地面飛行訓練模擬器：從“飛行員搖籃”到“虛擬空戰(zhàn)場”

　　地面飛行訓練模擬器

　　從“飛行員搖籃”到“虛擬空戰(zhàn)場”

　　■張 野 劉林芳 張國強 趙 楠

　　鉆出一個云團，眼前豁然開朗，屏幕上立即出現(xiàn)“敵機”的圖標。還沒來得及鎖定，“敵機”已快速扎入另一個云團。機身兩旁的薄云，被機頭劈成兩半，一綹綹疾馳而過。突然，導彈來襲警報聲響起……

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

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

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

　　“在人造空間里飛行”

　　被稱作飛行員“搖籃”“學步車”也好，“八卦爐”也好，地面飛行訓練模擬器本身沒那么多感情色彩，它只是一種用于訓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)機執(zhí)行任務(wù)時的飛行環(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荷、視覺、聽覺和運動感覺，并對它所給出的一連串“空情”作出反應(yīng)。

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

　　一般來講，它由模擬座艙、運動系統(tǒng)、視景系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)及教員控制臺5大部分組成。如果把這些部分比作訓練模擬器的軀體，那么依托計算機系統(tǒng)運行的飛行仿真軟件就是模擬器的“靈魂”。

　　“有趣的靈魂萬里挑一?！睂Φ孛骘w行訓練模擬器來說，這句話同樣適用。仿真軟件作為飛行訓練模擬器的核心，它的先進程度，直接決定著飛行訓練模擬器功能的強弱。

　　仿真軟件主要包括兩類，一類是負責向地面飛行訓練模擬器發(fā)出指令、驅(qū)動其運動的軟件架構(gòu)，這一軟件系統(tǒng)帶有一定通用性;另一類則是由戰(zhàn)機氣動參數(shù)等多種要素構(gòu)成的飛行仿真模型。這種軟件系統(tǒng)基于具體型號的戰(zhàn)機構(gòu)建， 帶有鮮明的“個性”特征。它易于被計算機系統(tǒng)辨識，能通過向諸多分系統(tǒng)提供相應(yīng)的驅(qū)動信號，使地面飛行訓練模擬器呈現(xiàn)出與所模擬戰(zhàn)機類似的飛行特征。

　　飛行仿真模型種類較多，除了氣動模塊、運動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練模擬器整體仿真特性。

　　在地面模擬飛行訓練中，飛行教員正是通過教員控制臺有針對性地選擇不同仿真模型，來構(gòu)建特定的訓練課目。

　　當然，地面飛行訓練模擬器并非剛問世時就如此“高大上”。第二次世界大戰(zhàn)期間，訓練了約50萬名飛行員的林克機，只是一個機械式的地面飛行訓練模擬器。直到20世紀50年代后，隨著計算機技術(shù)日漸成熟，一些民航客機的地面飛行訓練模擬器才初步具備數(shù)字化模擬功能。20世紀70年代以來，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，實現(xiàn)六自由度運動，地面飛行訓練模擬器的運行速度和仿真實時性大大提升?！　?/p>

俄羅斯新型人工智能地面飛行訓練模擬器;資料圖片　　

俄羅斯艦載機模擬訓練飛行系統(tǒng)。資料圖片　　

臺風戰(zhàn)機地面飛行訓練模擬器。資料圖片　　

F-35戰(zhàn)機地面飛行訓練模擬器。資料圖片

　　隨時“開黑”不是夢

　　當前，各國研發(fā)的地面飛行訓練模擬器技術(shù)水平不等。從一些先進訓練模擬器所具備的能力來看，隨時“開黑”不是夢。

　　“開黑”是大型網(wǎng)絡(luò)游戲玩家所用的“術(shù)語”，意為“在溝通便捷的情況下組隊打游戲”。地面飛行訓練模擬器在這方面所提供的便捷性、實戰(zhàn)性，與網(wǎng)游相比有過之而無不及。

　　以前的地面飛行訓練模擬器，囿于當時的條件限制，大多突出對單機駕馭能力的訓練?，F(xiàn)在，更多的國家開始運用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將分散在不同地域的多個部隊所屬的地面訓練模擬器聯(lián)為一體，進行綜合性、系統(tǒng)性模擬訓練。

　　以美空軍為例，其阿姆斯特朗實驗室的“虛擬21中隊”，任務(wù)就是通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接多臺不同機型的飛行訓練模擬器，組織實施帶戰(zhàn)術(shù)背景的機群攻擊模擬訓練。

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

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

　　2018年，美軍曾在內(nèi)利斯空軍基地組織過一次相關(guān)演示。演示對象包括8架F-15戰(zhàn)機和8架F/A-18戰(zhàn)機的聯(lián)網(wǎng)模擬器，合計20個空中節(jié)點和地面系統(tǒng)，還有數(shù)百個由數(shù)字構(gòu)建的空中和地面兵力模型。

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

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

　　F-35戰(zhàn)機的模擬訓練管理系統(tǒng)使用的就是實際作戰(zhàn)飛行程序，這使它的模擬器能與實裝任務(wù)系統(tǒng)同步升級，進一步增強地面訓練的有效性。

　　從各國研發(fā)地面飛行訓練模擬系統(tǒng)的定位來看，在增強模擬訓練成效的同時，對飛行員操作水平進行評估，提供個性化意見與建議，正成為該系統(tǒng)能力拓展方向。而采用開放式體系結(jié)構(gòu)，顯然有助于今后對地面飛行訓練模擬器繼續(xù)“賦能”。

　　無限“逼近”實戰(zhàn)是其未來“打開方式”

　　業(yè)界有這么一個斷語——地面飛行訓練模擬器永遠無法替代駕駛真機飛行。但這一斷語顯然并未影響到地面飛行訓練模擬器的迅猛發(fā)展。原因何在?

　　簡而言之，地面飛行訓練模擬器的好處足有“一籮筐”。

　　第一，利用地面飛行訓練模擬器，可以針對操作短板反復進行練習，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;可以借此對飛機失速、雨雪天氣等復雜環(huán)境、危險狀況中的飛行操作進行“預習”“溫習”，在不斷“淬火”中提升飛行員應(yīng)急處突能力。顯然，真機不可能反復提供這種訓練場景。

　　第二，通過地面飛行訓練模擬器進行“新飛”培訓和“老飛”復訓，成本較低，效率較高，還沒有太多污染。

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

　　第四，也是更重要的一點，隨著科技的發(fā)展，飛行訓練模擬器所具有的功能，正在無限“逼近”實戰(zhàn)。

　　簡要地講，這種“逼近”主要包括以下幾個方面：

　　模擬能力更加全面、逼真。隨著戰(zhàn)斗機性能的提升，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練模擬器幾乎勢在必行。因為唯有更全面、逼真地模擬先進戰(zhàn)機或機群作戰(zhàn)環(huán)境，才能為飛行員提供與真實飛行幾乎相同的運動感受，以及更加復雜、現(xiàn)實的訓練內(nèi)容，加快飛行員培養(yǎng)進程，提高培訓效率。

　　具備智能評估、建議功能。隨著人工智能和大數(shù)據(jù)等技術(shù)的發(fā)展，在飛行訓練中隨機收集飛行員個性化數(shù)據(jù)，對其操作能力進行精準評估仍然必不可少。同時，根據(jù)每位飛行員的優(yōu)勢和短板提供意見與建議，為其訂制個性化訓練內(nèi)容，正在成為今后地面飛行訓練模擬器的新職能。有些國家的飛行院校已開始著手對模擬器功能進行完善，以便讓其發(fā)揮“裁判員”的作用——評判學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)。

　　更多地兼顧體系對抗模擬任務(wù)。戰(zhàn)機集群作戰(zhàn)是今后空戰(zhàn)的主要方式之一。地面飛行訓練模擬系統(tǒng)必須順應(yīng)這一特點，承擔起“組網(wǎng)互聯(lián)、提供舞臺”的作用。今后的地面飛行訓練模擬系統(tǒng)或能根據(jù)目標戰(zhàn)斗機性能、對方飛行員機動和攻防決策特點，生成虛擬目標，為進行模擬訓練的飛行員提供“個性化”對手。同時，隨著分布式模擬交互技術(shù)的運用，將戰(zhàn)機、模擬訓練平臺和兵力模型等眾多要素聯(lián)成一個整體，為部隊構(gòu)設(shè)包含敵我雙方兵力在內(nèi)的完整戰(zhàn)場環(huán)境，在更高層面進行數(shù)字化演習訓練、戰(zhàn)法研究，必將成為地面飛行訓練模擬器的新本領(lǐng)。

　　供圖：張國強、趙 楠