地面飛行訓(xùn)練模擬器：從“飛行員搖籃”到“虛擬空戰(zhàn)場(chǎng)”

　　地面飛行訓(xùn)練模擬器

　　從“飛行員搖籃”到“虛擬空戰(zhàn)場(chǎng)”

　　■張 野 劉林芳 張國(guó)強(qiáng) 趙 楠

　　鉆出一個(gè)云團(tuán)，眼前豁然開(kāi)朗，屏幕上立即出現(xiàn)“敵機(jī)”的圖標(biāo)。還沒(méi)來(lái)得及鎖定，“敵機(jī)”已快速扎入另一個(gè)云團(tuán)。機(jī)身兩旁的薄云，被機(jī)頭劈成兩半，一綹綹疾馳而過(guò)。突然，導(dǎo)彈來(lái)襲警報(bào)聲響起……

　　放松，請(qǐng)放松緊繃的神經(jīng)!如此激烈的空中對(duì)抗場(chǎng)景，不一定真是在高空中“上演”，也可能是在地面上發(fā)生——如今先進(jìn)的地面飛行訓(xùn)練模擬器完全可以做到這一點(diǎn)。

　　對(duì)大多數(shù)剛起步的飛行員來(lái)說(shuō)，地面飛行訓(xùn)練模擬器有點(diǎn)像他們的“學(xué)步車”，幫著他們邁出飛行“第一步”。隨著訓(xùn)練難度增加，地面飛行訓(xùn)練模擬器就有了點(diǎn)太上老君“八卦爐”的感覺(jué)，目的很明確——將飛行員“煉出銅頭鐵臂”。一一對(duì)抗、組隊(duì)對(duì)抗……在這期間，地面飛行訓(xùn)練模擬器就成了飛行員眼中的“虛擬空戰(zhàn)場(chǎng)”。

　　那么，地面飛行訓(xùn)練模擬器何以擁有這種“能力”?它們的發(fā)展現(xiàn)狀如何?未來(lái)又會(huì)向哪里發(fā)展?請(qǐng)看相關(guān)解讀——

　　“在人造空間里飛行”

　　被稱作飛行員“搖籃”“學(xué)步車”也好，“八卦爐”也好，地面飛行訓(xùn)練模擬器本身沒(méi)那么多感情色彩，它只是一種用于訓(xùn)練飛行員的裝備或裝備組合。

　　這類裝備或裝備組合，一般設(shè)置在地面上，能夠模仿戰(zhàn)機(jī)執(zhí)行任務(wù)時(shí)的飛行環(huán)境、條件和狀態(tài)，讓飛行員和空勤人員獲得與在空中相近的操縱負(fù)荷、視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和運(yùn)動(dòng)感覺(jué)，并對(duì)它所給出的一連串“空情”作出反應(yīng)。

　　和教練機(jī)、變穩(wěn)飛機(jī)等空中飛行訓(xùn)練模擬器不同，這種飛行訓(xùn)練模擬器無(wú)法飛離地面，它只能“在人造空間里飛行”。

　　一般來(lái)講，它由模擬座艙、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、視景系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及教員控制臺(tái)5大部分組成。如果把這些部分比作訓(xùn)練模擬器的軀體，那么依托計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的飛行仿真軟件就是模擬器的“靈魂”。

　　“有趣的靈魂萬(wàn)里挑一?！睂?duì)地面飛行訓(xùn)練模擬器來(lái)說(shuō)，這句話同樣適用。仿真軟件作為飛行訓(xùn)練模擬器的核心，它的先進(jìn)程度，直接決定著飛行訓(xùn)練模擬器功能的強(qiáng)弱。

　　仿真軟件主要包括兩類，一類是負(fù)責(zé)向地面飛行訓(xùn)練模擬器發(fā)出指令、驅(qū)動(dòng)其運(yùn)動(dòng)的軟件架構(gòu)，這一軟件系統(tǒng)帶有一定通用性;另一類則是由戰(zhàn)機(jī)氣動(dòng)參數(shù)等多種要素構(gòu)成的飛行仿真模型。這種軟件系統(tǒng)基于具體型號(hào)的戰(zhàn)機(jī)構(gòu)建， 帶有鮮明的“個(gè)性”特征。它易于被計(jì)算機(jī)系統(tǒng)辨識(shí)，能通過(guò)向諸多分系統(tǒng)提供相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使地面飛行訓(xùn)練模擬器呈現(xiàn)出與所模擬戰(zhàn)機(jī)類似的飛行特征。

　　飛行仿真模型種類較多，除了氣動(dòng)模塊、運(yùn)動(dòng)方程模塊和力矩模塊，還包括大氣紊流、質(zhì)量特性、毀壞狀況、重新定位等功能模塊。這些模塊共同賦予地面飛行訓(xùn)練模擬器整體仿真特性。

　　在地面模擬飛行訓(xùn)練中，飛行教員正是通過(guò)教員控制臺(tái)有針對(duì)性地選擇不同仿真模型，來(lái)構(gòu)建特定的訓(xùn)練課目。

　　當(dāng)然，地面飛行訓(xùn)練模擬器并非剛問(wèn)世時(shí)就如此“高大上”。第二次世界大戰(zhàn)期間，訓(xùn)練了約50萬(wàn)名飛行員的林克機(jī)，只是一個(gè)機(jī)械式的地面飛行訓(xùn)練模擬器。直到20世紀(jì)50年代后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)日漸成熟，一些民航客機(jī)的地面飛行訓(xùn)練模擬器才初步具備數(shù)字化模擬功能。20世紀(jì)70年代以來(lái)，地面大型模擬器才普遍具備完整的座艙設(shè)備和模擬控制系統(tǒng)，除視景顯示功能外，還加入了音響和煙霧模擬裝置，實(shí)現(xiàn)六自由度運(yùn)動(dòng)，地面飛行訓(xùn)練模擬器的運(yùn)行速度和仿真實(shí)時(shí)性大大提升?！　?/p>

俄羅斯新型人工智能地面飛行訓(xùn)練模擬器;資料圖片　　

俄羅斯艦載機(jī)模擬訓(xùn)練飛行系統(tǒng)。資料圖片　　

臺(tái)風(fēng)戰(zhàn)機(jī)地面飛行訓(xùn)練模擬器。資料圖片　　

F-35戰(zhàn)機(jī)地面飛行訓(xùn)練模擬器。資料圖片

　　隨時(shí)“開(kāi)黑”不是夢(mèng)

　　當(dāng)前，各國(guó)研發(fā)的地面飛行訓(xùn)練模擬器技術(shù)水平不等。從一些先進(jìn)訓(xùn)練模擬器所具備的能力來(lái)看，隨時(shí)“開(kāi)黑”不是夢(mèng)。

　　“開(kāi)黑”是大型網(wǎng)絡(luò)游戲玩家所用的“術(shù)語(yǔ)”，意為“在溝通便捷的情況下組隊(duì)打游戲”。地面飛行訓(xùn)練模擬器在這方面所提供的便捷性、實(shí)戰(zhàn)性，與網(wǎng)游相比有過(guò)之而無(wú)不及。

　　以前的地面飛行訓(xùn)練模擬器，囿于當(dāng)時(shí)的條件限制，大多突出對(duì)單機(jī)駕馭能力的訓(xùn)練。現(xiàn)在，更多的國(guó)家開(kāi)始運(yùn)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將分散在不同地域的多個(gè)部隊(duì)所屬的地面訓(xùn)練模擬器聯(lián)為一體，進(jìn)行綜合性、系統(tǒng)性模擬訓(xùn)練。

　　以美空軍為例，其阿姆斯特朗實(shí)驗(yàn)室的“虛擬21中隊(duì)”，任務(wù)就是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接多臺(tái)不同機(jī)型的飛行訓(xùn)練模擬器，組織實(shí)施帶戰(zhàn)術(shù)背景的機(jī)群攻擊模擬訓(xùn)練。

　　在2019年莫斯科航展中，俄羅斯展示的與蘇-35戰(zhàn)機(jī)配套的地面飛行訓(xùn)練模擬器，同樣展現(xiàn)出這方面的一些特征。

　　不僅如此，隨著地面飛行訓(xùn)練模擬器被賦予一些新能力，空中訓(xùn)練的戰(zhàn)機(jī)也被納入地面飛行訓(xùn)練模擬的大體系中。

　　2018年，美軍曾在內(nèi)利斯空軍基地組織過(guò)一次相關(guān)演示。演示對(duì)象包括8架F-15戰(zhàn)機(jī)和8架F/A-18戰(zhàn)機(jī)的聯(lián)網(wǎng)模擬器，合計(jì)20個(gè)空中節(jié)點(diǎn)和地面系統(tǒng)，還有數(shù)百個(gè)由數(shù)字構(gòu)建的空中和地面兵力模型。

　　美軍準(zhǔn)備列裝的T-7A教練機(jī)，一個(gè)最大特點(diǎn)就是能借助機(jī)上內(nèi)置的仿真系統(tǒng)接入地面飛行訓(xùn)練模擬系統(tǒng)，與后者一起構(gòu)成逼真的大對(duì)抗環(huán)境。

　　這種趨勢(shì)與戰(zhàn)機(jī)、教練機(jī)的能力同步提升有關(guān)。隨著人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)的發(fā)展運(yùn)用，以及相關(guān)模擬訓(xùn)練套件或軟件集成到戰(zhàn)機(jī)上，空中真實(shí)飛行平臺(tái)與地面飛行訓(xùn)練模擬器的互聯(lián)互通已成為可能。

　　F-35戰(zhàn)機(jī)的模擬訓(xùn)練管理系統(tǒng)使用的就是實(shí)際作戰(zhàn)飛行程序，這使它的模擬器能與實(shí)裝任務(wù)系統(tǒng)同步升級(jí)，進(jìn)一步增強(qiáng)地面訓(xùn)練的有效性。

　　從各國(guó)研發(fā)地面飛行訓(xùn)練模擬系統(tǒng)的定位來(lái)看，在增強(qiáng)模擬訓(xùn)練成效的同時(shí)，對(duì)飛行員操作水平進(jìn)行評(píng)估，提供個(gè)性化意見(jiàn)與建議，正成為該系統(tǒng)能力拓展方向。而采用開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)，顯然有助于今后對(duì)地面飛行訓(xùn)練模擬器繼續(xù)“賦能”。

　　無(wú)限“逼近”實(shí)戰(zhàn)是其未來(lái)“打開(kāi)方式”

　　業(yè)界有這么一個(gè)斷語(yǔ)——地面飛行訓(xùn)練模擬器永遠(yuǎn)無(wú)法替代駕駛真機(jī)飛行。但這一斷語(yǔ)顯然并未影響到地面飛行訓(xùn)練模擬器的迅猛發(fā)展。原因何在?

　　簡(jiǎn)而言之，地面飛行訓(xùn)練模擬器的好處足有“一籮筐”。

　　第一，利用地面飛行訓(xùn)練模擬器，可以針對(duì)操作短板反復(fù)進(jìn)行練習(xí)，幫助飛行員在不斷“昨日重現(xiàn)”中感受、積累、掌握正確的飛行技巧;可以借此對(duì)飛機(jī)失速、雨雪天氣等復(fù)雜環(huán)境、危險(xiǎn)狀況中的飛行操作進(jìn)行“預(yù)習(xí)”“溫習(xí)”，在不斷“淬火”中提升飛行員應(yīng)急處突能力。顯然，真機(jī)不可能反復(fù)提供這種訓(xùn)練場(chǎng)景。

　　第二，通過(guò)地面飛行訓(xùn)練模擬器進(jìn)行“新飛”培訓(xùn)和“老飛”復(fù)訓(xùn)，成本較低，效率較高，還沒(méi)有太多污染。

　　第三，地面飛行訓(xùn)練模擬器安裝地點(diǎn)靈活，使用環(huán)境條件相對(duì)寬松，壽命較長(zhǎng)，維修也比較方便。

　　第四，也是更重要的一點(diǎn)，隨著科技的發(fā)展，飛行訓(xùn)練模擬器所具有的功能，正在無(wú)限“逼近”實(shí)戰(zhàn)。

　　簡(jiǎn)要地講，這種“逼近”主要包括以下幾個(gè)方面：

　　模擬能力更加全面、逼真。隨著戰(zhàn)斗機(jī)性能的提升，尤其是聯(lián)合作戰(zhàn)、體系作戰(zhàn)成為主要形態(tài)，研制高性能的地面飛行訓(xùn)練模擬器幾乎勢(shì)在必行。因?yàn)槲ㄓ懈?、逼真地模擬先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)或機(jī)群作戰(zhàn)環(huán)境，才能為飛行員提供與真實(shí)飛行幾乎相同的運(yùn)動(dòng)感受，以及更加復(fù)雜、現(xiàn)實(shí)的訓(xùn)練內(nèi)容，加快飛行員培養(yǎng)進(jìn)程，提高培訓(xùn)效率。

　　具備智能評(píng)估、建議功能。隨著人工智能和大數(shù)據(jù)等技術(shù)的發(fā)展，在飛行訓(xùn)練中隨機(jī)收集飛行員個(gè)性化數(shù)據(jù)，對(duì)其操作能力進(jìn)行精準(zhǔn)評(píng)估仍然必不可少。同時(shí)，根據(jù)每位飛行員的優(yōu)勢(shì)和短板提供意見(jiàn)與建議，為其訂制個(gè)性化訓(xùn)練內(nèi)容，正在成為今后地面飛行訓(xùn)練模擬器的新職能。有些國(guó)家的飛行院校已開(kāi)始著手對(duì)模擬器功能進(jìn)行完善，以便讓其發(fā)揮“裁判員”的作用——評(píng)判學(xué)員是否適合飛行以及是否具有成為作戰(zhàn)飛行員的潛質(zhì)。

　　更多地兼顧體系對(duì)抗模擬任務(wù)。戰(zhàn)機(jī)集群作戰(zhàn)是今后空戰(zhàn)的主要方式之一。地面飛行訓(xùn)練模擬系統(tǒng)必須順應(yīng)這一特點(diǎn)，承擔(dān)起“組網(wǎng)互聯(lián)、提供舞臺(tái)”的作用。今后的地面飛行訓(xùn)練模擬系統(tǒng)或能根據(jù)目標(biāo)戰(zhàn)斗機(jī)性能、對(duì)方飛行員機(jī)動(dòng)和攻防決策特點(diǎn)，生成虛擬目標(biāo)，為進(jìn)行模擬訓(xùn)練的飛行員提供“個(gè)性化”對(duì)手。同時(shí)，隨著分布式模擬交互技術(shù)的運(yùn)用，將戰(zhàn)機(jī)、模擬訓(xùn)練平臺(tái)和兵力模型等眾多要素聯(lián)成一個(gè)整體，為部隊(duì)構(gòu)設(shè)包含敵我雙方兵力在內(nèi)的完整戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，在更高層面進(jìn)行數(shù)字化演習(xí)訓(xùn)練、戰(zhàn)法研究，必將成為地面飛行訓(xùn)練模擬器的新本領(lǐng)。

　　供圖：張國(guó)強(qiáng)、趙 楠