Аналоговая виртуальная реальность: торпедные тренажеры Второй Мировой
Содержание:
Незадолго до начала Второй Мировой Войны, воздушные силы британского королевского флота (англ. «Fleet Air Arm») ломали голову над сложной проблемой — обучением экипажей самолетов-торпедоносцев.
Для правильного сброса торпеды, пилот должен был вести самолет очень ровно и с постоянной скоростью над самой водой, тщательно выдерживая необходимое упреждение цели. Небольшая ошибка — и торпеда, вонзившись в воду под неправильным углом, либо утонет, либо поскачет «блинчиком». Неправильно оцененная дистанция до цели, неверно определенный момент сброса — и торпеда просто промахнется.
Качественная подготовка пилота-торпедоносца требовала множества вылетов и множества учебных пусков. В мирное время, это еще можно было потянуть. Но в военное? Адмиралы прекрасно понимали, что в случае «ускоренной подготовки», новоявленные пилоты-торпедоносцы будут либо гробить машины (и себя) осваивая сложное искусство полетов на малой высоте над водой, либо будут швырять дорогостоящие торпеды как попало. Ни то ни другое адмиралов совершенно не устраивало.
— Что нам нужно, джентльмены, — в конечном итоге, решили адмиралы, — Так это устройство-тренажер, которое бы достоверно имитировало полет торпедоносца от сближения с целью и до сброса торпеды. И кажется, мы знаем, как это сделать.
Сама по себе идея тренажера для пилотов стара, как сама авиация. Еще до Первой Мировой Войны появились первые — пускай и довольно примитивные — устройства, предназначенные для начального ознакомления будущих летчиков с особенностями управления аэропланом. Обычно они представляли собой кресло пилота и рычаги управления, смонтированные на карданном подвесе: движения рычагов заставляли кресло пилота крениться в разных направлениях, поворачиваться и т.д. Орудуя рычагами, новичок учился удерживать машину ровно.
Первый запатентованный авиатренажер — «Осциллятор» американца Эрдли Биллинга, 1910-ый год. Аэродинамические плоскости под действием ветра заставляли машину раскачиваться и крениться, задачей пилота было удерживать ее ровно
В 1920-ых в развитии авиатренажеров произошел значительный прорыв: американец Эдвин Альберт Линк разработал т.н. «тренажер Линка», предназначенный для обучения пилотов полету «по приборам», вслепую или при слабой видимости. Тренажер представлял собой деревянный макет самолета с полностью укомплектованной кабиной пилота, установленный на карданном подвесе с пневматическими сервоприводами.
Находившийся в закрытой кабине пилот «вел самолет» по приборам, выполняя заданное инструктором полетное задание. Инструктор, в свою очередь, задавал (и менял, если требовалось) направление и силу «ветра» в виде искусственной помехи в работе сервоприводов, и отслеживал виртуальный «курс» новичка по карте, с помощью хитроумного робота-самописца. Тренажер Линка был чрезвычайно популярен, производился тысячами и поставлялся во множество стран.
Теоретически, тренажер Линка вполне мог имитировать действия торпедоносца во время атаки. Но проблема была в обратной связи. Пилот, обучающийся на тренажере, должен был не только выполнять действия, но и видеть эффект от своих действий — причем видеть достаточно убедительно — иначе упражнение просто теряло смысл. Тренажер нужно было поместить в искусственную среду, точно и достоверно реагирующую на действия пилота. Иными словами, в виртуальную реальность.
— Невозможно! — уверяли скептики.
— Позвольте, мы и не такое видели в театре! — стояли на своем сторонники.
Именно театр в итоге и решил дело. Лондонская фирма «Fit Ups», занимавшаяся производством театрального реквизита и аппаратуры для сценических спецэффектов, уже имела опыт работы с флотом (по вопросам камуфляжа). И именно к ней обратились адмиралы с просьбой разработать «механическую театральную сцену, интерактивно обыгрывающую атаку торпедоносца».
Torpedo Attack Trainer
Тренажер торпедных атак (англ. Torpedo Attack Trainer), разработанный «Fit Ups» в сотрудничестве со «Strand Electric Co.» и «JVW Corporation» (производившей по лицензии тренажеры Линка) был поистине монументальным сооружением — и великолепным памятником гению его создателей.
В основе конструкции тренажера был громадный кольцевой экран — циклорама. Эта специальная конструкция используется в кино- и фотостудиях для создания плавного, без видимых углов и граней, перехода между полом и стенами. Циклорама тренажера собиралась из фанерных листов на деревянном каркасе, имела в высоту около 10 метров, и примерно вдвое больше в диаметре:
Внутренняя поверхность циклорамы была тщательно разрисована опытными художниками-декораторами. Нижняя часть ее изображала поверхность моря с волнами, брызгами и рябью. Верхняя же часть, над «линией горизонта» изображала небо.
В центре циклорамы размещался модифицированный тренажер Линка. Кабина его была открыта (напоминаю, что стандартный тренажер Линка оснащался непрозрачной закрытой кабиной), а органы управления соответствовали органам управления торпедоносца «Fairey Albacore». Сидевший в кабине пилот, таким образом, видел «небо» над головой, и «море» внизу и вокруг самолета.
Но этим тренажер не ограничивался.
Расположенная под потолком тренажера — прямо над головой пилота — дуга из прожекторов, равномерно освещала пространство циклорамы. Регулируя интенсивность и цветовую гамму освещения, можно было задать в циклораме любое время суток и любые условия видимости: от ясного полудня и до туманной ночи. Первоначальный прототип тренажера использовал строенные прожекторы с красным, зеленым и синим светофильтрами, из которых можно было (в теории) собрать любые желаемые цвета и оттенки. Однако, подбор нужных цветовых тонов на практике оказался излишне трудоемким занятием, и «небо» циклорамы выглядело довольно неубедительно. Проблему решили, заменив прожекторы на пары с двумя разными оттенками синего. Хотя такая система и была менее гибкой, она, по всеобщему убеждению, работала значительно лучше и достовернее.
Отдельный прожектор со сменными светофильтрами отвечал за «солнце» и «луну», проецируя их на верхнюю часть циклорамы. Освещенность неба циклорамы задавалась в зависимости от положения «светила». Имелись специальные светофильтры, позволявшие создавать условия «заката» и «восхода», проецируя над горизонтом циклорамы лишь часть солнечного диска и окрашивая небо в соответствующие тона.
Для имитации погодных условий, на тренажере использовалась система диапроекторов, располагавшихся под потолком рядом с прожекторами. В диапроекторы заряжались слайды с изображением облаков и туч — нарисованные вручную и тщательно раскрашенные — и эти изображения проецировались на «небо» циклорамы. Подбирая нужные слайды и направление лучей диапроекторов, оператор тренажера мог создать на стенах циклорамы любую желаемую картину облачности.
Находящийся в кабине тренажера пилот, таким образом, видел вокруг себя не просто статичную картинку, но вполне достоверную имитацию морского пейзажа, с тщательным соблюдением условий видимости и освещенности. Поворачивая свой «самолет», пилот видел, как меняется положение облаков, наклоняя нос «самолета» вперед, видел перед собой бликующую поверхность моря, а поднимая нос вверх — небо. Сжатый воздух, подаваемый по трубкам, использовался для имитации встречного ветра. Все это дополнялось звучащим из динамиков кабины свистом ветра, рокотом мотора, шумом волн, и — при необходимости — отзвуками выстрелов зенитных орудий.
Причем «море» внизу не было просто статичной картинкой. Специальное реле отслеживало «высоту полета» кабины тренажера. Когда стрелка альтиметра опускалась ниже 500 футов (152 метров) над уровнем «моря», автоматически включались дополнительные проекторы, которые проецировали на нижнюю часть циклорамы изображение движущихся волн, блики и всплески воды. Таким образом создавалась вполне убедительная иллюзия проносящейся под низко летящим самолетом поверхности моря.
Но самой сложной проблемой, которую пришлось решать создателям тренажера, было изображение цели. Цель должна была выглядеть достоверно: то есть ее вид должен был реалистично меняться в зависимости от положения «самолета». Например, если пилот глядел на цель «с высоты», то должна была быть видна палуба цели. Если пилот «снижался до уровня моря», то цель должна была быть видна сбоку. При пролете мимо цели, она должна была смещаться соответствующим образом по экрану циклорамы. А заказчики проекта — адмиралы флота — еще и требовали, чтобы цель обладал собственным движением, и могла «менять курс» или «уклоняться от атаки».
Решение проблемы в итоге было блестящим на грани гениальности.
Для создания изображения цели использовался особый эпидиаскоп — прибор, предназначенный для создания и проецирования изображения непрозрачных объектов. В эпидиаскоп заряжалась медная модель корабля-цели, выполненная в масштабе 1:1200. Весьма изощренная система сервоприводов, поворачивала модель в зависимости от положения кабины пилота: например, если пилот смотрел на цель «с высоты», то сервомоторы поворачивали модель так, что эпидиаскоп проецировал изображение палубы цели. Если пилот «приближался» к цели, то изображение увеличивалось, если «удалялся» — то уменьшалось.
Движение изображения цели по экрану циклорамы контролировалось инструктором, наблюдавшим за действиями пилота через специальные окна. Нажимая кнопки на пульте, оператор мог задать цели любое желаемое направление и скорость «движения» — выражавшиеся в смещении луча проектора — а также вмешаться в любой момент и внести изменения в курс цели.
Задачей пилота в кабине тренажера было вывести свой «самолет» на цель, снизиться до уровня воды, выполнить боевой заход при помощи смонтированного на кабине торпедного прицела — и в нужный момент сбросить торпеду. В момент «сброса» включался специальный прожектор, спаренный с прицелом. Он проецировал на внутреннюю поверхность циклорамы световую точку — «след торпеды» — по которой наблюдавший за тренажером инструктор определял, добился ли пилот попадания в цель. На более поздних моделях, прожектор проецировал световую точку на «море» под самолетом, и двигал ее вверх по экрану циклорамы в том темпе, в котором двигалась бы настоящая торпеда. Это позволяло пилоту отработать «маневр уклонения» по завершении боевого захода.
«Реализм был восхитительным. После нескольких минут маневров в приглушенном, вечернем освещении, иллюзия настоящего полета становилась вполне реальной.»
(Джон Оух, один из пилотов-испытателей TAT)
ПРИМЕНЕНИЕ И РАЗВИТИЕ
После серии испытаний прототипа TAT, проводившихся на военно-морской авиабазе Крэйл (Шотландия), несколько доработанная версия прототипа — включавшая, например, вычислители для имитирования пикирования — была одобрена к принятию на вооружение, и запущена в серийное производство. При этом не обошлось без задержек: лаборатория «Strand Electric Co.», разрабатывавшей прототип эпидиаскопа, подверглась в мае 1941 немецкой бомбардировке. Хотя сам прибор каким-то чудом не пострадал, само здание получило серьезные повреждения, и безопасно извлечь ценный аппарат удалось только через месяц.
Всего за годы войны Королевский Флот построил 60 тренажеров TAT. Они размещались на базах морской авиации от Канады и до Австралии, обеспечивая непрерывную базовую подготовку пилотов-торпедоносцев. Системы тренажера непрерывно дорабатывались по мере развития боевой техники: так, с 1943 года органы управления в кабине переделали так, чтобы соответствовать новому бомбардировщику-торпедоносцу «Барракуда». Системы этого типа поставлялись также в США в рамках «обратного ленд-лиза», а после войны — несколько тренажеров было продано в Швецию и Норвегию.
Успех авиационного симулятора торпедной атаки вызвал значительный интерес и со стороны других ветвей флота. Первыми «подсуетились» торпедисты надводных кораблей. Изучив TAT, они пришли к выводу, что подобная система может использоваться и для обучения торпедистов эсминцев и торпедных катеров.
Так появился торпедный симулятор эсминца/катера. Вместо кабины самолета, в нем использовалась полноразмерная модель мостика боевого корабля, со всеми необходимыми постами для управления торпедной стрельбой. Для экономии средств, один и тот же тренажер использовался и для эсминцев, и для торпедных катеров — боевые посты эсминца попросту стояли с одной стороны «мостика», а торпедного катера с противоположной. Вертикальное движение модели, разумеется, было более ограничено, и использовалось в первую очередь для создания «чертовски достоверной качки» (с). По отзывам использовавших тренажер моряков, он создавал чрезвычайно реалистичное впечатление во всех отношениях — включая морскую болезнь.
Подводники также заинтересовались возможностями ТАТ, и через некоторое время создали «перископный симулятор». Для этого в комнате под тренажером был создан полноразмерный макет мостика субмарины — с доступом через «всплывающую» и «погружающуюся» рубку — связанный с циклорамой через специальный перископ. Используя тренажер, подводники могли отрабатывать торпедные атаки в различных условиях.
Еще одним развитием TAT стал «Operational Crew Trainer», предназначавшийся для обучения пилотов самолетов-корректировщиков. Но этот механизм достоин отдельного рассмотрения)
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Торпедный тренажер ТАТ — система, реально вызывающая восхищение (и совершенно заслуженное). На технологиях до-компьютерной эры, исключительно с помощью реле, переключателей и шаговых искателей, британские инженеры создали интерактивный авиационный тренажер, обеспечивающий 360-градусную панораму, широкий спектр различных условий упражнения, достоверно выглядевшую и двигавшуюся цель, и реалистично ведущий себя «самолет».
Даже по современным меркам, тренажер ТАТ выглядит все еще вполне впечатляюще. Конечно, он не обладает гибкостью современных электронных тренажеров — но зато обеспечивал пилоту ничем не ограниченное 360-градусное поле зрения, и высококачественное изображение, не склонное к распаду на пиксели при приближении.
И эта великолепная дорогостоящая система вполне оправдала себя. За годы войны, Королевский Флот подготовил тысячи пилотов-торпедоносцев, которых вполне заслуженно боялись враги Британии. Именно британский флот первым (еще в 1942 году) освоил «слепую» торпедную атаку в ночное время суток — когда торпедоносцы выходили на цель по данным радара на ведущем самолете и осуществляли атаку вообще не видя цели. Без торпедного тренажера ТАТ, такого рода атаки были бы чрезвычайно сложны в отработке. Но аналоговая машина виртуальной реальности, сделанная инженерами фирмы, специализировавшейся на театральной машинерии, сделала это возможным.
P.S. от автора: не могу удержаться, чтобы не пнуть еще раз авторов «попаданческого» жанра. Эти любители учить товарища Сталина строить правильный Т-34 даже и не думают о том, чтобы получить реально полезные штуки — вроде тренажера ТАТ! Создается такое впечатление, что авторов попаданцеписева просто-напросто пугает электроника…
