Вечная проблема, В. Е. Овчаров, главный научный сотрудник ГосНИИ «Аэронавигация»
В статье рассматривается типичная ошибка пилотов при полетах с авиагоризонтами, имеющими «прямую» (вид с самолета на землю) форму индикации угла крена.
Ключевые слова: авиагоризонт, форма индикации угла крена, потеря пилотом пространственной ориентировки
Одна из основных причин катастрофы 14 сентября 2008 года в Перми, происшедшей с самолетом Boeing-737-500, - потеря пилотами пространственной ориентировки. Потеря пространственной ориентировки это потеря пилотами представления о том, в левом или правом крене находится в данный момент самолет. Есть много доказательств тому, что причиной катастрофы самолета Boeing-737-500 в Перми стала потеря пилотами пространственной ориентировки. В числе других доказательств этого факта может служить участок записи параметров полета, на котором пилот выполняет так называемые «пробные» движения элеронами чтобы понять реакцию самолета - если штурвал отклоняется влево, то авиагоризонт должен показывать левое кренение и наоборот. В этих хаотичных движениях, пилот довел самолет до положения фактически на спине и самолет разбился.
Беда в том, что само событие и фактор, его породивший, не уникальны. Ниже приведен перечень подобных событий за несколько прошлых лет:
1. Ми-24В (ВВС), 19 февраля 1989 года;
2. А-310-308-F-OGOS, 22 марта 1994 года, рейс Шереметьево – Гонконг;
3. Ту-154Б1 RA-85164, 6 декабря1995 года, рейс Южно-Сахалинск – Хабаровск;
4. Ка-27ПС (ВВС), 22 октября 1997 года, н.п. Торжок;
5. Saab-340, 10 января 2000 года, аэропорт Цюрих, Швейцария;
6. А-320, 2000 год, Бахрейн;
7. Ту-154М RA-85845, 3 июля 2001 года, аэропорт Иркутск;
8. Ми-8МТВ-1, ГТК «Россия», ноябрь 2005 года, (АПБЧЖ);
9. А-320, АРМ-АВИА, 3 мая 2006 года;
10. Boeing-737-500 «Аэрофлот-Норд», 14 сентября 2008 года, Пермь.
Как видно из приведенного перечня, все зарегистрированные события, кроме события, указанного в пункте 8, – катастрофы. Все они произошли по причине потери летчиками пространственной ориентировки по крену. Во всех указанных случаях на воздушном судне (даже на Ми-8) был установлен авиагоризонт с «прямой индикацией крена» (вид «с самолета на землю») в отличие от вида «с земли на самолет обратная индикация». В случае вида «с самолета на землю» на лицевой части прибора кренится линия приборного горизонта, в случае вида «с земли на самолет» – символ (силуэт) самолета.
Что же это за проблема и как она возникла? Авиагоризонт как пилотажный прибор необходим для пилотирования вне визуальной видимости естественного горизонта (в облаках, ночью) возник в конце 1920-х годов и был изобретен пилотом-любителем американским военно-морским врачом-хирургом Дж. Попенпеном [1] на основе трехстепенного гироскопа, как известно, сохраняющего неизменным с точностью до погрешностей положение своей оси в инерциальном пространстве. Сейчас сложно сказать когда, но при увеличении дальности полета, когда сказывается изменение направления местной (геоцентрической) вертикали была введена так называемая «маятниковая коррекция» положения гироскопа. Его положение по отношению к точке вылета изменялось и соответствовало местной вертикали с точностью до погрешностей. Все стало хорошо, но только до того времени, пока не начались массовые приборные полеты, в том числе, на маневренных самолетах. Разработанный и испытанный в СССР авиагоризонт АГИ-1 с прямой индикацией принес такое количество случаев потери пространственной ориентировки пилотами, заканчивавшимися катастрофами, что (уж не знаю о разработчиках), а испытателей, рекомендовавших его в массовое производство и принятие на вооружение в те суровые времена (вскоре после войны) примерно наказали. В частности, начальник научно-испытательного института ВВС он же заместитель Главкома ВВС по опытному строительству техники угодил в тюрьму. К концу 1950-х годов в ОКБ завода № 118 МАП был разработан, а испытателями испытан новый авиагоризонт АГД-1, у которого за счет дистанционности указателя (отдельно от гироскопического датчика) стала возможной смена вида индикации на «обратную».
Проблема на долгие годы была исчерпана. Но в конце 1960-х годов в СССР была приобретена инерциальная система Litton, а с ней вместе авиагоризонт Collins с прямой индикацией крена. Эти приборы в ЛИИ МАП поставили на самолет-лабораторию Ту-104 и в процессе испытаний на борт были приглашены некоторые высокопоставленные летчики и в их числе заместитель Главкома ВВС. Авиагоризонт Collins имел прекрасный дизайн и высокие технические и эргономический качества. Он получил заслуженно высокую оценку, как летчиков-испытателей МАП, так и генералов-летчиков. Беда лишь в том, что на самолете Ту-104 пилоты видели углы крена не больше, чем 200, в больших углах там нет потребности. Руководство приборостроительного ОКБ к посадке самолета представило пакет документов для производства авиагоризонта по типу «Cjllins». Очарованный хорошим прибором генерал подписал эти документы, и началось производство прибора ПП-1, по замыслу аналога Collins. Когда с этим прибором познакомились военные летчики-испытатели, у них возникли претензии в смысле «понятности» его показаний. Поставили оригинал прибора на маневренный самолет, и оказалось, что при сложном пространственном положении самолета понять это положение было сложно и не каждому под силу. Когда с прибором ПП-1 столкнулись палубные летчики, переучивающиеся на новый самолет Як-36М, и дошли до задачи «Обучение полетам по приборам» они, далекие в своей черноморской провинции от технико-политических дебатов, бушующих в столице, заставшие еще МиГ-15 и Миг-17 с АГИ-1, отказались летать с авиагоризонтом ПП-1. Тогда Генеральный конструктор решил задачу, как легендарный Гордий. Тот разрубил узел, а этот снял новейший прибор и поставил проверенный АГД-1, и опять все решилось к общему удовольствию.
Сделаем небольшое отступление в область эргономики. Когда человек-оператор (в данном случае – пилот) управляет (в данном случае – пилотирует) он должен иметь непрерывную обратную связь от своих действий, то есть результат своей работы, Отклоняя штурвал, пилот должен видеть движение самолета, которым он управляет, а не горизонта, которым он управлять не может. Казалось бы, в чем разница? А разница в том, что в силлогизме горизонт наклонен вправо, значит, «я в левом крене» и присутствует дополнительная кодировка, на декодирование которой нужны некоторые усилия. Поэтому летчики, каждый для себя, имеют мнемонические приемы, исключающие дополнительную декодировку. Автор, летая с разными авиагоризонтами, оказываясь в кабине с прибором «прямой» индикации, пилотировал по указателю крена («отвесу»). На приборе с обратной индикацией в мнемонике нет нужды: «я вижу, в каком я крене». На рис.1 показана ситуация, имевшая место под Хабаровском (слева) и как бы она выглядела на Ил-62 (справа).
Увеличить ovcharov2009-1-01.gif (294кб)
Рис. 1.
В результате нескольких десятков экспериментов на тренажере и в воздухе с очень тщательным метрированием не только технических параметров, но и психофизиологических реакций летчика, получены следующие зависимости (рис. 2). На рис. 2 по оси абсцисс указано время экспозиции приборов (ПП-1 с прямой, а АГД-1 – с обратной индикацией), по оси ординат - вероятность (относительное количество безошибочных отсчетов).
Борьба сторонников этих двух форм индикации характерна тем, что среди сторонников прямой (западной) формы индикации преобладают «нелетчики», то есть их мнение умозрительно. Они провозглашают два основных тезиса:
- приведенные на рис. 2 результаты получены с контингентом, привыкшим к обратной форме индикации;
- «весь мир» летает с прямой формой, а у нас нелепая самобытность.
Увеличить ovcharov2009-1-02.gif (13кб)
Рис. 2. Относительное число безошибочных отсчетов в зависимости от длительности экспозиции
Эти тезисы легко опровергаются. Во-первых, как указывалось на примере палубных летчиков, имевшийся изначальный опыт играет второстепенную роль, а экспериментально установлено, что переход на обратную форму индикации практически не требует сколько-нибудь длительной и тем более болезненной адаптации, в отличие от обратного перехода. А во-вторых, «весь мир» вовсе не считает прямую форму наилучшей, о чем свидетельствуют непрекращающиеся исследования вопроса в США, например, профессор Превик и другие [2 - 7] и установка авиагоризонта обратной индикации крена на нашлемный визир летчика. Да и статистика указывает на тот факт, что в аварийности в военной авиации США имеется большое число катастроф по причине потери пространственной ориентировки. По опубликованным данным, в период 1980-1989 гг. произошла 81 катастрофа, в период с 1972 по 1999 г. на каждые 106 часов налета происходило от 3 до 6 катастроф. Их причиной является потеря пилотом пространственной ориентировки.
Долгая и изнурительная борьба военных летчиков с авиапромышленностью в СССР привела к частичной победе: было принято решение авиагоризонты с прямой индикацией не принимать даже к рассмотрению, начиная с эскизного проекта и макета, но только на маневренных самолетах. На тяжелых самолетах и вертолетах такого запрета не последовало на том основании, что при углах крена не более 200, максимально разрешенных в приборном полете прибор более или мерее понятен.
Однако, в сложное пространственное положение экипаж никогда не попадал преднамеренно. Несколько лет назад по просьбе руководства корпорации «Боинг–гражданские самолеты» группа российских ученых (академик РАО В. А. Пономаренко - научный руководитель, профессор В. Е Овчаров – ответственный исполнитель и профессор В. В. Лапа – психофизиолог) подготовили по этой проблеме отчет в 7-ми томах и успешно защитили его перед заказчиком. Американцы (главный эргономист и 2 ведущих летчика-испытателя фирмы) с нами согласились, но сказали, что для них замена приборов на парке самолетов по всему миру и переучивание пилотов (а их вдвое больше, чем самолетов) слишком дорого. Поэтому, сказали они, нам проще тренировать пилотов на тренажере и в полете.
Разумная, хоть и паллиативная точка зрения. По поводу первого тезиса спорить не приходится, а второй тезис (о сложности переучивания) мы опровергли двумя строками выше. Расследователи МАК неоднократно обращались к руководству гражданской авиации с предложением о введении регулярных тренировок пилотов, летающих на самолетах с авиагоризонтами с прямой индикацией по выходу из сложного и непонятного пространственного положения. Обращения остались фактически без реакции.
Не хочется быть «черным пророком», но при существующем порядке вещей не позже, чем летом-осенью 2010 года следует ожидать очередной катастрофы из-за потери пилотом Боинга или Аэробуса, а то и Ту-154 пространственной ориентировки.
Дай Бог ошибиться!
Литература
1. Poppen J. R. Equilibratory Functions in Instrument Flying // Jorn. Aviat. Med. 1936. V. 7, N 6. P. 148 - 160.
2. Gillingham K. K. The Spatial Disorientation Problem in the United States Air Force // Jorn. of Vestibular Research. 1992. N 2. P. 297 - 306.
3. Gillingham K. K., Previk F. H. Spatial Orientation in Flight // Brooks Air Force Base, TX: Air Force Material Command, 1993. Technical Report N AL-TR-1993-0022.
4. Hasbrook A. Y., Rasmussen P. G. In Flight Performance of Civilian Pilots Using Moving Aircraft and Moving-Horizon Attitude Indicators. Okl. City Federal Aviat. Administ. Av. Med. Civil Aeromed. Inst. 1973. Rep. FAA-AM-73-9.
5. Jonson S. L., Roscoe S. N. What Moves, the Airplane or the World // Human Factors. 1972. V. 14, N 2. P. 107 - 128.
6. Kirkham W. R., Collins W. E., Grape P. M., Simpson J. M., Wallace T. F. Spatial Disorientation in General Aviation Accidents // Aviat. Space and Enviorn. Med. 1978. V. 49, N 9. P. 1080 - 1086.
7. Patterson R. R., Cacioppo A. J., Gallimore J. J., Hainman G. E., Nalepka J. P. Aviation Spatial Orientation in Relationship to Head Position and Attitude Interpretation // Aviat. Space and Environm. Med. 1997. V. 68. P. 463 - 471.
Eternal problem
V. E. Ovcharov,
Chief expert for the State Research Institute of Air Navigation, expert for the Interstate Aviation Committee, first class test pilot, Doctor of Technical science and Professor on Ergonomics and Flight Operations Psychology
The article tackles a typical error for pilots who fly aircraft with Eastern type attitude indication (moving aircraft symbol).
Keywords: gyro (EADI), type of attitude indication, spatial disorientation.