美軍LVC建設(shè)梳理及對(duì)我軍仿真建設(shè)的啟發(fā)

◎復(fù)雜航空系統(tǒng)仿真重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 周進(jìn)登 宋健

◎中國(guó)航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院 劉影 張澤奇

一、引言

LVC（ Live - Virtual -Construction）是指將現(xiàn)實(shí)裝備、模擬器和計(jì)算機(jī)生成兵力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)集成，構(gòu)建一個(gè)能在實(shí)兵、仿真兵力及虛擬戰(zhàn)場(chǎng)之間進(jìn)行互操作的集成環(huán)境，實(shí)現(xiàn)完成涵蓋單兵-系統(tǒng)- 體系三個(gè)層次的仿真任務(wù)，并用來進(jìn)行作戰(zhàn)訓(xùn)練、戰(zhàn)術(shù)協(xié)同、制定作戰(zhàn)計(jì)劃、評(píng)估作戰(zhàn)情況、輔助裝備開發(fā)測(cè)試等。

隨著體系對(duì)抗成為未來戰(zhàn)爭(zhēng)模式選擇的必然，如何應(yīng)對(duì)體系對(duì)抗訓(xùn)練所需要的更復(fù)雜、更真實(shí)的訓(xùn)練場(chǎng)景是各國(guó)軍隊(duì)包括美軍在內(nèi)所要面臨的直接問題，如何實(shí)現(xiàn)有效的、低成本的、快速的訓(xùn)練也就自然而然的成為擺在各國(guó)軍隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)者面前必須要考慮的問題之一。同時(shí)，隨著體系對(duì)抗的深入發(fā)展，武器裝備的研制和測(cè)試是否真正適應(yīng)未來體系對(duì)抗要求是一個(gè)非常難以回答的問題，急需新的研制思路和測(cè)試方法，以便真正生產(chǎn)出符合未來作戰(zhàn)需求的軍事裝備。美軍還面臨急需馬上解決的問題，一是訓(xùn)練預(yù)算緊縮，導(dǎo)致很多實(shí)裝飛行訓(xùn)練不能開展，訓(xùn)練不足的問題普遍存在；二是受訓(xùn)手段條件限制，訓(xùn)練場(chǎng)景不能反映真實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)情況；三是支撐體系作戰(zhàn)的關(guān)鍵裝備功能越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)測(cè)試不能真實(shí)反映裝備體系貢獻(xiàn)度，測(cè)試成本和難度越來越大。在如何解決目前存在問題時(shí)，美軍提出了要通過創(chuàng)建統(tǒng)一的“真實(shí)-虛擬-構(gòu)造”集成框架，即LVC-IA（Live-Virtual-Construction-Integrated Architecture），來滿足體系對(duì)抗日益增長(zhǎng)的高成本、高難度和高復(fù)雜度。美軍如何在已有的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)LVC，從而真正達(dá)到1+1＞2 的效果是美軍真正需要面臨的問題。

二、LVC 的特點(diǎn)

LVC 不是簡(jiǎn)單三域的結(jié)合，而是三域深度融合后形成的體系閉環(huán)。在繼承各域優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，盡量避免或改進(jìn)了各域存在的矛盾問題，并在融合后形成了自身獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，其不僅提高了訓(xùn)練質(zhì)量、增強(qiáng)科目多樣性、降低裝備損耗和維護(hù)成本，同時(shí)建立了一個(gè)更高的威脅密度、更廣闊的虛擬空間和安全的互操作性環(huán)境，這使得飛行員可以使用先進(jìn)的傳感器和武器系統(tǒng)在最高的逼真度環(huán)境中進(jìn)行“戰(zhàn)斗訓(xùn)練”，幫助他們發(fā)現(xiàn)各種錯(cuò)誤。同時(shí)，也將測(cè)試驗(yàn)證已有裝備和未來裝備在實(shí)戰(zhàn)環(huán)境下的體系貢獻(xiàn)率。

創(chuàng)建LVC 更多是增強(qiáng)已有資源可互用性、可集成性以及可組合性，并進(jìn)行整合，從而形成一套完整的體系架構(gòu)，因此其實(shí)施難度異常巨大，將面臨數(shù)據(jù)冗余大、傳送時(shí)延大、數(shù)據(jù)易丟失、傳輸所需帶寬大、網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)大、結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜等諸多問題。

三、美軍構(gòu)建LVC 的方式

LVC 建設(shè)是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)工程問題，涉及人員、技術(shù)、組織和管理。從美軍發(fā)布的技術(shù)路線圖來看，核心是從問題入手，重點(diǎn)對(duì)現(xiàn)有裝備、訓(xùn)練體系進(jìn)行持續(xù)升級(jí)，解決現(xiàn)有不同仿真架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之間的互操作性，同時(shí)依托一個(gè)強(qiáng)有力的管理機(jī)構(gòu)監(jiān)督已有框架和協(xié)議的發(fā)展，避免產(chǎn)生更多不利分支，并投入合理的經(jīng)費(fèi)引導(dǎo)不同框架和協(xié)議走向融合和統(tǒng)一。

（一）組織機(jī)構(gòu)方面

在組織實(shí)施中，美空軍空戰(zhàn)司令部（AAC）是LVC 建設(shè)的主要責(zé)任部門，并協(xié)同與空軍裝備司令部（AFMC）共同發(fā)布需求。美空軍空中機(jī)動(dòng)司令部機(jī)組人員訓(xùn)練部是LVC 的政策制定和監(jiān)督部門。美空軍建模與仿真局（AFAMS）負(fù)責(zé)對(duì)接LVC 與作戰(zhàn)訓(xùn)練設(shè)施（OTI）之間的政策/ 需求接口。最后，敏捷戰(zhàn)斗系統(tǒng)（ACS）項(xiàng)目執(zhí)行官（PEO）牽頭將武器域、飛機(jī)域及美國(guó)空戰(zhàn)中心的相關(guān)工作線合并到LVC 項(xiàng)目，同時(shí)負(fù)責(zé)LVC 基礎(chǔ)設(shè)施的采購計(jì)劃和執(zhí)行，并負(fù)責(zé)與其他系統(tǒng)的集成。

（二）項(xiàng)目安排方面

在項(xiàng)目實(shí)施中，美軍結(jié)合目前已經(jīng)開展的項(xiàng)目，按照“L/LC”、“VC”及“LVC”三條線同步進(jìn)行實(shí)施，如圖1 所示。

在“L/LC”域中，為了加快國(guó)防高技術(shù)預(yù)研成果的轉(zhuǎn)化應(yīng)用，美軍在2016-2018 年度重點(diǎn)支持了SLATE-ATD 項(xiàng)目，主要驗(yàn)證了美軍現(xiàn)有戰(zhàn)斗機(jī)和模擬器加入LVC 的能力，以評(píng)估SLATE 對(duì)于空戰(zhàn)訓(xùn)練的技術(shù)可行性、作戰(zhàn)適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)承受能力。該項(xiàng)目已經(jīng)在2018 年度的“紅旗”軍演中得到初步應(yīng)用。同時(shí)，美軍計(jì)劃利用12 年的時(shí)間，從2016 年到2027 年，重點(diǎn)解決用于F-35 加入LVC 所需軟硬件開發(fā)，并在F-35 block3f 狀態(tài)中先期試驗(yàn)嵌入式訓(xùn)練（ET）為主的簡(jiǎn)化版LVC功能，并在未來block4.x/5 狀態(tài)中進(jìn)一步開發(fā)LVC 功能。此外，待定的項(xiàng)目中還有，在2020-2027 年擇機(jī)建設(shè)用于LVC 環(huán)境的任務(wù)數(shù)據(jù)（MDS），2020-2028 年建設(shè)和升級(jí)試驗(yàn)場(chǎng)所需的LVC 硬件/ 軟件并實(shí)現(xiàn)ERP 管理，同時(shí)繼續(xù)優(yōu)化和升級(jí)實(shí)時(shí)任務(wù)作戰(zhàn)中心LMOC。

圖1 美軍LVC建設(shè)規(guī)劃圖

在“LVC”域中，美軍在2016-2018 年度，重點(diǎn)發(fā)展基于SLATEATD 的空軍作戰(zhàn)部隊(duì)高級(jí)實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練（CAF ALOT）。待定項(xiàng)目中，計(jì)劃在2019-2023 年開展LVC 基礎(chǔ)建設(shè)，重點(diǎn)進(jìn)行波形設(shè)計(jì)、P5 訓(xùn)練系統(tǒng)頻率重新定位、防頻譜沖突、規(guī)則分類、研究多個(gè)安全級(jí)別的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、開發(fā)下一代威脅模擬系統(tǒng)（NGTS，聯(lián)合仿真環(huán)境（Joint Simulation Environment，JSE）的一部分），并提高技術(shù)成熟度同時(shí)降低風(fēng)險(xiǎn)；在2021-2028 年中，開展F-35 LVC 能力的集成，使技術(shù)更成熟、風(fēng)險(xiǎn)持續(xù)降低。

在“VC” 域 中， 美 軍 通 過 重點(diǎn)支持VTTC 建設(shè) 來發(fā)展“VC”。2016-2018 年 度， 美 軍 支 持 了VTTC 第一階段任務(wù)，主要是建設(shè)F-16、F-22 系列飛機(jī)的任務(wù)培訓(xùn)中心（MTC），并建設(shè)F-35 全任務(wù)模擬器（FMS），同時(shí)集成聯(lián)合末端攻擊引導(dǎo)員仿真系統(tǒng)（JTAC SIM）。在2018-2023 年度重點(diǎn)支持“VC”通用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范（SCARS）的開發(fā)、優(yōu)化和部署。待定項(xiàng)目中，計(jì)劃2024-2029 年度進(jìn)行SCARS 的增量部署；2019-2020 年 度 開 展VTTC 第二階段任務(wù)，融入全任務(wù)仿真，建設(shè)F-15C 和F-15 任務(wù)培訓(xùn)中心，建設(shè)機(jī)載報(bào)警控制系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)中心（AWACS Ops）；2020-2024 年度開展VTTC第三階段任務(wù)，進(jìn)行跨作戰(zhàn)域的整合（包含航空、航天、網(wǎng)絡(luò)、陸地、海洋），建設(shè)基于LVC 的聯(lián)合仿真環(huán)境（JSE）。

（三）關(guān)鍵技術(shù)方面

1、模擬器互聯(lián)將會(huì)是實(shí)現(xiàn)LVC的關(guān)鍵所在

美軍認(rèn)為模擬器的標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化是美軍建設(shè)LVC 重點(diǎn)考慮的方面。為此，美軍于2017 年9 月發(fā)布了《2035 年前空軍作戰(zhàn)訓(xùn)練基礎(chǔ)設(shè)施飛行計(jì)劃》（簡(jiǎn)稱為OTI），該計(jì)劃中強(qiáng)調(diào)了合成環(huán)境集成實(shí)裝的能力（Synthetic-To-Live Capability）和統(tǒng)一的模擬器架構(gòu)（Common Architecture）。合成環(huán)境與實(shí)裝集成就是LVC；統(tǒng)一的模擬器架構(gòu)即模擬器通用架構(gòu)要求和標(biāo)準(zhǔn)（Simulator Common Architecture Requirements&Standards，SCARS）。美空軍部署全球范圍的有超過50 種平臺(tái)，超過2380 個(gè)訓(xùn)練設(shè)備，將如此之多的不同架構(gòu)、不同類型設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)將是一個(gè)巨大的工程（美軍已于2019 年在內(nèi)利斯空軍基地將F22 和F35 模擬器進(jìn)行了互聯(lián)）。為此，美空軍在2018 年12 月發(fā)布了SCARS 招標(biāo)書，為期10年，合同金額高達(dá)9 億美元，計(jì)劃在2020 年簽署首個(gè)SCARS 合同。

模擬器標(biāo)準(zhǔn)化還未完成前，美軍為解決不同仿真框架之間的網(wǎng)絡(luò)通信主要依靠建設(shè)分布式任務(wù)作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)（Distributed Mission Operations Network，DMON）。同時(shí)，還需解決多級(jí)加密，以便允許不同安全級(jí)別的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)在訓(xùn)練期間進(jìn)行交互，這是未來LVC 建設(shè)的重要推動(dòng)因素。DMON 的建設(shè)主要由諾斯羅普·格魯曼公司（Northrop Grumman）公司完成，中心點(diǎn)部署在分布式任務(wù)作戰(zhàn)中心（DMOC），位于科特蘭空軍基地（Kirtland AFB），為解決不同仿真體系框架之間的互聯(lián)（主要指上文提 到的DIS、HLA、ALSP、TENA、CTIA），DMON 的網(wǎng)關(guān)通過使用推算技術(shù)來調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)流量，以減少狀態(tài)更新的需要。同時(shí)，為解決多級(jí)加密，DMOC 推出了其“多級(jí)安全解決方案”（MLS），將用戶、數(shù)據(jù)按不同的安全級(jí)別進(jìn)行劃分，嚴(yán)格控制網(wǎng)絡(luò)訪問，并建立了數(shù)據(jù)發(fā)布以及數(shù)據(jù)使用的嚴(yán)格規(guī)定。目前，該系統(tǒng)已經(jīng)可以將美軍的模擬器與北約盟國(guó)進(jìn)行連接。

值得注意的是DMON 在商業(yè)網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行，好處是主網(wǎng)絡(luò)的帶寬可按需求調(diào)整，沒有維護(hù)成本，美空軍只為使用的帶寬付費(fèi)。但是，使用商業(yè)網(wǎng)絡(luò)來承載作戰(zhàn)仿真數(shù)據(jù)流量存在“一定的風(fēng)險(xiǎn)”。下一步，DMOC 將使用美軍自建的全球信息柵格（Global Information Grid, GIG）來解決帶寬和安全性問題。

2、嵌入式訓(xùn)練（ET）是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化版LVC 的重要途徑

ET（Embedded training） 技 術(shù)將虛擬組件與真實(shí)飛行相結(jié)合，定制虛擬實(shí)體的行為和能力。在將虛擬實(shí)體集成到機(jī)載傳感器后，飛行員可以按照裝備的方式使用武器系統(tǒng)。ET無需復(fù)雜的LVC 組織保障訓(xùn)練，使用ET 的參與人員更少、資產(chǎn)使用少、成本更低。由于ET 在LVC 訓(xùn)練中包含了L 和C，因此它在該機(jī)器上實(shí)現(xiàn)了“真實(shí)”和“虛擬”的對(duì)抗模式，這是實(shí)現(xiàn)LVC 之前的關(guān)鍵部分。

（四）作戰(zhàn)訓(xùn)練方面

LVC 技術(shù)已經(jīng)用于美國(guó)軍方的各項(xiàng)軍事演習(xí)當(dāng)中?！凹t旗”軍演是美國(guó)太平洋空軍司令部為美軍進(jìn)行的一系列野戰(zhàn)訓(xùn)練演習(xí)，它提供聯(lián)合空對(duì)空作戰(zhàn)、空對(duì)面作戰(zhàn)、攔截、近距離空中支援等訓(xùn)練內(nèi)容。在2018 年的美軍進(jìn)行的全部紅旗軍演中都使用了LVC 技術(shù)，它通過使用分布式加密安全網(wǎng)絡(luò)將百名模擬器飛行員和構(gòu)建的數(shù)字兵力模型從全國(guó)各個(gè)基地連接到同一個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中。

“北 方 利刃”（Northern Edge）是由美國(guó)太平洋司令部在阿拉斯加舉行的軍事演習(xí)。在這個(gè)軍事演習(xí)項(xiàng)目中，LVC 的技術(shù)訓(xùn)練項(xiàng)目模擬遠(yuǎn)程轟炸機(jī)、預(yù)警機(jī)、指揮機(jī)等模擬器，以及計(jì)算機(jī)生成的武器系統(tǒng)，為友軍和敵軍部隊(duì)有效提高了戰(zhàn)斗場(chǎng)景的真實(shí)性。

“虛擬旗”（Virtual Flag）演習(xí)是美軍將飛行模擬器組網(wǎng)進(jìn)行訓(xùn)練的活動(dòng)，由分布式任務(wù)作戰(zhàn)中心（DMOC）負(fù)責(zé)，每年舉行4 次，該演習(xí)是美軍目前唯一的全譜系飛機(jī)的作戰(zhàn)人員都能參與的重點(diǎn)演習(xí)，同時(shí)，美海軍和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的模擬器也陸續(xù)加入到了演習(xí)當(dāng)中。2015 年，美軍將采用實(shí)裝對(duì)抗的“紅旗”軍演與“虛擬旗”軍演相結(jié)合，傳統(tǒng)的“紅旗”軍演區(qū)域只有3.8 萬平方公里左右，加入了“虛擬旗”之后，虛擬的可用面積增加到了34 萬平方公里。同時(shí)，參加演習(xí)的裝備種類也更加齊全，參與演習(xí)的模擬器幾乎覆蓋了美軍及其盟國(guó)的整個(gè)航空裝備譜系，這些充分體現(xiàn)了LVC在作戰(zhàn)訓(xùn)練中的巨大優(yōu)勢(shì)。

（五）重點(diǎn)基礎(chǔ)設(shè)施

美軍在建設(shè)LVC 時(shí)充分吸收了在建項(xiàng)目的優(yōu)勢(shì)，這其中即有裝備層面的基礎(chǔ)設(shè)施，也有成體系的實(shí)體組織，F(xiàn)-35 系列飛機(jī)仿真基礎(chǔ)設(shè)施和VTTC 第三階段任務(wù)中提到的JSE 就是此兩種類型的代表。

F-35 系列飛機(jī)是美軍未來體系作戰(zhàn)環(huán)節(jié)中最核心的裝備之一，美軍通過建設(shè)F-35 全任務(wù)模擬器（FMS）及F-35 虛 擬 仿 真 模 型（Virtual Simulation，VSim）作為支撐美軍研發(fā)、測(cè)試和訓(xùn)練的基礎(chǔ)。除了傳統(tǒng)的真機(jī)訓(xùn)練外，F(xiàn)-35 全任務(wù)模擬器（FMS）是F-35飛行員訓(xùn)練計(jì)劃的最重要部分。隨著飛機(jī)作戰(zhàn)能力更強(qiáng)、任務(wù)系統(tǒng)復(fù)雜，美軍在對(duì)高端作戰(zhàn)飛機(jī)的訓(xùn)練已不再聚焦在基本飛行訓(xùn)練，而是更重視與實(shí)裝相同OFP，達(dá)到面向作戰(zhàn)任務(wù)訓(xùn)練的目的。未來通過融入DMON 從而接入到LVC，美軍四代機(jī)的訓(xùn)練水平將達(dá)到一個(gè)全新的高度，而F35 FMS 也將成為L(zhǎng)VC 中“V”域中最為重要的系統(tǒng)之一。

JSE 是美國(guó)防部測(cè)試F-35 任務(wù)系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)施，JSE 正是美軍在制定LVC 發(fā)展策略中“VC”域中VTTC 第三階段重點(diǎn)發(fā)展的內(nèi)容。美軍對(duì)JSE 的初始作戰(zhàn)能力（Initial Operational Capability，IOC）是：要有戰(zhàn)區(qū)級(jí)的仿真能力，提供對(duì)上千種的紅方、藍(lán)方和中立方裝備的聯(lián)合仿真能力，包括：作戰(zhàn)飛機(jī)及其武器、艦艇及其武器、綜合防空系統(tǒng)、地空導(dǎo)彈、固定目標(biāo)和機(jī)動(dòng)目標(biāo)、士兵、具備電子戰(zhàn)攻防功能的設(shè)備等。還需要實(shí)現(xiàn)模擬天氣和煙霧對(duì)可見光傳感器和紅外傳感器的影響，以及大環(huán)境中的日夜交替現(xiàn)象?？梢哉fJSE 的建設(shè)將為美軍構(gòu)建LVC 前進(jìn)一大步。

四、結(jié)論

未來隨著體系作戰(zhàn)成為戰(zhàn)場(chǎng)常態(tài)，如何構(gòu)建實(shí)戰(zhàn)化的體系作戰(zhàn)訓(xùn)練環(huán)境，如何研制出具備高體系貢獻(xiàn)率的裝備將是我們必須面臨的問題。通過美軍LVC 建設(shè)方式方法以及過程可以得出以下幾個(gè)結(jié)論：

1、LVC 是實(shí)現(xiàn)體系化作戰(zhàn)訓(xùn)練最好的方式；

2、LVC 是未來驗(yàn)證裝備體系貢獻(xiàn)率最好的技術(shù)路徑；

3、LVC 建設(shè)不是一蹴而就，而是在做好統(tǒng)一規(guī)劃的同時(shí)對(duì)已有項(xiàng)目的不斷演進(jìn)；

4、LVC 建設(shè)需要一個(gè)強(qiáng)健的組織管理系統(tǒng)；

5、模型和實(shí)裝同等重要，模型建設(shè)是LVC 中“C”域的核心；

6、模擬器不只是用來節(jié)約訓(xùn)練經(jīng)費(fèi)和加快訓(xùn)練進(jìn)度，聯(lián)網(wǎng)的模擬器將是LVC 中“V”域的核心，將在體系環(huán)境下發(fā)揮更重要的作用；

7、模擬器建設(shè)需要統(tǒng)一架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)；

8、實(shí)裝訓(xùn)練加入LVC 后將無線接近真實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境；

9、嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)建設(shè)是構(gòu)建LVC 的現(xiàn)實(shí)有效途徑；

10、梳理并解決當(dāng)前存在的問題是開展LVC 建設(shè)的第一步。

盡管和美軍相比，我們?cè)诤芏囝I(lǐng)域不足甚至是空白，但從美軍已經(jīng)走過的路來看，我們也不必氣餒，LVC建設(shè)更多是需要我們?cè)诿鞔_好一個(gè)目標(biāo)后，持之以恒、充分發(fā)揮團(tuán)隊(duì)的力量，一點(diǎn)一滴，一步一個(gè)腳印的去攻堅(jiān)克難，而我們天然就有這樣的優(yōu)勢(shì)，有這樣的傳統(tǒng)，制定好一個(gè)長(zhǎng)遠(yuǎn)計(jì)劃，統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，集中力量去辦，相信未來的十年將會(huì)是仿真在我軍體系建設(shè)的一個(gè)新高潮。