國外飛行員培養技術發展淺析

周繼廣，蔣盼盼，楊 帆，王彤彤

（1.海軍駐南昌地區軍事代表室，江西 南昌，330024；2.航空工業洪都，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練會議上強調：全面加強實戰化軍事訓練，堅持科技強訓，全面提高訓練水平和打贏能力。軍事飛行員培養作為軍事訓練的重要組成，是航空兵部隊戰斗力生成和保持的必由之路，也是一項龐大的復雜系統工程，與其他類型訓練相比， 軍事飛行員培養有著顯著的特殊性——培養周期長、難度大、風險高、成本高等。其次，軍事飛行員培養是一種集心理、生理、智能、技能高度融合的復雜活動， 需要適應完全不同于地面的速度、高度、加速度變化和環境變化，認知多種知識，管理各種信息，掌握各項復雜的操作技能，執行多種任務。因此，有效的飛行員培養技術是保證軍事飛行訓練效果的前提。

1 國外軍事飛行員培養的發展歷史與現狀

軍事飛行員培養的發展歷史可以追溯到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員訓練，隨著航空技術的發展，作戰裝備與教練裝備不斷更新換代，飛行員培養技術也經歷了多次發展變革。

1.1 第一階段：教練機空中訓練技術

這一階段從飛機發展開始持續到20 世紀30 年代末。

1909 年美國陸軍與飛機發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方式。 由于當時缺乏專用的教練機，飛行學員先在地面接受教員指導，學會使用飛機的操縱系統，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。 當時訓練人數有限，也不安全。第一次世界大戰初期，雙座教練機開始出現，飛行員培養發展為先由教員帶飛、而后學員單飛的培養技術。飛行學員技能的獲取主要基于教員“手把手”教學和單一教練機支撐，訓練效率不高，飛行員能力普遍不足，整體淘汰率較高。

1.2 第二階段：教練機空中訓練+地面模擬訓練技術

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“林克訓練機”（可以提供俯仰、滾轉與偏航等飛行動作并配備駕駛艙復制品）的面世，飛行員培養可以依托危險性較低且成本較便宜的儀表飛行教學環境，地面飛行模擬訓練真正開始起航，僅第二次世界大戰期間，就采購了大約一萬余套林克訓練機用于培養新飛行員。 同時隨著數學仿真、視景技術的不斷發展，地面模擬訓練實現了由保安全訓練向促高效訓練的融合與轉變，并伴隨著訓練需求的牽引與教練裝備的發展“齊頭并進”。 這種以教練機空中訓練+地面模擬訓練的訓練技術，使飛行學員在地面充分認知飛機并掌握基本的操作流程、操縱技能，可大大降低飛行學員適應空中飛行訓練時間， 提高飛行訓練安全。

1.3 第三階段：以理論支撐構建以教練機為核心的綜合訓練系統技術

這一階段從20 世紀70 年代末到21 世紀初。

該階段飛行員培養主要有兩大特點：一是以訓效理論為支撐，驅動教練裝備科學發展及使用；二是發展以教練機為核心的綜合訓練系統，實現飛行員高效訓練。

1） 訓效理論的發展

訓效理論研究主要集中在以教練機訓練效能為中心的理論體系。

教練機訓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訓練效能模型和美國海軍軍機訓練效能 （TSCE）模型，這兩種模型已成功應用于多個教練機型的研制和采購，如用于意大利基礎教練機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的改進等。

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

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

2） 以教練機為核心的綜合訓練系統技術

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

1.4 第四階段：高新技術驅動新訓練技術

隨著國際軍事競爭態勢的快速發展和作戰任務的不斷拓展，作為戰斗力發揮核心的飛行員群體將呈現出數量大、質量高、能力強的發展趨勢，這對飛行員培養技術提出了更高效、更精準、更靈活的要求。主要體現在以下方面：一是高新技術的發展和先進作戰飛機的研制，已經突顯出“技術優勢”在軍事領域的決定性主導作用，但由于人的能力提升程度滯后于先進作戰飛機“技術優勢”的迅猛發展，使得人在一定程度上無法適應未來作戰需求，尤其是先進作戰飛機的駕馭能力要求，在這種情況下，要求必須通過“訓練優勢”來提升人的能力，實現裝備“技術優勢”，進而促進作戰效能的發揮就顯得十分必要。 二是在信息化網絡、體系化作戰的新軍事變革大背景下，軍事強國對飛行員教育、訓練、培養有了新的認識，已由過去注重飛行員單一“技能”訓練轉化為綜合性的“技能、知識、認知、生理、心理”等方面能力的培養，但在這種現代飛行訓練理念和要求下，運用多種科學方法、訓練支持技術和訓練手段對飛行員進行精準訓練是一項創新的、復雜的系統工程。

近年來，隨著虛擬現實、大數據、人工智能等新興技術的快速發展，在很多領域已得到較廣泛的應用并取得了良好的效益， 尤其是對于飛行員培養領域，這些技術勢必將從飛行員訓練裝備手段上給傳統實物訓練帶來新的機遇，為進一步提升飛行員訓練效益提供了可能，國外基于新興技術已經開展了相關技術研究與試驗驗證，主要有以下領域：

一是基于VR、AR 等虛擬現實技術的飛行員培養技術已驗證和應用。該項技術應用的關鍵在于技能增長的適用點與裝備形態的深度設計。美國空軍教育和訓練司令部自2015 年起探索VR、AI 技術能否在飛行員訓練領域中應用，目的是探尋VR 技術是否能幫助飛行員學得更快和更深入。 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 技術可用于飛行學員基本飛行、應急程序和大迎角機動等訓練，飛行員訓練周期可縮短近一半。 該項成果已經在美國空軍全體系訓練中進行應用推廣。美國海軍通過VR-PTT 項目也驗證了通過應用VR、AR 技術可適用于基本飛行、駕駛艙熟悉、航母起降和基本戰斗機動訓練等；與傳統的圖像生成的解決方案相比，至少可以節省一個數量級的成本。

二是基于大數據等數據挖掘技術的飛行員培養技術已經驗證和應用。該項技術應用的關鍵在于飛行學員數據的深度學習、挖掘與判定標準。 目前美軍在T-45 訓練系統等方面已經開展相關應用， 國內在L15、某海軍教練機上也在驗證和應用，主要目標是實現作戰、訓練、保障信息化，實現定制化培養和全周期數據監控，縮短訓練周期。 美國等軍事強國飛行訓練開始注重學員訓練數據的全狀態、全過程、全服役周期的管控與評估，強調以數據為中心，實現全訓練周期的精確和細化管理，便于圍繞“一個目標、一個中心”組織訓練。 如美空軍將人工智能與機器學習算法來評估飛行員在各個階段應對嚴酷任務和機動飛行所表現出來的能力，任何被發現的缺陷都會激發補救的訓練行動路徑，針對該飛行員私人定制，從而提高其訓練成熟度。 美海軍基于計算機的訓練綜合系統，主要承擔訓練規劃、學員情況跟蹤、培訓情況存檔和實際情況匯報等相關工作，該系統實現了T-45TS 各個組成部分的綜合化、網絡化，從而使得整個培訓工作的規劃和決策更容易、更靈活和更高效。

三是基于人工智能等智能技術的飛行員培養技術正開展驗證和應用。該項技術應用的關鍵在于模仿“人”的思維和習慣。 在過去的幾年中，人工智能已經擊敗了國際象棋大師、圍棋冠軍、職業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”）中擊敗駕駛戰斗機的飛行員。DARPA 為開展驗證，通過美軍內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AI 進行近距離格斗， 驗證人工智能訓練的可行性。

四是基于神經學習等生物技術的飛行員培養技術正開展探索和驗證。該項技術的關鍵在于“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， 提高大腦專注度，可以提高飛行員訓練效率。 美國空軍研究實驗室（ARFL）第711 人類行為研究聯隊8 月份啟動能加快飛行員訓練進度的神經學習系統（iNeuraLS）研究項目。 項目開發的目的在于“為飛行員提供一種能盡快掌握新知識的技術設備”。

2 國外軍事飛行員培養技術發展特點

2.1 以“人的能力成長”為核心的培養技術發展

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

一是發展先進飛行員培養理論，以飛行員能力培養為目標構建一套基于人的能力需求-人的能力與訓練裝備管理-訓練裝備能力需求的科學閉環理論，實現“人”牽著“裝備”走。

二是發展先進教練裝備體系，以飛行員能力成長規律為牽引，發展“理論教學-實操實習-專項技能訓練-模擬飛行訓練-空中飛行訓練”等“一攬子”訓練解決方案。

2.2 以技術為驅動的培養技術發展

根據不同時期技術特點，以技術改變裝備形態、訓練理念，從而實現飛行員訓練以技術優勢增強訓練優勢，進而實現訓練效益的跨越式提升。

一是以技術成熟度驅動培養技術發展。隨著技術在作戰飛機上進行充分的應用與驗證后，移植到教練裝備上增強訓練能力，從而實現訓練技術的發展，如先進的操縱系統技術和航電技術的發展。

二是以技術融合度驅動培養技術發展。即采用不同技術進行融合進而實現能力的提升。比如教練機嵌入式訓練系統、綜合訓練系統等，是基于虛擬現實、增強現實等技術與真實裝備、環境進行融合驅動裝備形態的升級與組合。

三是以新技術應用驅動培養技術發展。國際上已經積極推進虛擬現實、大數據、人工智能等新興技術在飛行訓練領域中的應用并取得了良好的效益。如美軍探索應用了虛擬現實、人工智能等新技術培養飛行員，取得了跨越性的成果。

3 發展啟示

綜合國外飛行員培養技術發展歷程及趨勢，提高飛行員培養技術是提高軍事飛行訓練效益和降低軍事飛行訓練成本的必由之路，結合我航空兵飛行員培養特點，從訓練理論、訓練模式、裝備發展等層面形成對我飛行員培養技術發展的啟示。

一是謀劃構建符合我國情的飛行員培養理論。充分借鑒國外飛行員能力體系構建、技能增長規律以及人-機-環模型等研究成果， 結合我飛行員訓練體制特點，形成一套符合我飛行員培養的先進理論，支撐飛行員培養向科學、精準和因材施教發展。

二是逐步應用虛實結合、空地一體的訓練新模式。 在現有嵌入式、綜合訓練系統等訓練技術探索與試驗成果基礎上， 融合搭建真實-虛擬-構造的綜合訓練環境，實施虛實結合、空地一體的飛行員培養模式，實現安全、高效、可拓展飛行員培養。

三是著手推動新技術應用驗證，發展新質教練裝備。 積極探索新興技術應用方向，結合我飛行員培養存在的增強需求，充分借鑒國外新技術應用方向以及應用成果，形成飛行員培養新技術應用路線圖，并按路線圖逐步推進技術應用與裝備發展。

4 結 語

技術創新與發展是推動飛行員培養革新的直接動力，本文通過梳理國際上飛行員培養技術發展脈絡， 深入分析國外飛行員培養技術發展現狀與趨勢，總結出虛實結合訓練、數據融合與驅動訓練等飛行員培養技術發展特點，提出我飛行員培養技術發展啟示，對于實現我飛行員訓練由過去“定性”“粗放式”轉由依托“定量”“精細化”訓練來支撐，快速形成空軍戰斗力具有重大意義。