无人(rén)机(jī)的发(fā)展与无人作战方式的广泛应(yīng)用(yòng),不但丰富了现代战争的(de)攻击方式与作战手段,而且(qiě)使传统的装备训练模(mó)式面临严(yán)峻挑战,其独特的作战方式给(gěi)战斗(dòu)员带来一种疏离感———他们(men)坐在远离战场的(de)软垫座椅上,用操控杆和油门(mén)踏板操(cāo)控战(zhàn)斗。在(zài)远离真(zhēn)实战场的虚(xū)拟环境下,如何实现操控员与无人机之间的人(rén)装结合,这成为装备训练领(lǐng)域(yù)的一个崭(zhǎn)新课题。作为全球无人作(zuò)战力量的先行者,美军近年来逐步完善无人机操控员培训制度,探索出(chū)“生理(lǐ)·心理·物(wù)理(lǐ)”融合(hé)的训练模式。本文试图对这一(yī)模式进行解析。
1 生理层面———利用生(shēng)命(mìng)科学进展提(tí)升(shēng)生理机能
在大数据时代,人类与生俱来(lái)的生(shēng)理机能愈发不(bú)能适(shì)应(yīng)对海量数(shù)据进行快速(sù)有效处理(lǐ)的现实需求。执(zhí)行反恐“定点清除”行动的无人机操控员(yuán),既需要明(míng)晰(xī)空(kōng)中作战计划,又必须灵活处理各(gè)类紧(jǐn)急的突发情况;既(jì)要权(quán)衡(héng)各种不同武器的潜在物理伤(shāng)害,又试图将附带杀伤降到最(zuì)低限度,因此,无人机操控员训练的(de)一(yī)项重要主题(tí)是(shì)提升他们的相关生理机能,使其经常(cháng)性的高(gāo)效调(diào)动和使用海量数据成为可能,从而确保作战目标的辨认和作战指令(lìng)的(de)下达不(bú)出现任(rèn)何差(chà)错。鉴于传统的体能训练难以满(mǎn)足(zú)无人(rén)作战对操控员生理素质的特殊需(xū)求,近年来,美军尝试引入神经药理(lǐ)学(xué)、神经工效(xiào)学、计算神(shén)经学、系统神经学以及睡眠生理学等学科(kē)的研(yán)究成果,提升无人机操控员的生理机能,进而(ér)改善其在训练中的认知和行为(wéi)表现(xiàn)。
1 .1 依托(tuō)神经科学提升战场感知能力
美军(jun1)无人作(zuò)战中心(xīn)首席科学家阿诺·丘奇指出:自然的人的(de)能力开始(shǐ)与科(kē)技提供或需要的巨大的数据量、处理能力、决策速(sù)度不(bú)相(xiàng)称(chēng)。较之传统飞(fēi)行员,无人机操作员需要具有更强的战场感知能力。在(zài)虚(xū)拟(nǐ)的战场环境(jìng)下,他们必(bì)须具有更强(qiáng)的专注度,及时通过指挥中心(xīn)屏幕上的(de)画面,感知战场态势变化。美军军事(shì)训练部(bù)门(mén)认为(wéi),在实战化的军事训练环境中,无人(rén)机操(cāo)控员所需要面临的一个关键问题(tí)是如何在一个高度机动、混杂、变(biàn)幻的(de)战场环境中(zhōng),迅速、准确地发现(xiàn)目标并下达攻击指令。一方(fāng)面(miàn),在现实的作(zuò)战行动中(zhōng),特别是在无人机担(dān)负重要角(jiǎo)色的“定点清除”行动(dòng)中,敌方武装人员混迹于(yú)普(pǔ)通(tōng)平(píng)民之中,难以通过普通(tōng)的侦查(chá)行为辨(biàn)析二(èr)者的差别;另一方面,整(zhěng)个战场环境存在巨大的(de)流动(dòng)性,时(shí)间的(de)推移给目(mù)标打(dǎ)击带来更大的不确定性(xìng),彼时的(de)军事目标(biāo)到此时可能(néng)转变为非军(jun1)事目(mù)标。上述(shù)因素对无人机(jī)飞行员的战场(chǎng)感知能(néng)力(lì)提出了新的挑战。
神经药理(lǐ)科学的发展(zhǎn)为(wéi)大幅度提升飞行员的战场感知能力(lì)提供了可行的路径。前空军航天医(yī)学(xué)中(zhōng)队指(zhǐ)挥官承认:所有无人(rén)机操(cāo)控员在(zài)开始培训前,都要完成一连(lián)串(chuàn)的神经心理学测(cè)试。美国空军2011年出版的《技术地(dì)平(píng)线———美国空军2010-2030年科学技(jì)术发展展(zhǎn)望》一书也指出(chū):美国空军在提高人员(yuán)自身能力(lì)领域(yù)已经取得了相当大(dà)的进(jìn)展。未来十年的研究成果,将使提(tí)高人的工作效能成为可能。这样的(de)变化来自于多方(fāng)面……抑或(huò)是直接源于人员能力的增长。后者包括使用(yòng)神(shén)经(jīng)药物或植入(rù)某些(xiē)可以改善记忆力、警觉性、认知力(lì)以(yǐ)及视觉和听觉(jiào)灵敏度的药物。美(měi)国军(jun1)事科学技术委员会发布的技术(shù)报告显示(shì),在明(míng)确神(shén)经药物药(yào)理(lǐ)功效的前提下,美军已经尝试将(jiāng)药物投送到特定的神经组织,以提升作战人员的情景知觉能力。此种能(néng)力作为战场(chǎng)感知能力的核(hé)心组成(chéng)部分,对于无人(rén)机飞(fēi)行员生理机(jī)能的提升至关重要。
1 .2 依(yī)托神经工(gōng)效学(xué)提升脑机结合效(xiào)率
在生理(lǐ)层面,无人机飞行(háng)员面临的另一个重大挑战是“反应(yīng)延(yán)迟”问题。长期以来(lái),地面控制站显示(shì)屏上的影像总(zǒng)比在无人机上实(shí)时的影像滞后几秒(miǎo),这是(shì)因为(wéi)无人机的信号要经过通讯卫星(xīng)中(zhōng)转。受“反应延迟”效应的影响,无(wú)人机飞行员(yuán)对(duì)移(yí)动目标的打击变得异(yì)常(cháng)困难。2011年(nián),一名阿拉伯半岛基地组织(zhī)的高级指(zhǐ)挥官(guān)坦言:如果(guǒ)他们(men)听到美(měi)军(jun1)无人机从头顶飞过,他们就尽可能快地来回跑动,从而干扰无人机飞(fēi)行(háng)员对目标(biāo)的准确(què)定位。情况正如无人机飞(fēi)行(háng)员布莱恩(ēn)·卡(kǎ)拉汉少(shǎo)校所言:由于无人机(jī)的(de)性能不(bú)比传统飞机,当你操(cāo)控(kòng)世(shì)界另一(yī)端的飞机时(shí)还(hái)有一点延迟现(xiàn)象,对(duì)头脑(nǎo)这是一种挑战(zhàn)。
“反应延(yán)迟”现象(xiàng)的(de)存(cún)在,从一个侧(cè)面反映了飞行员大脑与(yǔ)无人机系统的结合效率问(wèn)题。脑机(jī)接口技术(shù)的发展,为解决(jué)困扰无人(rén)机飞(fēi)行员的“反(fǎn)应延迟”问(wèn)题提供了可行的解决(jué)方案。美国国防部(bù)先进技术(shù)研究署自20世纪90年(nián)代起(qǐ)长(zhǎng)期(qī)关注脑(nǎo)机接(jiē)口技术,历经20余年的发展,其(qí)应(yīng)用领域已经不局限于神经修复领域,其(qí)对人体功能的增强,已经受到美(měi)国军(jun1)方的高度(dù)重(chóng)视。美军实(shí)验室正(zhèng)在(zài)聚焦脑(nǎo)机接(jiē)口(kǒu)领域下(xià)的新兴学科———神(shén)经工效学,分析大(dà)脑(nǎo)如何通过信号(hào)输出直(zhí)接控制外部武(wǔ)器系统,其中就(jiù)包括无人(rén)机系统(tǒng)。美(měi)军认为,神经工(gōng)效学所提供的脑机(jī)接口,表(biǎo)现出比(bǐ)传统人-系统接(jiē)口(kǒu)更高(gāo)的效率(lǜ),可以用于提(tí)升(shēng)战(zhàn)斗员对(duì)无人(rén)机(jī)操(cāo)控(kòng)员的训练与作(zuò)战水平。
1 .3 依靠睡眠生理学提高(gāo)抗疲劳能力
睡眠是一种(zhǒng)在认(rèn)知功能中(zhōng)扮演基础性角色(sè)的活(huó)动机制,持续的睡眠剥(bāo)夺影响作战人员的身体机(jī)能,并会(huì)对工作(zuò)绩(jì)效产生不利影(yǐng)响。对于无(wú)人机操控员而言,超(chāo)长的工作(zuò)时(shí)间同样(yàng)意味(wèi)着生理层面的巨大挑战。例如,“捕食者”无人机在战区的架次(cì)平均工作时间为(wéi)20~22h,机组人员经常是轮班作业(yè),每一班有时持续10h以上。超长(zhǎng)时间的工作意味着对睡(shuì)眠的剥夺(duó),影响无人(rén)机操控员的警惕性(xìng)、记忆(yì)和知觉辨别力等重要生理机能指标。为此,美军(jun1)实验室(shì)展开睡眠的(de)生理学和分子层面的专项研究(jiū),并在无人机操控员(yuán)的基础课程学习中,开设专门设计的生理学(xué)课程(chéng),有(yǒu)别(bié)于传统(tǒng)飞行员生(shēng)理课程中对承受过载或突然失重的考验,无人机操控员(yuán)的生理学课程(chéng)着重关注如何调整生(shēng)物钟、饮(yǐn)食和休息周期,以适应长(zhǎng)达(dá)12h的(de)侦查、警戒与作战任务(wù),化(huà)解因过劳而产生的生理压(yā)力。
2 心理(lǐ)层面———探索情(qíng)景切换模(mó)式(shì)下(xià)的心(xīn)理(lǐ)调试
美(měi)国布鲁金斯学会(huì)的(de)彼得(dé)·辛格博士(shì)在其2010年的研(yán)究(jiū)报(bào)告中(zhōng)指(zhǐ)出:有些(xiē)无人机作战(zhàn)部队的作战精神压力高(gāo)于(yú)在阿富汗的某些作战部队。报告得出结论,无人机操(cāo)作员经历(lì)着“更明显的身心困顿和精疲(pí)力竭感”。相比于传统飞行员,无(wú)人机(jī)操(cāo)控员需要(yào)具有更过硬的心理素质。传统(tǒng)飞行员由于距离(lí)和高度的(de)原因,往往很难(nán)真切地看到目标毁伤效果(guǒ),而无人机操控员(yuán)可以直(zhí)观地看到血肉横飞的画面,这会(huì)造成比飞(fēi)行员更(gèng)为严重的道德压力和责任(rèn)压(yā)力。事(shì)实上(shàng),自(zì)2006年(nián)美军(jun1)开始培养“全球鹰”“捕食者”等大型无(wú)人机的(de)专职飞行员,就已经关注心理训练问(wèn)题。近年来,美(měi)军主(zhǔ)要聚焦于情景(jǐng)切换(huàn)模式(shì)下(xià)的心(xīn)理训(xùn)练与调(diào)试方法。
2.1 虚拟与现实战场(chǎng)切换模式下的心(xīn)理训(xùn)练
无人(rén)机操控员所处的虚拟作(zuò)战环境,有别于传统意义上飞行员(yuán)的真实作战环境,这(zhè)一差(chà)别可能导致无人机操控员在作战心态上(shàng)的微妙变(biàn)化。美国纽约大学法(fǎ)学教授菲(fēi)利普·埃尔森认为:由于无人(rén)机作战的控(kòng)制完全可以通过计算机(jī)屏幕和远程声频反馈来实施,因此存在以(yǐ)游戏(xì)的(de)心态来看待(dài)杀人的(de)风险。在早(zǎo)期的训练与作战环境下,无人机操控员通过显示器和屏幕来实现识别与(yǔ)区分目标,并藉此(cǐ)实现对目标(biāo)的打击,但他(tā)们完全听不到战场的声音,也嗅不到战场的气味。这种作(zuò)战(zhàn)方式带来一种特别的疏(shū)离感(gǎn),感官上与现(xiàn)实战(zhàn)场(chǎng)的隔(gé)绝,可(kě)能会逐渐演化成精神上的割裂,无(wú)人(rén)机的(de)操作人员日益与(yǔ)他们的行为(wéi)所(suǒ)产(chǎn)生的后(hòu)果分割开来,其结果是抑制了他们对杀(shā)戮行(háng)为(wéi)的愧疚感,进而威胁他们作为(wéi)军(jun1)人的职业(yè)道德和作为人(rén)类(lèi)的基本良知。
鉴(jiàn)于真实与(yǔ)虚拟环境(jìng)之间的差别,美军无人机操控员训(xùn)练首先必须最大程度还原(yuán)真实的战场环境。在培(péi)训无人机操控员的霍勒曼空军(jun1)基地,无人机训练系统力求(qiú)在每个细节上显现真实的战争情(qíng)境。按(àn)照这一理念,美(měi)军(jun1)设计了兼顾作战和训练的Block系列无人机系统地(dì)面控制(zhì)站,按照人(rén)体环境改(gǎi)造学理念,对(duì)视听设备和控制(zhì)装置进行全新设计,使学员身临其境地感受(shòu)战(zhàn)场全景。霍勒曼空军基(jī)地的第16训(xùn)练中队的指挥官迈克·维沃尔上校指出:受训人员能看到被无人机盯上的(de)目标在跑动,甚至能听到他(tā)们的声音,那是(shì)一种因为恐惧发(fā)出的(de)声音,这不是视频游戏。为了突(tū)出训练的实战(zhàn)化特征,在基地建立的开放式训练系统(tǒng)中(zhōng),模拟训练的场景必须包(bāo)含作战的(de)全部(bù)本质,这也就(jiù)包括了战争与生俱来的不(bú)确定性。在系统的设计者看来,飞行员能够逐步(bù)在不确定的环境下掌握无人机的操控技能,才(cái)能确保他(tā)们有足够的心理调节(jiē)能力应对突(tū)发事(shì)件并完(wán)成作战任务。
2.2 工(gōng)作与生活情景切换模式下的心理训练
无人机(jī)操(cāo)控员不同于传统飞行员之处还体现在他们不(bú)用离开家庭就能参(cān)加战争的工作方式。一位无人(rén)机操控(kòng)员说:“从一个装满视频(pín)屏幕的(de)黑暗小屋(wū)走出来时,肾上(shàng)腺素仍在(zài)因为扣动扳机(jī)而持续(xù)上(shàng)升。然后,我会坐车回(huí)家(jiā),途中经过(guò)快餐店和(hé)便利(lì)店,到家后(hòu)还要帮(bāng)助(zhù)孩(hái)子做功课。这种感觉非(fēi)常(cháng)奇怪,我周围(wéi)没人知道发生(shēng)了(le)什么事。”因此,如何在与亲友进行交流时缓解(jiě)自己在工作中累积的负面情(qíng)绪(xù),就成为(wéi)无人机(jī)操(cāo)控员必须接受的心理训练内(nèi)容。同时,无人机操控(kòng)员能够在(zài)虚拟(nǐ)环境中看到更多的(de)现实生(shēng)活场景。在执行空(kōng)中狙击任务中的近距离监控时,无人机(jī)操控员需要观察武(wǔ)装分子的生活习惯,在(zài)武装分(fèn)子与孩子玩耍、与妻子谈话以及拜访邻居时进行监控(kòng)。然后,他们设定好时间,比如在目标的家(jiā)人离开他前(qián)往市场时(shí),发动攻击,而这是在(zài)6km高空执行任务的(de)传统飞行员无法做到(dào)的。正如(rú)美(měi)军心理学专家埃(āi)尔南多·奥尔特加上校所(suǒ)言:“在某些时(shí)刻,你所看到的东西可能(néng)会让(ràng)你(nǐ)想(xiǎng)起自(zì)己做(zuò)的一些事情。你可能会产生熟悉感,而(ér)这会为(wéi)扣动(dòng)扳机增(zēng)加一点难度。”
为了应对虚拟与现实转(zhuǎn)换中的心(xīn)理困境(jìng),美国(guó)空军教(jiāo)育和(hé)训练指挥部航天医学中心成立专项研究组,对无人机操控(kòng)员所承受的此(cǐ)类心理问(wèn)题展开调研。他(tā)们(men)认为,要确(què)保操控员在工作中隔(gé)离生(shēng)活环境因素的影(yǐng)响,就必须(xū)具备狙击手(shǒu)的(de)关键心理特征,从而在长(zhǎng)期单调无聊的等待后进行高水平的快速决策和精准行动。为此,美(měi)军采取了3种主要的标准化测验:迈尔斯布里格斯(sī)性格分类(lèi)法,冯德里克(kè)人员测试和国防语(yǔ)言测试,以及明(míng)尼苏达多(duō)项(xiàng)人(rén)格(gé)类型测(cè)验,用以评估无人机操控员的(de)心智能力和心理素质,洞悉他们的心理缺(quē)陷与短板,并进行有针对性的心理(lǐ)调适(shì),确保他们在作(zuò)战环境下心理素(sù)质的稳定性。
3 物(wù)理层面———研发仿真性(xìng)能优良的训练(liàn)模拟器
与其(qí)他武(wǔ)器装备一(yī)样,无人机要在(zài)战场(chǎng)上发挥应有的作战效能,有赖(lài)于飞行(háng)员进行大(dà)量的(de)飞行训练(liàn)。由(yóu)于成本过高且风险(xiǎn)大,无人机(jī)操(cāo)控员不能完全(quán)依(yī)靠真机进行训练。为此,设计具有高度仿真性(xìng)的训练模(mó)拟器(qì)成为必然的选(xuǎn)择(zé)。事实上,早在2005年8月,美国空军就与L-3通讯(xùn)集团的链路仿(fǎng)真和训练公司签订合同,委托其设(shè)计制造“捕(bǔ)食者”无人机组人员训练系统,这是第一款专为无人机(jī)研制(zhì)的(de)训练模拟器。在此之后,美军先(xiān)后委(wěi)托多家公司研制无人机(jī)训练系统,并按照(zhào)“模块(kuài)化、分布(bù)式、人机耦合”的(de)要求(qiú),持续推动训练模拟(nǐ)器(qì)的升级换代。
3.1 模块化设计
为使训练模拟器实现对无人机操(cāo)控(kòng)员工(gōng)作状况的全(quán)仿真(zhēn)模拟,在模拟器(qì)的(de)研制过程中美军提出功能模块化的(de)设计(jì)要求。依据具体的功能将模拟器(qì)分为6个(gè)模块:①地面控制仿真模(mó)块,负责发出控制指令并监控无人机飞行(háng)状况;②地面站与无人机数据链路仿真模块,负责模拟地(dì)面控制站与无人(rén)机之间的信息传输;③飞行(háng)控制仿真(zhēn)模块,负责接(jiē)收(shōu)地面控制(zhì)指(zhǐ)令并模拟对无人机(jī)的飞行(háng)状(zhuàng)态进行控制;④任务荷载仿真(zhēn)模(mó)块,负责模拟(nǐ)对侦查和攻击设备的控制和相关的任(rèn)务数据;⑤终端图形显示模块(kuài),负责实时显示无(wú)人机(jī)飞(fēi)行(háng)过程中的相关图形;⑥训练评估(gū)模块(kuài),负责对无人机的训练情况进行量化评估。
3.2 人机耦合
通过(guò)高水(shuǐ)平(píng)的仿真技(jì)术实现无人机操(cāo)控员与无人机系统之间(jiān)的人机耦合(hé),始终是美军研制无人机训练(liàn)模(mó)拟器的核(hé)心内(nèi)容。在早期的训(xùn)练中,由于人机耦合度(dù)不(bú)高(gāo),无人机操控(kòng)员通过屏幕里的(de)狭窄视野操控飞机(jī),难以判断飞(fēi)机降(jiàng)落时相对于跑(pǎo)道(dào)的方位,导致大部分的训练事故发(fā)生(shēng)在无人机(jī)降落的(de)过程中。针对此类问题(tí),美国空军器材司令(lìng)部下属的空(kōng)军研(yán)究实验(yàn)室(shì)展开(kāi)专项(xiàng)研究,依据人-系统综合原则优化无人机训练系统(tǒng)的设计方案,实(shí)现(xiàn)人机耦合程度的(de)逐步(bù)提(tí)升(shēng),相关的研究(jiū)与应用工作主要体现在3个方面:①无人机(jī)训练系统在总体设计(jì)上遵循自(zì)适应的原则(zé),在经济(jì)上可(kě)承受(shòu)的(de)前提下,凸显训练系统的可(kě)重(chóng)构能力,实(shí)现同一训(xùn)练(liàn)系统为陆、海、空基不同类(lèi)型无人机,以及为个人/团队训练(liàn)、军事演习、军事(shì)科研等(děng)不同(tóng)任务类(lèi)型提供足够的模拟训练手段。②无人机操控(kòng)员方舱工作站的设计体现人体工程学理念,依(yī)据飞行员的性别差异,以及全尺寸、躯干与四肢高长比、躯(qū)干与大(dà)腿高长比等3个基(jī)本要素,提供(gòng)8套个性(xìng)化设计方案。③以提升人机功效为目标推进地面工作站内的设备升级。美军无(wú)人机的地面控(kòng)制站历经Block15-Block30-Block50共3个(gè)发展阶段,现已(yǐ)采用触摸式命令和状态显示屏、“手不离杆”操纵杆/油门杆双杆控制、高分辨率数字(zì)图像/小孔径雷达图像分发硬件、可(kě)调脚(jiǎo)蹬以及人体(tǐ)工学键盘(pán)等(děng)设备,为无人机操控员(yuán)营造人机功效更好的操控环(huán)境。
3.3 任(rèn)务导向(xiàng)型(xíng)的发展理念
以任务为导向是未来美军无人机(jī)训练(liàn)系统的发展趋势。《技术地平线———美国空军(jun1)2010—2030年科学技术发展展望(wàng)》指出:未来(lái)美(měi)国空军要探索和开发(fā)能够执(zhí)行多使(shǐ)命任务的遥控(kòng)飞行(háng)器和航天(tiān)器系统。长期以来,无人机操控员(yuán)主要(yào)来自战斗机、轰(hōng)炸机或运输机等其他(tā)任(rèn)务系统,他(tā)们对(duì)于(yú)无人机所(suǒ)需要(yào)执(zhí)行的任务系统缺乏足够的认知,而现行的短期(qī)密(mì)集式训练模式,尚不(bú)足以(yǐ)帮助(zhù)传统飞行员熟谙(ān)无人机专属的(de)任务系(xì)统。为了解(jiě)决这一问题,美军方在给军工部门下(xià)发的无(wú)人机招标书中对模拟训练设(shè)备的(de)研(yán)制提出了新要求,进一步强调(diào)开发适(shì)合“任务训(xùn)练”的更为复杂的模(mó)拟器系统,以实现多任务复合型的中空长航时无人机训练。为此,美国(guó)的相关军工部门设计了“浸入式”的训练(liàn)模拟(nǐ)系统,目(mù)的是让无人(rén)机操(cāo)控员(yuán)在(zài)训练中感受身临其(qí)境般(bān)的(de)战斗(dòu)体验。
4 结(jié)束语
美(měi)军“生理(lǐ)·心理·物理”三位一体的无人装(zhuāng)备训练模式,建立在跨(kuà)学科交叉融合(hé)的基础上,以科学前沿进展推动传统训练模式(shì)的变革,无疑具有(yǒu)值(zhí)得我们(men)借鉴(jiàn)的一(yī)面。虽然囿于科(kē)学技术水平的差距(jù),我(wǒ)军装备训练尚(shàng)未与世界(jiè)军事强国处于同一(yī)技术水平线上,但是,从理念层(céng)面来看,在军(jun1)事(shì)训练(liàn)中实现(xiàn)人类自身体能、技(jì)能(néng)与(yǔ)智能水平(píng)的同步增长(zhǎng),已(yǐ)成为大数据时代(dài)突破人装结合(hé)瓶(píng)颈的关键因(yīn)素之一。鉴(jiàn)于(yú)此,积极运用生命(mìng)科学、心理学(xué)前沿成果,突破(pò)物理战(zhàn)视阈下训练观念的(de)局限性,应当成(chéng)为实现我军(jun1)信息化(huà)条件下(xià)军事(shì)训练转型的必由(yóu)之路。(转自装备(bèi)学院学报(bào)2015年第(dì)3期)

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