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軍事論壇

【軍事論壇】淺論模擬機發展對飛官的訓練效益

美國空軍啟動「下世代飛行員訓練」,計畫運用「虛擬實境」(VR)、「擴增實境」(AR)等新科技,以「頭盔顯示器」( HMD)模擬飛行,提升訓練效率與降低成本。 (取自美國空軍網站)
美國空軍啟動「下世代飛行員訓練」,計畫運用「虛擬實境」(VR)、「擴增實境」(AR)等新科技,以「頭盔顯示器」( HMD)模擬飛行,提升訓練效率與降低成本。 (取自美國空軍網站)

◎許邁德

  2018年4月,美空軍啟動「下世代飛行員訓練」(Pilot Training Next ),計畫運用「人工智慧」(AI)、「虛擬實境」(VR)、「擴增實境」(AR)等最新電腦與影像科技,讓學員使用「頭盔顯示器」( HMD)體驗與模擬飛行情境,從而提升訓練效率與降低培訓成本。

 近年來電腦科技大幅提升,促使繪圖處理、影像顯示、立體音響與動態等模擬系統效能不斷突破,因而更加符合戰機飛行員的模擬訓練需求。各種模擬機的設計,不論是在正常與緊急操作程序,或是任務區的作戰演練等,其模擬逼真程度幾乎已達百分百。因此,模擬機會讓飛行員真實感受身臨其境,進而達到節省培訓成本、降低事故風險、精進戰術戰法,以及提升整體戰力等的最高效益。本文即針對飛行模擬機的訓練需求與研發背景、訓練高效益與低成本,以及未來發展趨勢等範疇,依序介紹。

  「林克機」為第1代模擬機

  從早期進入飛行時代開始,飛機的數量就遠少於飛行訓練需求,為了解決「機少人多」的現實問題,模擬機的研發自然因應而生。最原始的模擬機,就是飛行員自己畫的座艙儀表位置圖,以便多加練習以通過「蓋目測驗」;亦即把眼睛用布遮蔽,然後依教官詢問,立即指出該儀表的位置。因為剛開始學飛行,一定要對各種儀表的位置相當熟悉,才能及時反應並操控飛行。直至今日,很多飛行訓練單位仍設有此類的原始模擬機,只不過相關儀表的位置,改用等比例的座艙彩色圖片顯示。

  回顧第1代模擬機,除了有完整的飛行座艙儀表,還可隨著油門動力與駕駛桿的實際操控互動,雖然沒有音響的配合,但對正常與緊急操作程序及儀器飛行等訓練極有效益。其中最具代表性的是美國研發的「林克機」(Link),1939至1980年間,大約有1萬架林克機用來培訓飛行員;當年我國空軍T-33教練機,就是採用林克機進行模擬飛行訓練。

 2代添音效 3代增仿真座艙

  第2代模擬機,增加機外的電腦合成影像與立體音響,簡單的是用1部電視螢幕及音響來模擬機外影音效果。更進階的是,使用3個電腦彩色影像投射器,提供最少水平120度、垂直33度的弧形螢幕模擬影像,讓飛行員可以執行起落、編隊、攔截、超低空、武器投射等目視模擬飛行。目前我國空軍的T-34、AT-3、F-5E等模擬機,就是採用弧形螢幕的機外模擬影像,擔負起飛行員的基本與後續培訓工作。

  至於第3代模擬機,主要是增加座艙的動態配合。模擬機設有座艙平台的液壓制動系統(6具制動器),經由電腦控制提供立體軸線的旋轉與線性運動,模擬飛機在3度空間的飛行動態,諸如:俯仰(機頭朝上或下)、偏側(機頭朝左或右)、滾轉(某一機翼朝上或下),以及前述旋轉運動的綜效動態;另有起伏(上下移動)、橫移(左右移動)、縱移(向前加速或減速),以及前述線性運動的綜效動態。當然,其機外影像必須搭配超廣角、高傳真的電腦投影視覺系統,才能與立體的飛行動態相得益彰。

  當前模擬機雖已發展到第3代,但大多數訓練單位仍採用第2代;特別是空軍,因為戰鬥機的立體特技動作、大G力飛行等,其立體軸線的模擬效果尚有落差。此外,大部分民航訓練單位,即使已設置第3代模擬機,但為了節省培訓成本,部分課目並未啟動立體軸線的液壓制動系統。

 4大訓練優勢 真機無法比

  就算是逼真的飛行模擬機,其訓練效果仍無法全面取代實際飛行;但模擬機獨有的4大特色,卻是真實飛機無法相比。首先是能24小時、全年無休的執行訓練,完全不受天候與日夜時段的影響。其次是不必加油、後勤維修等作業,大幅節省培訓成本。第三是能練習真實飛機不能執行的緊急操作程序(諸如:發動機、操控、液壓、電力、儀表系統等故障),有助於遭遇真實情況時的安全處置程序。最後也是最重要的,沒有飛安與飛機損耗的顧慮;即使是操控不慎而墜機,也只是把系統重新開機而已。

 以軍事飛行而言,超低空戰術航線是高風險的課目之一,卻又是戰機飛行員執行任務的必要技能。近年來各國空軍都將超低空飛行列為限制課目,原因有三:一是超低空飛行對飛機結構及發動機的損耗高於中、高空巡弋,因而大幅減少飛機壽限。二是超低空飛行的情境有地形障礙、亂流環境、鳥擊損害,以及機械或人為失誤來不及更正等因素,致使其事故率高居不下。三是連帶的空勤人員殉職,這是各國空軍最大的損失,不單是人道因素,更重要的是空勤組員訓補不易。

 超低空飛行訓練利器

  基於上述考量,超低空飛行的訓練架次總是少於實際需求,致使飛行員欠缺低空出擊的技能;一旦作戰任務有此需求,就會因不熟練而增加戰損。因此,唯有經由模擬機的演練補強,才能提高作戰任務的達成率與存活率,更能大幅降低訓練與作戰的事故率。

 值得一提的是,模擬機訓練亦符合當前「節能減碳」的世界潮流。此外,近年來國軍基地的營區開放活動,參觀各機種的模擬機與實際操作,更是推廣全民國防教育的最佳教材。

 以我國為例,空軍官校自民國75年開始汰除林克機而陸續引進T-34及AT-3等2代模擬機,其提供高解析度視覺影像功能,分別是T-34水平135度、垂直33度;AT-3 水平180度、垂直46度。能讓學員在真實飛行前,熟悉座艙內的各項儀表及正常與緊急的操控程序;教官也能設定各種飛行條件與天氣狀況,進一步模擬真實飛行情境來加強訓練。

 另檢視我國各軍種的模擬機部署現況,陸軍AH-1W、海軍S-70C等直升機,都購置模擬機進行訓練;至於空軍的新一代戰機,諸如經國號、幻象、F-16等戰機,以及C-130運輸機,其模擬機訓練同樣是部隊提升整體戰力的關鍵因素。

 美軍下世代訓練 成本超低

  至於前述的美國空軍「下世代飛行員訓練」,每組裝備的設置成本不到模擬機的1%,可大量配置以加速飛行員的訓練進度,為此英國空軍亦派員觀摩該項訓練。然而「虛擬與擴增實境」(VR & AR)的模擬,只能加強或重複某特定課目的情境,用來觀察飛行員的身心與壓力等反應,其演練功能尚無法全面取代模擬機;因此,僅符合飛行員上模擬機前的輔助訓練。除非,另加裝油門動力與駕駛桿等的實際操控互動裝置,但其設置成本相對大幅增加,亦不易普遍設置了。

(作者為前空軍飛行員)

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