美海军“复仇者计划”加速飞行员培养过程

A...周东

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一、部署频繁影响战备训练美海军及海军陆战队是美国“世界警察”形象的主要代言人之一，海军的航空兵几乎365天在全球部署，随时准备开展从和平时期到作战任务中的各种行动。所以，维持海军航空力量良好的战备状态对于其训练能力提出了很高要求。在2005年以后，较高的作战使用强度降低了人员和装备部署的可预测性，从而也降低了用于训练的能力。例如，航母打击群的部署时间从2008年–2011年的平均6.4个月和2012–2014年的8.2个月，到2015年其3个航母打击群平均部署时间增加到9个月。


美海军航空愿景描述了对战备训练的要求（美军图片）每个军种都有对作战能力的关键原则，并形成了军种使命必备任务（MET）清单，在详细的训练和准备矩阵中得到体现。“T-rating”指标表示了一个单位执行MET的程度，从1.0到4.0，该指标的具体内涵在公开渠道还没查询到。海军航空兵训练维持在T-2.5级，而海军陆战队航空兵训练维持在T-2.0级，要求一个部队的80%到达任务准备就绪要求。以F-18机队为例，从2018年10月到2019年9月，美海军要到达80%的MET需要至少341架飞机准备就绪，而很长一段时间内只有约250多架F-18E/F达到了要求，这是近十年来的最低点。


2018年10月至2019年10月美海军飞机的战备就绪情况（美海军学会图片）如今的训练需要统筹考虑专业发展、飞机飞行时间、靶场资源和模拟器的使用以及人员生活质量。“真实、虚拟和构造”（LVC）训练的理念逐渐成熟，将训练重新分配到高保真的网络化模拟器和LVC环境开展。该技术源于实况、虚拟和构造训练设备的均衡发展，并将实际作战飞机（真实）与基于网络的地面模拟器（虚拟）和计算机生成的威胁（构造）集成的能力。LVC环境复制飞行员在联合作战中可能遇到的真实场景，利用实时的虚拟或综合场景，训练在联合环境中进行空中作战所需的基本决策技能。但是，将LVC完美混合的技术仍处于快速发展阶段，短期内还不能全军推广应用。美海军航空兵也在同步寻找其它创新的训练技术和高效的训练方法去优化机组人员水平。二、“复仇者计划”开启飞行训练转型在过去几十年来，军航飞行员的培养路径基本没有多少变化，他们按照大纲要求，以课本内容为指导，开展了一些基于计算机的培训、课堂理论授课、模拟器实操，然后开始一个非常线性的飞行培训过程，此后串行完成其它各中高级阶段的训练内容。为了改善海军飞行员培养效率低的问题，美海军航空训练司令部（CNATRA）于2020年9月左右启动了“复仇者计划（Project Avenger）”飞行员训练计划，项目名称是对第二次世界大战鱼雷轰炸机的致敬。


“复仇者计划”标志（美海军图片）1.“复仇者计划”第一阶段工作“复仇者计划”通过利用虚拟现实系统改善飞行员培训，这也是海军针对初级飞行训练的第一个“新概念测试”。CNATRA由近5000名军事和文职人员和700架飞机组成，包括T-6A、T-6B、T-44C、T-45C、TH-57。CNATRA负责海军航空培训的初期阶段，每年为美海军、海军陆战队、海岸警卫队和国际合作伙伴训练和认证1000多名海军飞行员和海军飞行官（NFO，多为后舱人员）。2016年，CNATRA完成了30,1532小时的飞行时数，占海军部总数的四分之一。有1342名飞行员和海军飞行官（NFO）获得了飞行资质。这项计划与美空军“下一代飞行员训练计划”（PTN）非常相似，整合了头戴显示系统，并采用了小班教学的方式，因此他们可以进行更多的个人培训。“复仇者计划”课程大约为期三个月，结合了现有的教学大纲，目标缩短培训时间并加强对飞行员的培训效果。与空军“下一代飞行员训练计划”不同的是，海军集成了混合现实系统，该系统将虚拟现实眼镜与附加摄像头等工具结合在一起，让飞行员可以通过虚拟现实护目镜中的摄像头看到他们的手，操作座舱中的物理按键。




“复仇者计划”学员在驾驶T-6，其腿部放置了膝板，可以通过Varjo XR-1眼镜实时阅读上面的内容，这是与美空军“下一代飞行员训练计划”的不同点（美军图片）通过“复仇者计划”，学员能够同时完成多个学习阶段，而不必依次完成。例如，飞行员可以同时进行熟悉和仪器培训阶段。海军为学员提供了一套个人学习设备，它不仅包含所有数字化的常规课程资料，还允许学员随时用VR眼镜访问沉浸式的3D视频。最主要的是，学员还可以广泛使用低成本的类似于高保真游戏的模拟软件，而不必等待被安排去使用有限的传统模拟器。（高保真模拟器仍然是该程序的一部分）。




“复仇者计划”学员在学习（美军图片）第一阶段课程将于2021年初结束，然后毕业的学员仍然按照传统课程去接受更高级的培训内容。目前，第一阶段工作主要将T-6教练机进行了模型化。明年，复仇者计划将进入第二阶段，已完成了相关合同的签订，目标提升沉浸环境的复杂程度，并提升触感反馈。在将来完成第二阶段后，“复仇者计划”的这种模式将进一步更新所有其它的培训通道，将这种虚拟培训类型添加到飞行员培养的全周期内。在学员完成了在CNATRA的科目后，进入战斗机飞行员通道的学员将被安排到位于华达州法伦的海军航空兵作战指导中心（NAWDC）接受战术科目训练。


美海军飞行员培养通道，T-6教练机是入门机型（美军图片）

美海军飞行官培养通道，初级培养同样使用T-6教练机（美军图片）2.训练大数据分析人类历史中创建的全部数据的90％是在过去两年创建的。所以对数据的采集、分析、处理成为了提升战斗力的重点方向，这得益于人工智能、大数据、数据分析和其他能力的提升。在整个军事应用中，建模和仿真能力正在被发挥出来，模型的使用能产生大量的数据。在仿真训练领域越来越多地使用大数据和数据分析来支持训练。大数据分析正在帮助教员和训练部队指挥官更好地了解学员的学习进度。随着技术在不久的将来得到改进，人工智能算法可以跟踪学员在模拟中各个方面的表现，将为教师提供每位学生表现的更精确的图像，指出学员存在的个性问题，然后提供有关解决方法的详细反馈。这种个人仿真训练的加入目前并没有减少实装飞行的总小时数，但可以让部分学员有资格提前进行首次单飞。在传统计划中，学员在前12架次飞行中都与一名教员一起飞行，直到被评为“单飞安全”，才允许他们从第13架次开始放单飞。在“复仇者计划”第一阶段课程中，有的学员被认为是在第5架次飞行后就具备了放单条件，而在第6架次开始单飞。海军目前不打算削减实装飞行时间，至于未来会不会减少大纲中规定实装飞行小时数，“复仇者计划”将收集数据，了解将新技术引入培训中如何影响学员掌握飞行所需的时间，这将为将来是否缩短培训时间做出决策提供依据。学员仍然需要飞昂贵的实装飞行，但需要事先在相对便宜的模拟器上给进行大量练习，然后在实装上进行有侧重的训练，提高训练效果。


“复仇者计划”教员界面（美军图片）3.提前适应新技术美海军一直在努力超越传统的航空训练程序，并提前帮助学员准备好更复杂的操作要求。着舰科目是海军航空兵的“特色”，需要反复练习这种特殊的“反区”操纵，这也是培养舰载机飞行员的关键，往往需要耗费大量时间和成本。在过去，需要飞行员去手动调整直接影响到飞行器进场的下滑道、航向或攻角等参数，并熟练的补偿这些耦合输入，最小化其他受控参数的变化。美军为了加快飞行员的培养，提高飞行员熟练水平，提出了一项称为综合控制舰载机进近和着舰精度使能技术——“魔毯”（MAGIC CARPET）。2015年4月，“魔毯”布什号（CVN-77）上完成了首次海上测试，将部署在F/A-18E/F、EA-18G和F-35C平台上。“魔毯”是一套增强的飞行控制命令，与平视显示器（HUD）符号系统配对，简化了航空母舰着陆时飞行员的控制输入。“魔毯”使飞行员能够在进近时设置参考保持迎角，同时相互独立的对准跑道（lineup）和下滑道校正，从而提高着陆精度和更安全的飞机回收过程。“魔毯”将着舰的三个参数解耦，从而大大减少了飞行员熟练掌握现场着舰（FCLPs）所需的时间。将这种辅助着舰的新技术以VR的展现形式融入到学员日常训练，可以让学员提前直观的接触、了解这种新的着舰技术带来的变化，为后续实践提供理论支撑。


改装“魔毯”系统后的平视显示器界面（网络图片）三、混合现实显示技术的成熟美海军在空军PTN的基础上开展工作，充分吸收了PTN项目的经验教训，没有选择PTN项目使用的中国台湾宏达国际电子有限公司（HTC）的VIVE Pro虚拟现实（VR）眼镜，而是选择了芬兰厂家Varjo XR-1混合现实眼镜（MR也称为XR）。Varjo XR-1是其第一代VR眼镜的升级，仍然使用60 PPD分辨率的仿生显示屏。为了让设备支持MR，Varjo增加了两个1200万像素的摄像头，具备3D感知和遮挡识别功能，从而使用户能够在MR和全VR模式之间切换。在2019年12月售价约合人民币7万元，是HTC VIVE Pro价格的近10倍。


Varjo XR-3（网络图片）如今，Varjo XR-1已经被最新的Varjo XR-3取代。Varjo XR-3售价约4.3万人民币，结合超宽的非球面透镜、自动瞳距（IPD）调节降低眼部的不适。RGB摄像头和LiDAR传感器可实时准确地将房间、物体、身体和手与真实物体相结合，XR深度范围从40厘米到5米。人眼分辨率超过70 PPD，有115度的视野，内置200 Hz眼动跟踪可以捕获最小的眼动，以进行人机功效评估。设备重量594克+头带386克，未来可与飞行员头盔相结合，进行配重。


使用prepar3d软件的竞争对手的VR产品（作者猜测为HTC）和Varjo VR-3的未经修改的直拍图像。使用Varjo VR-3的F-35座舱的仪表板可以清晰地看到仪表细节（Vajro公司图片）


美空军“下一代飞行员训练计划”计划使用的HTC眼镜（网络图片）


中国人民解放军空军某部使用的HTC眼镜（网络图片）四、小结不论是美空军还是海军，他们都发现了在军航飞行员培养方面出现了“产能”不足的问题。现有的培养方式来长久不变，随着装备变得更复杂、更强大，造成了学员训练周期和成本的增长。凭借美国强大的工业能力，一旦F-35定型大批量采购后，会进一步加剧“缺人不缺飞机”的问题。军用VR技术或者MR技术的快速发展，得益于“民转军”的模式，基本上每年更新一代，每年便宜一半，加快了美军在初级飞行员的筛选和培养能力。

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