысль
поясняется рис. 3. Автор монографии приводит психологическое объяснение
явлению ошибочного обратного движения, которое возникает из–за измененного
соотношения "изображение—земля". Обычно горизонт воспринимается летчиком
как неподвижная ориентирная черта, на фоне которой движется самолет. Если,
например, в слепом полете действительный горизонт исчезает, то летчик
рассматривает свой самолет как центр системы ориентирования, по отношению к
которому все указатели, в том числе указатель авиагоризонта, указывающий
движение, становятся изображениями. Короткая, близко расположенная и
неточно ориентирующая поперечная черта на приборе не может заменить
широкий, далекий и "непогрешимый" действительный горизонт. Это смещение
значений обусловливает затем смещение в определении своего положения.
Автором был сделан вывод о том, что в полете по приборам действуют
закономерности восприятия, отличные от закономерностей, определяющих
восприятие пространства в визуальном полете.
Несмотря на отрицательную оценку принятого за рубежом вида индикации,
его продолжают использовать как пилотажный прибор и как индикатор
пространственного положения, т.е. нельзя отрицать, что вид индикации "с
самолета на землю" обеспечивает успешность действий летчиков. Но,
по–видимому, пренебрежение психологическими механизмами ориентирования не
могло не сказаться отрицательно на надежности действий летчика в сложных
условиях полета. Не случайно за рубежом проблема индикации обсуждается и в
60–е, и в 70–е годы. В частности, исследователи пишут о психологическом
дефекте принятого принципа индикации и продолжают поиски путей ее
оптимизации.
[pic]
Рис. 3. Трудности использования авиагоризонта с принципом индикации
"вид самолета на землю": а — действительное показание авиагоризонта: б — так летчик должен
мысленно повернуть авиагоризонт, чтобы определить истинное положение
самолета по отношению к горизонту
Индикатор пространственного положения (точнее, принцип индикации) не менялся с тех пор, как он был принят в 1929 г. И тем не менее многие исследователи и летчики ставят вопрос о недостатках — с точки зрения человеческого фактора — данного вида индикации, говорят о преимуществах вида индикации "с земли на самолет", причем часто на основании экспериментальных исследований. Крупный авторитет в области инженерной психологии (и один из ее основателей) А. Чапанис еще в 1959 г. приводил экспериментальные доказательства неудовлетворенности авиагоризонта "вид с самолета на землю". Он отмечал, что такой прибор путает даже опытных летчиков. Примечательно, что этот тип авиагоризонта приводится им как пример ошибочности решений, опирающихся только на житейский смысл (common sense). Будьте осторожны с "житейским смыслом", призывает Чапанис, когда речь идет о создании приборов; часто он приводит к неверным решениям; разработка приборов не может довольствоваться "здравым рассудком", а должна основываться на строгих научных, прежде всего экспериментальных, данных.
Экспериментальные исследования восприятия двух типов авиагоризонта проводились и позднее. В частности, в работе изложены результаты сравнительного исследования эффективности их использования. В исследованиях участвовали две группы испытуемых: малоопытные (налет меньше 400 ч) и опытные (налет больше 1000 ч) летчики (32 человека). Учитывались двигательные реверсионные ошибки, время начала управления и ряд других показателей. Анализ ошибок показал, что при использовании подвижного силуэта самолета число ошибок в двух группах летчиков не различалось, тогда как при использовании подвижной линии горизонта малоопытные ошибались чаще, чем опытные. Это прослеживалось и по другим показателям: при использовании индикатора с подвижной линией горизонта качество действий малоопытных летчиков было хуже по сравнению с использованием непривычного для них авиагоризонта. В результате работы авторы предложили заменить используемый в США прибор индикатором с подвижным по крену силуэтом самолета и линией горизонта, перемещающейся параллельно самой себе по шкале тангажа. Поводом для такого предложения послужило то, что по мнению авторов, именно этот индикатор соответствует "подсознательным" стремлениям летчиков видеть горизонт расположенным перпендикулярно относительно продольной оси их собственного тела.
Мы привели эти данные, чтобы показать, что в США до сих пор ведутся исследования, направленные на пересмотр повсеместно распространенного там принципа индикации крена на авиагоризонте. Следовательно, проблема вида индикации не представляется окончательно решенной и в стране, в которой этот принцип используется в течении более чем 50 лет.
В справочнике по инженерной психологии, изданном в США в 1966 г., о проблеме вида индикации говорится как о еще не решенной. В общем случае рекомендуется ориентиры пространства отображать фиксированным индексом пространства, а движение объекта — подвижным. О потребностях пересмотра принципа индикации свидетельствует и ряд исследований, посвященных обоснованию новых принципов индикации ("Киналог" с частотным разделением).
