전투기용 계기판 HUD의 놀라운기술
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1)사진은 전투기의 조종석
조종사의 눈에서 정면으로 보이는 곳에 위치한 것이 HUD이다.
2)사진은 HUD의 시스템이 어떤 원리로 이루어지고 있는지 단적으로 보여주는 사진
아래부분의 렌즈를 통해 정보가 반사판으로 비쳐지게 된다. 45도 각도로 꺽여있는 것도 정확한 반사를 위해서다.
3)사진은 IHADSS(헬멧 내장 시야 표시 시스템 : Integrated Helmet And Display Sighting System)
아파치 등 공격헬기에서 사용되는 시스템으로 조종사의 시야에 따라서 체인건과 각종 센서가 따라 움직이고, 바라보는 것 만으로도 조준(Lock)이 되는 장전이 있는 반면에,
단안식으로 인해 원근감이 상실되는 단점도 있다.
4)사진은 '헬멧 조준 장치(HMS : Helmet Mounted Sight)의 실험버전
바이저 전체에 색이 입혀져서 반사를 편하게 한다.
이미 실용화되어 최신형 전투기에 많이 도입되었지만, 보이는 것처럼 상당히 무겁다.
이 장비는 우리나라에 도입중인 F-15K에도 장착될 것으로 알려져 있다
5)사진은 일반 여객기의 조종석 모습
창문 앞에 설치된 동그스름한 사각형 유리판이 HUD이다.
지정된 항로로만 운행하고, 전투기같이 고기동이 없는 여객기의 경우, HUD가 필요 없을 것 같지만, 이착륙시, 특히 야간 운항시에 상당히 도움을 준다.
6)사진은 HUD가 장착된 차량의 모습
왼쪽은 주간의 운행모습으로 유리창에 속도, 연료 등 필요한 정보가 나타난다.
오른쪽은 야간 운행모습, 적외선 센서를 이용해 전방의 물체를 선명하게 보여주고 있다. 헤드라이트 가시거리의 두배 이상의 거리를 비추는 만큼 안전성은 비약적으로 발전했다
7)사진은 HUD시스템을 이용한 안경
안경의 양쪽 다리 부분에서 정보를 유리판으로 비추게 된다.
만화 '드래곤 볼'에서 보여지는 안경(상대의 체력지수가 비쳐지는 단안식 안경)도 이제는 꿈만이 아니게 됐다.
*HUD의 필요성*
전투기들이 서로 공중전을 하는 장면을 보면 눈깜짝할 사이에 스쳐지나가는 모습을 보게 된다. 게다가 조종사의 신체가 겪게되는 압력(G)도 상상하기 힘들 정도이다.
이런 상황에서 고개를 숙이고 계기판을 보거나 조작한다면 곧바로 패배로 이어지는 지름길이 될 것이다.
그렇다고 현재의 기체 상황과 외부 상황을 모른채, 계속 전투에 임한다는 것도 불안요소로 작용한다.
그래서 등장하는 것이 HUD(전방 시현 장치:Head Up Display)이다. 적기를 계속 주시하면서도 계기정보를 얻을 수 있도록 한 장비인데, 조종석에 앉으면 정면으로 보이는 투명한 계기판을 일컫는 말이다.
*HUD는 단순한 반사판일 뿐이다.*
계류되어 있는 전투기의 HUD를 살펴보면 그냥 평범한 유리판처럼 보인다. 그런데 시동을 걸고 발진준비를 시작하면 HUD에는 갖가지 정보들을 토해내기 시작한다. 평범한 유리판인것 같은데, 어떻게 이렇게 갖가지 정보들을 보여줄 수 있을까?
밤에 버스를 타고 가면 밖의 풍경과 버스안의 모습이 겹쳐보이는 것을 누구라도 겪었을 것이다.
이런 원리로 만들어진 것이 HUD이다. 즉 HUD의 투명한 유리판은 반사판일 뿐이다.
초창기 HUD는 광학식 시현장치(Radter HUD)였다. 이 방식은 현재도 사용하는 기종이 많지만, 낮에 특히 직사광선을 받는 상황에서는 제기능을 발휘하질 못하는 단점을 가지고 있었다. 직사광선 아래에서는 TV가 잘 안보이는 것돠 같은 원리였다. 게다가 반사기술의 한계로 인해 시현장치의 크기도 넓게 만들지 못했다.
이런 단점을 극복하고자 한 것이 레이저를 이용한 홀로그래픽(Holographic)형 시현장치 인데, 광학식 보다 훨씬 밝고 넓은 반사광을 만들어 낼 수가 있다.
요즘 등장하는 신형전투기들은 거의 홀로그래픽형을 선호하는 데, 깔끔한 적외선 영상도 구현이 가능하다는 장점을 가지고 있다.
즉 전투기의 적외선 센서가 만들어낸 적외선 영상을 조종사 시야에 곧바로 보이게 해서 야간에도 낮에 비행하는 것 같은 효과를 주며, 특히 야간의 초저공비행 시에 상당한 도움을 줄수 있다.
이 적외선 영상은 광학식에서도 구현이 가능하지만, 넓은 화면에 깨끗한 영상을 만들어내는 홀로그래픽형에 비교할 바는 아니다.
*HUD는 진화하고 있다*
홀로그래픽으로 진화한 HUD도 단점이 있기는 마련인데, 광학식보다 다소 넓어지기는 했지만, 여전히 전방의 일부분만을 커버하는 문제가 있었다.
시야에 적기가 보여도 기수를 적방향으로 움직여 HUD내에 두어야만 공격이 가능하다는 점은 상당히 큰 단점에 해당된다. 이를 위해서는 적기의 꼬리를 잡기위한 고기동이 연속으로 필요하게 되고, 이는 높은 G를 동반하기 때문에 조종사에게도 상당한 부담이다. 그냥 고개를 돌려 바라보는 것 만으로 조준(LOCK)이 되고 공격이 가능하다면 어떨까?
아파치 공격헬리콥터를 보면 조종사 시야의 움직임에 따라 기체 하부에 장착된 체인건과 기수에 장착된 각종 센서도 함께 움직인다. 즉 조종사가 쳐다 보기만 해도 곧바로 조준이 된다는 뜻이다. 이런 움직임은 아파치 조종사의 헬멧에 장착된 IHADSS(헬멧 내장 시야 표시 시스템 : Integrated Helmet And Display Sighting System)때문이다.
아파치의 헬멧을 보면 오른쪽 눈의 아랫부분에 긴 막대기 같은 장치가 있고, 눈 바로 앞에는 투명한 유리판이 있다. 원리는 HUD와 같지만, 어느 각도에서도 보이는 장점이 있다.
이 시스템에도 단점은 있는데, 오른쪽 눈에만 디스플레이 되는 특성상 조종사가 적응하기가 어렵다는 것이다. 눈의 좌우에 균형이 맞지 않아 정확한 운용에 어려움을 겪게 되고, 특히 야간에는 더 혼란을 가중시킨다. 왼쪽 눈에는 그저 암흑인데, 오른쪽 눈에는 대낮같은 적외선 영상이 보여지니 적응이 어려운건 어쩌면 당연한 일일지도 모른다. 이런 단점은 영화 '아파치'에서도 잘 그려져 있다
이런 시스템을 발전시켜 전투기에 적용한 것이 '헬멧 조준 장치(HMS : Helmet Mounted Sight)'인데, 한쪽 눈에만 디스플레이하는 IHADSS와는 다르게 헬멧 앞부분에 넓게 디스플레이 해서 혼란을 방지한다.
헬멧 조준장치를 쓰고 있으면 조종사는 좌우를 살피다가 시야에 적기가 들어오면 곧바로 공격이 가능하기 때문에 근접전에서 상당한 위력을 발휘하게 된다. 그래도 레이더 조준 각도, 미사일의 탐색각도 등을 계산하면 전방 60도 정도내의 공간만이 공격 가능하지만, HUD의 공격 가능 공간보다는 훨씬 넓다.
단점은 헬멧의 무게가 지나치게 무거워진다는 점이다. 보통의 전투기 헬멧도 무게는 상당한데, 각종 장비가 붙은 HMS헬멧은 훨씬 무거워진다. 이런 점은 전투시 고기동때에도 조종사에게 상당한 부담을 주지만, 더 큰 문제는 비상탈출때다. 보통의 전투기 헬멧을 착용한 경우에도 비상탈출때의 급격한 움직임때문에 목에 무리를 주거나 심하면 목이 꺾여 사망하는 사례가 있는데, 훨씬 무거운 HMS헬멧을 착용한 경우라면 조종사의 위험도는 증가하기 마련인 것이다.
*HUD의 이용*
HUD 시스템은 전투기에서만 사용되는 것은 아니다. 민간기에서도 사용되고 있으며, 악천후, 야간 등의 이착륙이 어려운 경우 민간여객기 조종사에게 큰 도움을 주고 있다.
정해진 항로만을 운항하고, 자동조종장치가 발달하여 운항이 쉬워지기는 했지만, 이착륙은 여전히 조종사의 작업이 필요한 만큼, HUD같은 기술의 도움은 필수적이 되었다.
항간에는 이착륙도 자동으로 할 수 있다고들 하지만, 그건 설비가 잘 갖추어진 일부 공항에만 해당될 뿐이고, 여전히 조종사의 작업이 필요한 부분이며, 사고율도 이착륙 때가 가장 높게 나타나고 있다.
또한 항공기 뿐만아니라 이를 자동차에서도 이용하고 있는데, 전방 유리창에 속도 등의 차량 상태를 나타내고 위험을 알리는 경고문구를 보여주기도 하는 등 운전의 안전성과 편리성에 획기적인 증대를 가져왔다.
특히 적외선 영상을 전방 유리창에 투영시켜 야간운전시에 대낮처럼 운전이 가능하도록 하는 장비를 실용화하였고, 일부 회사는 이미 시제차량을 내놓은 상태이며, 우리나라의 자동차회사들도 이미 개발을 완료하고 도입을 검토중에 있다. '나이트 비젼'이라고 불리는 이 장비는 헤드라이트 가시거리의 2배 이상의 거리에 있는 물체도 구분이 가능하도록 도와준다.
전투기나 헬기등 군용에서 쓰여졌던 이 기술들은 현재 일반차량에 적극 도입되어 운전자의 안전에 큰 도움을 주고 있는 것이다
이렇게 항공기나 차량에 이용하고 있는 것과는 다르게 휴대용으로서도 개발되고 있는데, 이른바 '입는 컴퓨터'의 디스플레이 부분이다.
대부분이 초소형 모니터를 장착한 시스템으로서 개발되지만, 이를 이용할 경우 컴퓨터를 이용하면서 걸을 수는 없다는 단점이 있다. 전방 시야를 완전히 가려버리는 모니터는 실용성이 떨어지지만, HUD시스템을 이용할 경우, 시야 확보와 함께 컴퓨터의 이용이 가능하다는 장점이 있다.
이런 특성은 GPS를 이용한 길찾기, 회의중 정보검색 등 활용 분야는 무궁무진하다.
이미 개발이 완료되어 시제품들이 속속 등장했지만, 아직 판매되는 제품은 없는 것으로 알려져 있다.
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