无人机的发展与无人作战方式的广泛应用,不但丰富了现代战争的攻击方式与作战手段,而且使传统的装备训练模式面临严峻挑战,其独特的作战方式给战斗员带来一种疏离感———他们坐在远离战场的软垫座椅上,用操控杆和油门踏板操控战斗。在远离真实战场的虚拟环境下,如何实现操控员与无人机之间的人装结合,这成为装备训练领域的一个崭新课题。作为全球无人作战力量的先行者,美军近年来逐步完善无人机操控员培训制度,探索出“生理·心理·物理”融合的训练模式。本文试图对这一模式进行解析。
1 生理层面———利用生命科学进展提升生理机能
在大数据时代,人类与生俱来的生理机能愈发不能适应对海量数据进行快速有效处理的现实需求。执行反恐“定点清除”行动的无人机操控员,既需要明晰空中作战计划,又必须灵活处理各类紧急的突发情况;既要权衡各种不同武器的潜在物理伤害,又试图将附带杀伤降到最低限度,因此,无人机操控员训练的一项重要主题是提升他们的相关生理机能,使其经常性的高效调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的下达不出现任何差错。鉴于传统的体能训练难以满足无人作战对操控员生理素质的特殊需求,近年来,美军尝试引入神经药理学、神经工效学、计算神经学、系统神经学以及睡眠生理学等学科的研究成果,提升无人机操控员的生理机能,进而改善其在训练中的认知和行为表现。
1 .1 依托神经科学提升战场感知能力
美军无人作战中心首席科学家阿诺·丘奇指出:自然的人的能力开始与科技提供或需要的巨大的数据量、处理能力、决策速度不相称。较之传统飞行员,无人机操作员需要具有更强的战场感知能力。在虚拟的战场环境下,他们必须具有更强的专注度,及时通过指挥中心屏幕上的画面,感知战场态势变化。美军军事训练部门认为,在实战化的军事训练环境中,无人机操控员所需要面临的一个关键问题是如何在一个高度机动、混杂、变幻的战场环境中,迅速、准确地发现目标并下达攻击指令。一方面,在现实的作战行动中,特别是在无人机担负重要角色的“定点清除”行动中,敌方武装人员混迹于普通平民之中,难以通过普通的侦查行为辨析二者的差别;另一方面,整个战场环境存在巨大的流动性,时间的推移给目标打击带来更大的不确定性,彼时的军事目标到此时可能转变为非军事目标。上述因素对无人机飞行员的战场感知能力提出了新的挑战。
神经药理科学的发展为大幅度提升飞行员的战场感知能力提供了可行的路径。前空军航天医学中队指挥官承认:所有无人机操控员在开始培训前,都要完成一连串的神经心理学测试。美国空军2011年出版的《技术地平线———美国空军2010-2030年科学技术发展展望》一书也指出:美国空军在提高人员自身能力领域已经取得了相当大的进展。未来十年的研究成果,将使提高人的工作效能成为可能。这样的变化来自于多方面……抑或是直接源于人员能力的增长。后者包括使用神经药物或植入某些可以改善记忆力、警觉性、认知力以及视觉和听觉灵敏度的药物。美国军事科学技术委员会发布的技术报告显示,在明确神经药物药理功效的前提下,美军已经尝试将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。此种能力作为战场感知能力的核心组成部分,对于无人机飞行员生理机能的提升至关重要。
1 .2 依托神经工效学提升脑机结合效率
在生理层面,无人机飞行员面临的另一个重大挑战是“反应延迟”问题。长期以来,地面控制站显示屏上的影像总比在无人机上实时的影像滞后几秒,这是因为无人机的信号要经过通讯卫星中转。受“反应延迟”效应的影响,无人机飞行员对移动目标的打击变得异常困难。2011年,一名阿拉伯半岛基地组织的高级指挥官坦言:如果他们听到美军无人机从头顶飞过,他们就尽可能快地来回跑动,从而干扰无人机飞行员对目标的准确定位。情况正如无人机飞行员布莱恩·卡拉汉少校所言:由于无人机的性能不比传统飞机,当你操控世界另一端的飞机时还有一点延迟现象,对头脑这是一种挑战。
“反应延迟”现象的存在,从一个侧面反映了飞行员大脑与无人机系统的结合效率问题。脑机接口技术的发展,为解决困扰无人机飞行员的“反应延迟”问题提供了可行的解决方案。美国国防部先进技术研究署自20世纪90年代起长期关注脑机接口技术,历经20余年的发展,其应用领域已经不局限于神经修复领域,其对人体功能的增强,已经受到美国军方的高度重视。美军实验室正在聚焦脑机接口领域下的新兴学科———神经工效学,分析大脑如何通过信号输出直接控制外部武器系统,其中就包括无人机系统。美军认为,神经工效学所提供的脑机接口,表现出比传统人-系统接口更高的效率,可以用于提升战斗员对无人机操控员的训练与作战水平。
1 .3 依靠睡眠生理学提高抗疲劳能力
睡眠是一种在认知功能中扮演基础性角色的活动机制,持续的睡眠剥夺影响作战人员的身体机能,并会对工作绩效产生不利影响。对于无人机操控员而言,超长的工作时间同样意味着生理层面的巨大挑战。例如,“捕食者”无人机在战区的架次平均工作时间为20~22h,机组人员经常是轮班作业,每一班有时持续10h以上。超长时间的工作意味着对睡眠的剥夺,影响无人机操控员的警惕性、记忆和知觉辨别力等重要生理机能指标。为此,美军实验室展开睡眠的生理学和分子层面的专项研究,并在无人机操控员的基础课程学习中,开设专门设计的生理学课程,有别于传统飞行员生理课程中对承受过载或突然失重的考验,无人机操控员的生理学课程着重关注如何调整生物钟、饮食和休息周期,以适应长达12h的侦查、警戒与作战任务,化解因过劳而产生的生理压力。
2 心理层面———探索情景切换模式下的心理调试
美国布鲁金斯学会的彼得·辛格博士在其2010年的研究报告中指出:有些无人机作战部队的作战精神压力高于在阿富汗的某些作战部队。报告得出结论,无人机操作员经历着“更明显的身心困顿和精疲力竭感”。相比于传统飞行员,无人机操控员需要具有更过硬的心理素质。传统飞行员由于距离和高度的原因,往往很难真切地看到目标毁伤效果,而无人机操控员可以直观地看到血肉横飞的画面,这会造成比飞行员更为严重的道德压力和责任压力。事实上,自2006年美军开始培养“全球鹰”“捕食者”等大型无人机的专职飞行员,就已经关注心理训练问题。近年来,美军主要聚焦于情景切换模式下的心理训练与调试方法。
2.1 虚拟与现实战场切换模式下的心理训练
无人机操控员所处的虚拟作战环境,有别于传统意义上飞行员的真实作战环境,这一差别可能导致无人机操控员在作战心态上的微妙变化。美国纽约大学法学教授菲利普·埃尔森认为:由于无人机作战的控制完全可以通过计算机屏幕和远程声频反馈来实施,因此存在以游戏的心态来看待杀人的风险。在早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区分目标,并藉此实现对目标的打击,但他们完全听不到战场的声音,也嗅不到战场的气味。这种作战方式带来一种特别的疏离感,感官上与现实战场的隔绝,可能会逐渐演化成精神上的割裂,无人机的操作人员日益与他们的行为所产生的后果分割开来,其结果是抑制了他们对杀戮行为的愧疚感,进而威胁他们作为军人的职业道德和作为人类的基本良知。
鉴于真实与虚拟环境之间的差别,美军无人机操控员训练首先必须最大程度还原真实的战场环境。在培训无人机操控员的霍勒曼空军基地,无人机训练系统力求在每个细节上显现真实的战争情境。按照这一理念,美军设计了兼顾作战和训练的Block系列无人机系统地面控制站,按照人体环境改造学理念,对视听设备和控制装置进行全新设计,使学员身临其境地感受战场全景。霍勒曼空军基地的第16训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目标在跑动,甚至能听到他们的声音,那是一种因为恐惧发出的声音,这不是视频游戏。为了突出训练的实战化特征,在基地建立的开放式训练系统中,模拟训练的场景必须包含作战的全部本质,这也就包括了战争与生俱来的不确定性。在系统的设计者看来,飞行员能够逐步在不确定的环境下掌握无人机的操控技能,才能确保他们有足够的心理调节能力应对突发事件并完成作战任务。
2.2 工作与生活情景切换模式下的心理训练
无人机操控员不同于传统飞行员之处还体现在他们不用离开家庭就能参加战争的工作方式。一位无人机操控员说:“从一个装满视频屏幕的黑暗小屋走出来时,肾上腺素仍在因为扣动扳机而持续上升。然后,我会坐车回家,途中经过快餐店和便利店,到家后还要帮助孩子做功课。这种感觉非常奇怪,我周围没人知道发生了什么事。”因此,如何在与亲友进行交流时缓解自己在工作中累积的负面情绪,就成为无人机操控员必须接受的心理训练内容。同时,无人机操控员能够在虚拟环境中看到更多的现实生活场景。在执行空中狙击任务中的近距离监控时,无人机操控员需要观察武装分子的生活习惯,在武装分子与孩子玩耍、与妻子谈话以及拜访邻居时进行监控。然后,他们设定好时间,比如在目标的家人离开他前往市场时,发动攻击,而这是在6km高空执行任务的传统飞行员无法做到的。正如美军心理学专家埃尔南多·奥尔特加上校所言:“在某些时刻,你所看到的东西可能会让你想起自己做的一些事情。你可能会产生熟悉感,而这会为扣动扳机增加一点难度。”
为了应对虚拟与现实转换中的心理困境,美国空军教育和训练指挥部航天医学中心成立专项研究组,对无人机操控员所承受的此类心理问题展开调研。他们认为,要确保操控员在工作中隔离生活环境因素的影响,就必须具备狙击手的关键心理特征,从而在长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,美军采取了3种主要的标准化测验:迈尔斯布里格斯性格分类法,冯德里克人员测试和国防语言测试,以及明尼苏达多项人格类型测验,用以评估无人机操控员的心智能力和心理素质,洞悉他们的心理缺陷与短板,并进行有针对性的心理调适,确保他们在作战环境下心理素质的稳定性。
3 物理层面———研发仿真性能优良的训练模拟器
与其他武器装备一样,无人机要在战场上发挥应有的作战效能,有赖于飞行员进行大量的飞行训练。由于成本过高且风险大,无人机操控员不能完全依靠真机进行训练。为此,设计具有高度仿真性的训练模拟器成为必然的选择。事实上,早在2005年8月,美国空军就与L-3通讯集团的链路仿真和训练公司签订合同,委托其设计制造“捕食者”无人机组人员训练系统,这是第一款专为无人机研制的训练模拟器。在此之后,美军先后委托多家公司研制无人机训练系统,并按照“模块化、分布式、人机耦合”的要求,持续推动训练模拟器的升级换代。
3.1 模块化设计
为使训练模拟器实现对无人机操控员工作状况的全仿真模拟,在模拟器的研制过程中美军提出功能模块化的设计要求。依据具体的功能将模拟器分为6个模块:①地面控制仿真模块,负责发出控制指令并监控无人机飞行状况;②地面站与无人机数据链路仿真模块,负责模拟地面控制站与无人机之间的信息传输;③飞行控制仿真模块,负责接收地面控制指令并模拟对无人机的飞行状态进行控制;④任务荷载仿真模块,负责模拟对侦查和攻击设备的控制和相关的任务数据;⑤终端图形显示模块,负责实时显示无人机飞行过程中的相关图形;⑥训练评估模块,负责对无人机的训练情况进行量化评估。
3.2 人机耦合
通过高水平的仿真技术实现无人机操控员与无人机系统之间的人机耦合,始终是美军研制无人机训练模拟器的核心内容。在早期的训练中,由于人机耦合度不高,无人机操控员通过屏幕里的狭窄视野操控飞机,难以判断飞机降落时相对于跑道的方位,导致大部分的训练事故发生在无人机降落的过程中。针对此类问题,美国空军器材司令部下属的空军研究实验室展开专项研究,依据人-系统综合原则优化无人机训练系统的设计方案,实现人机耦合程度的逐步提升,相关的研究与应用工作主要体现在3个方面:①无人机训练系统在总体设计上遵循自适应的原则,在经济上可承受的前提下,凸显训练系统的可重构能力,实现同一训练系统为陆、海、空基不同类型无人机,以及为个人/团队训练、军事演习、军事科研等不同任务类型提供足够的模拟训练手段。②无人机操控员方舱工作站的设计体现人体工程学理念,依据飞行员的性别差异,以及全尺寸、躯干与四肢高长比、躯干与大腿高长比等3个基本要素,提供8套个性化设计方案。③以提升人机功效为目标推进地面工作站内的设备升级。美军无人机的地面控制站历经Block15-Block30-Block50共3个发展阶段,现已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、高分辨率数字图像/小孔径雷达图像分发硬件、可调脚蹬以及人体工学键盘等设备,为无人机操控员营造人机功效更好的操控环境。
3.3 任务导向型的发展理念
以任务为导向是未来美军无人机训练系统的发展趋势。《技术地平线———美国空军2010—2030年科学技术发展展望》指出:未来美国空军要探索和开发能够执行多使命任务的遥控飞行器和航天器系统。长期以来,无人机操控员主要来自战斗机、轰炸机或运输机等其他任务系统,他们对于无人机所需要执行的任务系统缺乏足够的认知,而现行的短期密集式训练模式,尚不足以帮助传统飞行员熟谙无人机专属的任务系统。为了解决这一问题,美军方在给军工部门下发的无人机招标书中对模拟训练设备的研制提出了新要求,进一步强调开发适合“任务训练”的更为复杂的模拟器系统,以实现多任务复合型的中空长航时无人机训练。为此,美国的相关军工部门设计了“浸入式”的训练模拟系统,目的是让无人机操控员在训练中感受身临其境般的战斗体验。
4 结束语
美军“生理·心理·物理”三位一体的无人装备训练模式,建立在跨学科交叉融合的基础上,以科学前沿进展推动传统训练模式的变革,无疑具有值得我们借鉴的一面。虽然囿于科学技术水平的差距,我军装备训练尚未与世界军事强国处于同一技术水平线上,但是,从理念层面来看,在军事训练中实现人类自身体能、技能与智能水平的同步增长,已成为大数据时代突破人装结合瓶颈的关键因素之一。鉴于此,积极运用生命科学、心理学前沿成果,突破物理战视阈下训练观念的局限性,应当成为实现我军信息化条件下军事训练转型的必由之路。（转自装备学院学报2015年第3期）
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