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美空军发展联合仿真环境,助力试训能力提升!

2021年1月报道,美空军表示其联合仿真环境(JSE)正在建设过程中,尽管技术方面的挑战依然存在,但已经实现了将四代机和五代机的模拟器连接以进行高保真度试验和训练。在联合仿真环境建设中存在两个主要的挑战:一是在安全的网络环境中连接模拟器,并需要确保它们能用最新的作战飞行程序(OFP)进行更新,这是使联合仿真环境能完成使命任务的核心技术;二是开发联合仿真环境中使用的数字模型,并验证其是否可以替代露天试验场的部分作用。美空军的两套联合仿真环境计划于2023年实现初始作战能力。

一、美空军联合仿真环境总体情况

复杂、多域作战能力的发展对美军快速设计、研制、部署、保障、试验和训练下一代武器装备提出了挑战。未来的试验能力需要通过先进的建模和仿真技术来增强,形成一个能够以短周期、低成本的方式满足研制、试验和训练需求的虚拟试验场,即联合仿真环境。

1、发展历程

2017年,美空军参谋长首次提出空军需要综合试验能力,即联合仿真环境,用于解决当前和未来的试验和训练能力的不足。从2019财年,空军开始为这项工作提供经费,并在试验领域内成立了一个领导机构(位于美国加利福尼亚州爱德华兹空军基地的第412试验联队)。空军试验鉴定办公室(AF/TE)要求第412试验联队需要在2023年前分别在爱德华兹和内华达州内利斯空军基地开发和部署联合仿真环境,使其具备初始作战能力。这项工作与目前美海军正在建设中的、位于马里兰州帕图克森特河海军航空站(NAS)的联合仿真环境紧密联系,美海军目前建设的该环境由美海军、美空军和情报机构联合参与。美空军于2020年11月在内利斯空军基地启动了第一个联合仿真环境设施的建设,并将于2021年2月在加州爱德华兹空军基地开始第二个联合仿真环境的建设工作。内利斯空军基地的联合仿真环境将专注于作战试验以及高端战术和训练,而爱德华兹空军基地的联合仿真环境将专注于多平台、多域和多层级安全性研究。

美海军首先在帕图克森特河海军航空站部署的联合仿真环境(美空军图片)

2、总体目标

美空军联合仿真环境能力的总体设想是提高开发和作战试验的质量和效率,为跨平台高级训练和战术发展提供可靠、安全的环境,通过多保真度试验和能力论证,提高装备体系规模结构分析的质量,更好地为未来的采办决策提供信息支持。具体的目标包括:(1)多平台高级建模仿真能力,克服现有露天试验场限制,包括系统可用性、威胁密度以及安全问题;(2)使用开放式体系结构,可实现不同保真度模型的集成,包括红蓝双方人在回路的飞行模拟器、威胁、武器、地形和天气;(3)可与联合仿真环境内的其他公共服务系统和盟友互操作,以及对其他所需模拟环境的扩展;(4)具备国际试验和训练/实验的条件。

二、美空军联合仿真环境需求论证

威胁的升级、技术的进步、信息为中心的战争以及试验复杂性推动了对新试验能力的需求。目前的露天试验场难以满足下一代武器系统的试验和训练需要。美空军联合仿真环境需求开发工作主要涉及三个领域:(1)现有露天试验场的试验限制;(2)对未来能力和相关需求的预测;(3)成本与风险的平衡。

需求1:现有露天试验场的试验限制

联合仿真环境试图通过开发虚拟试验场来消除或限制这些约束,以在试验系统或体系时增加试验手段。(1)地理上的限制测试装备的能力,需要使之能够在较大规模的作战中针对空中、地面威胁或综合防空系统交战、使用远程武器、机动中验证作战概念或技战术程序。(2)技术限制阻碍了试验过程中实装与建模仿真的集成,例如不能利用复杂信号实时复制威胁环境。(3)电子战限制包括用数字格式实时复制复杂的电子战环境。通过使用复杂的全数字信号来实现电磁环境的仿真,将使模拟环境能够短周期、低成本扩展环境,更好呈现出现代战场的复杂电磁环境。(4)频谱干扰限制了露天试验场电子信号类型和强度。这可不仅包括电子战信号,而且包括敌我识别和话音无线电信号,可能与商业频谱相邻,导致意外的电磁泄漏。(5)作战限制妨碍了任务效果呈现和杀伤链中的交战环节,即限制了在有人系统附件使用实弹。(6)安全问题还涉及多平台在有限空域中大幅度机动交战,还需要考虑到地形因素限制。保持安全距离是试验飞机过程中主要关心的问题,但安全会影响试验的效果及真实性。

美军航空兵长期将防空系统作为主要威胁(美军图片)

需求2:对未来能力和相关需求的预测

未来的试验将不仅包括先进的平台和武器,而且包括基于信息的密切协同。联合仿真环境可能是试验未来基于信息的平台/体系杀伤链的唯一可行手段。

(1)战场密度/复杂性:联合仿真环境需要能够产生大量不同复杂性的实体,将虚拟实体和建设性实体的组合送到被测系统(SUT)与之交互。

(2)特定地理位置/时间试验:联合仿真环境需要生成世界任何地区特定地理地形的能力。

(3)多域集成:联合仿真环境须具有试验跨越多个领域(包括空中、太空、海洋、陆地和网络)的杀伤链的能力。

(4)未来杀伤链:联合仿真环境须具有测试杀伤链的能力,覆盖发现、锁定、跟踪、瞄准、交战和评估(F2T2EA)全流程。

(5)消息协同:由美国和北约组织拥有的平台/传感器必须在战场内协同工作,并动态共享原始和/或处理的信息。

(6)自主化的试验:未来的作战系统将继续改进自动化,需要支持试验各个层次的自主性的能力,从辅助飞行员的自主性到完成无需人工干预的自主性。

(7)特定天气:露天试验场无法控制天气,但联合仿真环境可以在试验环境中提供动态变化的天气条件。天气条件将非成像和成像传感器、网络和节点相关联。

(8)电子战:联合仿真环境可以避免露天试验场上的电子战问题。联合仿真环境的电子战信号不能被敌人观察到(不在物理空间中传播),也不侵犯商业频谱。

(9)数据安全性:当各种程序在一个共同的作战空间内互用时,联合仿真环境必须解决安全问题。

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