2020年底中国空军头盔瞄准具，战机头盔展示的高科技飞行装备引起了军迷的热议。
近年来，世界各国都在积极适应实战需要，在头盔显示器的开发和使用上不断角力。经过美军的多次尝试，F-35战机有了可用的头盔显示器，现在开始考虑延长寿命。早在 2017 年，就有消息称俄罗斯军方将收到先进的虚拟现实耳机。以色列在这方面不仅“自给自足”，还开始向其他国家提供头盔显示器。2019年，英国公司BAE Systems披露了其“Forward II”高级头盔显示器的最新设计细节。
头盔显示器支持短程空对空导弹的大型离轴发射。个人资料图片
那么，战机头盔显示器的作用是什么？现在发展到什么阶段了？未来会往哪个方向发展？请看专家解读。
如果要问飞行员身上的哪些装备最科幻，相信大部分人都会选择“头盔显示器”。
但是，头盔的展示不仅仅关乎颜值，堪称“颜值兼实力”。它可以像普通头盔一样佩戴使用，但可以显示飞行和作战的各种关键信息，不影响飞行员对外界环境的观察，还可以与飞机的火控系统自动交联，一次性启用诸如发现、定位和攻击等操作。
高性能头盔显示器无疑是飞行员控制战机的得力助手。
一款更贴合脸部的多功能头盔
在日新月异的现代空战中，飞行员不仅要抬头观察外界环境，低头查看驾驶舱内各种仪表和显示器的信息，还要操作火控雷达等传感器，进行跟踪和跟踪。瞄准目标。难以想象。
头盔显示器的出现，提供了满足上述要求并能“减轻”飞行员负担的一体化解决方案，即作为一种高效的人机交互手段，为飞行员提供安全防护、信息显示、跟踪和瞄准。为了更好的发挥作用，部分型号的头盔显示器也进行了个性化定制，甚至根据飞行员的头型进行造型，可以说更加贴脸。
一是安全保护功能。头盔显示器具备安全保护功能是一项常规要求。通过对头盔本体形状和结构的合理设计，集成了氧气面罩、耳机、护目镜、安全气囊等部件，可提供防撞、降噪、氧气保护、过载等多种功能反抗。
二是信息展示功能。头盔显示器可以为飞行员显示飞行器的飞行高度、速度、姿态等信息，还可以显示机载武器的详细状态，无需像佩戴一样频繁转头切换视角传统头盔。
三是跟踪瞄准功能。它在这方面的作用原理和过程是：借助一定的技术手段，对头盔本体的位置变化进行定位，分析飞行员视线角度的变化，并将相关信息上传到机载火控系统。导引头将随着飞行员的视线旋转，使其能够快速拦截目标。借助头盔显示器，飞行员可以有效减少攻击目标时的操作动作，缩短攻击时间，充分发挥空空导弹大范围发射目标的能力离轴角度。
根据选择，头盔显示器的功能会有所不同
在结构上，完整的头盔显示器除了头盔外，还包括显示模块、定位模块等。
显示模块应保证飞行员不仅能看到特定的字符和图像，还能看到外部环境中国空军头盔瞄准具，通常以“透反”的方式生成和显示信息。根据技术路线的不同，通常分为投影型、OLED、光波导等。
在头盔显示器的小型化、轻量化、可靠性方面，不同的技术路线各有优缺点，不同的头盔显示器会采用不同的组合方式。部分战机的联合头盔显示器将采用双目投影显示技术，而部分机型的直升机头盔显示器将采用单目OLED显示器。
定位模块旨在实时计算头盔位置和飞行员的视线角度信息。主流的技术手段包括电磁定位和光学定位。
电磁定位装置主要由头盔上的信号接收模块和驾驶舱内的信号发射终端组成。通过感应不同位置电磁信号的变化，可以计算出准确的头盔位置。如F-16战机使用的联合头盔制导系统，其定位模块采用电磁定位。
光学定位是通过特殊的定位标记，通过图像计算得到头盔的准确位置。阵风的“前锋”头盔显示器使用光学定位。
上述两种方法各有利弊。电磁定位的优点是头盔上的模块小，减重效果明显。头盔外形和重量都比较大。
近年来，随着MEMS陀螺仪技术的发展，形成了视觉与MEMS陀螺仪相结合的定位方式，既可以减轻系统的重量，又可以降低整个系统的复杂度。
从简单到复杂，技术更成熟，功能更齐全
战斗机头盔显示器自1970年代诞生以来，已有近50年的历史，经历了头盔瞄准具、单目头盔显示器、双目头盔显示器等几个发展阶段。
阵风的“前锋”头盔显示器。个人资料图片
头盔瞄准具仅在飞行员眼前显示简单的瞄准符号，例如十字或圆圈。南非的幻影F1AZ战机早先装备了头盔瞄准具，用于制导法国V3Z红外制导空空导弹，效果不错。该型产品随后被广泛应用于俄罗斯Su-27、MiG-29等战机，实现了R-73短程空空导弹的大型离轴发射，显着提高了战机的近距离作战能力。
头盔瞄准具只能提供有限的信息。于是，1990年代出现了显示能力更强的单目头戴式显示器。
其代表产品是美国空军目前广泛装备的联合头盔制导系统。该产品历经两代研制，先后装备于F-15、F-16、F-18等系列战机，并出口日本、韩国等国家. 它采用可拆卸、高度集成的模块设计，可在20度左右的圆形区域内单目显示飞行信息和武器瞄准符号。
单目头盔显示器的显示视野比较窄，由于飞行员的眼睛看到的信息不同，很容易诱发“双目竞争”效应。
进入21世纪后，头盔显示器开始升级为双目显示器和彩色显示器。代表产品包括“阵风”战机上的“Strider”头盔展示和F-35战机上的联合头盔展示。
F-35战机的联合头盔显示器集成了夜视摄像头，结合安装在飞机上的红外成像设备，可以“画中画”显示飞行信息、实时图像、火控信息“ 方式。
俄罗斯 Shchel-3UM 头盔瞄准具。个人资料图片
研发门槛高，做“硬核”头盔不易
虽然全世界的飞行员都渴望使用更好的头盔显示器，但真正被广泛使用的头盔显示器并不多。主要是相关研发技术和要求确实不低：
一是技术难发展。头盔显示器的发展涉及人体工程学、微电子学、光学、电磁学、精密加工和装配等诸多学科。开发门槛高，实现难度大。目前，只有埃及罗克韦尔柯林斯、埃尔比特、泰雷兹等少数飞机航电系统公司具备相关研发能力。
二是平台要求高。头盔显示器要发挥作用，首先，战机必须拥有先进的航电系统，能够挂载先进的大型离轴攻击短程空空导弹。为了方便测量和定位，驾驶舱也需要特别改装。
三是使用大负载。由于集成了大量的功能模块，头盔显示器的重量一直都比较大。部分战机上的联合头盔显示器重量接近2公斤，相当于空战机动时头部10-15公斤的重量。
第四，系统昂贵。受多种因素影响，战机头盔显示器成本较高，采购价格一直居高不下。据相关报道，美国F-35战斗机配备的联合头盔显示器单套成本高达40万美元。
由此看来，虽然部分飞机的软硬件支持头盔显示器的操作，但飞行员仍然无法实现单手头盔。这种情况出现在一些国家的空军中也就不足为奇了。
利用多种新兴技术升级未来可期
目前，世界上三代半以上的战机普遍可以配备头盔显示器。”，法国的“阵风”，欧洲的“台风”等。
未来随着技术的不断进步，头盔显示器的集成化、轻量化、模块化水平将进一步提升，价格也会更加实惠。届时，它将成为每位战斗机飞行员的标配，让飞行员有如在空中作战的感觉。手臂使手指，如虎添翼。
第二代JHMCS头戴式显示产品。个人资料图片
除了不断提升头盔显示器的性能外，与战斗机相关的跟踪瞄准技术也在不断发展。热门的技术方向主要包括语音控制、脑机接口和眼动追踪。
使用语音控制技术可以通过增加控制指令通道进一步降低飞行员的操作压力。事实上，语音识别技术已经成熟，应用到头盔显示器上已经不远了。
利用脑机接口技术，可以采集飞行员的脑电波活动模式和作战指令，并输出到飞机航电系统。理论上，采用该技术后，飞行员可以实现“动作即心跳”，为空战人机交互带来新的变化。
眼动追踪技术的使用可以解决在大过载机动情况下，飞行员头部难以在大范围内旋转而导致瞄准困难的问题。应用这项技术后，飞行员只需将眼睛一直盯着目标，眼动追踪装置就可以帮助飞行员完成瞄准。
这些新技术的逐渐成熟和应用，将在不久的将来引发头盔显示器的新一轮变革。
（作者：空军研究所）
版面设计：梁晨王浩凡
供图：林明东
