美空軍模擬訓(xùn)練和虛實結(jié)合方式的應(yīng)用發(fā)展

2020年8月，美空軍參謀長查爾斯·布朗在名為“加速改變或失敗”的演講中指出，要更快地將作戰(zhàn)能力交給部隊，否則將無法保持美空軍的全球主導(dǎo)地位。傳統(tǒng)意義上的軍備競賽更多指向了裝備建設(shè)方面，以裝備的升級換代和批量生產(chǎn)為典型代表。這種不平衡的發(fā)展導(dǎo)致新裝備和現(xiàn)有的訓(xùn)練技術(shù)直接出現(xiàn)了“代差”，即訓(xùn)練技術(shù)不能全面支持裝備去發(fā)揮能力。這種情況也出現(xiàn)在日常生活中，典型例子就是老同志們往往擁有高端旗艦手機(jī)，盡管軟硬件性能優(yōu)勢明顯，但由于使用不熟練或者眼神看不見，發(fā)揮的效能一般比不上使用廉價手機(jī)的學(xué)生黨。近些年，美空軍作戰(zhàn)測試訓(xùn)練基礎(chǔ)設(shè)施（OTTI）升級更加關(guān)注“合成”，也就是指加強(qiáng)了虛擬和構(gòu)造仿真應(yīng)用。這種發(fā)展特點一方面彌補當(dāng)前裝備體系面臨的訓(xùn)練能力差距，另一方面也是隱蔽其下一代裝備研制，讓其部分作戰(zhàn)試驗變得不再可見。

一、大國競爭下訓(xùn)練體系結(jié)構(gòu)的演變

美空軍總部負(fù)責(zé)作戰(zhàn)的副參謀長兼訓(xùn)練和準(zhǔn)備辦公室（AF/A3T）長期在作戰(zhàn)訓(xùn)練基礎(chǔ)設(shè)施（OTI，有時也稱OTTI）方面制定投資計劃，以便更好地模擬未來作戰(zhàn)環(huán)境中的作戰(zhàn)行動，為戰(zhàn)斗機(jī)飛行員提供一個能夠充分代表大國挑戰(zhàn)的訓(xùn)練環(huán)境。美空軍綜合測試和訓(xùn)練能力須跨越多代飛機(jī)和相關(guān)訓(xùn)練系統(tǒng)，以便在無縫連接的虛實環(huán)境中進(jìn)行高保真的測試和訓(xùn)練。

OTTI中的要素主要包括訓(xùn)練系統(tǒng)/模擬器、靶場、空域、威脅環(huán)境生成器、假想敵部隊、嵌入式訓(xùn)練能力、體系支撐、網(wǎng)絡(luò)安全、吊艙/武器系統(tǒng)接口設(shè)備、演習(xí)演訓(xùn)活動等。

對OTTI優(yōu)先事項的描述主要是能力升級，每種能力等級的定義不公開，但從新聞采訪中可以判斷4級能力基本上是具備復(fù)制等威脅的能力。OTTI優(yōu)先事項包括以下8個方面：

（1）合成（指仿真）能力升級到4級：為航空兵和太空軍部隊升級到4級合成訓(xùn)練能力?？哲娚芷诠芾?a target="_blank">中心架構(gòu)與集成部門（AFLCMC/XA）在努力牽頭，但需要大量的行業(yè)共同參與。將在2022財年獲得支持，資金來源于未來幾年國防計劃（FYDP）。FYDP每年編制一次，通常在規(guī)劃、計劃、預(yù)算和執(zhí)行（PPBE）過程的規(guī)劃階段完成。

（2）內(nèi)華達(dá)試訓(xùn)靶場(NTTR)和阿拉斯加靶場綜合體(JPARC)升級到4級：NTTR高級雷達(dá)威脅系統(tǒng)（ARTS）部署V1和V2版本，后續(xù)優(yōu)先考慮部署ARTS V3。計劃中威脅系統(tǒng)的詳細(xì)信息沒有公開。一般而言，這些系統(tǒng)將代表地對空導(dǎo)彈系統(tǒng)威脅、干擾器以及潛在的主要對手使用的其他綜合防空系統(tǒng)。升級到4級威脅能力的資金已落實。

（3）6個主要訓(xùn)練靶場（PTR）升級到3級：為6個PTR提供資金升級ARTS V2。升級到3級威脅的資金已落實。上述靶場（含NTTR和JPARC）的現(xiàn)代化改造主要是為了確保精英部隊（Pacing unit）具有日常頻繁使用3級現(xiàn)場訓(xùn)練環(huán)境的機(jī)會。在這些升級后訓(xùn)練靶場附近基地的戰(zhàn)斗機(jī)中隊將能夠每天進(jìn)行高級訓(xùn)練。

2019年AF/A3T列出的靶場優(yōu)先級（美空軍圖片）

美空軍投資策略將目前30多個靶場內(nèi)的分散投資轉(zhuǎn)變?yōu)楦》秶鷥?nèi)的集中投資。AF/A3T除了制定靶場升級優(yōu)先級外，還為每個靶場升級所需研發(fā)內(nèi)容和采購成本進(jìn)行了初步估算。AF/A3T估計，研發(fā)威脅系統(tǒng)所需的成本約12億美元，該價格不包含最終部署系統(tǒng)的價格。NTTR和JPARC兩個靶場將升級為最先進(jìn)的能力，以支持大規(guī)模部隊演習(xí)。AF/A3T估計為這兩個靶場采購設(shè)備升級將耗資約10億美元。

（4）虛擬測試訓(xùn)練中心（VTTC）升級到4+級：為高級訓(xùn)練和戰(zhàn)術(shù)開發(fā)繼續(xù)完善設(shè)施。

（5）優(yōu)化空域：與FAA協(xié)商動態(tài)空域測試試點，優(yōu)化空域以支持3級以上的訓(xùn)練。美空軍已為動態(tài)空域測試試點提供資金保障。

（6）優(yōu)化假想敵部隊（ADAIR）：與空戰(zhàn)司令部（ACC）合作，匹配當(dāng)前計劃提供符合部隊要求的敵方空軍，確定ADAIR質(zhì)量和數(shù)量方面的要求。同時啟動ADAIR-UX計劃，該計劃是無人平臺、自主性、網(wǎng)絡(luò)/數(shù)據(jù)鏈路、人機(jī)界面、傳感器/射頻發(fā)射器五個技術(shù)組件的集成。用無人駕駛、半自主敵機(jī)增強(qiáng)ADAIR陪練能力，與此同時讓美空軍熟悉自主裝備的操作使用。在自主平臺使用中探索建立作戰(zhàn)概念（CONOPS）、技戰(zhàn)術(shù)程序（TTP）和信心，最終加速未來自主裝備如期進(jìn)入美軍作戰(zhàn)體系。

（7）研發(fā)混合訓(xùn)練：與海軍對接其研發(fā)完成后的成果，促進(jìn)海軍和空軍生命周期管理中心模擬器部門（WNS）會面，探討未來演習(xí)的分布任務(wù)作戰(zhàn)（DMO）應(yīng)用。目標(biāo)使混合能力達(dá)到4級訓(xùn)練環(huán)境。

（8）定制賽博網(wǎng)絡(luò)環(huán)境：在2022財年之前將聯(lián)合信息作戰(zhàn)靶場（JIOR）交付到ACC。另外將網(wǎng)絡(luò)測試和訓(xùn)練范圍（CTTR）升級到4級。

二、當(dāng)前模擬器大規(guī)模運用的問題

隨著大國直接對抗的可能性增加，美國防部加強(qiáng)了對聯(lián)合作戰(zhàn)訓(xùn)練能力的支持力度。當(dāng)前的訓(xùn)練方法和能力受到靶場容量不足、威脅復(fù)制不準(zhǔn)和戰(zhàn)術(shù)安全泄露的限制，不符合復(fù)雜戰(zhàn)場高端訓(xùn)練的要求，未來大部分高級訓(xùn)練或許遷移到合成環(huán)境。在OTTI優(yōu)化事項中，美空軍除了對傳統(tǒng)物理靶場的升級外，還重點加強(qiáng)了建模與仿真技術(shù)的融合應(yīng)用。

美空軍參謀長查爾斯·布朗是建模與仿真技術(shù)的積極推動者，正在考慮擴(kuò)大該技術(shù)的使用范圍，以實現(xiàn)更廣泛的訓(xùn)練戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型。美空軍已經(jīng)將虛擬、增強(qiáng)和混合現(xiàn)實技術(shù)納入其本科生飛行員訓(xùn)練和維修訓(xùn)練中，同時正在仔細(xì)權(quán)衡當(dāng)前建模與仿真技術(shù)的真實能力。美空軍長期使用模擬器開展飛行員飛行訓(xùn)練和任務(wù)訓(xùn)練。AFLCMC是美空軍模擬器的管理部門，新機(jī)模擬器的開發(fā)工作由AFLCMC型號項目辦公室指導(dǎo)工業(yè)部門開發(fā)，在研制過程中作為型號專有產(chǎn)品，往往不考慮跨型號的互操作性需求，在研制過程還要實時集成空軍實驗室人機(jī)功效部門研究完成的先進(jìn)訓(xùn)練技術(shù)。模擬器研制完成后，交付給AFLCMC模擬器部門（WNS）管理，該部門管理美空軍75個項目的2383臺模擬器/設(shè)備。盡管美空軍擁有數(shù)千臺模擬器和訓(xùn)練環(huán)境，但在設(shè)計之初沒有考慮模擬器、訓(xùn)練環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，計算機(jī)系統(tǒng)和軟件不能夠交換和使用其他模擬器的信息，達(dá)不到訓(xùn)練靈活性要求。所以，美空軍針對此問題開展了系列工作增強(qiáng)其模擬器之間的互操作性。

三、模擬訓(xùn)練的內(nèi)在聯(lián)系

在OTTI的合成測試訓(xùn)練能力方面，美空軍為了達(dá)到某個目的，做了一系列的事情（LOE），包括以下幾個方面：

（1）合成測試環(huán)境：持續(xù)開發(fā)聯(lián)合仿真環(huán)境（JSE），該仿真環(huán)境用于F-35及其他新機(jī)或改升級進(jìn)型號的開發(fā)測試與作戰(zhàn)試驗。

（2）通用合成訓(xùn)練環(huán)境（CSTE）：正在進(jìn)行設(shè)計開發(fā)工作。

（3）模擬器同步和分布式訓(xùn)練：該工作是延續(xù)性內(nèi)容，通過現(xiàn)有技術(shù)能力繼續(xù)支持模擬器訓(xùn)練和分布任務(wù)作戰(zhàn)（DMO）聯(lián)網(wǎng)工作。目前部署的模擬器及其網(wǎng)絡(luò)通常是專用的，不支持高端、多領(lǐng)域培訓(xùn)的性能需求。合并作戰(zhàn)空軍（CAF）和機(jī)動空軍（MAF）分布任務(wù)作戰(zhàn)標(biāo)準(zhǔn)，以創(chuàng)建全空軍的DMO標(biāo)準(zhǔn)。

（4）模擬器通用架構(gòu)要求標(biāo)準(zhǔn)（SCARS）：目標(biāo)將傳統(tǒng)專用模擬器轉(zhuǎn)換為政府所有的模塊化開放系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。

（5）政策研究：通過機(jī)制研究解決長期存在的“煙囪”發(fā)展問題。

以上五個方面共同構(gòu)成了美空軍仿真訓(xùn)練的核心。目標(biāo)是創(chuàng)造一個合成環(huán)境，構(gòu)建一個變化更新的生態(tài)系統(tǒng)，使訓(xùn)練系統(tǒng)能夠更好地聯(lián)系在一起，可隨時應(yīng)對新出現(xiàn)的威脅，使空軍能夠更好地在所需水平上訓(xùn)練大量飛行員。

美空軍未來戰(zhàn)略是從技術(shù)上和編程上將“數(shù)字飛機(jī)模型”（Aircraft In a Box,AIB）與合成環(huán)境（Synthetic Environment,SE）分離。利用JSE中F-35飛機(jī)AIB在功能和模塊化框架的成功經(jīng)驗， 最大限度地復(fù)用和定制OTI。在此發(fā)展戰(zhàn)略下，框架最終狀態(tài)會分成AIB和SE兩大部分獨立發(fā)展，中間的網(wǎng)絡(luò)交互依靠DMO實現(xiàn)。其中SCARS是實現(xiàn)AIB的基礎(chǔ)。為了實現(xiàn)以上目標(biāo)，需要在條令、組織、訓(xùn)練、物資、領(lǐng)導(dǎo)和教育、人員、設(shè)施和政策的一致性（DOTMLPF-P）以及持續(xù)的資金投入。

如何利用數(shù)字化更好的支撐仿真訓(xùn)練一直存在爭論。美國防部和空軍的愿景都是用建模與仿真技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)支持國防領(lǐng)域的互操作性和標(biāo)準(zhǔn)化，盡可能采用商業(yè)、工業(yè)和開放標(biāo)準(zhǔn)，代替政府制定標(biāo)準(zhǔn)。這一過程中主要的挑戰(zhàn)是要有能力模擬整個空軍作戰(zhàn)過程，讓空軍仿真訓(xùn)練真正進(jìn)入“游戲行業(yè)”，也就是多人網(wǎng)游的功能，這一變化需要解決聯(lián)網(wǎng)、封閉系統(tǒng)和專用任務(wù)等問題。

為了加強(qiáng)模擬器頂層設(shè)計，解決系統(tǒng)間缺乏通信的問題，主要工作是確保SCARS和CSTE架構(gòu)兼容。SCARS標(biāo)準(zhǔn)（政府參考架構(gòu)）指導(dǎo) CSTE的設(shè)計，在CSTE的設(shè)計過程中迭代SDK工具，供第三方開發(fā)人員在使用特定框架或平臺生成應(yīng)用程序時使用。最后基于成熟的SCARS在標(biāo)準(zhǔn)化新研模擬器的同時不斷改進(jìn)升級現(xiàn)役模擬器。

四、模擬訓(xùn)練的主要行動

1.模擬器通用架構(gòu)要求標(biāo)準(zhǔn)（SCARS）

2016年，美空軍創(chuàng)建了模擬器通用架構(gòu)要求標(biāo)準(zhǔn)（SCARS）計劃，目標(biāo)規(guī)范其模擬器平臺的要求，并將全國各地的模擬器站點與奧蘭多的“核心”安全運營中心連接起來。據(jù)美國防部宣布，該計劃包括了模塊化、開放系統(tǒng)架構(gòu)，以及一套空軍模擬器通用標(biāo)準(zhǔn)。SCARS 將規(guī)范模擬器的通用性要求，使美空軍能夠更好地管理其模擬器、改善網(wǎng)絡(luò)安全并加強(qiáng)訓(xùn)練。合同周期為10年，于2021年啟動，到2030年6月結(jié)束。

通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是眾多系統(tǒng)組件之間互操作性的關(guān)鍵要素。因為現(xiàn)役模擬器已經(jīng)在技術(shù)上落后，且技術(shù)狀態(tài)和完好性不一致。通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程統(tǒng)一維護(hù)升級是維護(hù)“生態(tài)”的關(guān)鍵，也是應(yīng)用開發(fā)的優(yōu)先事項，實施一系列必要的網(wǎng)絡(luò)安全控制。2021 年 11 月，位于奧蘭多的一支美空軍團(tuán)隊對亞利桑那州戴維斯-蒙森空軍基地的A-10模擬器通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了漏洞掃描，這也是對空軍模擬器的首次遠(yuǎn)程執(zhí)行漏洞掃描。未來的目標(biāo)是用SCARS連接和集成美空軍位于世界各地的模擬器站點。

這次成功經(jīng)驗是SCARS的重要里程碑，證明設(shè)計的可行性并具備大規(guī)模推廣應(yīng)用架構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)的條件。美空軍為了滿足空軍參謀長查爾斯·布朗將軍“加速變革”的戰(zhàn)略指導(dǎo)要求，更準(zhǔn)確、更真實的支撐訓(xùn)練，正在努力縮短仿真軟件更新周期。AFLCMC的C-17的模擬器每年都有更新。與此同時，該部門也正在研究人工智能和虛擬現(xiàn)實（VR）在其訓(xùn)練系統(tǒng)中的作用。F-16訓(xùn)練系統(tǒng)項目在向基于云的環(huán)境和VR模擬器發(fā)展。F-35訓(xùn)練系統(tǒng)項目也在考慮減少飛行員的實戰(zhàn)訓(xùn)練時間，并將更多的時間轉(zhuǎn)移到模擬器上，以降低維持成本。另一方面，采用SCARS通用標(biāo)準(zhǔn)將減少審批文件（ATO），減少訓(xùn)練系統(tǒng)授權(quán)官員的數(shù)量。

2. 通用合成訓(xùn)練環(huán)境（CSTE）

中隊級單位為了活動強(qiáng)大/持久的綜合訓(xùn)練能力，支撐對等/近對等沖突條件下的戰(zhàn)備活動，需要有能力每周/每月在常駐地進(jìn)行合成高端訓(xùn)練，而不是每年進(jìn)行幾次現(xiàn)場演訓(xùn)活動。當(dāng)前，威脅環(huán)境的技術(shù)更新周期時間表不確定，而且往往趕不上主要對手的能力變化速度。換句話說，目前模擬器使用的合成訓(xùn)練環(huán)境不能“升級”到A2/AD狀態(tài)。除了有助于空勤人員提升之外，這種合成環(huán)境也將給指揮官一個全譜系任務(wù)準(zhǔn)備、計劃、執(zhí)行、講評并“綜合”決策的選擇。

為了解決這些不足，美空軍OTTI正在計劃開發(fā)通用合成訓(xùn)練環(huán)境（CSTE）。美空軍于2021年10月舉辦CSTE工業(yè)日，將在2022財年活動資金支持。該環(huán)境可以承載高保真的計算機(jī)生成部隊能力，將當(dāng)前模擬器從數(shù)十種專有環(huán)境中分離出來，重組為一個以數(shù)據(jù)為中心的模塊化開放系統(tǒng)，再對現(xiàn)役模擬器的合成環(huán)境更新替代。CSTE改變數(shù)據(jù)架構(gòu)和降低基礎(chǔ)設(shè)施獲取風(fēng)險，提供一個平臺無關(guān)的分布式合成訓(xùn)練環(huán)境，能夠隨時與其他軍兵種和盟軍訓(xùn)練系統(tǒng)集成和互操作，解決當(dāng)前一系列OTTI差距。n

未來該環(huán)境需要能夠以小時或天的順序進(jìn)行更新，而不是以月或年的順序進(jìn)行更新。CSTE的更新方式與智能手機(jī)更新軟件的方式相同，將允許操作系統(tǒng)推送更新和新應(yīng)用程序。雖然這個解決方案似乎是目前最好的辦法，但實際實施起來并不容易。這將需要國防工業(yè)行業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的積極參與，由政府成立一個行業(yè)聯(lián)盟共同探索出在同時存在大量非專有和專有模型，又要同時滿足多級安全需求的前提下，如何通過模仿當(dāng)前智能手機(jī)中類似的功能來避免潛在的挑戰(zhàn)。

CSTE將與傳統(tǒng)飛行模擬器解耦（美空軍圖片）

五、小結(jié)

美空軍發(fā)現(xiàn)長久以來輕車熟路的訓(xùn)練方式面對對等/近對等威脅來說不再是行之有效的路徑，在一個不相關(guān)、不現(xiàn)實的威脅環(huán)境中訓(xùn)練是在自欺欺人。所以要更新上世紀(jì)90年代的訓(xùn)練技術(shù)能力和訓(xùn)練管理方式，以滿足2020年的全新需求。在大國競爭模式下，OTTI的持續(xù)升級是裝備建設(shè)主線外的提升戰(zhàn)斗力的重要方式。一方面在裝備發(fā)展的同時“預(yù)置”好訓(xùn)練條件，更有利于戰(zhàn)斗力生成。另一方面是在進(jìn)入有剛性任務(wù)節(jié)點的備戰(zhàn)狀態(tài)時，更需關(guān)注訓(xùn)練技術(shù)這種“臨陣磨槍”的軟實力，同步統(tǒng)籌“升的快、產(chǎn)的足、修的好、玩的溜”。模擬訓(xùn)練和虛實結(jié)合（LVC）方式的應(yīng)用成為了各軍事強(qiáng)國的發(fā)展方向，通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、通用合成環(huán)境的應(yīng)用有助于提升訓(xùn)練的靈活性、真實性、經(jīng)濟(jì)性，在此類環(huán)境中模擬出部隊在實戰(zhàn)中可能出現(xiàn)的真實反饋。限制模擬器或者仿真訓(xùn)練發(fā)展的不僅僅是技術(shù)問題，更多的是管理問題，趁著不良資產(chǎn)還沒那么重的時候，早發(fā)現(xiàn)早治療，由行業(yè)國家隊帶來游戲企業(yè)投入到此領(lǐng)域，避免日后病急亂投醫(yī)。

審核編輯：郭婷