隨着戰鬥機“玻璃座艙”技術的進步,頭盔顯示器在座艙航電中的重要性越來越突出。
從最初非常簡陋的只是在眼前增加一個準星、用於控制紅外製導空空導彈瞄準的頭盔瞄準具,到後來的能顯示簡單顯示武器瞄準和關鍵飛行數據頭盔提示系統,再到現在能顯示彩色圖像和符號的頭盔顯示器系統,頭盔顯示器已經經歷了三代發展,日益成為戰鬥機飛行員獲取信息的主要方式。
F-35戰鬥機是頭盔顯示器應用的急先鋒,該機完全取消了平顯,使用視景系統國際公司研製的頭盔顯示系統(HMDS)來為飛行員顯示信息,飛行員可通過該設備直觀訪問大量飛行、戰術和傳感器信息,在大幅增強態勢感知能力的同時還徹底解決了衍射平顯視場嚴重不足的問題,無論飛行員看向何方,所有重要信息都近在眼前。
除了被作為飛行員的主要顯示系統和瞄準手段之外,該頭盔的虛擬透視功能還能讓飛行員們能夠透過機身直接看到目標,也就是看到機身合成孔徑系統提供的圖像。F-35的頭盔顯示器還完全取代了傳統夜視鏡,不僅能顯示合成孔徑系統的紅外圖像,頭盔眉心上方還集成數字化夜視傳感器,能通過30×40度的雙眼視野在護目鏡內側形成寬視場夜視圖像。
該頭盔顯示器還集成了主動降噪技術,降低座艙環境噪音對飛行員的干擾,使其可專注於無線電通訊。包括氧氣面罩在內的HMD重量不到2千克,由帶降噪耳機的輕量化飛行頭盔和顯示裝置組成,輕巧的設計具有最佳重心,為每個飛行員定製頭盔襯墊確保精確貼合頭部,保持舒適性,降低飛行疲勞,更重要的是在大過載機動中能防止頭盔抖動,保持圖像的清晰度。
F-35的頭盔顯示器採用磁場定位技術來感測飛行員的頭部姿態,彈射座椅上安裝了磁場發生器,在座艙內產生磁場來檢測頭盔的方位。當頭盔在這個磁場中運動時,頭盔上的一個接收器會測量接收到的磁通量,以此計算出飛行員的視線方向,進而控制頭盔顯示內容和傳感器和武器的瞄準。
但大而全的設計要求也對F-35頭盔顯示器的研發造成了困擾,推高了頭盔的製造成本。該頭盔顯示器在研製中曾遭遇相當大的麻煩,如圖像延遲抖動、夜視分辨率過低、夜視圖像和火控信息消失、大過載機動中頸部不適、視線無法與圖像對焦等問題,以至於F-35項目辦公室一度把BAE系統公司研製的“打擊者”頭盔顯示器列入後備,以防研發失敗。直到第三代頭盔顯示器(HMDS Gen III)問世後,大部分問題才得到了解決了,頭盔達到堪用級別。
由於集成了諸多先進技術再加上要為每位飛行員定製內襯,F-35的頭盔顯示器的製造成本高達40萬美元,成為史上最貴戰鬥機頭盔。雖然製造商聲稱它不僅僅是頭盔,而是飛行員的“工作區”,對實現F-35的戰鬥力來說至關重要,但無論如何這個“工作區”也是相當昂貴,因此遭受了眾多批評。
我國殲-20戰鬥機作為一種先進的隱身戰鬥機,頭盔顯示器同樣是其座艙航電的重要組成部分。今年5月9日,在空軍官微@空軍發布 的[中國空軍殲-20戰機首次開展海上方向實戰化訓練]報道中,殲-20戰鬥機的新型頭盔顯示器首次被曝光,標誌着殲-20座艙航電的最後一塊短板終於被補齊。
與F-35不同,殲-20並沒有取消平顯,而是與頭盔顯示器共存。這從研發角度看無疑是個穩妥方案,能大幅降低研發風險,不會因頭盔顯示器在研製上的滯後影響飛機的服役。這也從另一個側面反映出現階段殲-20仍以平顯作為主要飛行和武器瞄準信息顯示器,在頭盔顯示器出故障時並不會影響戰鬥力的發揮。
殲-20的頭盔顯示器會像F-35那樣達到40萬美元的天價嗎?
顯然不會。首先不論中美兩國之間巨大的勞動力成本差異,光從殲-20頭盔顯示器的設計特點上看,該頭盔並沒有過分追求大而全的綜合性能,屬於一種經濟適用型頭盔顯示器,所以研發和製造成本應該遠低於HMDS。
殲-20的頭盔顯示器由航空工業華東光電自主研製,採用了波導型光機模組,配備前視攝像頭,鏡片厚度僅1.7毫米,最大視場36度,併集成有無線通信、圖像識別、語音控制、觸摸等功能模塊。該頭盔在外形上看類似於BAE系統公司為“颱風”戰鬥機研製的“打擊者I”頭盔顯示器,外盔上面布滿凸起的圓點,依靠紅外LED對飛行員頭部姿態進行定位。與F-35頭盔顯示器的磁場定位系統相比,紅外LED定位系統具有重量輕,抗電磁干擾能力強的優點,在加上殲-20的頭盔顯示器沒有集成夜視傳感器,因此其重量很可能低於F-35的HMDS,這能在大過載機動中降低飛行員的頸部負荷。
除沒有夜視傳感器外,殲-20的頭盔顯示器具有現代戰鬥機頭盔顯示器的所有其他核心功能,如以雙目投射式高分辨率大視場圖像顯示技術來顯示飛行信息和武器瞄準信息,不僅能實現“用目光殺死敵人”,也就是指示傳感器和武器引導頭的瞄準,還能顯示來自機載合成孔徑系統的紅外圖像,實現透視機身和夜視功能。該頭盔顯示器裝備殲-20之後,能大幅增強飛行員的態勢感知能力和夜間飛行安全性。
雖然殲-20的頭盔顯示器不是世界最先進的,卻解決了有無問題和部隊急迫的裝備需求,體現了我軍在裝備發展上一貫的務實作風。