نمایشگرهای هدآپ (Head-Up Display یا HUD) یا نمایشگرهای روبرویی یا جلوسری به یکی از اجزای اصلی هوانوردی نظامی مدرن تبدیل شده اند که روشی نوآورانه را برای خلبانان فراهم می کنند تا در طول ماموریت ها نسبت به همه چیز آگاه و متمرکز بمانند. این سیستم ها اطلاعات حیاتی پرواز را روی یک صفحه نمایش کوچک و شفاف در خط دید خلبان قرار می دهند و به آن ها اجازه می دهند بدون تغییر تمرکز از محیط خارجی، داده ها را مشاهده کنند.

در این مقاله به بررسی پنج جنبه هیجان انگیز از نمایشگرهای هدآپ نظامی خواهیم پرداخت که شامل تاریخچه، توسعه و کاربردهای مدرن آن ها مانند نمایشگر سربند (Helmet Mounted Display یا HMD) می شود.

۱- توسعه اولیه در جریان جنگ جهانی دوم

نمایشگرهای هدآپ یک فناوری پیشرفته است که از دوربین تک چشم روی سلاح های مورد استفاده در هواپیماهای جنگنده نظامی قبل از جنگ جهانی دوم تکامل یافته است. دوربین های ژیروسکوپی سلاح یک پیشرفت قابل توجه بود که یک دید جدید را اضافه کرد که بر اساس سرعت و نرخ چرخش هواپیما، زاویه دید مناسب برای شلیک دقیق به هدف را محاسبه می کرد.

در اوایل دهه ۱۹۴۰، موسسه تحقیقات ارتباطی بریتانیا تصویری از یک لوله راداری را با تصویری از دوربین ژیروسکوپی استانداردشان روی یک صفحه داشبورد مسطح و بعدها در داخل دوربین سلاح ترکیب کرد، یک نوآوری پیشگامانه برای خلبانان جنگنده هایی در نیروی هوایی سلطنتی که در طول شب ها عملیات انجام می دادند. این فناوری به خلبانان اجازه می داد تا محیط اطراف خود را بهتر ببینند و هواپیماهای دشمن را در شرایط کم نور شناسایی کنند.

پس از پایان جنگ جهانی دوم، پیشرفت های فناوری به شکل دهی به جهانی جدید ادامه داد و نیروی دریایی آمریکا در سال ۱۹۵۵ به استفاده از یک صفحه نمایش هدآپ (HUD) آزمایشی علاقه مند شد. این فناوری برای کمک به خلبانان در تمرکز بر افق و در عین حال نظارت بر اطلاعات مهم در مورد پروازشان مانند ارتفاع و سرعت هوا طراحی شده بود. با این حال، مدتی طول کشید تا نمایشگر هدآپ با موفقیت روی هواپیما پیاده سازی شود، چرا که برای اصلاح این فناوری به تحقیق و توسعه بیشتری نیاز بود.

۲- اولین نمایشگر هدآپ جهان روی یک هواپیمای نیروی دریایی سلطنتی بریتانیا

نقطه عطف قابل توجه در سفر توسعه نمایشگرهای هدآپی، معرفی اولین سیستم HUD عملیاتی نظامی جهان بود که اولین بار در سال ۱۹۶۱ در یک هواپیمای Blackburn Buccaneer به کار گرفته شد که خود برای اولین بار در سال ۱۹۵۸ به پرواز درآمده بود.

منشأ ظهور این فناوری پیشگام را می توان به اواخر دهه ۱۹۵۰ نسبت داد. این دوره ای بود که با پیشرفت های سریع در فناوری هوانوردی شناخته می شد که عمدتاً ناشی از تقاضاهای کاربردهای نظامی بود. موسسه هواپیمایی سلطنتی (RAE) در انگلستان در طراحی تجهیزاتی که منجر به اولین استفاده از اصطلاح “نمایشگر هدآپ” شد، نقش داشت.

تولید این واحدها توسط Rank Cintel انجام شد و Elliott Flight Automation (که بعدها بخشی از BAE Systems شد) کنترل ساخت نمایشگرهای هدآپ Rank Cintel را در دست گرفته و این فناوری را بیش از پیش توسعه داد. این همکاری منجر به تولید Buccaneer HUD شد، سیستمی به قدری پیشرفته و قابل اعتماد که نیروی دریایی سلطنتی بریتانیا از آن به عنوان “نصب کن و فراموش کن” یاد می کرد و نزدیک به ۲۵ سال در خدمت باقی ماند.

نمایشگرهای هدآپ مدرن، آنطور که امروزه می شناسیم، در دهه ۱۹۶۰ توسط خلبان آزمایشی فرانسوی، گیلبرت کلاپفستین، که یک سیستم استاندارد از نمادهای HUD ایجاد کرد، توسعه داده شد، و بدین ترتیب انتقال بین هواپیماها را برای خلبانان آسان تر کرد. این فناوری بیشتر برای قوانین پرواز ابزاری و دیگر بخش های مهم اطلاعات در سال ۱۹۷۵ توسعه یافت.

۳- نسل جدید تکنولوژی نمایشگر هدآپ

نمایشگر سربند (HMD) که از نمایشگرهای هدآپ دیسپلی تکامل یافته، ابزار نصب شده روی سر است که تصاویر و علائم ضروری را مستقیماً در برابر چشمان کاربر نمایش می دهد. این فناوری درک بصری خلبان از صحنه را تقویت کرده و با سیستم های تسلیحاتی یکپارچه می شود و آن ها را با جهت نگاه خلبان هماهنگ می کند. چنین تلفیقی که به عنوان دید و نمایش سربندی (HMSD) یا دوربین سربندی (HMS) شناخته می شود، یک نقطه عطف بزرگ در هوانوردی نظامی بوده است.

از لحاظ تاریخی، توسعه نمایشگرهای سربند به سال ۱۹۶۲ و Electrocular ساخت شرکت هواپیمایی هیوز باز می گردد، یک نمایشگر تک چشمی کوچک مبتنی بر CRT باز می گردد. با این حال، اولین استفاده عملیاتی از نمایشگر سربند توسط نیروی هوایی آفریقای جنوبی در دهه ۱۹۷۰ با هواپیمای میراژ بود که به یک نمایشگر کلاهخودی توسعه یافته در داخل مجهز شده بود. این استفاده سریع از تکنولوژی نمایشگر سربندی، کارایی آن را در مبارزه، به ویژه در حملات خارج از دید نشان داد.

در دهه های بعد، فناوری HMD شاهد پیشرفت های قابل توجهی بوده است. یکی از برجسته ترین سیستم های مدرن، Striker II ساخت کمپانی BAE Systems است .این نمایشگر سربند براساس پایه و اساس نسل قبلی خود، یعنی Striker HMD ساخته شده که در هواپیماهای Typhoon و Gripen C / D مورد استفاده قرار می گرفت.

۴- اف-۳۵ مجهز به جدیدترین نسل نمایشگر هدآپ

سیستم دیافراگم توزیع شده الکترو اپتیکال AN/AAQ-37 (EODAS یا به اختصار DAS) که در اف -۳۵ برای اولین بار مورد استفاده قرار گرفت و توسط نورثروپ گرومن و بعدها ریتون توسعه یافت، شبکه ای از سنسورهای مادون قرمز با وضوح بالا است که در اطراف بدنه هواپیما توزیع شده اند. این سنسورها پوشش کروی بدون مانعی را فراهم می کنند که بدون نیاز به ورودی یا هدف گیری خلبان، به صورت خودکار عمل می کنند.

سیستم DAS سه عملکرد اساسی را ارائه می دهد: شناسایی و ردیابی موشک، شناسایی و ردیابی هواپیما، و ارائه تصاویر برای نمایشگرهای کابین و دید در شب خلبان. این قابلیت ها برای حفظ آگاهی موقعیتی و تصمیم گیری سریع در موقعیت های پرخطر حیاتی هستند.

مجموعه سنسورهای پیشرفته F-35 Lightning II، از جمله DAS و HMD، قابلیت های جنگی آن را بازتعریف می کند و نمایی جامع از میدان نبرد را به خلبانان ارائه می دهد. ترکیب کردن این فناوری ها در معماری آویونیک F – ۳۵ تجربه کاربری یکپارچه و بی نقصی را فراهم می کند و به خلبانان اجازه می دهد تا در سناریوهای جنگی پیچیده، سریع و قاطعانه واکنش نشان دهند.

۵- نمایشگر سربند شنوایی خلبان را بهبود می بخشد

نمایشگر سربند The Striker II که توسط BAE Systems ساخته شده است، یک قابلیت صوتی سه بعدی منحصر به فرد را با کاهش نویز فعال هوشمند (ANR) ارائه می دهد. این فناوری صدای هدایتگر ۳۶۰ درجه ای را در اختیار خلبانان قرار می دهد و به آن ها اجازه می دهد تا تهدیدات مربوط به موقعیت شان را به همراه نمادشناسی رنگی بشنوند.

خلبانان می توانند جهت ارتباطات ورودی مانند شنیدن ارتباطات زمینی از پایین و نیروهای خودی از بالا را شخصی سازی کنند. ANR با کاهش نویز هواپیما و محیط، وضوح صدا را افزایش می دهد و به خلبانان در تمرکز بر صداهای حیاتی مرتبط با ماموریت کمک می کند.

این فناوری صدای هدایتگر ۳۶۰ درجه را ارائه می دهد و توانایی خلبان در درک و پاسخ به تهدیدها را افزایش می دهد. سیستم ANR در نمایشگر سربند Striker II به طور موثر نویز هواپیما یا محیط را کاهش داده و وضوح ارتباطات و آگاهی موقعیتی را افزایش می دهد. این ویژگی به طور قابل توجهی به تصمیم گیری در کسری از ثانیه کمک می کند که برای عملیات های نظامی پرخطر حیاتی است.

Striker II برای یکپارچه سازی آسان با پلتفرم های مختلف طراحی شده است و سازگاری با نمایشگرهای آنالوگ و دیجیتالی (از طریق یک مبدل با تاخیر کم) تحت کنترل سیستم الکترونیک هواپیما را ارائه می دهد.

نمایشگرهای هدآپ از افزایش آگاهی موقعیتی گرفته تا ارائه قابلیت های هدف گیری دقیق، هم هوانوردی نظامی و هم هوانوردی غیرنظامی را متحول نموده و راه را برای عملیات های پروازی پیشرفته تر، ایمن تر و کارآمدتر هموار کرده اند. این تکامل، که در دهه ۱۹۴۰ آغاز شد، نشان دهنده حرکت به سمت رابط های کاربری درک مستقیم تر و کاربرپسندتر، کاهش بار کاری خلبان و افزایش ایمنی است.