美國空軍正在采用SCARS模擬器來進行作戰(zhàn)訓練

美空軍的《2035年前空軍作戰(zhàn)訓練基礎(chǔ)設(shè)施飛行計劃》（AF Operational Training Infrastructure 2035 Flight Plan，作戰(zhàn)訓練基礎(chǔ)設(shè)施簡稱為OTI）于2017年9月制定，目標是構(gòu)建一個現(xiàn)實的、綜合的訓練環(huán)境，使部隊能夠訓練作戰(zhàn)和相關(guān)戰(zhàn)術(shù)，以實現(xiàn)和維持全譜系的戰(zhàn)備狀態(tài)。

美空軍在計劃中已確定為實現(xiàn)OTI的目標所需的共13條OTI重點發(fā)展路線，其中第3條、第12條分別強調(diào)了合成環(huán)境集成實裝的能力（Synthetic-To-Live Capability）和統(tǒng)一的模擬器架構(gòu)（Common Architecture）。合成環(huán)境與實裝集成就是真實-虛擬-構(gòu)造仿真（Live-Virtual-Constructive，LVC），LVC的概念美軍已經(jīng)持續(xù)強調(diào)了將近20年；統(tǒng)一的模擬器架構(gòu)即模擬器通用架構(gòu)要求和標準（Simulator Common Architecture Requirements &Standards，SCARS）。

美空軍訓練概念圖

美空軍廣泛部署全球范圍的超過50種平臺，超過2380個訓練設(shè)備

美空軍希望通過訓練在OODA環(huán)上擴大與對手的優(yōu)勢

開發(fā)模擬器通用架構(gòu)——SCARS

美軍的武器裝備的供應(yīng)商很廣泛，某一個平臺是由一個承包商建造的，而該平臺模擬器也可能是由另一個承包商建造的。盡管美軍模擬器已經(jīng)能夠在網(wǎng)絡(luò)上運行，但是還達不到期望的效果。比如當穿云時，有的模擬器能看到地面有的則看不到。用手機為例，過去存在各種各樣的設(shè)計和操作系統(tǒng)，如諾基亞、黑莓、iPhone、Android等已基本轉(zhuǎn)移到兩種常見的基礎(chǔ)架構(gòu)即IOS和Android，非常方便進行程序開發(fā)、升級以及設(shè)備之間的交互。美空軍想讓模擬器也按照手機的發(fā)展規(guī)律，正在尋找一家公司來開發(fā)標準模擬器訓練系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，幫助解決數(shù)十種、上千臺模擬器之間的互操作性問題。美空軍在2018年12月發(fā)布了SCARS招標書，為期10年，合同金額高達9億美元，計劃在2020年簽署首個SCARS合同。

SCARS由空軍生命周期管理中心的模擬器部門（AFLCMC / WNS）負責管理。在過去的模擬器相關(guān)合同主要考慮因素是滿足性能指標、可靠性指標。如今，更嚴格的網(wǎng)絡(luò)安全要求也成為了必須考慮的因素。為了響應(yīng)最新的國防部手冊8500.01和8510.01，空軍手冊AFI33-200和33-210中新的網(wǎng)絡(luò)安全要求，AFLCMC / WNS正在探索模擬器和訓練系統(tǒng)采購與維護方法的變化，包括底層系統(tǒng)架構(gòu)。面對不斷發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)威脅，模塊化的推廣和開放體系結(jié)構(gòu)的結(jié)合有望使模擬器和訓練系統(tǒng)的采購和維護更加高效。AFLCMC / WNS也正在通過明確標準規(guī)定，增加體系結(jié)構(gòu)之間的通用性，探索“技術(shù)基準”的概念。這些要求和標準將解決系統(tǒng)架構(gòu)、接口和數(shù)據(jù)模型，目的是以減少技術(shù)、進度和成本風險。當前的網(wǎng)絡(luò)威脅環(huán)境正迫使模擬器和訓練系統(tǒng)的更新和修改頻率比以前部署的系統(tǒng)更高，要求能夠快速修改以合并新的安全功能并消除新發(fā)現(xiàn)的潛在漏洞。

SCARS將分為三個階段：

第一階段：開發(fā)一種滿足模擬器的性能目標的體系架構(gòu)，同時展示模塊化開放系統(tǒng)架構(gòu)的關(guān)鍵特征。該體系結(jié)構(gòu)必須能夠進行快速修改以合并新的安全功能，消除已標識的潛在漏洞，并具備最佳可行性，最小化或自動化所需的回歸測試，確認系統(tǒng)性能未受到修改的不利影響；

第二階段：完成并驗證在第一階段開發(fā)的基準模擬器架構(gòu)，并使用空勤人員訓練模擬器應(yīng)用程序進行概念性演示。演示該體系結(jié)構(gòu)具有開放性的特征，并且可以通過最小化回歸測試對其進行修改；

第三階段：最終確定該架構(gòu)，以供美國政府及其承包商開發(fā)和升級美空軍模擬器和培訓系統(tǒng)時使用。

模擬器聯(lián)網(wǎng)是LVC的核心

在過去的20年里，美空軍一直在尋求滿足其空勤人員訓練需求的方法，主要方向就是開發(fā)LVC訓練技術(shù)，但是在現(xiàn)階段的主要辦法就是增強模擬器訓練。分布式任務(wù)作戰(zhàn)（Distributed Mission Operations, DMO）是一項空軍戰(zhàn)備計劃，幫助美空軍在國內(nèi)或海外部署的作戰(zhàn)人員保持基本戰(zhàn)備狀態(tài)，在必要時可模擬作戰(zhàn)環(huán)境進行任務(wù)預(yù)演。

DMO將把當前和未來的武器系統(tǒng)、高保真模擬器和仿真系統(tǒng)與其他指揮、控制、通信、計算機、情報、監(jiān)視和偵察（C4ISR）系統(tǒng)連接起來，以創(chuàng)建一個交互式作戰(zhàn)環(huán)境。美軍將DMO成為空軍訓練轉(zhuǎn)型的基石。

為何將LVC作為提升訓練能力關(guān)鍵？

盡管美空軍綜合實力保持世界第一很多年，并且在實戰(zhàn)經(jīng)驗和訓練投入方面無人能及，但是其還是想進一步擴大領(lǐng)先優(yōu)勢。

美空軍認為給指揮員和戰(zhàn)斗員的訓練強度不夠。首先，對于訓練如聯(lián)合空中作戰(zhàn)中心（combined air operations center, CAOC）的指揮類人員來說，其需要的訓練強度比當今任何一場演習帶來的工作量要大得多才行，像“紅旗”這樣的大型演習還遠遠不夠。標準化的“紅旗”可能在數(shù)百平方千米的陸地和領(lǐng)空上進行了涉及數(shù)十架飛機執(zhí)行各種各樣的任務(wù)，但也不會給CAOC造成任何壓力。美軍所需要的是一種模擬數(shù)百個獨立行動的實體，還可以引入意外事件并在作戰(zhàn)計劃上加大壓力的方法，其目的是將CAOC的指揮員推向極限，并觀察他們的反應(yīng)。

其次，飛行員也需要在復(fù)雜、快速變化且擁擠的戰(zhàn)場中訓練。DMO架構(gòu)使機組人員可以更近距離地了解現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的空戰(zhàn)情況，其中許多偵察機、戰(zhàn)斗機、加油機、無人機和地面部隊都在同一個廣域網(wǎng)下有數(shù)據(jù)、語音交互。此外，還可以模擬故障、干擾或其他特情，更好地對飛行員施加壓力。

訓練經(jīng)費問題也是美軍的考慮之一。飛機的飛行成本越來越高，從F-16 Block 50每小時飛行成本約7500美元到F-35的約44000美元。這使得必須提升模擬器訓練占比，因為如F-16的模擬器每小時訓練成本僅為900美元。從2012年開始，作為對國防部長要求提高效率的回應(yīng)，美空軍減少了實裝飛行時間，估計在2012至2016財政年度節(jié)省約17億美元。將實裝飛行與模擬器訓練相結(jié)合可以降低成本，包括降低維護成本和相關(guān)的后勤成本。但是關(guān)于這約17億美元，缺乏確定模擬器訓練費用的方法，因此在估計中考慮的不周全。美空軍僅根據(jù)實際飛行時間的減少來估算節(jié)省費用，而不考慮機組人員前往模擬器、承包商人員安排和使用模擬機以及購買額外模擬器的費用。由于費效比的問題還不清晰且缺乏明確的責任制和戰(zhàn)略來指導其規(guī)劃和投資決策，還需要空軍進一步研究。

一個強大的、穩(wěn)定的通信體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展，再加上先進的模擬器，將創(chuàng)造一種新的訓練能力，這種能力可以從單裝備級別開始，并通過一系列組合進行聚合，最終形成戰(zhàn)區(qū)級別的任務(wù)預(yù)演能力。分布式任務(wù)作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)（DMO Networks, DMON）是美空軍實現(xiàn)聯(lián)合訓練的中心節(jié)點，其以地面有線網(wǎng)絡(luò)為主，各分系統(tǒng)（如模擬器、計算機生成部隊）向著DMON集成。但要實現(xiàn)LVC同樣需要集成無線網(wǎng)絡(luò)，如將P5空戰(zhàn)訓練系統(tǒng)集成到DMON中需要考慮專用訓練鏈、靶場測控鏈和戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈的集成和協(xié)同。同樣，實裝需要靠視覺和傳感器的激勵來與模擬的實體交互，目前正在將“嵌入式訓練”能力更完美的融入到飛機中，使飛機傳感器能夠準確探測并向飛行員顯示模擬實體。

逐步提高模擬器訓練的占例

美空軍計劃制定一個戰(zhàn)略來調(diào)整虛擬訓練計劃和目標，明確如何確定實戰(zhàn)和虛擬訓練的組合以滿足訓練需求。隨著技術(shù)更先進飛機的部署，預(yù)計空軍將越來越依賴虛擬訓練。以前，其三大司令部空中機動司令部、空軍特種作戰(zhàn)司令部和空戰(zhàn)司令部都利用由專家組成的訓練需求評審組來確定特定飛機的訓練需求。這些評審組根據(jù)具體的作戰(zhàn)指揮任務(wù)需求以及模擬器性能和網(wǎng)絡(luò)能力等因素，確定哪些訓練需求可以在真實或虛擬環(huán)境中完成。例如，從2012年開始，空戰(zhàn)司令部設(shè)定了通過模擬器訓練滿足25%（平均）的訓練需求的目標。其他兩個司令部的目標是通過模擬器完成50%（平均）的訓練。

DMON的發(fā)展

DMON的建設(shè)主要由諾斯羅普·格魯門公司公司完成，自1999年啟動以來諾格一直是作戰(zhàn)空軍分布式任務(wù)訓練作戰(zhàn)與整合計劃的主要承包商。自2002年以來，DMON都被用于在一個普通的合成戰(zhàn)場上提供有效的戰(zhàn)術(shù)和小范圍訓練。DMON還用于支持每年兩到三次的“虛擬旗”演習。AFLCMC授予諾斯羅普·格魯門公司價值4.9億美元，為期五年的DMON2.0服務(wù)合同，交付期限將延長至2023年6月。在DMON2.0中，將繼續(xù)擴大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，并提升接入實裝的能力。目前，每年各種規(guī)模的DMO訓練活動數(shù)量超過380次。

美軍的訓練設(shè)施并非都始于同一個網(wǎng)絡(luò)，中心節(jié)點是位于科特蘭空軍基地（Kirtland AFB）的分布式任務(wù)作戰(zhàn)中心（DMOC）。國防部廣域網(wǎng)（WAN）有許多種類，如分布式任務(wù)作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)（DMON）、聯(lián)合訓練和實驗網(wǎng)絡(luò)（JTEN）、國防研究工程網(wǎng)絡(luò)（DREN）、分布式訓練中心網(wǎng)絡(luò)（DTCN）和第505部隊的廣域網(wǎng)。這些網(wǎng)絡(luò)由不同的單位和機構(gòu)管理，可以連接到位于科特蘭的DMOC，支持國防部的特定計劃和作戰(zhàn)人員的訓練要求。

一些有線網(wǎng)絡(luò)也包括有無線的部分，這些無線網(wǎng)絡(luò)通常是有線網(wǎng)絡(luò)的短期擴展，其實也算是有線網(wǎng)絡(luò)。有線網(wǎng)絡(luò)通常不受射頻頻譜可用性、帶寬、范圍的限制。但目前有線網(wǎng)絡(luò)使用的通信協(xié)議通常不適合在帶寬受限、長距離、高數(shù)據(jù)的情況下使用，因為需在整個網(wǎng)絡(luò)中傳輸大量數(shù)據(jù)以滿足工作，通常稱為“網(wǎng)絡(luò)開銷”。網(wǎng)絡(luò)開銷減少了可以通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。

DMON上的模擬器任務(wù)訓練中心（Mission Training Center, MTC）采用分布式交互仿真（DIS）協(xié)議，但也有少數(shù)MTC使用高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）來驅(qū)動仿真環(huán)境。隨著各種各樣的仿真成熟度、協(xié)議、任務(wù)和技術(shù)出現(xiàn)，確保它們能夠有效地達到用戶要求的互操作程度是一個巨大的挑戰(zhàn)。盡管IEEE 1278（DIS）和IEEE 1516（HLA）等行業(yè)標準提供了語法（數(shù)據(jù)共享）級別的互操作性，但它們本身并沒有提供所需的語義（數(shù)據(jù)含義）通用性。

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。將MTC從局域網(wǎng)（LAN）轉(zhuǎn)換到廣域網(wǎng)（WAN）協(xié)議并返回，從而確保遠程MTC看起來就像與其他本地MTC在同一個LAN上一樣。必要時，網(wǎng)關(guān)在DIS和HLA協(xié)議之間轉(zhuǎn)換，并提供支持數(shù)據(jù)鏈路互操作性和跨域控制接口實現(xiàn)的其他數(shù)據(jù)流調(diào)節(jié)功能。因為網(wǎng)關(guān)配置是集中管理的，所以事件管理器能夠預(yù)測規(guī)劃入網(wǎng)的MTC的需求，并根據(jù)每個MTC的已知平臺限制進行更改。

DMO將來為了更好集成實裝，需要兼容TENA協(xié)議。為了實現(xiàn)這一目標，諾斯羅普·格魯門公司將提供一個在TENA、HLA和DIS之間實現(xiàn)可互操作的解決方案。通過標準化硬件接口向DMO合成作戰(zhàn)空間提供即插即用的現(xiàn)場音頻；使用了一個Cubic公司TENA v4.1網(wǎng)關(guān)，它將實時靶場數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為能兼容的TENA v4.1對象。

DMO在非國防部擁有的商業(yè)網(wǎng)絡(luò)上運行，使用的主要網(wǎng)絡(luò)的帶寬可變，空軍只為使用的帶寬付費。目前，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“一定的風險”。能夠進入仿真的人不僅可以觀察到它，而且可以記錄動作以供分析，就像監(jiān)視互聯(lián)網(wǎng)用戶的活動以更好地推送廣告一樣。

不過在將來，DMO將使用全球信息柵格（Global Information Grid, GIG），GIG是一種正在開發(fā)的地面通信網(wǎng)絡(luò)。隨著DMO過渡到國防部為解決帶寬和安全性問題而建立的GIG，許多問題將得到解決。

小結(jié)

加快制定模擬器標準。SCARS計劃旨在為其模擬器開發(fā)具有改進的安全性和升級功能的開放式架構(gòu)，提高網(wǎng)絡(luò)彈性并施加更嚴格的網(wǎng)絡(luò)安全標準，最小化生命周期成本。模擬器像手機一樣使用通用開放式架構(gòu)，全面考慮硬件、軟件、應(yīng)用程序，形成規(guī)模經(jīng)濟優(yōu)勢。還需要支持由網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的遠程接收軟件更新，滿足經(jīng)常變換的訓練需求。

發(fā)揮模擬器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢。DMO可以確保聯(lián)合作戰(zhàn)中的空中平臺在不受飛行安全考慮限制（尤其是對大型特種平臺的限制），充分執(zhí)行戰(zhàn)術(shù)和完成動作，同時降低外派率和訓練預(yù)算，節(jié)省機隊的飛行時間。

提升模擬器訓練占比。在訓練效率和戰(zhàn)備不受損害的情況下，提高模擬器訓練的占比。模擬器狀態(tài)需要與飛機狀態(tài)保持一致，以提供及時、經(jīng)濟有效的解決方案。但一些實裝訓練項目不能或不應(yīng)該被模擬器取代，需要有效地平衡實裝訓練和合成訓練。避免模擬器保真度不足造成的遺漏、負面效應(yīng)或提供了不正確或過時的知識或技能。保真度問題是模擬器最大的挑戰(zhàn)，如果訓練不夠真實會適得其反。
責任編輯；zl