基本介紹
- 中文名：航天儀表
- 外文名：spacecraft instrument
儀表顯示主要特點,儀表的發展概況,未來發展,
儀表顯示主要特點
各類飛行器儀表顯示主要特點有下列幾種：
(1)飛船和殲擊機的座艙較小，採用較少(2～ 3個)的多功能顯示儀特別有利，前面說過，飛船可用兩個多功能顯示儀，殲擊機需增加一個平視顯示儀，作戰中它是武器瞄準系統的眼睛，非常重要，著陸/艦時，它看見機場/航母道跑的同時，還可看見必要飛行參數。作戰時平視顯示儀畫面的要求是，以我為中心能顯示敵我友三方相關的情況，這項任務應由探測雷達，敵我識別器和瞄準系統，以及計算機綜合完成(這是儀表顯示畫面中較複雜的一種)。
(2)用空對地攻擊的空地飛彈與制導炸彈等武器的機種，其平視顯示儀畫面內應含有被轟炸/攻擊目標附近的簡化數字地圖，被攻擊目標最好局部放大(這些都是航空航天儀表顯示畫面很擅長的特點)。
(3)運輸機和民航機儀表的特點很相似，主要以飛行、導航、發動機等系統運行狀態為主，要求使飛機能按最佳航線抵達目的地，是其重要顯示特點，其平視顯示儀以著陸過程中的綜合顯示為主。
(4)需對地面發射彈道飛彈的空間軌道飛行器中的儀表，也需要顯示帶世界地圖和被攻擊目標附近的數字地圖。
(5)太空梭既要在空間航行，返回著陸時又要在大氣中飛行，所以它的儀表應該具有在空間繞地球軌道飛行(與飛船空間站相似)和在大氣層飛行(與飛機相似)兩種功能。(6)上述各種不同的要求，均由顯示計算機和相關的設備完成。
儀表的發展概況
（1）載人太空飛行器顯示儀表的發展概況
飛船和太空梭儀表的發展過程和航空儀表發展過程非常接近，實際上飛船和太空梭儀表就是在航空儀表的基礎上修改設計而成的。修改設計的主要出發點有：①小型化，②組合化，③多用途。例如飛船和太空梭的全姿態指引儀，除了顯示俯仰、傾側和偏航三個姿態角之外，再組合三個姿態角速度，一個儀表指示6個參數。又如“阿波羅”飛船登月艙的儀表中，有一個指示登月艙在月球著陸，和從月球起飛時離月球表面的高度和升降速度表。在登月艙和指揮艙分離及對接時，該儀表又可指示兩艙的距離和距離變化率。這是多用途飛船和太空梭儀表的一個典型例子。這樣便可節省儀表的數量、體積、重量和耗電功率。
（2）90年代有代表性的先進航空儀錶板
諸多文獻認為麥克唐納一道格拉斯的MD一n型客機和波音777型客機的儀錶板是90年代先進航空儀錶板的代表。
波音777儀錶板的特點有：①彩色液晶平板顯示儀提供駕駛員和系統之間更友好的人機界面。顯示格式採用人機功效學的最新原理設計，信息量大；太陽照曬時讀數更清晰，用指令和顏色與濃淡來適應環境亮度變化。②採用可重構的多餘度管理，增加了系統的可靠性和靈活性。③飛行管理控制顯示儀，使駕駛員易於理解所顯示的數據，並減少低頭的時間。④採用觸敏游標控制，減少駕駛員使用儀表所需的時間。⑤用電子校對表來提高駕駛員的效率，許多檢查校對項目都是儀表自動完成的。⑥簡化維護工作，可提供需保養維護的數據表等。這些特點對載人太空飛行器儀表的發展有參考價值。
（3）彩色液晶平板顯示儀
彩色平板顯示儀是將來要代替彩色陰極射線管顯示儀的先進儀表。其特點有：厚度小(只有5.08cm)、重量輕(只有0.5kg)、功耗小、可靠性高，平均無故障間隔(MTBF)是陰極射線管的10倍，太陽光下的可見度是5倍，耐衝擊與振動，易於維護，無需用高壓電源，安全。以上這些均是飛船與太空梭儀表很重要的指標。可見彩色液晶平板顯示儀是載人空間飛行器的重要發展方向之一。現在己研製成的彩色有源矩陣液晶顯示儀的顯示屏面積為17cm*17cm，有I024*I024個象素，故分辯率很高，有16個灰度等級。彩色平板顯示儀有四種川：有源矩陣液晶顯示儀，薄膜場致發光顯示儀，發光二極體顯示儀；電漿平板顯示儀。其中彩色液晶平板顯示儀居於領先地位。
（4）平視顯示儀與頭盔顯示器
對於需在地面跑道著陸的空間飛行器(太空梭)，使用微波著陸系統時，大坡度(22)進場，套用平視顯示儀是很有益的。在平視儀中用彩色液晶平板顯示儀代替現有的CRT是很可取的。頭盔顯示器作為平視顯示儀的備份儀表，在太空梭進場著陸時使用，還是有可能的。液晶/頭盔顯示器(LiquidCrystalDisplay/HelmetMountedDISplay縮寫為LCD/HMD)原理樣機可望於90年代中期試飛。
（5）大螢幕顯示儀
90年代初期已在試飛的大螢幕顯示儀的尺寸為2c0mx2c0m，預計未來10年內能生產出50.scmX50.scm的產品。用頭盔顯示器做的虛擬儀錶板4[](見圖3)的螢幕可以做得更大。
（6）帶自然語言輸出的儀表
載人太空飛行器需要監測和顯示的參數多達數幹個。解決這個問題的有效辦法有：①自動分階段顯示該階段的主要參數。②大多數參數只監視不顯示，只有在它超差，越限時才用聲光報警並顯示該參數。這樣便實現只用少量儀表，監視大量參數。③用語言通報重要和有竟義的事件，以代替現有的事件指示器。這些帶自然語言輸出的儀表，充分發揮航天員聽覺的作用，又易於理解，參數量不限。而用音響(不同頻率和節拍的音響)報警與通報的參數量有限。必須指出：自然語言通報與聲光報警必須由計算機統一管理得有條不紊。現代的語音處理技術完全可以製成帶自然語言輸出的儀表(會說話的儀表)。
（7）玻璃座艙
1993年12月29日星際運輸飛行器玻璃座艙構想方案已製成。NASA即將訂購4套(每套11個17x17cm，(6.7x6.7時的彩色液晶顯示屏)供軌道飛行器用，分別供訓練飛行模擬器和太空梭實驗室用。從實驗室設備，訓練飛行模擬器和軌道飛行器都已準備全部採用彩色液晶顯示屏。支持這些顯示器的多功能電子顯示系統MED(SMuliftucnitonlEec-tronieDisplaySubsystem)包括4套集成顯示處理器IDPS(IntegratedDisplayProees-sosr)和模數變換器。集成顯示處理器採用Intel公司的80386處理器帶300M硬碟。MEDS接在4套軍標1553B數據匯流排上。
未來發展
套用在未來載人太空飛行器顯示儀表中比較有優勢的技術有下列幾種：
①對於一些只需用固定格式顯示，又要經常顯示的參數，用液晶平板顯示器是很可取的。
②顯示屏較大、解析度較高(例如1024x1024象素)的彩色液晶平板顯示儀，做多功能顯示儀。用綜合化與三維圖形來顯示變動格式的顯示儀表，是有優勢的。
③觸敏顯示屏使顯示與控制綜合一體化，可節省原控制開關與按鈕等所占用的大量座艙面積與重量，也是很可取的。
④帶有自然語言輸出的儀表，在計算機統一管理下，有條不紊地發出語言通報和聲光報警，對於常浮游在艙內各處的航天員來說，是很有新意的儀表，它可大大發揮航天員聽覺作用，有效地減輕航天員的視覺負擔。
⑤許多參數只要在正常範圍內便不顯示，在它超差或越限時，用自然語音通報，這樣也可有效地減少需顯示參數的數量，解決“信息爆炸”問題。在現有太空梭和一般飛機上使用的注意/告警燈陣列和告警牌的基礎上，再加上用自然語言通報，則系統的性能就更為完善。
⑥有知識庫與推理機和自學習等功能的智慧型儀表，是載人太空飛行器顯示儀表的重要發展方向之一，需專題討論。
⑦採用超高速處理晶片和快速算法，以解決儀表顯示畫面實時更新的問題。採用帶光碟的電子庫系統來解決圖形庫和多幅顯示畫面、算法庫、資料庫等所需的大容量存儲問題。這些都是當代先進技術套用於載人太空飛行器顯示儀表的重要方面。對儀表的未來發展都會起到很好作用。
⑧需要在地面跑道著陸的太空梭，平視顯示儀(以頭盔顯示器為配用)是不可少的。
