有人機(jī)飛行員改無(wú)人機(jī)操控員的利弊及其對(duì)無(wú)人機(jī)操控人才培養(yǎng)的啟示

孫校書(shū)，高 永，朱飛翔

（海軍航空大學(xué)，山東煙臺(tái)264001）

有人機(jī)飛行員改無(wú)人機(jī)操控員的利弊及其對(duì)無(wú)人機(jī)操控人才培養(yǎng)的啟示

孫校書(shū)，高 永，朱飛翔

（海軍航空大學(xué)，山東煙臺(tái)264001）

針對(duì)國(guó)內(nèi)無(wú)人機(jī)操控人才培養(yǎng)過(guò)程中，在選拔對(duì)象、飛行經(jīng)歷、培養(yǎng)模式等方面存在的諸多疑問(wèn)，文章通過(guò)分析有人機(jī)飛行員與無(wú)人機(jī)操控員在操控方式、操控感覺(jué)、態(tài)勢(shì)感知、信息獲取與處理以及交流溝通等方面的異同，探討了兩者間的區(qū)別與聯(lián)系，對(duì)有人機(jī)飛行員改任無(wú)人機(jī)操控員的做法進(jìn)行了深入探討。研究成果可為我國(guó)無(wú)人機(jī)操控員的培養(yǎng)提供借鑒。

無(wú)人機(jī)；操控方式；人才培養(yǎng)

無(wú)人機(jī)作為現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中的新生力量，正逐漸由附屬支援作戰(zhàn)力量向主要作戰(zhàn)力量發(fā)展。然而，作戰(zhàn)環(huán)境的不確定性、自主控制技術(shù)的復(fù)雜性，使得無(wú)人機(jī)作戰(zhàn)效能的發(fā)揮對(duì)操控人員的依賴有增無(wú)減，人為因素導(dǎo)致的嚴(yán)重飛行事故在無(wú)人機(jī)事故中仍然占很大比例。因此，如何培養(yǎng)、建設(shè)一支可持續(xù)的高素質(zhì)無(wú)人機(jī)操控人才隊(duì)伍，已經(jīng)成為各國(guó)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)總體建設(shè)與發(fā)展面臨的一項(xiàng)重要課題[1-3]。

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，對(duì)各種用途無(wú)人機(jī)的需求越來(lái)越多，國(guó)內(nèi)許多科研院所、無(wú)人機(jī)研發(fā)企業(yè)已經(jīng)陸續(xù)開(kāi)展技術(shù)研究與裝備制造，不少高等院校也已經(jīng)設(shè)立飛行器設(shè)計(jì)、制造等專業(yè)，但在無(wú)人機(jī)操控人才的培養(yǎng)領(lǐng)域卻關(guān)注較少，特別是在辦學(xué)理念、人才隊(duì)伍、教學(xué)保障條件、教學(xué)管理以及培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)、培訓(xùn)內(nèi)容與考核體系等方面缺少統(tǒng)一規(guī)范與指導(dǎo)，隨意性大，系統(tǒng)性不強(qiáng)，總體水平不高，培訓(xùn)質(zhì)量更是參差不齊。這種情況的主要原因還是我國(guó)在無(wú)人機(jī)操控人才培養(yǎng)過(guò)程中，在選拔對(duì)象、飛行經(jīng)歷、培養(yǎng)模式等方面存在諸多疑問(wèn)。其中，在選拔對(duì)象上，有人主張由有人機(jī)飛行員改任無(wú)人機(jī)操縱員，有人建議直接招募無(wú)飛行經(jīng)驗(yàn)的人直接培養(yǎng)成無(wú)人機(jī)操控員，有人強(qiáng)調(diào)態(tài)勢(shì)感知和飛行經(jīng)歷對(duì)飛行器操控的重要性，有人則指出經(jīng)驗(yàn)豐富的飛行員改無(wú)人機(jī)操控員會(huì)受到“負(fù)遷移效應(yīng)”的影響。這些不同意見(jiàn)主要是由有人機(jī)飛行技術(shù)與無(wú)人機(jī)操控技術(shù)的不同造成的。國(guó)外航空大國(guó)在這一領(lǐng)域起步較早，美國(guó)空軍自1995年接管“捕食者”無(wú)人機(jī)項(xiàng)目后，即同步開(kāi)展了無(wú)人機(jī)操控員的選拔和培訓(xùn)工作，經(jīng)過(guò)多年的研究和探索，從初期由飛行員改任無(wú)人機(jī)操控員，到現(xiàn)在的招募新人擔(dān)任無(wú)人機(jī)操控員，其在培養(yǎng)思想、培養(yǎng)模式、培養(yǎng)內(nèi)容方面都發(fā)生了一系列變化，逐步形成了完善的無(wú)人機(jī)操控人員訓(xùn)練思想體系，美軍無(wú)人機(jī)操控人員培養(yǎng)模式的更新變化過(guò)程，可以為我軍無(wú)人機(jī)操控人員培養(yǎng)提供借鑒[4-5]。

1 有人機(jī)飛行技術(shù)與無(wú)人機(jī)操控技術(shù)區(qū)別

1.1 控制方式不同

傳統(tǒng)的有人機(jī)飛行操控方式是以“桿-舵”操控為核心，隨著自動(dòng)駕駛儀和電傳操縱系統(tǒng)的出現(xiàn)，對(duì)傳統(tǒng)操控方式的依賴程度逐漸減小。如美軍的“全球鷹”無(wú)人機(jī)，其操控過(guò)程由一名操控員和一名傳感器操控員來(lái)完成，無(wú)人機(jī)的起飛、航線飛行、著陸等飛行過(guò)程主要通過(guò)鍵盤控制，操控員不需使用駕駛桿、油門手柄來(lái)控制飛機(jī)，只需通過(guò)選擇一個(gè)航路點(diǎn)設(shè)置飛機(jī)返航命令[6]。相比于“全球鷹”，自主化程度稍低的“MQ-9”無(wú)人機(jī)采用的也是“軟件驅(qū)動(dòng)”的控制模式，其控制功能也是通過(guò)點(diǎn)擊不同的菜單、按鈕，或者使用組合鍵來(lái)完成。這些菜單或按鈕顯示在不同的屏幕上，需要操控人員熟練記憶、靈活運(yùn)用[7]（見(jiàn)圖1），這種操控方式完全不同于傳統(tǒng)的有人機(jī)駕駛方式，其對(duì)習(xí)慣“桿-舵”操控的飛行員來(lái)講是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。

雖然，“MQ-9”無(wú)人機(jī)的控制站中也裝備了類似傳統(tǒng)的控制桿、油門手柄、方向舵腳蹬等控制設(shè)備，當(dāng)無(wú)人機(jī)在跑道上滑行、起飛、巡航、下滑和著陸時(shí)操控員可以進(jìn)行控制。但這種控制與有人機(jī)完全不同：傳統(tǒng)飛行員根據(jù)飛行需要給出一個(gè)“桿-舵”輸入直接控制飛行器的舵面，通過(guò)舵面氣動(dòng)力的變化調(diào)整飛行姿態(tài)，飛行員則根據(jù)儀表信息及身體感官來(lái)判斷飛機(jī)的飛行姿態(tài)，是一種“人在回路”的控制模式；而無(wú)人機(jī)操控員無(wú)法感受飛行運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化，也無(wú)法直接控制飛行器的舵面，只能是給出一個(gè)控制輸入，經(jīng)自動(dòng)駕駛儀按照預(yù)先設(shè)置的控制規(guī)律解算出舵面響應(yīng)，操控員需按“輸入-觀察-修正”的模式操控?zé)o人機(jī)，掌握飛控解算算法比學(xué)習(xí)傳統(tǒng)飛行術(shù)更重要[8]。對(duì)武器的使用更是如此。F-16發(fā)射一枚導(dǎo)彈只需按一個(gè)按鈕，而捕食者無(wú)人機(jī)完成一枚導(dǎo)彈發(fā)射則需要17道程序。

1.2 操控感覺(jué)不同

傳統(tǒng)飛行員“人-機(jī)”一體的控制模式使得他們可以用身體感受精確地控制飛機(jī)?？梢酝ㄟ^(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的聲音或收放起落架時(shí)發(fā)出的振動(dòng)和判斷系統(tǒng)工作情況；可以用肉眼觀察飛機(jī)周圍，判斷空中態(tài)勢(shì)；可以通過(guò)嗅覺(jué)感知電子起火后發(fā)出的怪味；可以用身體感受飛機(jī)的加速減速、上升下降……但對(duì)無(wú)人機(jī)操控員來(lái)講，除沒(méi)有縱深的平面視覺(jué)外，所有體感信息消失。此時(shí)，利用數(shù)字信息和二維畫(huà)面想象三維空間的“情境意識(shí)”就成了無(wú)人機(jī)操控能力的核心。而飛行員則是人在座艙，通過(guò)座艙蓋可以觀察周圍的一切，這種“二維”到“三維”的情境意識(shí)顯然還沒(méi)有視頻游戲的玩家所受到的訓(xùn)練充分[9-11]。

操控感覺(jué)不同的另一個(gè)原因是數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t造成的。從地面站向一個(gè)在1 000km開(kāi)外、8km高空飛行的無(wú)人機(jī)傳輸控制指令，需要經(jīng)過(guò)“數(shù)據(jù)上傳—衛(wèi)星或中繼站轉(zhuǎn)發(fā)—飛控解算—舵面輸出—飛行器響應(yīng)—數(shù)據(jù)回傳—衛(wèi)星或中繼站轉(zhuǎn)發(fā)—地面天線接收”的系列流程，再加上傳輸頻率、傳輸帶寬的限制，使得操控員所看到的信息通常是無(wú)人機(jī)幾秒鐘以前的姿態(tài)信息，這樣的數(shù)據(jù)是不可以用來(lái)控制無(wú)人機(jī)的，操控員需要根據(jù)各個(gè)屏幕上顯示的信息，結(jié)合個(gè)人對(duì)飛機(jī)性能的理解和操控經(jīng)驗(yàn)來(lái)預(yù)測(cè)當(dāng)前無(wú)人機(jī)的狀態(tài)，以此為根據(jù)給出下一條控制指令。

1.3 態(tài)勢(shì)感知的方式不同

飛行員習(xí)慣于三維全景視角，用間接視角地面引導(dǎo)的指令和通過(guò)座艙觀測(cè)周圍及地面目標(biāo)確定所處的位置，根據(jù)周邊目標(biāo)的距離、大小、遠(yuǎn)近及其變化確定空中態(tài)勢(shì)；而無(wú)人機(jī)操控員則是在沒(méi)有縱深感覺(jué)、運(yùn)動(dòng)感覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)的情況下，通過(guò)二維屏幕上所顯示的具有明顯延遲的平面信息，特別是視角只有30°，位于機(jī)身下部前置攝像頭仁慈來(lái)的畫(huà)面，輔助以地面部隊(duì)提供的情報(bào)建立態(tài)勢(shì)信息[7，12-13]。

這種通過(guò)一個(gè)二維的屏幕操控飛機(jī)的感覺(jué)與真實(shí)飛行大相徑庭，導(dǎo)致飛行員不能適應(yīng)環(huán)境、激情減退、喪失動(dòng)力，見(jiàn)圖2。

1.4 信息獲取與處理方式不同

無(wú)人機(jī)操控員需要從地面站軟件本身、外部互聯(lián)網(wǎng)、分布在地面站不同屏幕上的數(shù)據(jù)獲取有用的信息，因而需要經(jīng)常的轉(zhuǎn)動(dòng)頭部，利用按鈕或組合鍵激活適當(dāng)?shù)捻?yè)面，在“合適的地方找到合適的信息給出合適的反饋”，有時(shí)甚至需要轉(zhuǎn)動(dòng)身體向周圍的人員求助來(lái)獲取有用的信息。以“MQ-9”無(wú)人機(jī)為例，該機(jī)地面站共有四塊屏幕，顯示內(nèi)容各不相同：一個(gè)前視攝像頭的回傳圖像畫(huà)面，一個(gè)標(biāo)有移動(dòng)飛機(jī)符號(hào)的航空地圖，還有2個(gè)顯示系統(tǒng)信息、注意和警告信息的提示屏。每一個(gè)屏幕通常只有一個(gè)頁(yè)面是常亮的，還有60%的功能頁(yè)面需要通過(guò)手工切換激活使用，多數(shù)情況下需要通過(guò)鼠標(biāo)、鍵盤完成，組合鍵的使用是飛行技術(shù)所必需的。這些對(duì)習(xí)慣了平視顯示器、“T-型”顯示、“兩桿一舵”的傳統(tǒng)飛行員來(lái)講是一項(xiàng)致命的挑戰(zhàn)，見(jiàn)圖3。

另外，飛行員使用的傳統(tǒng)座艙儀表表盤上通常會(huì)標(biāo)有綠色的弧形和紅色的標(biāo)志線，飛行員不用讀出數(shù)值就可以判斷飛行參數(shù)是否在正常范圍內(nèi)，見(jiàn)圖4。而無(wú)人機(jī)所用的數(shù)字儀表需要飛行員根據(jù)飛行狀態(tài)判斷參數(shù)是否合適，見(jiàn)圖5，也對(duì)飛行員的計(jì)算能力提出了更高的要求。

1.5 飛行期間溝通交流的內(nèi)容、方式不同

飛行員需要在“桿-舵”操控的同時(shí)與地面指揮人員交流。而無(wú)人機(jī)操控人員在地面，除與指揮人員、空中管制人員交流外，有時(shí)需要與交接班的飛行員、地面情報(bào)人員、地面部隊(duì)等通過(guò)語(yǔ)音、聊天軟件進(jìn)行交流，也會(huì)放下手中的控制設(shè)備與地面控制站里的其他人員聊天。狹小的控制站里，人員說(shuō)話的聲音、電話鈴聲此起彼伏，再加上人員走來(lái)走去等的影響，對(duì)飛行員注意力的集中提出更高的要求，見(jiàn)圖6。

2 飛行員改任無(wú)人機(jī)操控員的弊端

美國(guó)使用飛行員改任無(wú)人機(jī)操控員的做法導(dǎo)致了國(guó)內(nèi)大量的批評(píng)，其主要的弊端有：①無(wú)人機(jī)發(fā)展迅速，飛行員改任速度跟不上，操控員短缺嚴(yán)重影響作戰(zhàn)使用；②戰(zhàn)斗機(jī)、轟炸機(jī)部隊(duì)減員嚴(yán)重，人員短缺問(wèn)題突出；③由于存在負(fù)遷移效應(yīng)，有人機(jī)改無(wú)人機(jī)、無(wú)人機(jī)改有人機(jī)之后都使得操控失誤導(dǎo)致的災(zāi)難性事故增加，這是一個(gè)致命的問(wèn)題；④有人機(jī)飛行員改無(wú)人機(jī)操控員所需費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)比直接培養(yǎng)無(wú)人機(jī)操控員高得多[14-16]。

3 招募新人擔(dān)任無(wú)人機(jī)操控手的優(yōu)勢(shì)

無(wú)飛行經(jīng)驗(yàn)的人經(jīng)培養(yǎng)后，是完全可勝任無(wú)人機(jī)操控任務(wù)的，美軍的經(jīng)驗(yàn)也證明了這一點(diǎn)。相反，經(jīng)驗(yàn)豐富的飛行員卻會(huì)受到“負(fù)遷移效應(yīng)”的影響[17-18]。和具有飛行經(jīng)驗(yàn)的飛行員相比，無(wú)飛行經(jīng)驗(yàn)的人員在培養(yǎng)方面具有更多的優(yōu)勢(shì)。

1）節(jié)約成本。培養(yǎng)一名有人機(jī)飛行員本身成本高昂，采用交叉任職的方式培訓(xùn)無(wú)人機(jī)操控員費(fèi)用依然不菲。資料表明：培養(yǎng)一名戰(zhàn)斗機(jī)飛行員和一名運(yùn)輸機(jī)飛行員花費(fèi)分別達(dá)260萬(wàn)美元、60萬(wàn)美元，而一名有人機(jī)飛行員要轉(zhuǎn)行做無(wú)人機(jī)操控員，需要20萬(wàn)美元的訓(xùn)練費(fèi)用，工作一段時(shí)間后，再?gòu)臒o(wú)人機(jī)操控員改回有人機(jī)飛行員，還需要50萬(wàn)美元的訓(xùn)練費(fèi)用。一次交叉任職經(jīng)歷，多花費(fèi)70萬(wàn)美元。而美國(guó)空軍審計(jì)機(jī)構(gòu)評(píng)估認(rèn)為，培養(yǎng)一名專職無(wú)人機(jī)操控員，其花費(fèi)大概只需要13.5萬(wàn)美元。

2）學(xué)員數(shù)量充足。無(wú)人機(jī)飛行員對(duì)身體素質(zhì)的要求不如有人機(jī)飛行員那樣苛刻，入門門檻更低，學(xué)員數(shù)量充足。

3）培養(yǎng)和使用效果更好。時(shí)刻緊盯著監(jiān)視器的無(wú)人機(jī)操控工作，對(duì)熟悉了戰(zhàn)斗機(jī)操作模式，習(xí)慣了充滿刺激的駕駛艙的飛行員來(lái)講，很不適應(yīng)，缺少挑戰(zhàn)性。而且，轉(zhuǎn)到無(wú)人機(jī)部隊(duì)后，其發(fā)展空間、個(gè)人收入、社會(huì)地位都會(huì)有很大的落差，因而受到許多飛行員的抵制。

4 結(jié)束語(yǔ)

無(wú)人機(jī)操控人才培養(yǎng)的過(guò)程涉及多個(gè)學(xué)科，專業(yè)覆蓋范圍大，技術(shù)要求高，是一個(gè)長(zhǎng)期、復(fù)雜的系統(tǒng)工程。本文主要從有人機(jī)駕駛與無(wú)人機(jī)操控方式之間的不同，借鑒美軍無(wú)人機(jī)操控人才培養(yǎng)思想的變遷，分析有人機(jī)駕駛員改任無(wú)人機(jī)操控員存在的弊端，以及選拔無(wú)飛行經(jīng)歷人員作為無(wú)人機(jī)操控員的可行性，旨在為我國(guó)無(wú)人機(jī)操控人才培養(yǎng)提供借鑒，避免多走彎路。

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Advantages and Disadvantages of Pilot Changing UAV Operators and The Implications for UAV Operator Training

SUN Xiaoshu,GAO Yong,ZHU Feixiang
（Naval Aviation University,Yantai Shandong 264001,China）

In view of the questions about domestic UAV operators training process,such as objects selection,flight experience,training patterns and so on,in this paper,the similarities and differenced between the pilot and the UAV operator was analyzed in the operate mode,manipulation sense,situational awareness,information acquisition and processing,and communication.The difference and relationship of operation between the pilot and UAV operator was investigated，and the approach of pilot change UAV operator was discussed.The research results could provide reference for the personnel training of UAV operators.

UAV;operate mode;personnel training

V279

A

1673-1522（2017）05-0496-05

10.7682/j.issn.1673-1522.2017.05.016

2017-02-15；

2017-06-22

“泰山學(xué)者”建設(shè)工程專項(xiàng)基金資助項(xiàng)目

孫校書(shū)（1975-），男，副編審，大學(xué)。