Kampfjetpiloten: Wie funktioniert ein Helmdisplay?

Helmdisplays ergänzen das traditionelle Head-up-Display oder ersetzen es wie im Fall der F-35 Lightning II sogar ganz. Die Entwicklung eines effektiven Helmdisplays ist daher eine hochkomplexe Aufgabe, denn viele Komponenten müssen optimal zusammenspielen:

• Der Pilotenhelm selbst muss weiterhin einen guten Schutz des Kopfs auch bei Extremsituationen wie dem Schleudersitzausschuss bei Geschwindigkeiten bis 1020 km/h bieten. Er darf sich auch unter der Einwirkung von hohen g-Kräften nicht verschieben, da sonst genaues Zielen unmöglich wäre. Dies wird durch eine für den einzelnen Piloten angepasste Innenauskleidung erreicht. Da das Displaysystem dazukommt, ist eine rigorose Gewichtsreduzierung gefragt, denn insgesamt sollten nicht mehr als 1,8 bis zwei Kilogramm auf die Waage kommen. Auch eine gute Gewichtsverteilung ist wichtig: Der Schwerpunkt darf nicht zu weit vorne liegen.
• Um die Kopfstellung auf wenige Milliradian (1 mrad = 0,057 Grad) genau zu bestimmen, bedarf es eines ausgeklügelten, schnell und präzise arbeitenden Systems. Eine Methode ist, im Cockpit ein Magnetfeld zu erzeugen. Ein Sensor im Helm mit drei senkrecht zueinander positionierten Magneten registriert dann die Lage. Die heute bevorzugte Möglichkeit ist die Installation eines Leuchtdiodenfeldes am Helm. Dessen Muster wird mit Hilfe von drei kleinen Videokameras, die auf die LED-Wellenlänge abgestimmt sind, registriert und in die Position umgerechnet.

• Für die Bilddarstellung wurden lange Zeit kleine Kathodenstrahlröhren verwendet, da nur diese eine akzeptable Lichtstärke boten; schließlich gilt es, in einem Fightercockpit gegen die oft starke Sonneneinstrahlung zu bestehen. Nachteil von CRTs sind allerdings die Wärmeabstrahlung und die notwendigen hohen Voltzahlen bei der Stromversorgung. In jüngster Zeit kommen deshalb Flüssigkristalldisplays zum Einsatz, die im Falle der F-35 ein Bild mit einer Auflösung von 1280 x 1024 Pixel produzieren. Um dieses Bild vor die Augen des Piloten zu bekommen, ohne sein Sichtfeld einzuschränken, ist eine kompakte Optik mit geringem Helligkeitsverlust und hoher Präzision notwendig. Oft wird eine Kombination von Prismen und Linsen verwendet, auch Lichtwellenleiter kommen in Frage.
• Als Projektionsfläche für das auf unendlich fokussierte Bild dient das Visier, das das Licht in einer bestimmten Wellenlänge reflektiert. Für reine Helmvisie-re reichen dabei Blickwinkel bis etwa zehn Grad vor einem Auge aus. Bei den Helmdisplays der neuen Generation sind allerdings binokulare Sichtfelder von bis zu 30 x 50 Grad wünschenswert, um die ganzen Informationen unterzubringen.
• Umfangreiche Software ist für die Kontrolle aller Komponenten und die Integration in die Flugzeugsysteme notwendig, um zum Beispiel den Suchkopf einer Lenkwaffe mit dem Helmdisplay zu koppeln. Vor allem die Anzeigenformate, die bei Helmvisieren kaum über ein Zielkreuz hinausgehen, wurden im Laufe der Jahre deutlich komplexer. Neuerdings werden dabei auch unterschiedliche Farben verwendet. Auch die Integration von Nachtsichtsensoren, die am Helm montiert sind, ist möglich. Bei der F-35 werden ferner Bilder von rund um die Maschine platzierten Infrarotkameras eingespiegelt. Dies erfordert eine extrem schnelle Nachführung der Anzeige (geringe Latenz), um den Piloten nicht durch Abweichungen gegenüber der realen Außenwelt zu verwirren.

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