自主創新助力培養頂尖飛行員

朱力立 王琳 楊蜜

教練機是飛行學員翱翔藍天夢想的搖籃。在中國教練機基地——航空工業洪都，有這樣一位科技工作者，他用智慧和心血，為飛行學員提供優質的教練機，鑄造了逐夢藍天的翅膀;他率領項目團隊，攻堅克難、砥礪前行，走出了一條前所未有的航空科技創新發展之路：他從事教練機研制35年，已將個人命運與教練機發展緊密融合、思慮久遠……他就是航空工業洪都總經理、L15高教機總設計師——張弘。

一場空難引發的思考

波音737MAX事件已經逐漸淡出輿論視野，但張弘對此事的思考卻在不斷深入、由表至里。他認為，“波音737MAX這件事，一方面是飛機的問題，包括大氣數據系統設計、飛行安全邊界保護設計等，波音公司的飛機研發制造管理目前也的確暴露出一些問題。但是，另外一方面，我們也要看到飛行員培訓方面也是存在嚴重問題的。”

在飛行員的培養過程中，軍民航飛行員培養有著相輔相成的關系，甚至軍航飛行員培養能夠對民航的安全飛行起到非常積極的影響。采訪中，張弘提到曾經觀看多次的紀錄片——《百年皇家空軍》時感慨道，飛行員身上的英雄主義是源于他們在空中的決定性作用。而英雄并非天生，要具備安全飛行且處理各種復雜環境的能力，飛行訓練應予以高度重視。

“有過軍事飛行訓練經歷的飛行員往往表現出飛行技術好、心理素質過硬、抗壓能力強的優勢，能冷靜分析飛行中遇到的特殊情況，采取針對性措施，妥善處置各種特殊情況。研究表明，之前好多民航飛行員都有過軍事訓練的背景，但隨著民航活動迅猛發展，民航飛行員的需求量與日劇增，使得民航飛行員中有軍事飛行訓練經歷的比例也從2010年大約85%，在2015年前后降低到了20%，民航飛行安全的潛在隱性風險也與日俱增。”

在我國民航飛行員培養中，也往往借鑒軍事飛行訓練的方法，“我們用初教6等教練機，使民航飛行員更有效地開展不明姿態改出訓練，包括尾旋和特技飛行，可以在一定程度上化解風險。”

近年來，幾次成功處置民航飛行險情的機長，都有軍事飛行訓練的背景。例如，川航空客A319風擋玻璃脫落，駕機成功降落的英雄機長劉傳健是原中國空軍飛行教員：全美航空1549航班發動機撞鳥熄火，駕機水上迫降成功的薩利機長曾是美國空軍飛行教員：美國西南航空波音737發動機葉片斷裂，駕機成功降落的女機長，也曾是美國海軍艦載戰斗機飛行員。“總之，飛行員的培養問題，要從國家需要的角度來理解和統籌解決，如何高效利用培訓資源，同時兼顧軍航人才儲備和民航發展是一個值得深入研究，也是大有可為的課題。”

為人類最復雜的教育活動研發“教具”

從1984年到航空工業洪都參加飛機設計工作至今，張弘以不同身份參加了初級教練機初教6、基礎教練機K8、強擊機專業教練機強教5、高級教練機L15等型號的研制生產和交付使用工作。

他說，人類最復雜的教育活動就是培養戰斗機的飛行員，訓練水平影響因素很多，但最主要的硬件基礎就是訓練系統。而他們這群人的職責，就是為培養最優秀的飛行員，研制出世界一流水平的“教具”——教練機和配套訓練設備設施。“我們常說一流的戰斗機與一流的飛行員相結合才能具有一流的戰斗力，光有航空武器裝備而沒有人是無法作戰的。但是一流飛行員的培養需要遵循人才成長的規律，其不可或缺的物質基礎就是軍用教練機體系。”

通常情況下，教練機研制需要不菲的投入，“戰斗機設計只需考慮等級飛行員執行任務的需求，教練機卻要為從初學者到等級飛行員提供從熟悉噴氣機飛行到高級戰術訓練和演習的實戰化訓練環境。顯然，教練機在研發要求、設計原則上與戰斗機必然存在諸多不同，其中‘教學任務能力設計更是戰斗機設計中所不具備的。先進主戰飛機飛行員培養要求實際上對教練機的研發提出了異常苛刻的要求。”

飛行學員初始技能水平低，容易出現“錯、忘、漏”和粗暴操作，飛行情況復雜時易出現精神緊張狀態，進一步加大飛機超出飛行狀態使用區域的概率。“如果教練機沒有自動化安全保障措施，會對學員的心理產生極大影響，從而降低其學習的欲望和培訓效率。為達到訓練目標，教練機必須盡量逼真地再現真實作戰任務中影響飛行員的所有因素，消除妨礙學員培養和鞏固必要技能的精神緊張狀態，防止發生重大事故。這些要求的矛盾是顯而易見的。”

張弘還特別提到習總書記要求“加強軍事人才培養體系建設”，“航空工業就要通過自主創新驅動軍用航空訓練裝備體系發展，為部隊提供世界一流的教練機裝備和綜合訓練系統。”

L15高級教練機的應運而生

事實上，達到世界一流是中國幾代航空人努力的目標。張弘對此感慨很多，“我所在的航空工業洪都是新中國航空工業的奠基企業之一，也代表了中國教練機體系產業發展的最高水平。我曾與陸孝彭院士、石屏院士共過事，也在顧誦芬院士的親自指導下開展過工作。耳濡目染老一輩航空工業科學家的航空科技創新奮斗，結合我自身的實踐，使我對整個產業的發展深有體會。”他主要總結了三點：

一是必須站在“建設世界一流軍隊”的角度思考軍事飛行訓練裝備體系規劃，堅持前瞻軍事飛行訓練需求，圍繞軍事飛行人才培養核心問題，自主創新實現軍用航空訓練裝備體系的跨越發展，既要通盤考慮軍事飛行人才從招飛到飛行學員、再到部隊飛行員的全職業生涯發展需求，又要全局統籌軍用航空訓練裝備從研制到交付使用、再到按需優化升級的全壽命周期開發要求，還要考慮在國防經費有限情況下的戰斗力高質量生成和保持的要求。

二是必須站在“培養世界一流軍事飛行人才”的角度思考軍事飛行訓練裝備體系開發，堅持探索相關前沿技術，圍繞軍事飛行人才培養實踐核心環節，協同創新實現軍用航空訓練裝備體系的可持續發展，既要破除行業壁壘、跨專業整合、跨行業聯通、產學研用相結合，又要拓展全球視野、整合國際資源、集智攻關、下苦功夫掌握核心，還要考慮產業鏈和人才梯隊的培育。

三是必須站在“提供世界一流訓練裝備”的角度思考軍事飛行訓練裝備研制，堅持研究相關應用理論，圍繞軍事飛行人才培養的科學規律，嚴謹求實實現軍用航空訓練裝備的高質量體系化、簇族化發展，既要遵循戰斗力標準，分解落實不同軍事飛行訓練階段的培養目標，又要注意教練機體系各機型之間的銜接平滑、跨度合理、便于成才，還要考慮教練機與其他綜合訓練系統設施裝置之間的配套互補關系，實現“多快好省”培養軍事飛行人才。”

基于這種正向設計的理念，L15高級教練機應運而生。“隨著國際上主戰裝備加速更新換代，先進戰斗機性能達到了人類所能承受的極限，對飛行員的培養提出了更高要求，對新一代高級教練機的需求愈發迫切。我們與先進國家基本同步開始構思研制新一代高級教練機，這是部隊非常需要的支撐先進戰斗力生成的關鍵裝備，但是我們沒有研制過。面對國內國外兩個市場上用戶的嚴苛使用要求，關鍵系統技術的國外封鎖，研制工作一度進展比較緩慢，技術路線的爭論也比較多，當時也只有迎難而上、敢于突破、自主創新，才有可能搞出來。”

以自主創新完成跨越式發展

研制國際一流的高級教練機，是航空工業基于需求的籌謀，也是張弘及其團隊為代表的航空人迎難而上的選擇。自1998年起，由200多家單位、萬余人參與的L15項目在上級機關的大力支持下，歷時二十年的獨立自主、艱苦攻關、創新跨越，突破了多項關鍵技術，攻克了重重難題，簇族化發展了系列機型，基本實現了當初的設計理念和發展構想。

在談到實現教練機的跨代發展的關鍵因素時，張弘說：“最重要的是堅持自主創新，這里面包括原始創新、集成創新，以及在消化吸收國外先進技術的基礎上再創新這三種類型，L15的研制過程將三種自主創新類型有機、高效地融合在一起。

一是以原始創新突破關鍵點。例如，數字電傳飛控系統是三代機典型配置，其技術性能直接影響飛行安全和全機研制工作的成敗。西方國家對此項技術嚴密封鎖，要突破這一關鍵技術，必須進行獨立自主創新。在設計L15之前，洪都尚沒有足夠的相關技術儲備，但設計團隊不懼艱難，下決心突破這一風險極高的難關，僅用一年時間就建起了一個全新的飛控實驗室，經過反復試驗和改進，完全獨立自主設計出了我國第一種應用于先進教練機的三軸四余度數字式電傳飛行控制系統。飛控系統的研制成功，一方面推動了我國自主知識產權關鍵技術的發展，另一方面也使企業在此過程中獲得了寶貴的經驗和技術積累，為企業的進一步發展奠定了堅實基礎。

二是以集成創新獲取系統優勢。集成創新的目標是整個系統的功能創新，這一創新類型體現在L15的概念設計、詳細設計、工藝設計等諸多方面。例如，L15的整機概念設計熔三代機多種要素于一爐，根據教練機的功能要求，通過系統集成技術進行優選和優化設計，使所選取的要素在L15這個系統內協調運作，實現系統功能優化。又如L15的詳細設計有效集成了各種技術模塊。先進的整機設計理念必然帶來對詳細設計的高要求。對于那些依靠自身力量短期內難以完成的技術模塊，項目團隊充分利用國內科研院所和企業的力量，廣泛開展合作，推動詳細設計的高效率展開。設計完畢的模塊，按照系統功能的要求集成到各子系統中。L1項目研制配套工作涉及航空、兵器、航天、化工、信息產業、中科院等200多個單位。正是因為這些技術合作，L15的詳細設計僅用6個月就高效完成，從正式發圖到飛機上天僅用時14個半月。

三是引進消化吸收再創新促進跨越式發展。引進消化吸收再創新是自主創新的重要形式之一，堅持自主創新，絕不是排斥技術引進，而是把在技術引進基礎上的學習和再創新作為增強自主創新能力的重要路徑。我們在L15研制過程中充分發揮軍貿國際市場的作用，避免了固步自封，主動走出去選擇能夠合作的國際頂尖研究機構，廣泛深入地開展長期技術合作，在交流中學習掌握先進技術和系統設計理念，用開放創新提高自主創新的效率，確保了整機技術水平的跨越式發展，更重要的是大大地縮短了研制周期，在引進消化吸收再創新和開放協同創新方面取得了寶貴的經驗。”

縱觀L15的研制過程，自主創新本身也是一項系統工程，只有這些系統的各組成部分密切配合，才能保證自主創新的順利實現。“首先是潛在用戶明確需求導向的決策模式與靈活的籌資機制相結合。航空工業洪都的所有自主研發飛機產品都是同時面向國內和國外兩個市場的，因此，非常重視將潛在用戶需求作為決策依據，開展先期預先研究和技術儲備。”

他們還借鑒國外先進經驗，開展系統性調研論證工作，為設計方案的優化調整和權衡選擇取得了可靠依據。“為了提高L15飛機設計制造水平和研制質量，縮短研制周期，L15項目研制采用了并行工程技術和數字化設計技術，這使得整個自主創新過程高效、高質量地進行。2006年前后，在國內首次實現并完成了三維數字樣機100%，數字化預裝配60%，研制周期縮短30-50%，實現了設計、制造和管理數據的綜合集成。”

同時，他們高度重視高層次人才的培養、選拔和使用，通過博士后流動站、院士工作站、省級重點實驗室、培訓基地等，一方面引進高層次人才為企業服務，另一方面培養使用現有的人才，為人才梯隊建設打下了良好的基礎。此外，還非常注重通過壓擔子的方式加快年輕人才的成長。在L15設計過程中，放手啟用年輕設計人員挑大梁，重視培養和選拔高質量的技工人才，為各類人才設定了學習成長規劃，使總體技術水平得以持續提升，也為L15項目的發展提供了源源不斷的生力軍。

面向未來，謀劃引領之路

L15的研制過程充滿困苦和艱辛，這期間有太多的故事可書，張弘卻不愿提及，更愿意把話題放在對未來裝備研制和飛行訓練體系的思考上。

“未來作戰是什么樣子？”“完成這樣的戰爭飛行員需要具備何種能力？”“這樣的綜合能力要如何獲得？”……張弘的思考范疇已經從一個裝備拓展到一個體系。這或許是每一位引領者的共同點，那就是將自己的個人價值與理想深深的融入到產業發展乃至國家未來之中。“雖然L15在國際上公認達到了先進水平，與美歐先進教練機多次同臺競技，但是我們還要清醒地認識到，戰斗機跨代發展和科技飛速發展為軍事飛行訓練帶來了更加嚴苛的要求和更加無限的可能。”

在談到未來構想時，張弘思路清晰的說：“從軍事飛行訓練效能理論的角度來說，軍事飛行任務能力的決定因素包括高性能的裝備、高素質的人員和高水平的人與系統整合，而高水平的人與系統整合與訓練水平息息相關。我們需要研究實際訓練中發現的人與系統整合問題，然后提取其中與系統設計相關的信息，并在訓練系統開發流程的對應階段用于優化設計。近年來，世界各國空軍都在構建信息化軍事飛行訓練體系，創新人才培養模式。我們應當積極響應這一訓練變革，不斷研究信息化軍事飛行人才核心能力培養的新要求、新規律，不斷應用新技術研發和改進軍事飛行訓練系統及其服務保障手段，提供滿足用戶需求的集成化訓練解決方案。”

隨著前線戰斗機的更新換代，更現代化、信息化的戰斗機對飛行員的能力要求也更加苛刻，“目前，戰斗機飛行員培養呈現出三個方面的新特點：第一方面是飛行訓練要求，主要表現為飛行員需要利用桿舵控制計算機實現對飛行的精細化管理，飛機機動性、敏捷性更高，能量機動性更好，高能量戰術成為飛行訓練的新方向：第二方面是系統訓練要求，主要表現為更加復雜多變的空中態勢要求飛行員的感知更加敏銳，反應更加敏捷，飛行員需要判讀的數字化信息變化更快，各種機載傳感器信息和飛機平臺監控信息不斷增加信息判讀負擔，要求信息處理流程的執行效率更高：第三方面是戰術訓練要求，主要表現在戰場態勢判斷難度更大、戰術決策必須更加靈活、任務管理過程要求更加熟練等。”

張弘也談到，要讓現在的飛行學員達到軍事任務能力的高標準嚴要求，“就需要綜合訓練系統配套齊全，而用這樣的高性能教練機結合嵌入式訓練系統，就完全可以滿足戰術訓練的要求。嵌入式訓練系統具有機載虛擬武器、虛擬雷達、虛擬電子戰系統，以及與戰術訓練大綱配套的虛擬戰場態勢。這樣搭配的好處是可以增加真實的空中生理和心理壓力反應，同時減少不必要的機載設備。在真實飛行中完成虛擬作戰任務，既能熟練掌握真實的作戰流程，又能進行逼真的生理和心理訓練，不但破解了訓練組織的難題，還減少了飛行員培養體系的總成本。”

除了空中飛行訓練之外，還要通過配套齊全的地面模擬訓練設備設置進行隨時隨地、個性化的教學和訓練，實現軍事飛行訓練的精益管理。“我們不僅要考慮不同訓練階段的學員學習規律，做到銜接合理，過渡滑順，還要精心設計教學功能，實現對戰術訓練任務難度的調整，更要為用戶提供各種選項，并和用戶合作制定專門解決方案。”“在保證高訓練質量的同時，實現訓練的安全可控是全世界空軍的努力方向，和平時期損失飛行員是必須努力避免的，我們目前主要的研究進展包含四方面：一是飛行安全保障：二是作戰訓練安全保障：三是加強對飛機狀態的監控：四是對影響飛行訓練安全的人的因素的監控。”

“大數據”時代來臨，如何培養從小接觸數字化終端的所謂“數字化一代”的年青人成為戰斗機飛行員成為一個新的課題。對此張弘表示：“‘大數據時代，分布式網絡化訓練是發展的主流，虛實結合的集成化訓練LVC能夠將模擬訓練和虛擬兵力對抗與真實飛機相結合，給飛行員前所未有的逼真、連續的作戰環境體驗，利用虛擬現實VR甚至增強現實AR等技術使教育和訓練環境更貼近真實作戰任務環境，更符合個人學習改善特點，利用人工智能AI等技術發展虛擬教員和智能陪練，都為提高訓練效能提供了支撐。”

“云”技術的發展，使得訓練大數據的利用和訓練資源的統籌能力得到跨越式發展，因此，構建用戶“私有”的“訓練云”將能夠有助于客戶集約高效精準地統籌資源、按需組織和持續保障訓練。

此外，張弘還表示：“因材施教的持續學習環境是軍事飛行訓練的最重要條件，面對海量飛行訓練信息和網絡化、全球化管理需求，我們的訓練解決方案需要有高度的靈活性來應對多樣化的訓練需求，智能終端、智能傳感器、人工智能、人機交互、云上物聯網等等新技術的逐漸成熟，將可以實現高度信息融合和靈活資源調度，也就是所謂的‘智慧管理，也許不久的將來，利用人工智能輔助進行訓練管理也將成為常態。”

中國航空工業的核心能力之一就是交付軍事飛行訓練能力，“我們已經向數十個國家出口了包含教練機、地面模擬訓練設施等在內的訓練系統及其配套服務。要想成為世界一流的軍事飛行訓練能力供應商，就必須擁有能夠自主開發訓練解決方案的專業化團隊和機構，有能力將用戶的任何訓練需求轉化為訓練解決方案的能力設計要求，并將之付諸實現以滿足客戶需求。這一切，我想我們還有很長的路要走，還有很多事要只爭朝夕地去做，未來很近，我們只有像老一輩航空科學家一樣奮斗不懈，才有可能真正實現超越對手、引領創新。”