美空军推进“三位一体”模拟训练模式|美空军

JSE站点全貌。

JSE站点分布图。

美空军模拟器部门训练情况统计。

美空军模拟器管理部门新组织构建。

部署在美国海军JSE站点的美空军F-22模拟器。

何晓骁

　　6月19日，美国伊斯塔尔数字公司（Istari Digital）宣布从美空军获得一项1500万美元的小型企业创新研究合同。该合同的关键词被称为“一号模型”（Model One），旨在进一步规范美空军的模型和仿真业务。由于国防领域知识产权分散和数据保密等问题，美军数字化转型实际上并没有想象中的那么领先，大多数模型难以集成，限制了数字技术的应用。其工业部门推动数字化转型工作重点主要针对装备内的数字工程，相比之下创新型小企业在信息化领域发展迅速，争取到了牵头研究模拟训练基础环境解决方案的机会。该合同的签署间接表达出了美空军坚定不移自上向下体系化推广模拟训练的决心。

项目布局和管理模式上全面加强

　　在2024年初，美空军部为了确保在各领域继续占据优势，同时更好地威慑和在大国竞争中做好准备，公布了彻底重塑空军和太空军的计划。通过一系列在空军部范围内的关键决策，解决需要该部门关注四个核心领域的问题：人才培养、战备生成、力量投送和能力发展。

　　在众多与模拟训练相关的工作中，有3个项目/计划发挥了至关重要的作用。模拟器通用架构要求和标准（SCARS）是针对“准度”问题，统一现役和新研模拟器软硬件标准；联合仿真环境（JSE）是针对“深度”问题，以极高战术任务保真度目标，解决编队训练问题；分布式作战网络（DMON）是针对“广度”问题，扩大模拟训练的覆盖面和连通性。这3个“度”共同组成了“三位一体”推进模式，美空军在其中主抓所需的通用性和互操作性，控制接口的使用和开发，标准化数据交换方式。

　　在管理模式方面，空军生命周期管理中心敏捷作战支援局模拟器部门（AFLCMC/WNS）在原有作战训练基础设施（OTI）管理机构的基础上，增设了作战训练环境（OTE）管理部门，通过加强顶层管理进一步提高不同系统、装备和军种之间的互操作性，以及联合训练能力。这一改变可能也是为了满足数字工程要求——对训练系统和模拟环境“天生数字化”。OTI的业务包括了分布式训练系统、模拟器通用架构要求和标准（SCARS），其中分布式训练系统主要指各司令部网络以及LVC技术、构造仿真软件的管理。OTE的业务包括了“蓝军”数字模型升级、仿真环境业务、运营和治理，重点围绕联合仿真环境（JSE）的开发、部署和维护开展。

　　OTI和OTE工作要统筹好SCARS和JSE的关系，以仿真技术为主题，建设能够提供一个高度集成、经济实惠且可互操作的模拟训练环境，支持未来的作战需求。这两个概念共同支持了现代军事训练的需求，其中SCARS提供了一个标准化的架构，确保了训练系统的一致性和安全性，而JSE则提供了一个先进的、集成的训练环境，支持跨平台、跨密级的训练活动。SCARS团队也在与JSE团队合作，探索更快、更经济的开发和部署JSE的机会。

模拟训练需求增长且效果显著

　　在现代军事训练中，模拟现实世界威胁的能力至关重要。随着第四代和第五代战斗机能力的不断增强，对大规模、复杂且逼真的对抗力量的需求也在迅速增长。这些战斗机需要更有效、更经济的对抗手段来应对现代威胁，当然还有执行这类任务所需的广阔空域。因此，将实装飞行与模拟训练相结合的方法，正逐渐成为首选的解决方案。模拟训练环境可以生成无数的敌机编队，实况、虚拟、构造仿真（LVC）技术进一步将模拟训练环境与实装训练融合，增强飞行员和其他战斗人员在复杂和压力环境下达到作战能力的目标。

　　模拟训练可无限次“重复和组合”的优势已充分显现。例如，为期两周的“黑旗”演习通常能够开展5次大规模测试。这与为期5天的“虚拟旗”演习形成了鲜明对比，其相同规模任务可以重复30次，这样能充分扩充演习数据集。从2020年起，模拟训练需求随着美空军专注于联合训练而增加，其模拟训练总数呈上升趋势。每年大约有15000人次使用模拟训练设备累计完成20000小时至25000小时的训练量。

　　JSE于2016年首次提出，2022年美海军牵头建设的首个JSE悄然投入使用。在2022年初，美空军武器学校第6武器中队的教练和学员在海军JSE至少执行了32次防御性制空任务，每次任务都是8架F-35对抗多达20个威胁，超过大多数低端模拟器性能。此外，美国国防部已将JSE的培训作为海军攻击战斗机战术教官计划（通常称为TOPGUN）的正式组成部分。到2024年左右，完成了11次TOPGUN训练，共计完成了6次美空军武器学校课程，在作战单位执行了27次相关大型活动，累计超过50000次武器发射事件，执行了1200多次任务，F-35模拟器执行了9000多次飞行任务，超过1000名飞行员参与了这些飞行任务。美海军和空军战斗机飞行员已于2024年夏天开始在海军JSE进行联合训练。飞行员在JSE 一周内的飞行架次比他们一年内在露天靶场上的飞行架次还多。

项目主要工作和有关进展

　　1.模拟器通用架构要求和标准（SCARS）

　　美空军作战训练基础设施（OTI）2035飞行计划提出了一个雄心勃勃的未来训练体系蓝图，该体系建立在一个通用的运行环境之上，在保持战备状态和经济性之间做好平衡。重构整个模拟器行业不仅成本高昂，可能需要数十年时间才能完成。因此，美空军借鉴分布式任务操作（DMO）计划的成功，建立了一种新的创新维护方法，称为SCARS。

　　SCARS是OTI飞行计划中的众多发展方向之一，在确定未来模拟器通用架构方面发挥着关键作用。这种架构将建立通用开放接口、标准流程和技术规范，简化运行环境所需的应用程序和模型。例如，将来可以统一使用模块化的“狙击手”吊舱模型。

　　SCARS的最终目标是为分布在300个地点的大约2400台模拟器提供通用架构。为了执行这种创新方法，

　　主合同利用政府牵头的协作工作组来帮助建立官方拥有的标准。协作工作组包括现有的空军模拟器支持承包商（称为SCARS附属公司）和模拟器网络提供商（称为SCARS合作伙伴）。SCARS附属公司和合作伙伴都有合同要求，将其各自的系统更新为新的SCARS标准，类似于DMO方法。

　　SCARS三个阶段反映了从网络安全到架构统一，再到应用程序标准化的逐步演进过程。

　　（1）阶段1：增强网络安全。这一阶段重点放在提高网络安全效率上，目标是降低网络风险，减少获得授权运营（ATOs）的努力，以及减少因网络安全维护而导致的训练系统停机时间。

　　（2）阶段2：通用架构。这一阶段实施通用架构，通过提高可靠性、最小化维护需求，增强了系统的稳定性和可维护性，同时降低了长期运营的成本。

　　（3）阶段3：标准应用程序。这一阶段通过标准化应用程序，在不同平台之间实现应用程序和数据库的重用，提高了跨不同系统和平台的性能一致性，有助于确保所有用户都能在相似的条件下进行训练，从而实现更公平的训练环境。

　　SCARS包括建立一个临时安全运营中心（iSOC）和交付本地设备（OPE，指的是安装在用户自己的场所或设施内的硬件和软件设备，不同于云服务或远程托管的设备）。iSOC包含托管通用应用程序和数据库。OPE位于训练现场，作为托管模拟器应用程序和硬件的标准平台，同时也用着iSOC与非SCARS训练设备的链接。目前，已有12个地点连接到安全运营中心，比去年的8个地点有所增加。在未来一年中，SCARS预计将部署60多个OPE，增强对传统训练系统的网络安全支持。通过网络向所有模拟器发送更新和补丁来加强安全性将意味着更少的停机时间。

　　2.联合仿真环境（JSE）联合仿真环境（JSE）是一个高度可扩展、模块化的架构，提供了一个基于物理的计算机环境，能够实现飞行模拟器与无数虚拟友军和敌军空中与地面实体之间的同时交互，支持第五代战斗机及以上的作战测试和在相关威胁密度下的高端战术开发。

　　首个JSE站点建设在美海军帕塔克森特河基地，在本地部署14台运行实际作战飞行程序的模拟器。圆顶宽为4.6米、视野为300度×160度，配备4K投影仪。其中8台高保真模拟器，配备头盔挂载显示（HMD），能够模拟F-35A/B/C。还有6台可配置模拟器，可配置为F-35A/B/C或多种敌方飞机。2024年1月，另外部署了4台美空军F-22模拟器。F-35和F-22模拟器内每个按钮、屏幕、开关和传感器都与实装上的完全相同，甚至包括零件编号等细节。

　　战场环境软件提供了一个基于物理的红外（IR）和射频（RF）传播效应的软件平台，模拟环境以及天气效果。基础设施整合了武器服务器和武器模型，允许飞行员体验真实的武器效果评估，满足从发射到毁伤的物理计算要求，而不是基于初级查找表的效果。

　　任务简报室能够独立实时查看或回放驾驶舱和HMD显示，提供完整的360度战场视野以及所有武器使用情况日志，使飞行员能够复盘教训，立即调整，再次飞行。分析与报告工具（ART）收集了每次JSE飞行任务的所有数据，并将其转换为图形化的、易于理解的格式，使飞行员能够清楚地看到所采用的战术失败或成功原因。任务控制室可以容纳红方和蓝方的地面控制截击（GCI）控制员，并允许实时重新编程环境中的虚拟实体。

　　JSE站点为分层建设，分为超级站点（Super Site）、舰队/作战联队站点（Fleet/CAF Site）、可部署站点（Deployable Site）、工业部门站点（Industry Site）。超级站点提供最高保真度的模拟器、环境和威胁模拟，支持高端训练、战术开发和作战试验（OT）；舰队/作战联队站点保真度略低，占地面积更小，需要较少的硬件和支持人员。可加深在超级站点学到的知识，以维持熟练度；可部署站点针对小规模的训练需求，保真度较低，除了自己外，所有实体都是“构造仿真”的。在部署期间加深在其他层级学到的知识，以维持熟练度；工业部门站点用于工业部门在与军方相同环境中开发、验证新能力和作战飞行程序。

　　3.分布式任务作战网络（DMON）DMON计划现在已经进入第24年头。该计划为模拟训练提供相关技术、管理和网络支持服务，确保分散各地的模拟器可以每天在实时、合成环境中一起训练。

　　截至2023年，DMON已至少在71个不同地点的115个场所安装。在2023年，这些场所通过DMON进行了4833次训练活动，总共超过16500训练小时。除连接了全部模拟器以外，还有15个开发场所连接到DMON，提供技术保障，确保操作场所可以有效利用网络进行训练。

　　DMON还连接到位于新墨西哥州科特兰空军基地的分布式任务操作中心（DMOC）、位于弗吉尼亚州兰利-尤斯蒂斯联合基地的作战空军分布式训练中心（DTC）、位于爱荷华州得梅因的分布式训练操作中心（DTOC）、美空军欧洲-非洲司令部战士中心（UAWC）和LVC训练场所，例如阿拉斯加靶场综合体（JPARC）。DMOC促进了涉及DMON的最大训练活动，如“虚拟旗”演习和“联盟虚拟旗”演习，而DTC每天除了执行几个较小的活动外，还执行多达3次大规模演习。DTOC每周进行多达65次活动，通常还提供一对一的导调支持。