Mira/Display Montado no Capacete (HMS/HMD)

Nos anos 80, o sistema de mira montada no capacete (HMS) surgiu como um sistema padrão em aeronaves de caça soviéticas. Desde então, a tecnologia evoluiu e o HMS “transformou-se” em um sistema de display montado no capacete, suprimindo inclusive o HUD no caso do F-35. Trata-se de uma tecnologia disrruptiva no combate aproximado e na consciência situacional do piloto. 

Por: Ricardo N. Barbosa

A mira ou display montado no capacete (Helmet Mounted Sight – HMS / Helmet Mounted Display – HMD) é um sistema eletro-óptico compacto, montado no capacete, usado para projetar uma mira, dados ou imagens diretamente no campo de visão do piloto. O HMS/HMD permite ver o ambiente externo simultaneamente com informações de mira, voo e outros dados.

O HMS/HMD pode apontar o radar, sensores de mísseis e outros sensores. O rastreador permite que o computador de missão saiba onde o piloto está olhando para apontar armas até o alvo, pode também ajudar o piloto a encontrar e identificar alvos que estejam sendo rastreados por algum sensor.

História do HMS/HMD

Na Primeira Guerra Mundial, a instalação de metralhadoras em aviões marcou o início oficial da evolução do emprego de armas centradas no piloto. Desde então os pilotos passaram a apontar o nariz de sua aeronave na direção do alvo. A dinâmica do combate aéreo exigia que os pilotos superassem-se mutuamente. Velocidade e agilidade superiores da aeronave foram a chaves para um compromisso bem sucedido; no entanto, esse cenário mudou com a introdução de mísseis infravermelhos HOBS (High Off-Boresight) apontados por sistemas de mira no capacete (Helmet Mounted Sight – HMS).

O avanço tecnológico das aeronaves de combate e da interface piloto-aeronave teve um crescimento constante ao longo da história. Seguindo a inovação da metralhadora montada, o desenvolvimento do radar aerotransportado e do sistema de busca e rastreamento por infravermelho (IRST) permitiu que os pilotos de caça levassem suas armas para além do alcance visual e do eixo longitudinal da aeronave.

Na maioria das aeronaves de caça o campo de visão desses dois sistemas de orientação (radar e IRST) está a aproximadamente ±60° do eixo longitudinal da aeronave (±60° off-boresight), ou seja, podem enxergar até o limite de 60° para qualquer dos lados a partir do nariz da aeronave. Embora ambos os sistemas fossem muito importantes para a habilidade de usar armas além do alcance visual, o emprego de mísseis guiados por calor e canhões modernas no combate aproximado ainda requeria que o piloto apontasse o nariz do caça para o alvo. Consequentemente os caças poderiam se envolver em combates de longa duração, tornando-se vulneráveis tanto à aeronave com a qual estavam envolvidos quanto a outras aeronaves inimigas na área – um cenário mortal.

A introdução do head-up display (HUD) marcou o primeiro passo para permitir que os pilotos apontassem seus mísseis ou armas com um dispositivo de mira fora do painel de instrumentos. Um salto gigantesco em termos de interface piloto-aeronave, o HUD exibia não apenas símbolos precisos de pontaria das armas, mas também dados de voo relevantes, como velocidade no ar, altitude e rumo. Pela primeira vez os pilotos puderam ver essas informações sem olhar para dentro do cockpit. O campo de visão, porém, ainda era limitado a ±10° off-boresight (arco de 20°), ainda exigia posicionar o alvo à frente do nariz da aeronave.

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O HUD ainda limita o campo de visão do piloto a 20°.

Atualmente, o desenvolvimento de armas de alto desempenho, como os mísseis HOBS apontados por HMS, está impulsionando o mais recente trabalho no emprego de armas centradas no piloto. Muitas forças aéreas já têm essa capacidade e várias outras estão adquirindo isso. Esse cenário representa uma mudança de paradigma total na forma como o combate ar-ar é realizado. A referência para apontar uma arma não é mais o nariz da aeronave, mas sim o capacete do piloto, ou melhor, a linha de visão do piloto (LoF – Line of Sight). Enquanto o alvo estiver dentro do alcance visual e o piloto poder visualizar o alvo através da mira na viseira do capacete, a posição relativa da aeronave em relação ao inimigo não é crítica, as implicações táticas decorrente dessa realidade são profundas.

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Com o HMS/HMD a referência de mira é a “visão” do piloto.

Desde o início do combate aéreo as forças aéreas em todo o mundo têm uma corrida tecnológica voltada para a conquista de superioridade aérea por meio de mais propulsão e manobrabilidade nas aeronaves de combate. Mas esses novos níveis de desempenho podem prejudicar os humanos. Por exemplo, os pilotos sujeitos a elevadas cargas G correm o risco de perda de consciência e incapacidade prolongada; no entanto, a mira montada no capacete (HMS) e os mísseis HOBS, capazes de puxar mais de 50Gs, podem executar curvas com alto G em vez do piloto. Um F-5 com HMS/HMD e míssil HOBS agora pode ameaçar no combate aproximado aeronaves muito mais complexas e manobráveis, como F-22 e Su-35S.

Um dos sistemas HMS mais antigos (1970) a ser utilizado foi o sistema eletro-mecânico do helicóptero de ataque AH-1G Huev Cobra do exercito americano. O piloto direcionava a metralhadora articulada do helicóptero apontando a retícula montada no capacete sobre o alvo.

A Força Aérea Sul-Africana (SAAF) foi a primeira a voar aeronaves de asa fixa com uma versão bastante grosseira de um HMS, que equipou nos anos 70 seus caças Mirage F1. O HMS era utilizado para apontar o míssil ar-ar de curto alcance V3B (míssil WVR de terceira geração) desenvolvido localmente.

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A SAAF foi a primeira a utilizar um HMS em seus caças.

Os militares norte-americanos introduziram o HMS em aeronaves de asa fixa no início dos anos 70. Várias centenas de sistemas de aquisição visual de alvos (visual targeting acquisition systems – VTAS) foram colocados em caças F-4N/J Phantom da US Navy entre 1973 e 1979. Este programa acabou por ser abandonado porque as capacidades do VTAS não foram acompanhadas pela tecnologia dos mísseis AIM-9G/H (míssil WVR de segunda geração) da época.

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O VTAS equipou caças F-4N/J da US Navy nos anos 70.

Durante as “Guerras de Fronteira” entre Angola e a África do Sul, no início dos anos 80, o complexo de combate aproximado HMS/V3B da África do Sul provou ser mortal para os caças soviéticos levados pelas forças angolanas. A Rússia tomou conhecimento e iniciou um programa de desenvolvimento de alta velocidade para trazer a tecnologia HMS para seus mais recentes projetos de caça. O resultado foi um sistema HMS monocular (Shchel-3UM) ligado ao míssil ar-ar-ar de curto alcance Vympel R-73, apelidado de AA-11 “Archer” pela OTAN. Pela primeira vez um sistema HMS era acoplado a um míssil WVR de quarta geração.

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O complexo HMS/V3B da SAAF castigou os caças soviéticos.

Um MiG-29 soviético foi fotografado em 1985, mostrando pela primeira vez para o ocidente seu sistema HMS Shchel-3UM. A capacidade do HMS russo passou a ser conhecido após a queda do muro de Berlim quando um esquadrão da Luftwaffe (Jagdgeschweders 73 – JAG 73) passou completo com seus MiG-29 para o lado ocidental. Tanto o MiG-29 quanto o Su-27 adotaram o Shchel-3UM como equipamento padrão.

Os pilotos menos treinados podem ter vantagem com o uso do HMS. O MiG-29 com R-73 permitia aos pilotos mal treinados do Pacto de Varsóvia terem superioridade no combate aproximado sobre os pilotos da OTAN muito mais bem treinado. A única resposta ocidental ao complexo soviético Shchel-3UM/R-73 veio de Israel, que desenvolveu o míssil Python IV apontado pelo HMD DASH III, que juntos acabaram por superar em vários parâmetros a dupla soviética.

Os israelenses iniciaram nos anos 80 um programa acelerado que implantou em 1994 o HMD Elbit DASH III para direcionamento fora do eixo do míssil HOBS Rafael Python IV (míssil WVR de quarta geração). Diferente dos HMS legados, o HMD não restringe-se à apresentação de uma mira simples, apresenta também dados de voo e de combate. O DASH já era usado para disparar o Python III, mas tratava-se de um míssil WVR de terceira geração que não aproveitava toda a vantagem de um sistema de mira no capacete. Em 2001, os F-16 e F-15 israelenses equipados com o DASH III / Python IV foram testado em combates simulados contra os F/A-18 da US Navy equipados com o AIM-9M. Os caças israelenses venceram 220 de 240 engajamentos e perderam 20.

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O HMD apresenta informações diretamente na viseira.

Após a experiência inicial com o VTAS nos anos 70, os EUA e Europeus foram mais reticentes na adoção da tecnologia HMS/HMD, estudando a ergonomia e aspectos de desempenho, além disso não  tinham mísseis que aproveitassem esta capacidade. Os EUA não tiveram esta capacidade por duas décadas. A contramedida passou a ser atacar a distância maior e evitar o combate aproximado. A primeira reação americana foi dar prioridade ao combate a longa distância com o míssil AMRAAM.

Os americanos iniciaram os testes com vários HMS/HMD nos anos 90 e desenvolveram o JHMCS junto com o míssil AIM-9X, que entraram em operação nos anos 2000. Apesar do atraso inicial em adotar a tecnologia HMS/HMD, os EUA assumiram a vanguarda da mesma quando na década 2010 lançaram o HMDS Gen III para o F-35.   

Desafios do HMS/HMD

Os HMS e HMD iniciais não levaram em conta a frequência com que os pilotos usavam a visão periférica durante o dogfight de curto alcance. Em geral, enquanto usam capacetes, eles podem virar a cabeça a aproximadamente 60 graus de um lado a outro do eixo longitudinal da aeronave. As novas tecnologias, no entanto, conferem aos mísseis de quarta e quinta geração, mísseis HOBS, uma capacidade fora do eixo (off-boresight) superior a 60 graus.

A fim de compensar esse alcance limitado do movimento da cabeça dos pilotos, alguns HMDs modernos utilizam uma visão “up-look”. Isto é, dois retículos, um de cada lado do capacete, proporcionam maior capacidade de indicação off-boresight, permitindo que os pilotos projetem o míssil com sua visão periférica. Assim, eles podem utilizar a capacidade total da tecnologia dos mísseis e empregar com sucesso armas além dos 60 graus off-boresight. Com os retículos “up-look”, o limite off-boresight está na arma e não no capacete.

O peso extra do hardware em sistemas HMS/HMD pode representar um problema. Embora os engenheiros possam tornar as unidades incrivelmente leves, o ambiente operacional para as aeronaves de combate é muito mais complexo do que o G experimentado normalmente aqui na Terra. Os pilotos de caça de hoje tentam engajar alvos sob cargas de até nove Gs – nove vezes a força da gravidade. 

Como os pilotos que lutam o dogfight constantemente movem suas cabeças para definir a trajetória de voo e manobrar para engajar o adversário, ter que suportar peso extra com um centro de gravidade ligeiramente diferente coloca uma enorme quantidade de carga sobre o pescoço. Esta é uma preocupação séria, os pilotos das forças aéreas em todo o mundo já perdem um número considerável de dias úteis devido a lesões no pescoço. Esses números vão saltar dramaticamente à medida que mais pilotos começam a voar cada vez mais com HMS/HMD.

Além do aumento das lesões no pescoço devido às manobras de voo, deve-se também considerar o efeito do peso adicional do capacete no piloto durante a ejeção, particularmente a possibilidade de lesão no pescoço devido ao carregamento inercial com o acionamento da carga explosiva do assento ejetor ou o acionamento do paraquedas. Engenheiros e desenvolvedores devem equilibrar a capacidade com a segurança do piloto, talvez optando por diminuir os limites máximos das manobras nas aeronaves se o piloto estiver equipado com um sistema HMS/HMD. 

No processo de fabricação de HMDs modernos, cada capacete deve ser personalizado para o piloto que vai usá-lo. O ajuste personalizado em si é um processo de até dois dias envolvendo uma série de medições e ajustes, incluindo as vezes a realização de uma varredura a laser da cabeça do piloto para estabelecer a localização da pupila e determinar o tamanho do capacete. Almofadas personalizadas são então fresadas para entrar no capacete e garantir um encaixe perfeito no crânio do piloto. A colocação da unidade de exibição é ajustada para coincidir com a localização da pupila do piloto e os visores são aparados. Finalmente, todos os componentes individuais são montados e o capacete é submetido a testes funcionais para refinar ainda mais o alinhamento da tela aos olhos do piloto.

Voar com o HMD aumenta o potencial de desorientação espacial, bem como a saturação de tarefas. A maioria dos pilotos de caça estão acostumados a voar com informações do HUD, que estão sempre no mesmo lugar em relação ao avião – na linha de visão na direção em que a aeronave está voando. Mas voar com displays do tipo “HUD” na viseira pode inicialmente ser desorientador, porque a informação agora está localizada onde quer que o piloto esteja olhando. O problema é agravado à noite devido à falta de um horizonte ou de pistas visuais.

Além disso, ter que acompanhar os parâmetros da aeronave, como altitude, rumo e velocidade aerodinâmica mostrados diretamente em frente ao olho, enquanto tenta empregar e monitorar armas durante o dogfight, pode rapidamente tornar-se avassalador para os pilotos. Para ajudar a diminuir o perigo do HMD saturar o piloto de tarefas, os projetistas podem habilitar uma função HOTAS (acionada por comandos no manche ou manete) para que os pilotos possam anular a exibição, ou mudar para um modo mais simples se a mesma tornar-se uma distração no ambiente tático.

Como observado, as questões do fator humano relativas aos sistemas HMS/HMD não devem ser ignoradas. A conscientização dessas questões, juntamente com a educação e o treinamento adequado, pode ajudar a evitar que esses problemas levem à diminuição da efetividade desse sistema de armas, além de evitar danos materiais e pessoais. 

HMS/HMD de primeira geração

A primeira geração são os sistemas de mira montada no capacete (HMS) com um campo de visão (FoV) de 6 x 4 graus, originalmente não mostram dados e são usados para aquisição de alvos fora do campo de visão do HUD. As verões mais atuais podem projetar alguns dados simples no seu pequeno campo de visão.

Sistema HMS Shchel-3UM

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O Shchel-3UM foi desenvolvido pela Arsenal (localizada na província ucraniana da URSS) no início dos anos 80, tornou-se o primeiro HMS a trabalhar em conjunto com um míssil WVR de quarta geração e a ser adotado como um sistema padrão em aeronaves de caça (MiG-29 e Su-27). O Shchel-3UM era montado sobre o capacete soviético ZSh-5, posteriormente também foi integrado ao capacete ZSh-7.

O Shchel-3UM era bastante rústico, utilizava um monóculo sobre o olho direito com um simbologia simples de mira que piscava quando o míssil travava no alvo, mas que em conjunto com o míssil HOBS de quarta geração R-73 entregava uma capacidade fora do eixo muito superior ao complexo HUD/AIM-9L do lado ocidental. O alvo poderia ser designado dentro do campo de observação (FoR) de +60°/-60° em azimute e +15°/-15° em elevação através do monóculo com 6° x 4° de campo de visão (FoV).

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O rústico capacete ZSh-5 foi a base do Shchel-UM.

O complexo original Shchel-3UM/ZSh-5 foi concebido sem ter em conta a posição do centro de gravidade, um piloto não familiarizado poderia torcer o pescoço em manobras com elevada sobrecarga. Os pilotos ocidentais chamavam o ZSh-5 de “capacete medieval russo”. Como atenuante ao problema de centro de gravidade, após a unificação das duas alemanhas no início dos anos 90 os pilotos de MiG-29 da mesma integraram o sistema Shchel-3M ao capacete ocidental HGU-55/G.

Outro problema era que o sistema não gerava uma caixa de designação de alvo e tinha campo de visão limitado a apenas 6 x 4 graus, dessa forma o piloto não tinha como confirmar qual alvo tinha sido travado pelo míssil, um desafio significativo em um dogfight multi-aeronaves com mais de uma aeronave dentro do campo de visão ou próximo dele.


Sistema HMS Sura/Sura-K/Sura-M

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O sistema de designação de alvos montado no capacete “Sura”, produzido pela Arsenal, Ucrânia, é uma modificação do sistema “Shchel-3UM” da mesma fabricante. A nova geração apresenta maior precisão, maior faixa de designação de alvo e peso reduzido em relação ao Shchel-3UM.

Visualmente ambos os sistemas da Arsenal possuem a mesma arquitetura base, mas o Sura possui a base articulada do monóculo na extremidade direita da unidade montada no capacete, enquanto a mesma é centralizado no Shchel-3UM.

Após a dissolução da URSS, o Sura foi importado pela Rússia e consolidou-se como o sistema HMS padrão nos caças russos, novos e modernizados, sendo instalado no Su-30MKI e Su-30MKM; a variante Sura-K foi instalada no Su-27SM/SM3, Su-27SK, Su-30M2, Su-30MKK e Su-30MK2; e a variante Sura-M foi instalada no Su-35S, Su-30SM, MiG-29SMT e MiG-29UB.

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O Sura originalmente apresenta simbologia básica de mira.

As marcas de mira (aiming mark – AM) e sinal (signal mark – SM) são indicadas no campo de visão de apenas 6 x 4 graus sobre um monóculo no olho direito. O limite de designação de alvo é de +70°/-70° em azimute e +65°/-35° em elevação. A precisão de designação é de 3 mrad. O complexo Sura, Sura-K pesa 10kg e o complexo Sura-M pesa 6kg. A unidade montada no capacete pesa 0,38kg (com cabo).

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O Sura modernizado apresenta dados básicos de pontaria.

A Arsenal oferece uma modernização que insere informações adicionais de voo (altitude, velocidade, distância ao alvo e etc…), além da simbologia simples com marcas de mira e sinal. O tipo de informação é especificada para cada tipo de aeronave. O tamanho angular da informação exibida é 6 x 4 graus A atualização é realizada substituindo a unidade montada no capacete e duas placas na unidade eletrônica.


Sistema HMS NSTs-T

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Durante o período de 2015-2016, a Elektroavtomatika completou o desenvolvimento de um sistema HMS para substituição das versões Sura importadas para as aeronaves russas. Inicialmente o NSTs-T foi desenvolvido para equipar a aeronave de treinamento avançado Yak-130, mas o embargo ucraniano em 2014 levou a Rússia a adotar o NSTs-T como substituto da linha Sura em suas aeronaves.

Até o momento não existem informações concretas sobre o desempenho do NSTs-T, é possível observar apenas que trata-se da mesma arquitetura originada no Shchel-3UM, não é possível, por exemplo, determinar se o mesmo utiliza apenas um sistema de pontaria simples como o Sura padrão, ou se projeta informação básicas como o Sura modernizado.

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O Yak-130 era o destino inicial do NSTs-T na aviação russa.

O NSTs-T é muito parecido com o Sura, mas pode ser diferenciado pela base do monóculo, no Sura a articulação do monóculo está na parte traseira da unidade montada no capacete, enquanto o NSTs-T a mesma está na parte frontal. Alguns protótipos do NSTs-T também apareceram com um visor retangular.

Com o NSTs-T os caças russos, inclusive modelos avançados como o Su-35S, continuarão a ser equipadas com um sistema HMS relativamente antiquado em relação aos HMDs ocidentais. O primeiro caça a ser equipado com um HMD será o Su-57, 20 anos depois dos EUA adotarem o JHMCS como um sistema HMD padrão em sua aviação de caça e 30 anos depois do DASH III ser adotado por Israel.


HMDs de segunda geração

A segunda geração são os HMD monoculares com campo de visão de 20 graus. Eles não atuam mais apenas como um sistema de mira, mas podem projetar informações de navegação e engajamento do alvo, atuando como um pequeno HUD sobre a viseira. Podem ser auxiliados óculos de visão noturna (NVG) para voo noturno.

Display and Sight Helmet System (DASH)

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O desenvolvimento da família DASH por parte Elbit Systems começou em meados dos anos 80. O desenvolvimento do capacete foi uma iniciativa da Elbit Systems, sem envolvimento por parte do Ministério da Defesa de Israel ou da IAF. O DASH foi o primeiro HMD operacional do mundo, classificado assim como o primeiro HMS/HMD de segunda geração.

O protótipo do DASH, na sua versão Gen III, baseado no capacete HGU-55/P, foi testado durante o final dos anos 80 e entrou em produção durante meados dos anos noventa em conjunto com o míssil israelense Rafael Python IV de quarta geração.

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O DASH utiliza um projetor monocular sobre o olho direito.

O avanço no DASH III foi alcançado através de uma aliança cooperativa com a Boeing Corporation. Naquela época, a Boeing estava procurando um dispositivo que os ajudasse a melhorar sua aeronave F/A-18. A integração no F/A-18 ocorreu entre 1992-1993.

O DASH III foi certificado nas aeronaves F-15I, F-16I, F-15C/D, F-16C/D, F/A-18C e oferecido para clientes de exportação como parte de pacotes de atualização para o F-5E/F e também para aeronaves russas, como na atualização da plataforma romena MiG-21 (Lancer). O DASH III utilizava um monitor CRT monocular com projeção de simbologia monocromática com 22° de FoV sobre o olho direito.

O DASH IV introduziu gravador de vídeo, rastreador magnético melhorado e capacidade de modernização. O DASH IV está atualmente operacional, juntamente com o Python IV, na Força Aérea Brasileira (FAB), equipando os caças F-5M (F-5E/F modernizado).

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O D-DASH oferece vídeo e simbologia caligráfica  em cores.

A Elbit está oferecendo um pacote de atualização para o DASH IV, o DASH Digital (D-DASH) oferece recursos avançados em um pacote acessível para várias forças aéreas em todo o mundo. O novo D-DASH utiliza o rastreador magnético e hardware de exibição atuais do DASH IV, mas oferece recursos avançados de vídeo, simbologia e dados em cores para missões diurnas e noturnas.

O D-DASH também possui suporte para exibição de treinamento virtual e pode ser integrado ao complexo “Canary”, uma solução não invasiva e sem necessidade de modificações na aeronave capaz de identificar e alertar com antecedência eventos de hipóxia e G-LOC ou de solicitar a recuperação automática de aeronaves em caso de perda de consciência do piloto.


Joint Helmet Mounted Cueing System (JHMCS)

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O JHMCS é um HMD derivado do DASH III, porém mais capaz, foi desenvolvido pela Vision Systems International (VSI), uma joint venture entre a Kaise Electronics (adquira posteriormente pela Rockwell Collins) e a Elbit Systems of America. O JHMcS foi o primeiro programa HMD de larga escala americano, o objetivo era produzir um hardware comum para toda frota de caças da USAF, US Navy e parte do USMC. A produção foi iniciada em abril de 2000. Cada HMD custa aproximadamente US$250 mil.

O JHMCS é utilizado para apontar armas e sensores através de um pequeno monitor de tudo de raios catódicos (Cathode Ray Tube – CRT) com simbologia caligráfica monocromática projetada sobre a viseira do olho direito, o campo de visão é de 20°, o campo de designação de alvo é 80° para cada lado do nariz da aeronave (80° off-boresight). A simbologia inclui caixa de designação de alvo (TD box), setas para indicar onde está o alvo ou onde olhar se estivar fora do campo de visão, informações básicas de voo como velocidade, altitude, força “g” e armas. A simbologia e dados podem apagar quando o piloto olha para o HUD ou outros lugares programados.

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Os dados do JHMCS são projetados sobre o olho direito.

Enquanto o DASH faz parte do capacete, o JHMCS utiliza uma unidade de display no capacete (HDU – Helmet Display Unit) destacável, podendo ser instalada ou retirado em voo com apenas uma mão. A HDU do JHMCS pode ser instalada nos capacetes HGU-55/P, HGU-56/P e HGU-68/P modificados. O JHMCS utiliza rastreamento magnético da cabeça, com taxa de atualização de quadros de 20Hz, a HDU juntamente com o capacete pesam 1,9kg e a eletrônica na aeronave 6,8kg.

Enquanto alguns HMDs atuais possuem capacidades de visão noturna embutidas, o JHMCS originalmente não. O que isto significou operacionalmente é que uma vez que a noite caia, os pilotos tinham que renunciar à visão noturna ou trocar a viseira do JHMCS e todas as suas características por um par de óculos de visão noturna (NVGs). Em outras palavras, o piloto poderia ter o HMD ou NVGs, não ambos ao mesmo tempo.

A VSI desenvolveu uma nova solução para esse problema. O Digital Eye Piece (DEP) aproveita a arquitetura JHMCS já instalada em muitos cockpits de caças e faz a interface com uma peça de olho que projeta toda a simbologia e informações do JHMCS em frente ao olho direito dos sistemas de visão noturna (NVG) existentes, mantem o mesmo FoV de 20°. O DEP é uma solução plug-and-play simples e econômica que permite aos pilotos fazer a transição da configuração do dia para a noite. O DEP é compatível com o JHMCS legado e com as novas versões DJHMCS e JHMCS II com simbologia colorida e imagens FLIR.

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O DEP pode ser instalado em qualquer NVG em campo.

Seguindo a sucesso do JHMCS, a VSI apresentou em 2013 o novo JHMCS II, que está disponível em duas versões: Uma versão aprimorada JHMCS Digital (D-JHMCS) para substituição “plug and play” em aeronaves atualmente equipadas com o JHMCS e o JHMCS II para aeronaves que exigem um HMD completamente novo.

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O JHMCS II pode projetar simbologia e imagens coloridas.

O DJHMCS pode substituir o JHMCS sem a necessidade de modificações ou alteração de software na aeronave, utiliza o mesmo sistema de rastreamento magnético e alguns subsistemas JHMCS. Já o JHMCS II fornece o mesmo desempenho HMD do DJHMCS, mas com um novo rastreador óptico-inercial no lugar do rastreador magnético e substitui os subsistemas JHMCS por uma Unidade de Interface de Aeronave (ACIU) leve que não requer refrigeração, uma bandeja de montagem ou mapeamento magnético da cabina de pilotagem.

Ambas as opções do novo JHMCS II substituiram o display CRT analógico por um display digital de cristal líquido (LCD) capaz de projetar imagens de vídeo, FLIR, informações de link de dados e simbologia em cores sobre a viseira, possuem também um centro de gravidade e balanço HMD melhorados, reduzindo assim as tensões no pescoço do piloto. O vídeo e simbologia em cores possui alta definição (800 x 600 pixels).

O novo JHMCS II adicionou a possui capacidade de engajar alvos em solo no modo CCIP, ausente no JHMCS. O JHMCS original foi planejado principalmente para uso diário, mas foi posteriormente atualizado para incorporar o recurso opcional de visão noturna. O JHMCS II vem com capacidade operacional dia/noite nativa. O piloto tira a viseira do dia e encaixa um adaptador de visão noturna e óculos de visão noturna. Isso envolve uma operação simples com uma só mão.

O JHMCS II também possui suporte para exibição de treinamento virtual e pode ser integrado ao “Canary”, uma solução não invasiva e sem necessidade modificações na aeronave capaz de identificar e alertar com antecedência eventos de hipóxia e G-LOC ou de solicitar a recuperação automática de aeronaves em caso de perda de consciência do piloto.


Targo

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Exibido pela primeira vez pela VSI no Paris Airshow em 2009, o  HMD Targo é mais uma solução derivada da família DASH, porém mais flexível. O Targo, atualmente na sua versão II, utiliza um capacete padrão e está disponível em uma configuração totalmente integrada á aviônica da aeronave ou em uma configuração independente na qual um módulo de software elimina a necessidade de integração com a aeronave hospedeira.

O Targo é completamente personalizável, a aviônica de ponta do mesmo promove a excelência da missão por meio de quatro pacotes personalizados para atender às necessidades específicas de aeronaves de caças, treinamento avançado, transporte/utilitário e de serviços de emergência (tanto rotativas quanto de asa fixa). A versão de treinamento, por exemplo, é capaz de operar de forma independente dos sistemas da aeronave em missões de treinamento avançado.  O sistema oferece uma solução de treinamento para aeronaves como o M-346 sem radares operacionais, mísseis ar-ar e ar-terra, ou sistemas de guerra eletrônica (EW).

Assim como a ultima versão do DASH, o Targo utiliza um monitor monocular com simbologia, dados e imagem coloridas em um campo de visão de 20° sobre o olho direito. Se o alvo ou ameaça estiver fora do FoV, uma linha localizadora de alvos (target locator line TLL) direciona o piloto para onde e a que distância procurar para colocá-lo dentro do FoV do capacete. O HMD emprega uma tela projetada na viseira para operações diurnas, complementada por um módulo separado de encaixe noturno (com óculos de visão noturna) e um módulo de simulação que permite que os pilotos planejem, ensaiem e voem.

As capacidades e opções Targo’s destinam-se a aumentar a consciência situacional do piloto e a melhorar a coordenação das forças. Entre as funcionalidades avançadas do Targo estão: On Deck Networking: para facilitar o compartilhamento de informações críticas de missão entre múltiplos usuários. Consultor de Missão em Tempo Real: com informações consultivas  pop-up de missão e visualizador de banco de dados sob demanda, os usuários podem rastrear tarefas da missão e monitorar com precisão o desempenho. Compartilhamento de Linha de Visada (LOS): para permitir que os usuários compartilhem metas e pontos de interesse. Targo SkyMatch: ferramentas de software fáceis de usar para personalizar interfaces do sistema, exibir símbolos e muito mais.

Assim como o D-DASH e JHMCS II, o Targo também pode ser integrado ao “Canary”, uma solução não invasiva e sem necessidade modificações na aeronave capaz de identificar e alertar com antecedência eventos de hipóxia e G-LOC ou de solicitar a recuperação automática de aeronaves em caso de perda de consciência do piloto.

O Targo encontra-se atualmente operacional em aeronaves M-346 da IAF, Kfir da Colômbia, Rafale do Qatar e futuramente no Gripen-E brasileiro e sueco. No Brasil o Targo será produzido pela AEL Sistemas e adotado pela Força Aérea Sueca através do Acordo de Compensação “Offset” do Gripen-E.

HMD de Terceira Geração

O HMS/HMD de terceira geração incorpora todos os avanços da segunda geração, mas é caracterizado pelo projetor binocular com campo de visão de até 40°. As versões mais modernas dispensam o uso do óculos de visão noturna (NVG) ao incorporarem uma câmera de visão noturna orgânica.

Helmet Mounted Symbology System (HMSS) Striker

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O HMD Striker, também conhecido como Helmet Mounted Symbology System (HMSS) Striker, foi desenvolvido pela BAE Systems para equipar o caça europeu Eurofighter Typhoon. Trata-se de um HMD binocular com  dois displays CRT projetando simbologia, dados e imagem monocromática em um campo de visão centralizado de 40° sobre a viseira.

O sistema Striker é compatível com óculos de visão noturna (NVG) e imagens FLIR. Uma característica marcante do sistema são os LEDs na parte superior do capacete utilizados para o rastreamento óptico da linha de visão do piloto. Uma variante do Striker (Snake) também foi adotada nos caças Gripen C/D da Suécia e África do Sul.

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Os LEDs no capacete é uma marca da família Striker.

Na Farnborough International Air Show, Inglaterra, em 2014, a BAE Systems apresentou o Striker II. O novo HMD, inicialmente destinado a ser uma opção mais simples ao HMDS Gen II do F-35, mas protelado em favor do Gen III, introduziu uma câmera digital de visão noturna com sensor ISIE-11, o mesmo do HMDS Gen III, na posição ciclope. A câmera removeu a necessidade do nada ergonômico óculos de visão noturna (NVG) e transformou o Striker II é um verdadeiro HMD 24h x 7d. A visão noturna é capturada pela câmera integrada, processada e projetada na viseira – exibindo uma imagem digital em tempo real.

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O novo Striker II dispensa a necessidade de NVGs.

Além da visão noturna integrada, o Striker II permite o uso de simbologia e imagem digital em cores com resolução full HD (1280 x 1024), os displays CRT foram substituído por displays LCD. A capacidade de exibir cores além do verde monocromático do Striker I reduz enormemente a carga de trabalho do piloto. Em um ambiente de combate de alta pressão, ser capaz de ver um inimigo em simbologia vermelha e o amigo em azul pode tornar-se um fator crítico no sucesso da missão. O sistema de rastreamento apenas óptico no Striker I agora é óptico-inercial no Striker II, aumentando a precisão de rastreio da linha de visão do piloto.

O Striker II também suporta a tecnologia Picture-in-Picture, que envolve a exibição de imagens em uma pequena janela sobre uma imagem principal. O piloto é capaz de receber uma transmissão de vídeo ao vivo via link de dados com UAVs ou tropas em solo. Outro recurso introduzido no Striker II foi a capacidade de áudio 3D, combinada com redução ativa de ruído. O áudio 3D fornece ao piloto áudio direcional de 360 graus, permitindo, por exemplo, que o alerta de uma ameaça sobre o ombro esquerdo seja emitido por um som da mesma direção.

HMD de quarta geração

Na quarta geração o HMS/HMD é capaz de suprimir de forma definitiva o HUD, incorporando todas as funções do mesmo. Utiliza um projetor binocular colorido com campo de visão de 40°.

Helmet Mounted Display System (HMDS) F-35 Gen III

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O capacete HMDS F-35 Gen III é o mais avançado display montado no capacete (HMD) do mundo e é produzido pela Vision Systems International (VSI), uma joint venture entre a Rockwell Collins e a Elbit Systems of America. A VSI é a mesma empresa que projetou o muito conhecido JHMCS usado por todos os pilotos de F-15, F-16 e F/A-18 das forças armadas dos EUA e por pilotos de várias outras nações.

As características gerais do Gen III são um sistema de projeção binocular com displays de LCD e futuramente OLED, FoV de 40° x 30° na parte central da viseira com simbologia, dados e imagens coloridas. Possui capacidade Picture-in-Picture, som 3D e rastreamento óptico-magnético da linha de visão do piloto. O Gen III suprimiu de forma definitiva o HUD no F-35, já que a principal limitação dos primeiros HMDs não existia mais (resolução insuficiente para ataque ao solo).

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O Gen III permitiu a supressão do HUD no F-35.

O Gen III começou a ser entregue em 2015 visando sanar as deficiências do sistema de segunda geração Gen II, que mostrou-se muito menos capaz do que o originalmente previsto. A BAE Systems Inc., subsidiária americana da BAE Systems Plc, sediada em Londres, chegou a iniciar o desenvolvimento de um HMD como alternativa ao Gen II, mas o Escritório de Programa Conjunto (Joint Program Office – JPO) F-35 decidiu parar o desenvolvimento de um capacete alternativo e se concentrar apenas em trazer o capacete Gen II – agora usado em testes e treinamento – até um padrão Gen III mais capaz.

Uma diferença visual perceptível entre o Gen II e o Gen III foi a mudança da câmera orgânica de visão noturna ISIE-10 para a ISIE-11. A ISIE-11 possui uma abertura maior, maior resolução, sensibilidade e velocidade do que a ISIE-10, a resolução aumentou de 1.280 x 1.024 para 1.600 x 1.200 pixels e a taxa de quadrados de 30 para 60Hz.

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HMDS Gen I, Gen II e Gen III respectivamente.

Além da ISIE-11 na posição ciclope do capacete (Helmet Camera – HCAM), uma segunda câmera ISIE-11 foi instalada na  cobertura do painel e voltada para frente (Fixed Camera Assembly – FCAM). Ambas as câmeras trabalham em conjunto projetando suas respectivas imagens diretamente na viseira do Gen III, substituindo assim o tradicional e nada ergonômico óculos de visão noturna (NVG). A FCAM permite ao piloto olhar “através” de parte do arco de reforço no dossel, mas sua principal função é atuar como sistema calibrador da HCAM.

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A HCAM e FCAM utilizam o sensor ISIE-11 para visão noturna.

Para criar um capacete para o F-35 de última geração, os designers da VSI tiveram que enfrentar uma série de desafios. Primeiro, eles precisavam encaixar o equivalente a dois HUDs de 12kg em um capacete em que o peso total do sistema precisava ser menor que 2,3kg. Para fazer isso, óptica e eletrônica foram miniaturizadas, e os projetistas fizeram uso extensivo de novos plásticos e materiais compostos que oferecem alta resistência e durabilidade com espessura e peso mínimos.

O sistema de câmeras DAS do F-35, 6 câmeras espalhadas ao redor da aeronave, apresentam um conjunto de entrada visual na viseira do capacete além do que está no campo de visão do piloto. Por exemplo, a transmissão de vídeo ao vivo de câmeras colocadas nas laterais, encima e embaixo da aeronave capturam uma visão total de 360°, permitindo que o piloto veja em tempo real o que está em torno do jato.

Ao mesmo tempo, essas câmeras DAS capturam imagens externas suplementares para visão noturna e outras situações de baixa visibilidade. Todos esses dados visuais podem ser exibidos na viseira ao lado da simbologia padrão para uma referência imediata ao piloto. Enquanto as câmeras FCAM e HCAM são utilizadas para uma visão noturna mais acurada no campo de visão do piloto, o DAS fornece uma visão noturna menos acurada porém com maior campo de observação.

O projeto e a exibição da simbologia também é de interesse fundamental para o piloto, que deve ver e interpretar rapidamente a simbologia normal da aeronave e a simbologia adicional da missão, como as coordenadas de um alvo de ataque. Por exemplo, um símbolo de triângulo significa um alvo e um triângulo vermelho significa outra aeronave. Estes símbolos destacam-se claramente para reconhecimento instantâneo durante uma missão.

O Gen III “preenche” as partes da imagem que seriam bloqueadas da vista pelo fuselagem, o piloto pode, por exemplo, enxergar atraves de parte do arco de reforço do dossel durante uma operação de reabastecimento aéreo (REVO), ou pode enchergar através do piso da aeronave durante uma operação de pouso. Este é um exemplo de HMD que integra múltiplas fontes de informação de imagem em tempo real para fornecer uma alimentação visual contínua de 360°.

O desenvolvimento do Gen III, porém, não ocorreu sem contratempos. O capacete Gen III pesa 2,3kg, aproximadamente 170g a mais do que o capacete Gen II. O aumento do peso é principalmente devido à óptica da câmera de visão noturna maior/mais pesada.

Durante testes de ejeção em 2015 o sistema, assim como o Gen II, também não atendeu aos critérios de lesão no pescoço. Após a última falha, o Departamento de Programas e Serviços decidiu restringir os pilotos com menos de 62kg de voar qualquer variante F-35, independentemente do tipo de capacete (Gen II ou Gen III). A USAF também reconheceu um “nível elevado de risco” para pilotos entre 61,7 e 74,8kg.

Como solução ao peso excessivo do Gen III, a VSI desenvolveu uma versão mais leve, chamada de Gen III Light, que reduziu o peso de 2,3kg para 2,1kg. A redução de peso veio através de viseiras dia/noite destacáveis e materiais mais leves. O Gen III Light começou a ser entregue em quantidade em 2017. A redução de peso no Gen III Light foi uma das 3 soluções adotadas em conjunto para levantar a restrição de peso dos pilotos de F-35, que ocorreu no início de 2017.

O Gen III inclui novos projetores com maior controle de contraste, que reduziu o “brilho verde” em comparação com o Gen II, mas o problema não foi completamente sanado. O brilho verde é a dificuldade de definir o nível de intensidade da simbologia sem criar um brilho verde ao redor do perímetro de exibição, ocorre principalmente durante o pouso noturno em porta-aviões. Com pouca luz ambiente, como a luz da luar, quando havia uma fonte de luz repentina, o capacete não conseguia reagir adequadamente e o piloto recebia um brilho verde.

A solução encontrada para o “brilho verde” foi trocar os displays LCD do capacete por displays com a tecnologia OLED, que não estava disponível no início do projeto. A capacidade operacional inicial com o novo display é esperada para fevereiro de 2019, quando todos os capacetes recém-lançados virão com a correção. A US Navy, principal afetada, também começará a atualizar os capacetes mais velhos.

4 comentários sobre “Mira/Display Montado no Capacete (HMS/HMD)

  1. O Gripen é o sapato que melhor calça no nosso pé mas é impossível não dizer que o F-35 está em outra categoria, ainda mais com o preço tão atraente da versão “A”!

    Curtido por 1 pessoa

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