[科普中国]-航天仪表

仪表显示主要特点

各类飞行器仪表显示主要特点有下列几种：

(1)飞船和歼击机的座舱较小，采用较少(2～ 3个)的多功能显示仪特别有利，前面说过，飞船可用两个多功能显示仪，歼击机需增加一个平视显示仪，作战中它是武器瞄准系统的眼睛，非常重要，着陆/舰时，它看见机场/航母道跑的同时，还可看见必要飞行参数。作战时平视显示仪画面的要求是，以我为中心能显示敌我友三方相关的情况，这项任务应由探测雷达，敌我识别器和瞄准系统，以及计算机综合完成(这是仪表显示画面中较复杂的一种)。

(2)用空对地攻击的空地导弹与制导炸弹等武器的机种，其平视显示仪画面内应含有被轰炸/攻击目标附近的简化数字地图，被攻击目标最好局部放大(这些都是航空航天仪表显示画面很擅长的特点)。

(3)运输机和民航机仪表的特点很相似，主要以飞行、导航、发动机等系统运行状态为主，要求使飞机能按最佳航线抵达目的地，是其重要显示特点，其平视显示仪以着陆过程中的综合显示为主。

(4)需对地面发射弹道导弹的空间轨道飞行器中的仪表，也需要显示带世界地图和被攻击目标附近的数字地图。

(5)航天飞机既要在空间航行，返回着陆时又要在大气中飞行，所以它的仪表应该具有在空间绕地球轨道飞行(与飞船空间站相似)和在大气层飞行(与飞机相似)两种功能。(6)上述各种不同的要求，均由显示计算机和相关的设备完成1。

仪表的发展概况（1）载人航天器显示仪表的发展概况

飞船和航天飞机仪表的发展过程和航空仪表发展过程非常接近，实际上飞船和航天飞机仪表就是在航空仪表的基础上修改设计而成的。修改设计的主要出发点有：①小型化，②组合化，③多用途。例如飞船和航天飞机的全姿态指引仪，除了显示俯仰、倾侧和偏航三个姿态角之外，再组合三个姿态角速度，一个仪表指示6个参数。又如“阿波罗”飞船登月舱的仪表中，有一个指示登月舱在月球着陆，和从月球起飞时离月球表面的高度和升降速度表。在登月舱和指挥舱分离及对接时，该仪表又可指示两舱的距离和距离变化率。这是多用途飞船和航天飞机仪表的一个典型例子。这样便可节省仪表的数量、体积、重量和耗电功率。

（2）90年代有代表性的先进航空仪表板

诸多文献认为麦克唐纳一道格拉斯的MD一n型客机和波音777型客机的仪表板是90年代先进航空仪表板的代表。

波音777仪表板的特点有：①彩色液晶平板显示仪提供驾驶员和系统之间更友好的人机界面。显示格式采用人机功效学的最新原理设计，信息量大；太阳照晒时读数更清晰，用指令和颜色与浓淡来适应环境亮度变化。②采用可重构的多余度管理，增加了系统的可靠性和灵活性。③飞行管理控制显示仪，使驾驶员易于理解所显示的数据，并减少低头的时间。④采用触敏光标控制，减少驾驶员使用仪表所需的时间。⑤用电子校对表来提高驾驶员的效率，许多检查校对项目都是仪表自动完成的。⑥简化维护工作，可提供需保养维护的数据表等。这些特点对载人航天器仪表的发展有参考价值。

（3）彩色液晶平板显示仪

彩色平板显示仪是将来要代替彩色阴极射线管显示仪的先进仪表。其特点有：厚度小(只有5.08cm)、重量轻(只有0.5kg)、功耗小、可靠性高，平均无故障间隔(MTBF)是阴极射线管的10倍，太阳光下的可见度是5倍，耐冲击与振动，易于维护，无需用高压电源，安全。以上这些均是飞船与航天飞机仪表很重要的指标。可见彩色液晶平板显示仪是载人空间飞行器的重要发展方向之一。现在己研制成的彩色有源矩阵液晶显示仪的显示屏面积为17cm*17cm，有I024*I024个象素，故分辩率很高，有16个灰度等级。彩色平板显示仪有四种川：有源矩阵液晶显示仪，薄膜场致发光显示仪，发光二极管显示仪；等离子体平板显示仪。其中彩色液晶平板显示仪居于领先地位。

（4）平视显示仪与头盔显示器

对于需在地面跑道着陆的空间飞行器(航天飞机)，使用微波着陆系统时，大坡度(22。)进场，应用平视显示仪是很有益的。在平视仪中用彩色液晶平板显示仪代替现有的CRT是很可取的。头盔显示器作为平视显示仪的备份仪表，在航天飞机进场着陆时使用，还是有可能的。液晶/头盔显示器(LiquidCrystalDisplay/HelmetMountedDISplay缩写为LCD/HMD)原理样机可望于90年代中期试飞。

（5）大屏幕显示仪

90年代初期已在试飞的大屏幕显示仪的尺寸为2c0mx2c0m，预计未来10年内能生产出50.scmX50.scm的产品。用头盔显示器做的虚拟仪表板4[](见图3)的屏幕可以做得更大。

（6）带自然语言输出的仪表

载人航天器需要监测和显示的参数多达数干个。解决这个问题的有效办法有：①自动分阶段显示该阶段的主要参数。②大多数参数只监视不显示，只有在它超差，越限时才用声光报警并显示该参数。这样便实现只用少量仪表，监视大量参数。③用语言通报重要和有竟义的事件，以代替现有的事件指示器。这些带自然语言输出的仪表，充分发挥航天员听觉的作用，又易于理解，参数量不限。而用音响(不同频率和节拍的音响)报警与通报的参数量有限。必须指出：自然语言通报与声光报警必须由计算机统一管理得有条不紊。现代的语音处理技术完全可以制成带自然语言输出的仪表(会说话的仪表)。

（7）玻璃座舱

1993年12月29日星际运输飞行器玻璃座舱设想方案已制成。NASA即将订购4套(每套11个17x17cm2，(6.7x6.7时2的彩色液晶显示屏)供轨道飞行器用，分别供训练飞行模拟器和航天飞机实验室用。从实验室设备，训练飞行模拟器和轨道飞行器都已准备全部采用彩色液晶显示屏。支持这些显示器的多功能电子显示系统MED(SMuliftucnitonlEec-tronieDisplaySubsystem)包括4套集成显示处理器IDPS(IntegratedDisplayProees-sosr)和模数变换器。集成显示处理器采用Intel公司的80386处理器带300M硬盘。MEDS接在4套军标1553B数据总线上。

未来发展应用在未来载人航天器显示仪表中比较有优势的技术有下列几种：

①对于一些只需用固定格式显示，又要经常显示的参数，用液晶平板显示器是很可取的。

②显示屏较大、分辨率较高(例如1024x1024象素)的彩色液晶平板显示仪，做多功能显示仪。用综合化与三维图形来显示变动格式的显示仪表，是有优势的。

③触敏显示屏使显示与控制综合一体化，可节省原控制开关与按钮等所占用的大量座舱面积与重量，也是很可取的。

④带有自然语言输出的仪表，在计算机统一管理下，有条不紊地发出语言通报和声光报警，对于常浮游在舱内各处的航天员来说，是很有新意的仪表，它可大大发挥航天员听觉作用，有效地减轻航天员的视觉负担。

⑤许多参数只要在正常范围内便不显示，在它超差或越限时，用自然语音通报，这样也可有效地减少需显示参数的数量，解决“信息爆炸”问题。在现有航天飞机和一般飞机上使用的注意/告警灯阵列和告警牌的基础上，再加上用自然语言通报，则系统的性能就更为完善。

⑥有知识库与推理机和自学习等功能的智能仪表，是载人航天器显示仪表的重要发展方向之一，需专题讨论。

⑦采用超高速处理芯片和快速算法，以解决仪表显示画面实时更新的问题。采用带光盘的电子库系统来解决图形库和多幅显示画面、算法库、数据库等所需的大容量存储问题。这些都是当代先进技术应用于载人航天器显示仪表的重要方面。对仪表的未来发展都会起到很好作用。

⑧需要在地面跑道着陆的航天飞机，平视显示仪(以头盔显示器为配用)是不可少的2。