【閃電之眼】F-35頭盔價值40多萬美元，世界首款第三代頭盔超先進

一臺勞斯萊斯幻影價值40多萬美元 一頂F35頭盔也價值40多萬美元 也就是說每名F35的飛行員 每天上班飛行的時候 腦袋上都頂着一輛幻影 這充分驗證了先進戰機飛行員 就是行走的黃金的說法 那麼與F35配套的頭盔爲什麼會這麼貴 它究竟有多先進 彆着急 咱們接着往下看 從戰鬥機誕生以來 飛行員頭盔原本是一種 比較簡單的防護裝備 但是隨着戰機越來越先進 其座艙儀表和顯示器顯示的信息 也隨之增多 因此如何讓飛行員 從這大大小小的儀表中 快速地獲取有效信息 就成爲了一個大問題 於是在上世紀60年代 美軍首次將HUD抬頭顯示器 應用在了一架海軍的A5艦載機上 這個技術通過全息投影的方式 將戰鬥機上的相關數據 投射到玻璃座艙蓋上 從而使得飛行員不必低頭 便能快速地獲取信息 提高飛行的安全性 不過當時的HUD技術 也僅限於顯示設備數據而已 比如飛行高度 飛行速度 航向 垂直速率變化 飛機傾斜角度等等 使用於戰鬥環境時 還會加上目標資料 武器與發射相關資料 預估命中點等 而隨着各國的空空導彈逐漸成熟 空中戰鬥機的威脅來源 也變成了四面八方 而HUD僅僅是將影像投射在 座艙前方的固定裝置上 當飛行員轉動頭部的時候 這些影像會暫時地離開它的視野範圍 因此就有人建議 能不能將影像投射在 飛行員的頭盔前方 隨時與飛行員的視野範圍重合呢 於是美國的霍尼韋爾公司 在上世紀60年代 開發出了代號爲 VTAS的頭盔瞄準具 當時這款裝備 僅在美軍的F4戰鬥機上 進行了短暫試驗 但是由於技術不夠成熟等問題 因此起初美國空軍戰機並沒有採用 轉而被用在了 攻擊直升機的武器瞄準上 時間來到70年代 此時美軍軍用直升機和戰鬥機 都已經普遍裝備了頭盔瞄準具 但是這種裝備還是比較簡陋的 僅能用於控制紅外製導空空導彈的瞄準 而值得注意的是 此時的導彈導引頭 已經可以根據飛行員的頭部運動 快速地對準目標 實現大離肘角發射 不需要再把機鼻對準目標了 才能指引導彈了 而進入本世紀以來 科技水平不斷地發展 各國的工程師們 開始將HOD集成到HMD頭盔顯示中 從那時起 兩項技術合併開發的 就是我們現在常見的飛行員頭盔了 不過就目前各國的同級裝備來說 幾乎沒有哪個型號 能夠與F-35的 HMDS頭盔顯示系統相媲美 那它究竟有多先進呢 F-35 HMDS 作爲美國空軍第三代戰鬥機駕駛員的頭盔 關鍵部件主要包括頭盔本身 主動降噪耳機 夜視攝像機 顯示面罩顯示單元 將圖像和符號投影到顯示面罩上的 電子組件 以及DMC顯示管理計算機 它是目前爲止世界上最先進的雙目HMDS 也是第一款可以讓飛行員通過頭顯 獲取戰機所有數據的頭盔 例如空速 高度 爬升率 以及所有武器瞄準信息 甚至還會顯示飛行員錯過的目標 就這麼說吧 如果一名F-35飛行員在飛行中 正專注的上小號 此時又有其他目標飛來 那麼頭盔結合戰機的告警裝置 就會提醒飛行員注意 而在飛行員轉頭看到這架飛機後 系統就會在頭盔面罩上 顯示出關於這架飛機的位置 身份認證等信息 並自動跟蹤這架飛機 同時如果確定是敵機後 頭盔面罩就會顯示武器信息 此時的飛行員 僅需選擇合適的武器 按下發射按鈕就可以了 值得注意的是 F-35的頭盔還爲飛行員提供了 可以透視飛機的獨特能力 當然了 這並不是什麼X射線裝置 而是頭盔與安裝在F-35表面四周的 分佈式孔徑系統攝像機的交連 這個系統可以提供周圍 360度無死角的恆定圖像 也就是說 無論飛行員朝哪裏看 所有的飛行信息 都會顯示在他們的眼前 這對於有時需要執行對地任務的F-35來說 可謂是極其好用了 飛行員在飛行過程中 只需低頭朝下看 飛機下方的圖像 就會顯示在頭盔顯示器中 此時飛行員只需要 點擊側操縱桿的一個指示器 就可以標記新的目標位置 然後數據鏈系統 就會允許飛行員把目標的精確座標 迅速傳遞給執行同一任務的轟炸機 或者戰鬥機 當然這個功能 不僅在戰鬥中非常有用 同樣也有利於美國海軍 和海軍陸戰隊的艦載型垂直起降型 在航母上或者夜間進行垂直降落 而通過安裝在頭盔前的夜視攝像機 F35頭盔還能把飛行和目標的信息 疊加在夜視圖像上 根據大兵查到的資料 目前能實現這個功能的 只有F35的HMBS能夠做到 這兩種功能的結合 對於F35飛行員來說 無疑是一個巨大的優勢 而瞭解了夜視儀的朋友們 應該知道所有的夜視器材 往往都會限制視野範圍 因此F35頭盔在疊加了符號信息後 會比單獨使用夜視功能 更能幫助飛行員迅速地瞭解周圍的態勢 當然F35頭盔的先進性能遠不止這些 此前大多數頭盔顯示器 都要求飛行員在每次飛行前進行校準 而由於顯示內容 也與飛行員觀察的方向有關 測量系統會在飛行中逐漸產生偏移誤差 所以同一架次的飛行中 他們可能還要進行多次的調整 不過F35的飛行員卻無需自行校準了 美軍通過在F35座椅上安裝磁場發射器 收集座艙內產生的磁場 來檢測頭盔方向 當頭盔在這個磁場中運動時 頭盔上的接收器會測量接收到的磁通量 通過自帶的自校準功能進行校準 而除此之外 夜視攝像機右側的白天攝像機 也可以確保圖像和符號 正確輸出在飛行員正觀察的方向 它通過設定的拍攝頻率 截取飛行員所看到的實時圖像 與固定在遮光目鏡上攝像機同時拍攝的圖像 進行對比 從而確保視線一致 如果這兩張照片有一點出入的話 那麼系統也會進行自我校正 那麼F35的HMDS爲什麼會如此先進 首先HMDS作爲F35的飛行員頭盔 起初美軍在裝備立項時 對它的設計要求是可謂相當的高 比如必須有承受飛機機動時的過載的能力 最低標準爲8個G 顯示面罩必須要絕對清楚 以便於飛行員準確判讀 顯示性能的設計 要求包括具備雙目 高亮度 寬視場的顯示器 顯示的圖像必須是全方位 高精度 低延遲 具備360度夜視能力 同時除了上述幾點外 還必須要求一旦發生意外 飛行員彈射速度達到每小時1018公里時 能夠保證飛行員頭部的安全 以及飛行員佩戴時有舒適的感覺 這一要求就意味着 頭盔整體重量必須要輕 以儘量的減少駕駛員疲勞的感覺 不過以上幾點要求中 最重要的部分還是頭盔內各種傳感器 因此這款裝備的研製 主要是由VSI視覺系統國際公司 和洛克希德馬丁來負責的 其中VSI是負責研製頭盔操作系統 這家公司是美國航電巨頭 羅克維爾克林斯 以及以色列埃爾比特公司的合資企業 而洛馬公司負責編寫頭盔顯示器的軟件 和研製成像部分 但即便是三家頂級企業聯合 整個項目的過程依舊不是很順利 不僅發展了三代頭盔方案 甚至美軍還從英國搞了一個過渡頭盔 不過大兵是沒有查到整個項目具體的時間進度 所以只能和各位聊一聊 F35頭盔從一代到第三代的變化 這款外形看起來如同外星人的頭盔 那是第一代 當時VSI公司採用了雙目光學系統 來顯示圖像和符號 把右邊圖像投射在遮光鏡內面左側 左邊圖像投射在內面右側 分開投射方式的好處在於 頭盔內部生成的可視符號很清晰 可視視野範圍也會很大 但缺點是飛行員視場中間會形成一條豎線 由此 由於遮光鏡設計成顯示系統的一部分 飛行員要掀起遮光鏡時 就不得不關閉整個系統 因此美軍直接將第一代給否決了 第二代同樣也是分開投射式的頭盔 外形和第一代很像 但是第一代的分開式遮光鏡不同 第二代有一個一體成型的圓形遮光鏡 可以上下翻轉 外形也更傳統 飛行員還可以加裝一到兩片鏡片 一片用於白天的深色太陽鏡 一片用於保護眼睛的防激光鏡 頭盔材質上 第一第二代均由碳纖維和凱弗拉縴維製造 整體重量分佈經過精心設計 不會影響飛行員頭部的平衡 而爲了將總重控制在2.2公斤左右 頭盔內使用的光學和電子學元件都被小型化了 畢竟頭盔戴到頭上後 如果重心分佈不均或者重量太重 那麼飛行員在做大過載機動時 頭部就很容易轉向飛機的轉彎方向 總之經過重新設計的第二代 外形已經基本確定了 與現在的第三代沒有什麼出入 不過當時第二代頭盔在與F35的銜接上 卻存在很大的問題 特別是和F35的分佈式多孔鏡光電傳感器系統 配合起來使用時 經常會出現一些故障 於是美軍不得不選定了一個備用頭盔 最終定爲由英國的BAE公司提供 儘管是後補方案 BAE這款點點頭盔依然是相當先進 它帶有跟蹤瞄準能力 能夠提供航空母艦和陸地機場起降信息 據瞭解 其顯示精度也達到了和平視顯示器相當的水準 因此配合夜視儀使用也不成問題 而值得注意的是 由於F35並沒有平視顯示器 這部分的功能全部轉移到了頭盔上 因此VSI頭盔延遲出現問題 也讓美軍相當難受 不過好在BAE的點點頭盔 符合了F35項目的各種要求 所以這款頭盔也被美軍飛行員裝備過一段時間 主要是用於飛行訓練 模擬器訓練等等 至於第三代頭盔 實際上也可以說是第二點五代 因爲最近幾年 美軍並沒有透露關於F35頭盔的準確消息 而之所以大兵說有這一代的存在 是因爲最近幾年 美軍F35飛行員佩戴的頭盔 外觀和第二代是基本一致的 所以大兵猜測VSI公司 應該已經解決了頭盔和戰機連接的問題 而我們回到視頻開頭的問題 或許就很好解釋了 爲什麼這個頭盔會這麼貴 當然除去科技含量方面 生產製造方面也是它貴的原因 目前F35的產量已經達到了860架以上 合格的F35飛行員應該是在1300名以上 而這麼多飛行員中 多人共用一盔肯定是不現實的 這一點從技術角度來講也是不允許的 因爲F35頭盔數據顯示功能 依賴於光學系統的精準定位 其投射符號必須在飛行員眼睛正前方的 遮光鏡上投射圖像 形成兩個綠色的斑點 如果頭盔沒有完全貼合飛行員的頭部 那麼他在做大過載機動時 綠色斑點就無法精準匹配飛行員的眼睛 導致他看不到任何投射的符號 這被稱之爲出瞳 因此每一位F35飛行員 都必須擁有自己的專屬頭盔 而整個打造過程也與頭盔的性能一樣 相當繁瑣而且先進 第一步 飛行員頭部需要經過激光掃描 這時的飛行員會戴上一個軟帽 經過掃描後 電腦端會創建一個三維立體圖像 這個圖像將決定飛行員需要的頭盔外形 是小號 中號的 還是大號的 然後用洗牀根據三維圖像 挖出頭盔外殼內的塑料泡沫 這樣能非常貼合飛行員的頭部 第二步 關於相關技術人員 使用頭部掃描的數據進行光學定位 測量飛行員的眼距 分別是眼睛到遮光鏡之間的距離 也就是出瞳距離 眼睛到頭頂之間的距離 這個距離用來保證頭盔投射的圖像 飛行員可以毫不費力的看到 最後 所有單獨的組件被組裝頭盔內部 再加裝內襯層 使飛行員的頭部和頭盔緊密結合 這時飛行員佩戴完整的頭盔後 還要進一步調整顯示器 和飛行員眼睛之間的最佳距離 比如關鍵信息 必須投射在飛行員的最佳視野內 值得注意的是 一旦F35飛行員獲得了自己的專屬頭盔 他就需要保持體重以及髮型了 而美軍對這款頭盔的檢查工作相當嚴苛 每年就要檢查三次 以此來確保它能夠完美地適合飛行員 總的來說 飛行頭盔是飛行員最重要的裝備之一 它的細節以及先進程度 能從側面體現出整個國家研發能力是否強大 而F35的第三代頭盔 與傳統戰機顯示屏相比 可以說是一項技術奇蹟 它首次使用的虛擬成像技術 直接將畫面投射到飛行員的遮光鏡上 配以電腦的運算處理技術 真正實現了實時呈現的能力 飛行員就算戴着頭盔 也可以穿過頭盔看到外面的景象 它的出現也是戰機操控的一次革命 成功地讓飛行員駕駛戰鬥機 變得像玩遊戲一樣簡單了 好了 本期視頻到這裏就結束了 我是大賓 我們下期視頻再見