使用夜视镜学习飞行

有多家公司为飞行员提供佩戴夜视镜 (NVG) 飞行的培训，但其中一家公司也是为民航市场开发 NVG 的先驱，并制造和维护这些精密光电设备：Aviation Specialties Unlimited (ASU)。AIN最近访问了位于爱达荷州博伊西的 ASU 总部，以了解有关 NVG 的更多信息，包括参加培训班和佩戴 NVG 在夜间驾驶 ASU 的 Bell 505。

自 20 世纪 60 年代军用直升机飞行员首次开始使用夜视仪飞行以来，夜视仪已取得显著进步。现在，大多数医疗后送行动在夜间行动中使用夜视仪，并且它们正在渗透到固定翼市场，例如夜间农业飞行和其他类型的环境照明极少的行动。ASU 在其配备夜视仪操作的 Bell 505 和 Cessna 206 上提供培训，并表示它是唯一一家提供固定翼夜视仪培训的公司。ASU 还在飞机和直升机上认证和安装所需的与夜视仪兼容的照明和航空电子过滤器。

早期的夜视镜分辨率较低，重量较重，而且容易出现更多异常图像伪影，使用起来很困难。夜视镜可将现有光线放大 6,000 到 10,000 倍，这对在自然或人工照明较少的地区飞行的飞行员来说是一个很大的帮助。所涉及的技术已经大大改进，ASU 现在在其最轻、最紧凑的夜视镜 E3 中采用了最新版本的图像增强器“管”，即放大光线的组件。 

对一套夜视镜的简单描述是将其描述为两个围绕着图像增强器的镜头，并且有两个这样的组件，每只眼睛一个。然而，仅仅因为它们是双目镜并不意味着夜视镜提供双目视野，例如戴眼镜。视野是单目镜，这确实会影响深度感知，但有一些技术可以克服这个问题，我发现这并不难。通过每个护目镜看到的画面被限制在 40 度的视野范围内，这意味着飞行员必须环顾四周才能看到外面的世界。

图像增强管只有大约半英寸长，是放大过程发生的地方。当光进入管内时，光电阴极将光能（光子）转换为电能（电子），正如 ASU 描述的这一过程。

该管的关键部件是微通道板，这是一块薄薄的晶片，上面有超过 1000 万个空心光纤通道。当电子穿过微通道板时，它们会遇到涂有特殊材料且倾斜 5 到 8 度的通道。这会导致电子急剧增加，从而提供巨大的放大效果。然后，电子穿过荧光屏，荧光屏将它们转换回光子，光子随后穿过光纤逆变器，该逆变器由扭转 180 度的导光光纤组成，以确保图像的正确方向。

所有这些都需要能量，令人惊讶的是，两节 AA 电池仅需 3 伏电压就足以运行长达 50 小时左右。电源是管内更复杂的设备，它将 3 伏电压转换为每个组件所需的电压。电源的功能之一是自动门控，当观察突然变为强光的低光照条件时，会自动调节发送到微通道板的电压以管理亮度。据 ASU 称，“图像变得更亮，然后在短暂延迟后突然略微变暗至恒定水平。”

ASU 的 NVG 项目

ASU 总裁 Joseph Estrera 是一位深度参与夜视仪设计和制造的科学家，包括其图像增强器。他在 L-3 光电系统公司工作了 20 多年，最终成为其 Warrior Systems 部门的首席技术官 (CTO)，开发这些产品并将其部署到军队中。“最终，我决定回去做航空夜视，”他说。“然后我在 10 年前来到 ASU，成为 CTO 和新产品开发主管。”现在，他专注于 E3 夜视仪的生产。 

据埃斯特雷拉称，设计 E3 系统面临的挑战之一是“光学器件的重量越重，其威力就越大”。ASU 创始人、前 AH-64 阿帕奇飞行员迈克·阿特伍德曾向埃斯特雷拉提出挑战，要求他制造一种新型护目镜系统，这种系统不同于典型的俄罗斯系统——既有效又笨重。 

“现在解决这个问题的办法是创新光学元件，”埃斯特雷拉说，“如果你让光学元件更轻，你就不会失去视觉敏锐度或拥有能够远距离观察物体的强大光学元件的能力。因此，我们必须开发一种既能减轻重量又能保持相同性能的光学元件，这就是我们创新护目镜系统的一部分。”

减重 170 克是一项挑战，但最终还是可以实现的，而且这样就可以移除平衡头盔前部负荷的配重。“如果你正确地看待这个问题，”他解释道，“你需要将它放置在距离人类头部实际底部四到五英寸或更长的位置。然后你才能真正感受到这个 [设备的] 物理重量。所以这就是你连续暴露在护目镜下的东西，因为他们会使用这些护目镜几个小时。有些人甚至会连续几天甚至几个月。

“这东西会开始破坏你颈后组织的，这只是时间问题。很多飞行员都有这种情况。随着时间的推移，他们的脊柱和颈部会出现严重的骨科问题。我不是飞行员，但当你和飞行员交谈时，这是他们最先抱怨的事情之一，这也是我想制造这种设备的原因。但不同之处在于它不能太重，也不能有不符合人体工程学的感觉和使用系统。这就是迈克·阿特伍德抱怨的：不是俄罗斯人，而是它太重，使用起来不方便。这就是我制造这副护目镜的原因，就是为了这个目的。”

训练计划

ASU 的 NVG 培训包括一整天的地面学习以及随后三晚的飞行训练，训练地点为 Bell 505 或 Cessna 206。ASU 还在客户地点提供培训，并为想要启动自己的 NVG 培训计划的公司培训人员，向他们出售护目镜，并提供所需的定期 NVG 维护。

我们的班级包括我和两名固定翼飞行员，他们的公司计划扩大夜视能力，他们将驾驶 206 飞行。ASU 首席飞行教练 Bradley Brummett 领导地面学校，也教授固定翼飞行。由于当时爱达荷州正值初夏，我们的夜间飞行必须等到晚上 10 点以后正式天黑，强烈建议午睡。

在地面训练营期间，我们学习了一些夜视镜的历史；管子的技术；阿特伍德于 1995 年创立亚利桑那州立大学，以及它作为夜视镜开发商、维修站、夜视镜补充型号证书工程中心和培训提供商的发展历程；围绕夜视镜使用的监管框架；以及如何将夜视镜安装到头盔上并调整镜片的说明。布鲁梅特还深入研究了眼睛的解剖结构、日夜视力和限制、夜视镜如何有效弥补夜视缺陷以及夜视镜的误区。

他指出，有一种误解是，使用夜视镜后，视力（即识别细节的能力）会变差。事实上，虽然夜间视力在“无辅助”情况下（即不使用夜视镜）会下降到 20/200，但使用夜视镜后，视力大部分会恢复到 20/25。

另一个误解是，夜视镜没有周边视野，如果使用者只透过护目镜看，这种说法是正确的。但新的夜视镜使用者很快就会发现，很容易转头看别处，而且用肉眼看护目镜下方或旁边不仅是可能的，而且对于观察仪表和航空电子设备或透过直升机下巴的气泡向外看也是必要的。

第三个误解是，强光会“烧坏”夜视镜，使用户难以从强光中恢复过来。电源的“自动门控”自动电压调节功能可防止这种情况发生。

许多人认为，使用夜视镜是看不到电线的，但有时当月光或直升机的探照灯照亮电线时，电线是可见的，而戴上护目镜，通常可以看到电线连接的塔。“始终假设电线是横跨山谷和沟壑的，”ASU 建议。

戴着护目镜可以看到云和雾，但飞行员可能需要用肉眼透过护目镜看云层才能看到云，并防止无意中遇到 IMC。

由于单目视角，深度感知会受到影响，但当观察近处物体和远处物体时，可以克服这一点。地形轮廓越平坦，这种情况就越困难，尤其是在水面上，这就是为什么夜视镜操作需要雷达高度计的原因。

ASU NVG 地面训练指南中有一整章内容涉及地形解释，这是飞行员需要学习的主题，并且在三个晚上的飞行训练中会讲到。

存在一些影响夜视镜飞行的限制，同时也存在一些克服这些限制的技术。 

NVG 可能存在视觉缺陷，飞行员需要在飞行前检查这些缺陷。导致 NVG 无法飞行的缺陷包括阴影侵入每个单筒望远镜应可见的圆圈；边缘发光，视野外部有明亮或闪烁的区域；以及闪烁、闪烁或间歇性操作。一些瑕疵在低水平上是可以接受的，但如果情况恶化，可能需要修理 NVG。 

布鲁梅特解释了涵盖 NVG 兼容安装和操作的规定。基本上，对于兼容 NVG 的飞机，其内部和外部照明必须“在 NVIS [夜视成像系统] 操作的任何阶段都不会对 NVG 的操作产生不利影响”。

这包括在航空电子显示器上安装与 NVG 兼容的 LED 照明和滤光片，但这些都不允许改变所需的颜色，例如警示灯和警告灯。内部照明也必须足够清晰，因为飞行员需要能够从 NVG 下方或翻转 NVG 来查看仪表。平板电脑应用程序（如 ForeFlight）与 NVG 配合良好，因为可以轻松调低屏幕亮度以在不增加驾驶舱光线的情况下独立查看应用程序。外部照明仍然必须发挥其作用，帮助其他飞机进行检测和分离。如上所述，与 NVG 兼容的飞机还必须配备雷达高度计。

FAA 规定飞行员在驾驶 NVG 之前必须有 15 小时的飞行时间。现行要求包括在连续 12 周内进行 3 小时的 NVG 飞行，但飞行员飞行时间只有其中的一半，包括三次起飞和降落、两次机场外降落（一次降落在无照明区域，一次降落在封闭/半封闭区域）以及三次悬停任务。飞行员和机组人员必须完成年度检查。设备必须按照 NVG 制造商的要求进行维护。飞行模拟器也可用于飞行员培训。

此外，还需要对其他人员进行培训，这些人员不是飞行员，而是佩戴夜视镜的机组人员，他们可以帮助监控未改善地点的起飞和降落。例如，这可能是航空医疗航班上的飞行护士。

使用 NVG 飞行

自 1998 年以来，NVG 的标准配置一直是 ANVIS-9 系统，该系统最初具有绿色荧光图像。最近的 ANVIS-9 和 E3 NVG 配备了白色荧光管，事实证明，这种配置效果更好，因为眼睛在 NVG 中查看图像时使用的是白天或明亮的明视视觉。E3 护目镜的主要优势是它们的重量比 ANVIS-9 轻得多，并且不需要在电池组下方添加平衡重量来平衡头盔上的负载。这对于戴着配备 NVG 的头盔飞行数小时的飞行员来说是一个巨大的好处。

我们练习了使用头盔上的 NVG 锁定释放装置进行安装、向上和向下翻转程序，以及如何在主电池和备用 AA 电池之间切换。调整包括眼距，以便每个单筒望远镜与每只眼睛正确对齐、前后和倾斜。这些有助于确保每个单筒望远镜提供完整的 40 度视野，这应该看起来像一个完整的圆圈，具有清晰、独特的边缘。

晚上 9 点，我来到贝尔 505 航班，天色还很亮。天色渐暗后，贝尔 505 教练兼 ASU 运营总监 Tony Tsantles 向我演示了如何调整单筒望远镜的镜头，以获得最佳视野。我打开护目镜，观察机场对面的高对比度灯光，先调整每个物镜，然后调整每个目镜，以获得最清晰的图像。 

Tsantles 曾在美国陆军的 Mike 型西科斯基黑鹰直升机上任教，现在在贝尔 505 上为 ASU 客户进行所有直升机飞行训练。在飞行过程中，他戴着 E3 护目镜，而我戴着 ANVIS-9，但我们在飞行途中交换了，这样我就能看到并感受到差异。

虽然 E3 使用与 ANVIS-9 相同的镜筒，但除了重量更轻之外，E3 NVG 还有一个很大的不同，那就是目镜周围没有金属环。这样不仅可以更好地透过镜头看到东西，而且还可以更清晰地看到裸眼视野，因为它在目镜周围留出了一些空间，使人们更容易环顾四周，而不是透过镜头。“视野好多了，”他说，“但重量轻是很重要的。” 

正式入夜后，也就是日落后一小时，我坐上了 505 的右侧座位，Tsantles 则坐在左侧座位上。我们将护目镜调整到位并启动发动机，然后他从博伊西航空站的 ASU 坡道起飞。起飞后，Tsantles 移交了控制权，我驾驶 505 飞向突击跑道，这是一条没有灯光的跑道，用于爱达荷州国民警卫队联队的军事训练。

我以正常方式进近，然后降落在跑道上，即使戴着护目镜，我也没有感觉到深度感知受到影响。虽然环境光充足，但我几乎完全透过护目镜观察，感觉我可以轻松判断直升机在地面附近的高度。我们确实使用了 505 的探照灯和着陆灯来照亮地面，事实证明这很有用，尤其是在透过护目镜透过下巴气泡观察时。

从攻击跑道起飞后，Tsantles 让我向南飞到一片低矮的山丘。他让我降落在一座山丘顶部的一小块区域，旁边是一些旧铁轨。我能够相当准确地着陆，这还不错，因为在此之前我驾驶 505 的时间不长，而且从未在夜间飞行过。着陆后，他让我翻开护目镜，周围几乎完全漆黑一片，远处的一座山上有一盏昏暗的灯光。戴上护目镜，我可以看到泥土上的每一个凹痕和每一片在旋翼的吹拂下随风摇曳的草叶。 

起飞后，我沿着一条小路向北飞行，飞过幸运峰水库，到达森林服务直升机停机坪，在那里我再次降落，周围一片漆黑，没有戴护目镜。那天晚上没有月光。 

起飞后，Tsantles 短暂地接管了控制，这样我就能看到在戴上和摘下护目镜的情况下，篝火熄灭的样子。不戴护目镜，我什么也看不见，但戴上护目镜，小火苗就出现在视野中，只有当我们在该地点上空盘旋时，一些树木遮挡了它。Tsantles 告诉我，一位客户使用 NVG 飞行仅两周，他通过 8 英里外的翻盖手机屏幕找到了一位迷路的徒步旅行者。护目镜的光放大量令人震惊。

我们交换了护目镜，这样我就能感受到更轻的 E3 装备，它确实减轻了颈部的压力。那时，我已经对通过 ANVIS-9 护目镜看到的景象感到相当满意，但 E3 单筒望远镜更容易观察周围的景象，虽然价格更贵，但绝对会是我的首选。

Tsantles 的下一次降落地点在 Little Grouse Creek 附近，那里的地形高，没有明显的环境光，但夜视镜的照明充足。然后，我驾驶飞机飞越山丘、博伊西市中心和国会大厦，飞回机场，降落在 ASU 坡道上。在着陆过程中，我再次利用 505 宽大的下巴气泡短暂地观察地面，尽管使用夜视镜观察远处更容易让直升机稳定悬停。我的着陆只是有点稳固。

计划不是让我完成 ASU 计划的整个飞行训练部分，但驾驶配备 NVG 的 505 让我充分感受到了它的魅力。第二天晚上，我确实回到了 206 的后座，而我的一名地面学校同学则在进行他的第二节飞行课。在这次飞行中，我选择不戴头盔，而只是在想要通过 NVG 观察时将单筒望远镜放在眼睛上，这样我就可以更轻松地比较 NVG 和非 NVG 视野，并通过护目镜拍摄照片和视频。

这次飞行同样是在没有月光但晴朗的夜晚，布鲁梅特让戴着护目镜的学生在前往安大略机场起飞和降落之前进行了一些大角度转弯，以熟悉操作。当我们接近机场时，布鲁梅特（他负责所有的无线电工作）报告了我们的位置，然后要求当地飞行员不要打开无线电控制灯，以便学生可以使用护目镜在没有灯光的机场降落。我们在那里降落了两次，然后飞往附近的威泽机场，在黑暗的机场降落了几次。从威泽机场出发，我们向东南方向飞行，观察地面上各种发光的物体，如高速公路上的汽车、闪烁的警车灯、输电塔和山脊。下一站是埃米特，机场一侧被高地包围。在那里两次无灯光降落后，我们返回博伊西。

观察沿途的地形和机场，无论是否佩戴护目镜，都很有趣。正如布鲁梅特在地面训练课上解释的那样，有些障碍物用 LED 灯照亮，但使用夜视镜几乎看不见。在这种情况下，重要的是观察障碍物的底部，并以此来判断距离。有时，透过护目镜看到的灯光看起来比不戴护目镜时近得多。不戴护目镜看着我们降落的机场，我有点不安，但快速透过护目镜看一看，世界又回到了我的视野中。

佩戴夜视镜飞行是一种奇妙的体验；只需很少的环境光就能通过护目镜获得清晰的视野。戴着护目镜仰望夜空让我想起了小时候参观天文馆的情景；天空的每一处角落都布满了明亮的星星。然而，这次经历的主要收获是，任何类型的夜间行动都可以在佩戴夜视镜的情况下更安全地进行。我无法想象在没有照明的地方执行医疗后送任务而不佩戴护目镜，而使用夜视镜的航空医疗操作员的高接受率也凸显了这种情绪。