Bevezetés

Manapság egy modern katonai repülőgép fülkéje az egyik legkívánatosabb munkahely, sokan inkább ülnének bele a katapultülésbe, mint mondjuk az elnöki bársonyszékbe. Persze ezen nem lehet csodálkozni, hiszen alapvetően a legfejlettebb környezet burkolja be itt az embert, azonban a pilótafülke alapvetően egy funkcionális valami.
Mint ahogy a legszebb vonalú harci gép is alapvetően egy fegyverrendszer, úgy a pilótafülke elsődleges feladata is ennek irányítása és használata, az égen és a földön egyaránt. Alapvetően persze az ember köré építik, legalábbis manapság, mert az ergonómia jó ideig nem volt az elsődleges szempontok között (erről az orosz gépen repülők biztos tudnának mesélni).

Emellett viszont a gép része, és mivel egy modern repülőgép olyan körülmények között érzi jól magát, ahol az emberi test aligha, így egyben védőburkot is jelent (különösen igaz ez mondjuk az űrsiklókra). Ráadásképpen a nagy túlterhelések elviselését is segíteni kell, valamint a minden helyzetben való leghatékonyabb cselekvőképességet kell biztosítani, a legtöbb információt átadni, illetve a pilótától érkezőt a leghatékonyabban értelmezni és felhasználni. Ebből következően érhető, hogy a pilótafülke egy jókora kompromisszum, és az, amit ma látunk, jelenleg az arany középút.

Érdekes módon a pilótafülkék esetében nem olyan élesen elkülöníthetők a generációs ugrások, mint maguk a repülőgépek esetében (például az F-4-est vadász feladatkörben váltó F-15A műszerfalának színvonala szinte alig tért el elődjétől, a MiG gépeké pedig több típuson belül is rendszerint tök ugyanolyan volt. Aki ismeri az orosz gépeket, az tudja, hogy például az AN-2 és a MiG-31 ugyanazzal a vekkerméretű órával rendelkezik). Emellett egy típuson belül is hatalmas lehet a pilótafülke fejlődése, lásd az F-16 block 1 és Block 60 közötti markáns különbségeket. A generációk kérdését így inkább az ember-gép kapcsolat minőségén keresztül érdemes meghatározni, a repülőgép többi részétől függetlenül.

Ketrectől a trónig

Kezdetben még műszerek sem voltak, a pilóta teljesen nyitottan helyezkedett el, rátéve a vázra, a merevítő huzalok között. A legelső repülőgépekben a pilóták hason feküdtek, de ezt igen hamar az ülő testhelyzet váltotta.
Az első generációban már kialakultak a legalapvetőbb szabályok, mint a pilóták minél előrébb való elhelyezése, a jó kilátás érdekében, vagy, hogy a középvonalban, de legalább annak közelében helyezkedhessenek el. A szerkezeteket ennek megfelelően alakították ki, vagyis a szárnyak és a vezérsíkok hátrébb kerültek, így a pilóta a gép első szekciójában kapott helyet. Ekkoriban főleg toló légcsavaros gépeket építettek, így a súlypont kérdése is megoldódott, mivel a legnehezebb részegység (motor és az üzemanyagtank) éppen ott kaphatott helyet.
A teljesen nyitott pilótafülke egésze lényegében kimerült az ülésben és kezelőszervekben, de azok már a mainak megfelelőek voltak, vagyis botkormány és pedálok, valamint a gázkar. Első generációnak azonban kiválóan megfelelt, ám az igények hamar megváltoztak.

Az igazi lökést természetesen az emberiség leginkább fejlesztésre ösztönző cselekedete hozta el – első ízben az Első Világháború formájában. Megjelentek a célirányosan katonai felhasználásra szánt gépek, specializált feladatokkal. Az igényt a jobb fülkékre a motorok teljesítményének növekedése hozta, mivel az erőtöbbletet kapott gépek már komoly odafigyelést igényeltek, kevés volt a motor hangja vagy a szél alapján meghatároznia a sebességet.
Az első beépített műszerek között volt a mechanikus fordulatszámmérő, a sebességmérő, illetve a kezdetleges dőlésszög jelzők, a Bourdon-féle csöves nyomásmérők, üzemanyagszint mérők. Maguk a fülkék is változtak, megjelent a teljesen a géptörzsbe integrált kialakítás, csupán a pilóta feje maradt kint, de esetenként azt is védte egy üveglap. Az arcukat bálnazsírral kenték be, ami igen büdös volt, de védett az elfagyástól, ezenkívül bőrsapkát, szemüveget és sálat viseltek. Előre került látómagasságba a műszerek sora, ekkor alakult ki a műszerfal megnevezés is. Ugyanekkor jelentek meg az a célzókészülékek is, elsőként egyszerű szálkeresztek magukon a géppuskákon, illetve a gép hasán egy nyílás, a bombázók számára.

A két Világháború között a legjelentősebb fejlődést a zárt fülkék és a rádiók, valamint a villamos és rádiós műszerek megjelenése jelentette. Immáron a műszerek nem kiegészítők voltak csupán, hanem elsődleges berendezések, elég csak a bombázók célra vezetésére és irányítására gondolni. Az első tükrös célzókészülékek is megjelentek, elsősorban a vadászrepülőgépek számára, de sokkal fontosabb volt egy olyan berendezés, amely akkor szupertitkos volt és valami teljesen újat vezetett be a repülőgépek fedélzetére – nevezetesen a számítástechnikát. Ez pedig a nyugati szövetségesek Norden célzókészüléke volt, melyekkel a bombakioldás vált pontosabbá. Ez valami olyan titok volt, hogy a bombázótiszteknek parancsban volt kiadva, hogy a gép lezuhanása esetén az erre rendszeresített pisztollyal lőjék szét, nehogy épen az ellenség kezébe kerüljön. A háború végének egyik másik nagy újítása a túlnyomásos fülke volt, ami a személyzet kényelmét szolgálta igen nagymértékben. Ez a B-29-esen volt a leghasznosabb, habár ez a gép több nagy újítást is hozott e mellet, mint például a távirányított lövegtornyok bevezetése.

Az alapvető műszerek lényegében már ekkor kialakultak, így itt érdemes összefoglalni őket.

A műszereket alapvetően navigációs, hajtómű és segédberendezések szerint szoktuk felosztani. Ezek közül a hat legfontosabb, melyek nélkül szinte nem is beszélhetünk műszerezettségről:
– Magasságmérő
– Sebességmérő (Idetartozik a Mach-szám mérő)
– Műhorizont
– Csúszás és dőlésszög jelző
– iránytű
– Variométer.

A hajtóművek számára a legfontosabb műszerek:
– Fogyasztásmérők (Tüzelőanyag)
– Mennyiségmérők (Tüzelőanyag, olaj)
– Nyomásmérők (Tüzelőanyag, olaj)
– Szívótér nyomás mérők
– Kiáramló gáz hőmérséklet és sebességmérők
– Olajnyomás mérő
– Fordulatszámmérő

A műszerek felépítésük szerint:
– Mechanikus műszerek (például a dőlésmérők, gyorsulásmérők, órák, nyomásmérők)
– Villamos műszerek (például Áramerősség/feszültségmérők, fordulatszámmérők, helyzetjelzők, nyomásmérők)
– Szelencés műszerek (Például a magasságmérő, variométer, sebességmérő, Mach szám mérő, nyomásmérők, levegőmennyiség mérők, stb… )
Táplálásuk lehet
– Villamos
– Pneumatikus
– Mechanikus
Kijelzés típusa szerint lehet
– Körskálás mutatós
– Linerális skálás mutatós
– Tárcsás számsorral (mint az autóban a kilométer számláló)
– Digitális
– Egyéb (vízszint, színskála, stb…)

A Második Világháború után a sugárhajtás volt a meghatározó ugrás, de érdekes módon a fülkékben a fejlődés nem volt közel sem ennyire látványos – mégpedig jó okkal. Az elektronika fejlődése valamennyire le volt maradva a gázturbinákétól, így bár a műszereket sokat finomították, az igazi áttörést egy új fedélzeti berendezés megjelenése hozta – a radarral összeházasított számítógép. Habár mindkettőt használták a Világháborúban, azok nagy méretük miatt külön panelt és kezelőt kaptak, a pilóta aligha dolgozott velük. Amint azonban a célfelderítés elsődleges eszközévé lett, a központi elemmé lett, ez pedig a fülke újabb megváltozását hozta el.

A 60-as évek környékén terjedtek el jobban a radar indikátorok, ezek már uralták a műszerfalakat. Emellett azonban a főbb műszerek továbbra is a jó öreg mechanikus számlálók voltak, melyek megbízhatóan működtek, csak éppen sok kellett belőlük és leolvasások komoly figyelmet igényelt. A gondok másik oldala az volt, hogy a gépek egyre bonyolultabbak lettek, így kezelésük egyre több kezelőszervet igényelt – így a pilótafülkék idővel annyira zsúfoltak lettek kapcsolókkal, hogy komoly helyhiány jelentkezett.

A szükséges fejlődés

Ezen problémák vezettek el ahhoz az ugráshoz, mely a negyedig harci gép generáción került bevezetésre, habár nem pontosan azzal együtt érkezett. Az USA hadiipara az 1970-es évek végén kezdett egy igen nagy fejlesztésbe, melynek részeként a NASA kezdett először dolgozni az úgynevezett „Glass cockpit” (Üveg pilótafülke) elméleten. Ennek lényege volt, hogy a több száz fedélzeti műszert néhány egységesített, multi funkciós kijelzővel váltsák le. A legnagyobb problémát nem is megjelenítő eszköz jelentette, sokkal inkább a számítástechnikai háttér megalkotása, ám az akadályokat idővel leküzdötték. A legnagyobb áttörést a 80’-as évek végén bevezetett LCD (Liquid crystal display – folyadékkristályos kijelző) kijelzők hozták meg, melyek tökéletesen tudták kezelni a beérkező iszonyatos mennyiségű információt és azt a pilóta számára emészthető formában megjeleníteni. Érdekes módon a technológia legnagyobb bevezetője nem is a hadsereg lett, hanem a polgári repülés, azon belül is az Airbus. Mára gyakorlatilag teljesen kiszorították a hagyományos műszereket a fülkéből, és a kezelőszervek száma is minimálisra redukálódott részben ezeknek köszönhetően. Az adatbevitel történhet a képernyők körül kialakított nyomógombokkal, illetve magukat a képernyőket megérintve, újabban pedig verbálisan is.

Másik nagy újítás a valódi multi funkciós HUD (Head up Display) megjelenése volt. Ezek a szemmagasságú kijelzők az adatmegjelenítést sikeresen emelték az erőfeszítés nélkül elérhető menedzsment szintjére, mivel az adatok leolvasása szinte semmi erőfeszítésére vagy figyelmének elosztására nem késztette a pilótát, ráadásul a számára megszűrt, lényeges információk között kellett csak válogatnia. Bár a HUD előbb érkezett meg a fülkékbe, mint a többi MFD (Multi Function Display – többfunkciós kijelző), – hiszen alapvetően a világháborús célzókból alakult ki – mégis, az igazi, alkalmazhatóságbeli és ergonómiai ugrást csak éppen a nagyteljesítményű számítógépek bevezetése után érhette csak el.

Az első változatok katódsugárcsöves megoldással készültek és a mai napig rendszerben állnak. A modernebbek már LED alapúak voltak, ezek már sokkal jobb láthatósággal rendelkeznek. A legmodernebbek elektromágneses hullámokat alakítanak a látható fény tartományába, megbízhatóságuk és felbontóképességük a legjobb, így videó képeket is képesek kivetíteni.

Egy HUD berendezés esetén fontos szempont a látótér pontos tartása. Mivel az embernek két szeme van, így berendezés üvegét és a külvilágot nem képes egyben látni, emiatt szükséges a megjelenített adatokat széthúzni. Ezt úgy kell elképzeli, mint a 3D mozi vásznát, csak éppen kicsiben. Emiatt persze a pilótának a szemeit egy pontosan meghatározott térrészben kell tartania (ez az eyebox – „szemdoboz”), hogy a kép tökéletes legyen. Mivel ma egy HUD iszonyatosan nagy teljesítményű számítógépekkel van kiszolgálva, így a megvilágítás, az élesség állítása automatikus az aktuális látási viszonyoknak megfelelően. Ezenkívül a képfrissítés és az előretartás is gyakorlatilag folyamatos, milliomod másodpercekben mérhető – és mivel a repülőgép három dimenzióban mozog nagy sebességgel, így ez el is várt képesség.

Egy későbbi, és a jelenleg legfontosabb újítás a sisakcélzók megjelenése volt. Érdekes módon ezek elterjesztésében Izraelé volt a főszerep, de a technika alapjai már a vietnámi háborúban is keményen alkalmazásban voltak – az AH-1-esek gépágyúit kezelték velük, igen eredményesen. Alapvetően célmegjelölésre szolgáltak a nem csak hossztengellyel párhuzamosan alkalmazható fegyverek számára, ám idővel kibővítették alkalmazhatóságukat és adatmegjelenítésre is alkalmassá tették őket. Jelenleg a legfontosabb adatmegjelenítői a modern harci repülőknek, olyannyira, hogy az F-35 inkább erre támaszkodik elsődlegesen, HUD berendezést be sem építettek.

Szintén a kabin fejlődéséhez sorolható a jól ismert HOTAS (Hands On Throttle And Stick – „Kezek a Botkormányon és a Gázkaron”) bevezetése, mely a legfontosabb műveletek elvégzését a két legfőbb kezelőszervről teszi lehetővé. Mára gyakorlatilag alapkövetelmény, de a kutatások ezt is igyekeznek egyszerűsíteni. Továbbá az új, kényelmesebb katapultülések, a könnyebb és illeszkedő sisakok és ruhák, a modernebb G-ruhák és még sok egyéb újonnan bevezetett eszköz szolgálja ma a pilótát, és habár mindegyik más területen segít, a céljuk ugyan az – adott helyzetben a pilótának a legoptimálisabb körülményeket biztosítani. Vagyis egy olyan környezet adni, amiben készen, nem fáradtan, felkészülve cselekedhet, mivel minden elérhető információ optimálisan a rendelkezésére áll és az utasítások kiadásának nehézsége sem hat vissza a döntések mikéntjére. Minden ilyen apró fejlesztés pedig egy új szintre való ugrás a géppel való kapcsolatban.

Összefoglalva tehát az ugrást maga a Situation Awareness (Helyzetértékelő képesség) új szintre emelése jelentette, mivel így a pilóta a fegyverrendszer (tehát a harci gép, mint alkalmazásra szolgáló eszköz) kezelését sokkal magasabb szinten valósíthatta meg, hiszen immáron figyelmének kisebb hányadát kötötte le a működtetés. Ezt főleg az olyan események, mint a Red Flag és a Top Gun kiképzés folyamán ismerték csak fel, illetve az ACEVAL/AIMVAL teszt is rávilágított ennek fontosságára (sok egyéb más mellett). Mivel a gépek teljesítményével a pilótákra kiszabható terhelésnek lényegében a végére értek, így az információmanagement létfontosságúvá vált, ami meghozta a legújabb, alkalmazásban lévő szintet, az integrált adatmegjelenítést.

Elsőként az F-22 esetén beszeltek integrált információmanagement rendszerről, melynek lényege az, hogy a fedélzeti számítógép folyamatosan csak annyi információt ad át a pilótának, amennyire szüksége van, nem neki kell azt összeszednie. A gép megválaszthatja, hogy azt hang, vizuális információ, vagy más módon (kormányra visszahatás) adja át, a lehető legjobb hatásfokot elérve. A pilóta csak felhasználja az információt, a begyűjtéssel nem törődik, azt közvetetten szabályozza (vagyis hogy mennyire legyen rejtve a gép – mint a radar kisugárzásának szintje, vagy az adatátviteli rendszer hozzáférésének módjai). Az egész alapja az a kazetta, melyet minden pilóta a gépbeszállás előtt visz magával, ami éppen olyan személyre szabott, mint mondjuk a sisakja vagy a ruhája. Ebben benne van a hetente lefolytatott pszichológiai tesztek eredménye is (sok egyéb más mellett), így a gép napra pontosan tudja, mennyi infót adhat át a pilótának. Bár erről kevés információ létezik, tény, hogy a Raptor sokkal többet tud a pilótáról, aki benne ül, mint bármely más madár a Földön.

A jövő trónjai

Az, hogy mi lehetséges, kissé összetett kérdése, mivel egyrészt a fejlődés útja teljesen nyilvánvalóan látszik, viszont újabb áttörés természetesen ismét előnyt hozhat a bevezető félnek. Az F-35-ről még kevés információ érhető el, de az egyetlen hatalmas képernyő jól mutatja az igények irányát (ahogy egy pilóta megjegyezte: ”olyan, mintha egy plazma TV lenne az öledben”). Egyrészt a további egyszerűsítés, hogy a pilóta számára könnyebb legyen a tájékozódás magán a kabinon belül, másrészt pedig még több adat begyűjtéséből még használhatóbb, maximális, de befogadható mennyiségű információs átadása. Míg előbbi kialakítással kapcsolatos kérdés, utóbbi inkább számítástechnikai probléma.

Egyes vélemények szerint a legnagyobb változást az ablakok eltűnése hozza majd el, ami például a hiperszonikus repülőgépeknél lényegében alapvető igény. Itt magát a fülke falát kell kivetítőkből úgy kialakítani, hogy az tökéletes valós képet biztosítson, aminek elsődleges oka a pilóta bezártság érzetének csökkentése, valamint döntésképességének növelése. Technikailag már ma is megoldható, inkább biztonsági kérdések merülnek fel – mivel egy ilyen kivetítőnek működnie kell, ha jóformán minden más be is döglik.

Sokkal érdekesebbek a futurisztikus elképzelések. Meglepő módon a legelszabadultabb, a gondolatirányítás az egyik legrégebben kutatott lehetőség, már a 80’-as évek óta végez kísérleteket az USAF a témában. Erről aztán végképp semmit sem tudni, de már évtizedekkel ezelőtt bemutattak videókat, melyeken egy pilóta tisztán a gondolatait használva szimulátorban karikák között repült át. A rendszer működése elvileg egyszerű, ugyan az, mint a gyógyászatban használt EEG. A koponya köré helyezett elektródák (vagy más szenzorok) segítségével leolvassák az agyi impulzusokat, melyeket a számítógép értelmez és valamilyen paranccsá alakít. Hogy ezzel hogy haladnak, vagy egyáltalán milyen eredmények születtek eddig, arról kevés infót találni, de tény, hogy foglalkoznak a témával.

Más elképzelések a G terhelések elviselésére mozgatható pilótaülést képzelnek el, mely a gép helyzete szerint döntené-forgatná a pilótát. Ennek megvalósíthatósága elsősorban helyhiány miatt marad valószínűleg csak elképzelés, de korlátozott formában elméletileg lehetséges az alkalmazása.

Hasonlóan érdekes a szemgolyóra történő információ kivetítés. Ebben az esetben kisenergiájú lézerek közvetlenül a szemre vetítenék az információkat, ami elhagyhatóvá tenné a nehezebb sisakot. A szemgolyó alakját milliomod másodpercenként ellenőrzi a rendszer, így pislogás esetén megnöveli a teljesítményt (hogy átvilágítson a szemhéjon), illetve a túlterhelés esetén torzuló pupilla számára is képes állandóan tökéletes képet adni. A kísérletek folynak, az eredményekről kevés hír.

Ahonnan nem jó kiszállni

Természetesen a pilótafülkékkel kapcsolatban még rengeteg dolgot lehet vizsgálni, melyek önmagukban is külön cikkek témai lehetnének (például a katapultülések, a pilótaruhák, a sisakok, stb…). Az mindenesetre tény hogy ma egy harci repülőgép pilótafülkéje az a pont a bolygón, ahol az ember a legközelebbi kapcsolatba kerülhet egy géppel, ahol a legmagasabb szintű együttműködés elérhető. Ennek szintje évről évre növekszik, így elvileg már nem lehetetlen, hogy láthassuk a gépbe integrált embert (vagy az emberbe integrált gépet).

Felhasznált Irodalom

Bíró II. János/ Melegh Mihály – Repülőgépek Villamos Gépei és Szerelvényei I. Budapest, Műszaki Könyvkiadó 1979.

Nemes István – Fedélzeti Műszerek és Műszerrendszerek II. Budapest, Műszaki könyvkiadó 1987.

http://en.wikipedia.org/wiki/Head-up_display