Osvity pilotních a vojenských hodinek - část sedmá

7.4 Osvit kompatibilní s NVG

Pilot letící s brýlemi NVG musí být schopen si v kokpitu přečíst rozsvícené přístroje a displeje. A to normálním zrakem bez pomoci jakékoliv zařízení včetně NVG.

Ve skutečnosti se totiž pilot v kokpitu nedívá na přístroje a displeje (s výjimkou průhledového displeje HUD) přímo pomocí NVG brýlí, ale pouze normálníma očima. Pilot sklopí zrak pod okuláry NVG. Optika brýlí je totiž zaostřena na nekonečno (stejně jako HUD), takže by pilot brýlemi viděl v kokpitu jen rozmazané čmouhy.

Okuláry brýlí proto nejsou jako u dalekohledu přímo na očích, ale jsou vzdáleny zhruba 2 cm od nich. To umožňuje pilotům nejen nosit dioptrické brýle (i ?super-dokonalý" pilot stárne a je opravdu ekonomičtější povolit mu brýle, než vyhodit desítky miliónů dolarů za jeho mnohaletý výcvik a zakázat mu létání), ale i chránit si oči průhledným štítem přilby nebo mít nasazenou masku chránící před účinky zbranní hromadného ničení.

Protože brýle mají zorné pole jen 40°, oproti zornému poli zhruba 180° vertikálně našich očí (pozor máme dvě a mohou se docela slušně hýbat), musí si pilot používat zcela jiné pohyby hlavou, než je zvyklý při letu bez NVG. Na vše, co je vně kokpitu (vepředu, vpravo, vlevo, nahoře), se pilot musí podívat pootočením hlavy do příslušného směru. Když se chce ale podívat na údaje na přístrojové desce, tak naopak hlavu musí nechat v normální poloze, sklopit oči a podívat se pod okuláry brýlí NVG. Předchozí obrázek pořízený ze směru přístrojů to velmi dobře ilustruje.

Displeje a světla v kokpitu tedy musí být viditelné normálním zrakem a současně musí vyzařovat minimum infračerveného záření. Pokud displej nebo světlo vyzařuje i jen malé množství záření, které spadá do pásma citlivosti zesilovače jasu v NVG, tak může degradovat jeho výkon (zhoršením rozlišení nebo citlivosti). NVG kompatibilní displeje, přístroje a zdroje osvitu tedy neinterferují s brýlemi NVG a přitom zůstávají čitelné normálním okem. NVG kompatibilita také znamená, že protivník není schopen (nebo je velmi obtížně) pomocí svých NVG na dálku zjistit přítomnost vašeho světelného zdroje.

Úspěšné nasazení NVG v letectví závisí jak na parametrech vlastních NVG, tak i na technických parametrech jednotlivých zdrojů světla. Proto se musí věnovat velká pozornost návrhu displejů a světelných zdrojů, protože normální žárovky, elektro-luminiscenční nebo LED zdroje světla interferují s NVG. Emitují totiž poměrně značné množství IČ záření. Tento přebytek IČ záření ruší činnost brýlí následujícím způsobem:

• IČ odrazy od překrytu kokpitu vytvářejí neexistující obrazy, tzv. ?duchy".
  
• IČ záření oslní lokálně brýle, vytvoří jasnou auru (tzv. halo-efekt) okolo světelného zdroje a sníží viditelnost.
  
• Vysoká úroveň IČ záření aktivuje ochranný obvod automatické kontroly citlivosti zesilovače (Automatic Gain Control ? AGC). Ten, aby ochránil pilota před oslněním, uměle sníží citlivost. Bohužel to znamená, že se zhorší rozlišení a pilot může letět chvilkově i naslepo!
  

Jak je tedy zaručeno, že se světelné zdroje v kokpitu a NVG brýle nebudou vzájemně rušit?

Brýle mají pomocí speciálního filtru (anglicky Minus Blue Filter) na objektivech odfiltrovánu většinu viditelného spektra (kde jsou zesilovače jasu 3. generace ?méně" účinné) a soustředí se pouze nejsilnější část záření noční oblohy (IČ a část viditelného spektra). Naopak zdroje světa v kokpitu budou zářit pouze v omezené části viditelného spektra a nebudou vysílat žádné IČ záření. Bohužel je zde spektrální oblast, kde se obě oblasti vzájemně protínají a to je oblast červeného viditelného světla. Naše oko to díky extremní citlivosti na zelenou barvu a nízké citlivosti na červenou nevidí, ale vegetace odráží velké množství záření na vlnových délkách červené barvy. Jako kompromis byla proto stanovena následující pravidla:

• Pro letouny s pevnými křídly (stíhačky, bombardéry, transportní letouny), které i při nejnižším letu letí nad korunami stromů, byla dělící hranice stanovena na začátku oblasti červené barvy - na vlnové délce 665 nm. Odtud tedy pochází ono značení "minus blue filter" 665 nm (dle MIL-STD-3009 pak zkráceně jako ClassB. To sice trochu snižuje možnosti NVG, ale na druhou stranu v kokpitu mohou být světla červené barvy. To je velmi důležité, protože tuto barvu mají právě výstražné signálky, které zpravidla indikují nějakou závadu nebo zaměření nepřítelem.
  
• U vrtulníků, které v americkém operačním pojetí přežití na bojišti musí být schopny létat těsně nad zemí - pod úrovní koruny stromů a mezi stromy, není tento kompromis možný. Pilot musí ve svých brýlích vidět maximum noční scenérie, včetně záření odražené kůrou stromů (velmi tmavý objekt). Proto je v kokpitu vrtulníku navrženého dle americké normy MIL-STD-3009 zcela zakázána červená barva světla a varovné signálky jsou "pouze" žluté. Dělící hranice je pak v oblasti oranžové barvy na vlnové délce 625 nm (dle MIL-STD-3009 pak zkráceně jako Class A).
  

7.4.1 Definice kompatibility s brýlemi nočního vidění dle MIL-STD-3009

Americkou vojenskou normou MIL-STD-3009 ?LIGHTING, AIRCRAFT, NIGHT VISION IMAGING SYSTEM (NVIS) COMPATIBLE" byly stanoveny následující klíčové požadavky na NVG (NVIS) kompatibilitu:

i) Je nutno minimalizovat celkové množství světelného záření jednotlivých světelných zdrojů spektra v celém rozsahu citlivosti NVG. Proto součástí požadavků je předepsaná maximální hodnota speciálního bezrozměrného parametru, tzv. NVIS Radiance, které se stanovuje na základě měření spektrálním radiometrem. Povolená hodnota je přímo svázána s použitou barvou a předepsanou hodnotou jasu. Viz následující dva body.

ii) Letecké barvy kompatibilní s NVG jsou velmi přesně definovány a byly pojmenovány jako NVIS GREEN A, NVIS GREEN B, NVIS YELLOW, NVIS RED, NVIS WHITE. Ovšem najít ty správné barvy a jejich odstíny nebylo nic snadného ? nesmějí rušit brýle NVG podle výše popsaných omezení a navíc údaje a nápisy podssvícené těmito barvami musí být také čitelné jak v noci pouhým okem, tak i ve dne na přímém slunečním svitu. K definici barev se ovšem nepoužívá vlnová délka. Lidské oko totiž není optický přístroj, ale přeci jenom trochu složitější lidský orgán, který vnímá barvy, odstíny a jasy úplně jinak. Proto se pro definici barev a jejich odstínu používá poměrně komplikovaný chromatický souřadnicový model označovaný jako CIE 1976 UCS, který je zachycen na následujícím obrázku (více detailů o vnímání barev lidským okem a modelech chromaticity lze nalézt zde).

Plně saturované barvy odpovídající přesně nějaké vlnové délce v nanometrech jsou pouze na okraji grafu (nahoře a vlevo). S velmi podobným diagramem se dnes můžeme běžně setkat v reklamních materiálech některých výrobců počítačových monitorů a digitálních fotoaparátů. Tam se ale používá starší, méně dokonalý model označovaný jako CIE 1931.

Pokud souřadnice výše uvedených NVIS barev vyneseme do tohoto grafu, pak je výsledek zachycen na následujícím obrázku. Všimněte si, že barvy nejsou požadovány super přesně, ale je povolen kruhový rozptyl hodnot vyznačený v grafu kružnicí.

iii) Dle MIL-STD-3009 je také definována maximální úroveň jasu světelných zdrojů kompatibilní s činnosti NVG. Silný, jasný světelný zdroj, i přestože vyzařuje na správné vlnové délce, by totiž rušil činnost NVG. Optický filtr na objektivech v tomto případě mnoho nezmůže. Experimentálně byly proto stanoveny hodnoty jasu pro noční činnost spolu s NVG. Pro zelená světla je to 0,343 Cd/m² (0,1 fL) = 343 nCd/mm². Pro žlutá a červená výstražná světla je to vyšší hodnota 51,5 Cd/m² (15,0 fL). Vyšší hodnota je povelena proto, že lidské oko má nižší citlivosti na tyto barvy a navíc účelem takto zbarvených světel je pilota vyrušit a upoutat jeho pozornost.

8 NVG a osvity současných pilotních hodinek

Z předchozí kapitoly pojednávající o současných osvitech kokpitů vojenských letounů a brýlích nočního vidění NVG je zřejmé, že stanovení kompatibility osvitů pilotních hodinek s osvitem na bázi tritiových GTLS nebo neradioaktivní technologie (Swiss Super) LumiNova není jednoduchou záležitostí.

8.1 GTLS

Pro účely porovnání vlastností GTLS s požadavky na NVG kompatibilitu jsou převzaty data z DEF STAN 62?4 Issue 4, které svojí strukturou nejlépe vyhovují tomuto účelu.

8.1.1 Jas

GTLS o vnějším průměru 1mm a délce 9,5 mm, emitující zelené světlo, o aktivitě 0,148 GBq (0,004 Ci), plnícím tlaku 0,66 bar, má minimální jas na počátku života 0,09 Cd/m² = 90 nCd/mm² = 0,026 fL (FootLambert). Pozor toto je pouze příklad. Aktuální hodnoty jasu GLTS v hodinkách se mohou lišit a jsou závislé na všech výše uvedených parametrech.

8.1.2 Vlnová délka zeleného světla

Hlavní vlnové délky jsou v rozsahu 510-550 nm (což dobře odpovídá dominantní vlnové délce 528 nm, jak uvádí mb-microtec)

8.1.3 Vlnová délka oranžového světla

Hlavní vlnové délky jsou v rozsahu 583-595 nm (tedy nižší něž uvádí mb-microtec u svých různých oranžových odstínů zobrazených v kapitole 4, tyto oranžová komerční světla mají totiž velmi silnou složku červeného světla)

8.1.4 Chromatické souřadnice zeleného a oranžového světla

Chromatické souřadnice oblasti definující tato světla jsou zaneseny do následujícího diagramu CIE 1976 UCS a označeny jako GTLS GREEN a GTLS ORANGE.

Z grafu je vidět, že zelené světlo GTLS je téměř identické s požadavky na barvu NVIS GREEN A. Oranžové GTLS nemají přímý ekvivalent v NVIS barvách, ale částečně odpovídají NVIS YELLOW s velkým přesahem do červené oblasti. V každém případě ale nedosahují hodnot stanovených pro NVIS RED.

8.1.5 Předběžný závěr

I bez potvrzení spektrálním radiografem, lze předpokládat, že pilotní hodinky odpovídající typově Marathon Navigator (14 zelených a jeden oranžový zdroj světla GTLS), by neměly působit pilotním brýlím NVG žádné komplikace.

Úroveň jasu je dokonce pod maximální hodnotou, než je požadováno, a spektrální charakteristiky zeleného světla plně odpovídají NVIS specifikaci. Oranžové světlo dle vojenské specifikace by také nemělo působit potíže. Komerční odstíny oranžové barvy od mb-microtec, už mají poměrně významnou složku červené barvy. Ale i v případě aplikace pro vrtulníky, kde je jinak červená barva osvitů v kokpitu zakázána, lze přepokládat, že by to nemělo působit žádné pozorovatelné potíže. Jde totiž o jediný, izolovaný zdroj o velmi malém jasu.

Výše uvedený závěr je stanoven na základě obecných informací o miniatruních GTLS pro hodinek. Každý reálný model hodinek ale může mít své specifické GTLS, s jinými vlastnostmi než zde bylo prezentováno.

8.2 (Swiss Super) LumiNova

8.2.1 Jas

jas osvitů fosforů (Swiss Super) LumiNova je velmi závislý na světelném výkonu excitačního světla, doby jeho působení a době uplynulé od ukončení excitace. Z kapitoly 4 se dál ale stanovit, že při normálním způsobu osvícení jas klesne pod hodnotu požadovanou NVIS specifikací pro zelené světlo 343 nCd/mm² už za 4 minuty po ukončení excitace. Pod jas osvícení typu GTLS se dostane po 40 minutách. Samozřejmě v reálném leteckém nočním provozu se nepřepokládá dlouhodobé buzení pigmentů přímým slunečním svitem nebo velmi výkonnou UV lampou. Navíc doba od ukončení excitace až po zapnutí brýlí NVG za letu se zpravidla pohybuje minimálně v desítkách minut, kdy už jas pigmentu bude hodně slábnout.

8.2.2 Vlnová délka zeleného světla

Hlavní vlnové délky jsou v rozsahu 500-560 nm (dominantní vlnové délka je 520 nm, což velmi dobře odpovídá zelenému světlu emitovaného GTLS). Viz. následující graf:

8.2.2 Vlnová délka modro-zeleného světla

Hlavní vlnové délky jsou v rozsahu 460-525 nm (dominantní vlnové délka je 490 nm)

8.2.3 Vlnová délka modrého světla

Hlavní vlnové délky jsou v rozsahu 425-510 nm (dominantní vlnové délka je 450 nm)

8.2.4 Předběžný závěr

I bez potvrzení spektrálním radiografem a bez znalosti přesných chromatických souřadnic, lze předpokládat, že pilotní hodinky, na kterých je aplikovaný zeleně (nebo modro-zeleně nebo modře) svítící pigment na bázi hlinitanu stroncia jako je Swiss Super LumiNova nebo LumiNova nebude působit pilotním brýlím NVG žádné komplikace. Naopak postupně klesající jas bude pilotovi spíše činit potíže a pilot ude mít problémy něco z hodinek odečíst. Jeho oči jsou totiž adaptovány na jas stínítek v brýlích NVG. Proto se požaduje jas přístrojů a displejů v kokpitu na určité úrovni. Pokud je jas o hodně menší, pilot už nemusí slaběji svítící světelné zdroje zřetelně rozeznat.

8.3 Poznámka k NVG

Výše uvedené závěry se týkají pouze leteckých brýlí NVG amerického původu a kokpitů navržených v souladu s americkým standardem MIL-STD-3009. Například Velká Británie používá vlastní systém stanovení kompatibility a jejich brýle NVG typu Nightbird a NIGHT-OPS jsou bez rozdílu typu letadla vybaveny "minus blue" filtrem 645 nm.

Zcela specifickou kategorii pak představují NVG brýle pro pozemní síly. Zde nejsou potřeba žádné "minus blue" filtry. A jak to vypadá v praxi, se lze dočíst v tomto příspěvku zdejšího váženého člena Harryho.

- Konec -

Celý článek ve formátu PDF lze stáhnout zde.