國外飛行員培養(yǎng)技術(shù)發(fā)展淺析

周繼廣，蔣盼盼，楊 帆，王彤彤

（1.海軍駐南昌地區(qū)軍事代表室，江西 南昌，330024；2.航空工業(yè)洪都，江西 南昌，330024）

0 引 言

中央軍委主席習近平在中央軍委軍事訓(xùn)練會議上強調(diào)：全面加強實戰(zhàn)化軍事訓(xùn)練，堅持科技強訓(xùn)，全面提高訓(xùn)練水平和打贏能力。軍事飛行員培養(yǎng)作為軍事訓(xùn)練的重要組成，是航空兵部隊戰(zhàn)斗力生成和保持的必由之路，也是一項龐大的復(fù)雜系統(tǒng)工程，與其他類型訓(xùn)練相比， 軍事飛行員培養(yǎng)有著顯著的特殊性——培養(yǎng)周期長、難度大、風險高、成本高等。其次，軍事飛行員培養(yǎng)是一種集心理、生理、智能、技能高度融合的復(fù)雜活動， 需要適應(yīng)完全不同于地面的速度、高度、加速度變化和環(huán)境變化，認知多種知識，管理各種信息，掌握各項復(fù)雜的操作技能，執(zhí)行多種任務(wù)。因此，有效的飛行員培養(yǎng)技術(shù)是保證軍事飛行訓(xùn)練效果的前提。

1 國外軍事飛行員培養(yǎng)的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀

軍事飛行員培養(yǎng)的發(fā)展歷史可以追溯到20 世紀初，1909 年世界上第一架軍用教練機雙座萊特A 型飛機交付部隊用于飛行學(xué)員訓(xùn)練，隨著航空技術(shù)的發(fā)展，作戰(zhàn)裝備與教練裝備不斷更新?lián)Q代，飛行員培養(yǎng)技術(shù)也經(jīng)歷了多次發(fā)展變革。

1.1 第一階段：教練機空中訓(xùn)練技術(shù)

這一階段從飛機發(fā)展開始持續(xù)到20 世紀30 年代末。

1909 年美國陸軍與飛機發(fā)明家萊特兄弟簽訂合同，由萊特兄弟教會兩名軍官駕駛飛機，這是最早的飛行員培養(yǎng)方式。 由于當時缺乏專用的教練機，飛行學(xué)員先在地面接受教員指導(dǎo)，學(xué)會使用飛機的操縱系統(tǒng)，接著駕駛飛機在機場上來回滑行，待熟練后再單獨駕駛飛機離開地面飛行。 當時訓(xùn)練人數(shù)有限，也不安全。第一次世界大戰(zhàn)初期，雙座教練機開始出現(xiàn)，飛行員培養(yǎng)發(fā)展為先由教員帶飛、而后學(xué)員單飛的培養(yǎng)技術(shù)。飛行學(xué)員技能的獲取主要基于教員“手把手”教學(xué)和單一教練機支撐，訓(xùn)練效率不高，飛行員能力普遍不足，整體淘汰率較高。

1.2 第二階段：教練機空中訓(xùn)練+地面模擬訓(xùn)練技術(shù)

這一階段從20 世紀30 年代末至20 世紀70 年代。

1929 年前后， 隨著第一臺真正意義上的地面飛行模擬器“林克訓(xùn)練機”（可以提供俯仰、滾轉(zhuǎn)與偏航等飛行動作并配備駕駛艙復(fù)制品）的面世，飛行員培養(yǎng)可以依托危險性較低且成本較便宜的儀表飛行教學(xué)環(huán)境，地面飛行模擬訓(xùn)練真正開始起航，僅第二次世界大戰(zhàn)期間，就采購了大約一萬余套林克訓(xùn)練機用于培養(yǎng)新飛行員。 同時隨著數(shù)學(xué)仿真、視景技術(shù)的不斷發(fā)展，地面模擬訓(xùn)練實現(xiàn)了由保安全訓(xùn)練向促高效訓(xùn)練的融合與轉(zhuǎn)變，并伴隨著訓(xùn)練需求的牽引與教練裝備的發(fā)展“齊頭并進”。 這種以教練機空中訓(xùn)練+地面模擬訓(xùn)練的訓(xùn)練技術(shù)，使飛行學(xué)員在地面充分認知飛機并掌握基本的操作流程、操縱技能，可大大降低飛行學(xué)員適應(yīng)空中飛行訓(xùn)練時間， 提高飛行訓(xùn)練安全。

1.3 第三階段：以理論支撐構(gòu)建以教練機為核心的綜合訓(xùn)練系統(tǒng)技術(shù)

這一階段從20 世紀70 年代末到21 世紀初。

該階段飛行員培養(yǎng)主要有兩大特點：一是以訓(xùn)效理論為支撐，驅(qū)動教練裝備科學(xué)發(fā)展及使用；二是發(fā)展以教練機為核心的綜合訓(xùn)練系統(tǒng)，實現(xiàn)飛行員高效訓(xùn)練。

1） 訓(xùn)效理論的發(fā)展

訓(xùn)效理論研究主要集中在以教練機訓(xùn)練效能為中心的理論體系。

教練機訓(xùn)練效能的量化研究始于20 世紀70 年代，比較典型的評估模型有意大利馬基公司Bazzocchi訓(xùn)練效能模型和美國海軍軍機訓(xùn)練效能 （TSCE）模型，這兩種模型已成功應(yīng)用于多個教練機型的研制和采購，如用于意大利基礎(chǔ)教練機MB-339 的研制和采購、俄羅斯雅克-130 的研制、美國海軍T-45 艦載高級教練機的采購以及后續(xù)的改進等。

Bazzocchi 模型的優(yōu)點在于將飛行員訓(xùn)練過程用定量化的數(shù)學(xué)模型進行評估，用等效飛行時間概念來衡量不同教練機的訓(xùn)練水平。該模型在效能計算過程中， 考慮了飛行性能參數(shù)和飛行科目的綜合影響因子， 并假設(shè)了訓(xùn)練效能與評價參數(shù)成線性正比關(guān)系、訓(xùn)練水平與訓(xùn)練時間也成線性關(guān)系。

TSCE 模型結(jié)合艦載戰(zhàn)斗機飛行員訓(xùn)練的科目和特點，建立了艦載戰(zhàn)斗機飛行員訓(xùn)練效能評估的評價參數(shù)框架和加權(quán)系數(shù)矩陣。 該模型在T-45 研制和使用過程中得到了應(yīng)用，T-45TS 綜合訓(xùn)練系統(tǒng)的研制與應(yīng)用組配均基于該模型的計算結(jié)果。 實際應(yīng)用表明，T-45TS 使飛行訓(xùn)練小時數(shù)減少25%，與模型計算結(jié)果基本一致。

2） 以教練機為核心的綜合訓(xùn)練系統(tǒng)技術(shù)

20 世紀80 年代初，在美軍聯(lián)合初級飛機訓(xùn)練系統(tǒng) （JPATS） 項 目 中 開 始 出 現(xiàn) 訓(xùn) 練 系 統(tǒng)（Training System）的概念。 為綜合提升飛行員訓(xùn)練體系的效能，美國海軍在其高級教練機研發(fā)中提出了基于訓(xùn)練效能的先進教練機訓(xùn)練系統(tǒng)需求和科學(xué)訓(xùn)練管理概念，發(fā)展并應(yīng)用了T-45TS 訓(xùn)練系統(tǒng)。 自20 世紀90 年代以來，伴隨新一代高級教練機發(fā)展浪潮，綜合訓(xùn)練系統(tǒng)概念進一步普及， 發(fā)展了M-346、T-50 等訓(xùn)練系統(tǒng)。 美國空軍針對F-22 等飛行員培養(yǎng)而發(fā)展的T-X項目也提出了綜合訓(xùn)練系統(tǒng)技術(shù)的要求，通過開展L（真實）—V（虛擬）—C（構(gòu)造）的綜合訓(xùn)練系統(tǒng)訓(xùn)練，大大降低飛行員培養(yǎng)成本。

1.4 第四階段：高新技術(shù)驅(qū)動新訓(xùn)練技術(shù)

隨著國際軍事競爭態(tài)勢的快速發(fā)展和作戰(zhàn)任務(wù)的不斷拓展，作為戰(zhàn)斗力發(fā)揮核心的飛行員群體將呈現(xiàn)出數(shù)量大、質(zhì)量高、能力強的發(fā)展趨勢，這對飛行員培養(yǎng)技術(shù)提出了更高效、更精準、更靈活的要求。主要體現(xiàn)在以下方面：一是高新技術(shù)的發(fā)展和先進作戰(zhàn)飛機的研制，已經(jīng)突顯出“技術(shù)優(yōu)勢”在軍事領(lǐng)域的決定性主導(dǎo)作用，但由于人的能力提升程度滯后于先進作戰(zhàn)飛機“技術(shù)優(yōu)勢”的迅猛發(fā)展，使得人在一定程度上無法適應(yīng)未來作戰(zhàn)需求，尤其是先進作戰(zhàn)飛機的駕馭能力要求，在這種情況下，要求必須通過“訓(xùn)練優(yōu)勢”來提升人的能力，實現(xiàn)裝備“技術(shù)優(yōu)勢”，進而促進作戰(zhàn)效能的發(fā)揮就顯得十分必要。 二是在信息化網(wǎng)絡(luò)、體系化作戰(zhàn)的新軍事變革大背景下，軍事強國對飛行員教育、訓(xùn)練、培養(yǎng)有了新的認識，已由過去注重飛行員單一“技能”訓(xùn)練轉(zhuǎn)化為綜合性的“技能、知識、認知、生理、心理”等方面能力的培養(yǎng)，但在這種現(xiàn)代飛行訓(xùn)練理念和要求下，運用多種科學(xué)方法、訓(xùn)練支持技術(shù)和訓(xùn)練手段對飛行員進行精準訓(xùn)練是一項創(chuàng)新的、復(fù)雜的系統(tǒng)工程。

近年來，隨著虛擬現(xiàn)實、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)的快速發(fā)展，在很多領(lǐng)域已得到較廣泛的應(yīng)用并取得了良好的效益， 尤其是對于飛行員培養(yǎng)領(lǐng)域，這些技術(shù)勢必將從飛行員訓(xùn)練裝備手段上給傳統(tǒng)實物訓(xùn)練帶來新的機遇，為進一步提升飛行員訓(xùn)練效益提供了可能，國外基于新興技術(shù)已經(jīng)開展了相關(guān)技術(shù)研究與試驗驗證，主要有以下領(lǐng)域：

一是基于VR、AR 等虛擬現(xiàn)實技術(shù)的飛行員培養(yǎng)技術(shù)已驗證和應(yīng)用。該項技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵在于技能增長的適用點與裝備形態(tài)的深度設(shè)計。美國空軍教育和訓(xùn)練司令部自2015 年起探索VR、AI 技術(shù)能否在飛行員訓(xùn)練領(lǐng)域中應(yīng)用，目的是探尋VR 技術(shù)是否能幫助飛行員學(xué)得更快和更深入。 2018 年起通過Pilot Training Next（PTN）項目進行試驗驗證，表明飛行員訓(xùn)練周期可縮短近一半。 項目通過配置HTC Vive 頭顯、駕駛桿、油門桿和高性能PC 等，驗證了VR 技術(shù)可用于飛行學(xué)員基本飛行、應(yīng)急程序和大迎角機動等訓(xùn)練，飛行員訓(xùn)練周期可縮短近一半。 該項成果已經(jīng)在美國空軍全體系訓(xùn)練中進行應(yīng)用推廣。美國海軍通過VR-PTT 項目也驗證了通過應(yīng)用VR、AR 技術(shù)可適用于基本飛行、駕駛艙熟悉、航母起降和基本戰(zhàn)斗機動訓(xùn)練等；與傳統(tǒng)的圖像生成的解決方案相比，至少可以節(jié)省一個數(shù)量級的成本。

二是基于大數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的飛行員培養(yǎng)技術(shù)已經(jīng)驗證和應(yīng)用。該項技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵在于飛行學(xué)員數(shù)據(jù)的深度學(xué)習、挖掘與判定標準。 目前美軍在T-45 訓(xùn)練系統(tǒng)等方面已經(jīng)開展相關(guān)應(yīng)用， 國內(nèi)在L15、某海軍教練機上也在驗證和應(yīng)用，主要目標是實現(xiàn)作戰(zhàn)、訓(xùn)練、保障信息化，實現(xiàn)定制化培養(yǎng)和全周期數(shù)據(jù)監(jiān)控，縮短訓(xùn)練周期。 美國等軍事強國飛行訓(xùn)練開始注重學(xué)員訓(xùn)練數(shù)據(jù)的全狀態(tài)、全過程、全服役周期的管控與評估，強調(diào)以數(shù)據(jù)為中心，實現(xiàn)全訓(xùn)練周期的精確和細化管理，便于圍繞“一個目標、一個中心”組織訓(xùn)練。 如美空軍將人工智能與機器學(xué)習算法來評估飛行員在各個階段應(yīng)對嚴酷任務(wù)和機動飛行所表現(xiàn)出來的能力，任何被發(fā)現(xiàn)的缺陷都會激發(fā)補救的訓(xùn)練行動路徑，針對該飛行員私人定制，從而提高其訓(xùn)練成熟度。 美海軍基于計算機的訓(xùn)練綜合系統(tǒng)，主要承擔訓(xùn)練規(guī)劃、學(xué)員情況跟蹤、培訓(xùn)情況存檔和實際情況匯報等相關(guān)工作，該系統(tǒng)實現(xiàn)了T-45TS 各個組成部分的綜合化、網(wǎng)絡(luò)化，從而使得整個培訓(xùn)工作的規(guī)劃和決策更容易、更靈活和更高效。

三是基于人工智能等智能技術(shù)的飛行員培養(yǎng)技術(shù)正開展驗證和應(yīng)用。該項技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵在于模仿“人”的思維和習慣。 在過去的幾年中，人工智能已經(jīng)擊敗了國際象棋大師、圍棋冠軍、職業(yè)撲克玩家以及一眾電子游戲高手。 然而， 目前還沒有AI 可以在高速、高G 值的空中纏斗（dogfight，也有直譯成“狗斗”）中擊敗駕駛戰(zhàn)斗機的飛行員。DARPA 為開展驗證，通過美軍內(nèi)利斯空軍基地的精英飛行員駕駛F-16 在模擬程序中與空戰(zhàn)AI 進行近距離格斗， 驗證人工智能訓(xùn)練的可行性。

四是基于神經(jīng)學(xué)習等生物技術(shù)的飛行員培養(yǎng)技術(shù)正開展探索和驗證。該項技術(shù)的關(guān)鍵在于“人”對知識的接受和融合。 美國空軍研究實驗室（ARFL）認為耳塞電極能刺激人體交感神經(jīng)， 提高大腦專注度，可以提高飛行員訓(xùn)練效率。 美國空軍研究實驗室（ARFL）第711 人類行為研究聯(lián)隊8 月份啟動能加快飛行員訓(xùn)練進度的神經(jīng)學(xué)習系統(tǒng)（iNeuraLS）研究項目。 項目開發(fā)的目的在于“為飛行員提供一種能盡快掌握新知識的技術(shù)設(shè)備”。

2 國外軍事飛行員培養(yǎng)技術(shù)發(fā)展特點

2.1 以“人的能力成長”為核心的培養(yǎng)技術(shù)發(fā)展

為滿足飛行員安全、高效培養(yǎng)，從“軟”能力上逐步發(fā)展圍繞“人”的能力生成目標、成長規(guī)律以及行為特征，從“硬”能力上逐步由單個裝備向體系化發(fā)展，由空中教練機訓(xùn)練發(fā)展為空地一體、虛實結(jié)合訓(xùn)練，從而實現(xiàn)飛行員能力生成。

一是發(fā)展先進飛行員培養(yǎng)理論，以飛行員能力培養(yǎng)為目標構(gòu)建一套基于人的能力需求-人的能力與訓(xùn)練裝備管理-訓(xùn)練裝備能力需求的科學(xué)閉環(huán)理論，實現(xiàn)“人”牽著“裝備”走。

二是發(fā)展先進教練裝備體系，以飛行員能力成長規(guī)律為牽引，發(fā)展“理論教學(xué)-實操實習-專項技能訓(xùn)練-模擬飛行訓(xùn)練-空中飛行訓(xùn)練”等“一攬子”訓(xùn)練解決方案。

2.2 以技術(shù)為驅(qū)動的培養(yǎng)技術(shù)發(fā)展

根據(jù)不同時期技術(shù)特點，以技術(shù)改變裝備形態(tài)、訓(xùn)練理念，從而實現(xiàn)飛行員訓(xùn)練以技術(shù)優(yōu)勢增強訓(xùn)練優(yōu)勢，進而實現(xiàn)訓(xùn)練效益的跨越式提升。

一是以技術(shù)成熟度驅(qū)動培養(yǎng)技術(shù)發(fā)展。隨著技術(shù)在作戰(zhàn)飛機上進行充分的應(yīng)用與驗證后，移植到教練裝備上增強訓(xùn)練能力，從而實現(xiàn)訓(xùn)練技術(shù)的發(fā)展，如先進的操縱系統(tǒng)技術(shù)和航電技術(shù)的發(fā)展。

二是以技術(shù)融合度驅(qū)動培養(yǎng)技術(shù)發(fā)展。即采用不同技術(shù)進行融合進而實現(xiàn)能力的提升。比如教練機嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)、綜合訓(xùn)練系統(tǒng)等，是基于虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實等技術(shù)與真實裝備、環(huán)境進行融合驅(qū)動裝備形態(tài)的升級與組合。

三是以新技術(shù)應(yīng)用驅(qū)動培養(yǎng)技術(shù)發(fā)展。國際上已經(jīng)積極推進虛擬現(xiàn)實、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)在飛行訓(xùn)練領(lǐng)域中的應(yīng)用并取得了良好的效益。如美軍探索應(yīng)用了虛擬現(xiàn)實、人工智能等新技術(shù)培養(yǎng)飛行員，取得了跨越性的成果。

3 發(fā)展啟示

綜合國外飛行員培養(yǎng)技術(shù)發(fā)展歷程及趨勢，提高飛行員培養(yǎng)技術(shù)是提高軍事飛行訓(xùn)練效益和降低軍事飛行訓(xùn)練成本的必由之路，結(jié)合我航空兵飛行員培養(yǎng)特點，從訓(xùn)練理論、訓(xùn)練模式、裝備發(fā)展等層面形成對我飛行員培養(yǎng)技術(shù)發(fā)展的啟示。

一是謀劃構(gòu)建符合我國情的飛行員培養(yǎng)理論。充分借鑒國外飛行員能力體系構(gòu)建、技能增長規(guī)律以及人-機-環(huán)模型等研究成果， 結(jié)合我飛行員訓(xùn)練體制特點，形成一套符合我飛行員培養(yǎng)的先進理論，支撐飛行員培養(yǎng)向科學(xué)、精準和因材施教發(fā)展。

二是逐步應(yīng)用虛實結(jié)合、空地一體的訓(xùn)練新模式。 在現(xiàn)有嵌入式、綜合訓(xùn)練系統(tǒng)等訓(xùn)練技術(shù)探索與試驗成果基礎(chǔ)上， 融合搭建真實-虛擬-構(gòu)造的綜合訓(xùn)練環(huán)境，實施虛實結(jié)合、空地一體的飛行員培養(yǎng)模式，實現(xiàn)安全、高效、可拓展飛行員培養(yǎng)。

三是著手推動新技術(shù)應(yīng)用驗證，發(fā)展新質(zhì)教練裝備。 積極探索新興技術(shù)應(yīng)用方向，結(jié)合我飛行員培養(yǎng)存在的增強需求，充分借鑒國外新技術(shù)應(yīng)用方向以及應(yīng)用成果，形成飛行員培養(yǎng)新技術(shù)應(yīng)用路線圖，并按路線圖逐步推進技術(shù)應(yīng)用與裝備發(fā)展。

4 結(jié) 語

技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展是推動飛行員培養(yǎng)革新的直接動力，本文通過梳理國際上飛行員培養(yǎng)技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)， 深入分析國外飛行員培養(yǎng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢，總結(jié)出虛實結(jié)合訓(xùn)練、數(shù)據(jù)融合與驅(qū)動訓(xùn)練等飛行員培養(yǎng)技術(shù)發(fā)展特點，提出我飛行員培養(yǎng)技術(shù)發(fā)展啟示，對于實現(xiàn)我飛行員訓(xùn)練由過去“定性”“粗放式”轉(zhuǎn)由依托“定量”“精細化”訓(xùn)練來支撐，快速形成空軍戰(zhàn)斗力具有重大意義。