孫校書，高 永，朱飛翔

（海軍航空大學，山東煙臺264001）

有人機飛行員改無人機操控員的利弊及其對無人機操控人才培養(yǎng)的啟示

孫校書，高 永，朱飛翔

（海軍航空大學，山東煙臺264001）

針對國內(nèi)無人機操控人才培養(yǎng)過程中，在選拔對象、飛行經(jīng)歷、培養(yǎng)模式等方面存在的諸多疑問，文章通過分析有人機飛行員與無人機操控員在操控方式、操控感覺、態(tài)勢感知、信息獲取與處理以及交流溝通等方面的異同，探討了兩者間的區(qū)別與聯(lián)系，對有人機飛行員改任無人機操控員的做法進行了深入探討。研究成果可為我國無人機操控員的培養(yǎng)提供借鑒。

無人機；操控方式；人才培養(yǎng)

無人機作為現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的新生力量，正逐漸由附屬支援作戰(zhàn)力量向主要作戰(zhàn)力量發(fā)展。然而，作戰(zhàn)環(huán)境的不確定性、自主控制技術(shù)的復雜性，使得無人機作戰(zhàn)效能的發(fā)揮對操控人員的依賴有增無減，人為因素導致的嚴重飛行事故在無人機事故中仍然占很大比例。因此，如何培養(yǎng)、建設(shè)一支可持續(xù)的高素質(zhì)無人機操控人才隊伍，已經(jīng)成為各國無人機系統(tǒng)總體建設(shè)與發(fā)展面臨的一項重要課題[1-3]。

隨著我國國民經(jīng)濟的快速增長，對各種用途無人機的需求越來越多，國內(nèi)許多科研院所、無人機研發(fā)企業(yè)已經(jīng)陸續(xù)開展技術(shù)研究與裝備制造，不少高等院校也已經(jīng)設(shè)立飛行器設(shè)計、制造等專業(yè)，但在無人機操控人才的培養(yǎng)領(lǐng)域卻關(guān)注較少，特別是在辦學理念、人才隊伍、教學保障條件、教學管理以及培養(yǎng)標準、培訓內(nèi)容與考核體系等方面缺少統(tǒng)一規(guī)范與指導，隨意性大，系統(tǒng)性不強，總體水平不高，培訓質(zhì)量更是參差不齊。這種情況的主要原因還是我國在無人機操控人才培養(yǎng)過程中，在選拔對象、飛行經(jīng)歷、培養(yǎng)模式等方面存在諸多疑問。其中，在選拔對象上，有人主張由有人機飛行員改任無人機操縱員，有人建議直接招募無飛行經(jīng)驗的人直接培養(yǎng)成無人機操控員，有人強調(diào)態(tài)勢感知和飛行經(jīng)歷對飛行器操控的重要性，有人則指出經(jīng)驗豐富的飛行員改無人機操控員會受到“負遷移效應”的影響。這些不同意見主要是由有人機飛行技術(shù)與無人機操控技術(shù)的不同造成的。國外航空大國在這一領(lǐng)域起步較早，美國空軍自1995年接管“捕食者”無人機項目后，即同步開展了無人機操控員的選拔和培訓工作，經(jīng)過多年的研究和探索，從初期由飛行員改任無人機操控員，到現(xiàn)在的招募新人擔任無人機操控員，其在培養(yǎng)思想、培養(yǎng)模式、培養(yǎng)內(nèi)容方面都發(fā)生了一系列變化，逐步形成了完善的無人機操控人員訓練思想體系，美軍無人機操控人員培養(yǎng)模式的更新變化過程，可以為我軍無人機操控人員培養(yǎng)提供借鑒[4-5]。

1 有人機飛行技術(shù)與無人機操控技術(shù)區(qū)別

1.1 控制方式不同

傳統(tǒng)的有人機飛行操控方式是以“桿-舵”操控為核心，隨著自動駕駛儀和電傳操縱系統(tǒng)的出現(xiàn)，對傳統(tǒng)操控方式的依賴程度逐漸減小。如美軍的“全球鷹”無人機，其操控過程由一名操控員和一名傳感器操控員來完成，無人機的起飛、航線飛行、著陸等飛行過程主要通過鍵盤控制，操控員不需使用駕駛桿、油門手柄來控制飛機，只需通過選擇一個航路點設(shè)置飛機返航命令[6]。相比于“全球鷹”，自主化程度稍低的“MQ-9”無人機采用的也是“軟件驅(qū)動”的控制模式，其控制功能也是通過點擊不同的菜單、按鈕，或者使用組合鍵來完成。這些菜單或按鈕顯示在不同的屏幕上，需要操控人員熟練記憶、靈活運用[7]（見圖1），這種操控方式完全不同于傳統(tǒng)的有人機駕駛方式，其對習慣“桿-舵”操控的飛行員來講是一個很大的挑戰(zhàn)。

雖然，“MQ-9”無人機的控制站中也裝備了類似傳統(tǒng)的控制桿、油門手柄、方向舵腳蹬等控制設(shè)備，當無人機在跑道上滑行、起飛、巡航、下滑和著陸時操控員可以進行控制。但這種控制與有人機完全不同：傳統(tǒng)飛行員根據(jù)飛行需要給出一個“桿-舵”輸入直接控制飛行器的舵面，通過舵面氣動力的變化調(diào)整飛行姿態(tài)，飛行員則根據(jù)儀表信息及身體感官來判斷飛機的飛行姿態(tài)，是一種“人在回路”的控制模式；而無人機操控員無法感受飛行運動狀態(tài)的變化，也無法直接控制飛行器的舵面，只能是給出一個控制輸入，經(jīng)自動駕駛儀按照預先設(shè)置的控制規(guī)律解算出舵面響應，操控員需按“輸入-觀察-修正”的模式操控無人機，掌握飛控解算算法比學習傳統(tǒng)飛行術(shù)更重要[8]。對武器的使用更是如此。F-16發(fā)射一枚導彈只需按一個按鈕，而捕食者無人機完成一枚導彈發(fā)射則需要17道程序。

1.2 操控感覺不同

傳統(tǒng)飛行員“人-機”一體的控制模式使得他們可以用身體感受精確地控制飛機?？梢酝ㄟ^發(fā)動機的聲音或收放起落架時發(fā)出的振動和判斷系統(tǒng)工作情況；可以用肉眼觀察飛機周圍，判斷空中態(tài)勢；可以通過嗅覺感知電子起火后發(fā)出的怪味；可以用身體感受飛機的加速減速、上升下降……但對無人機操控員來講，除沒有縱深的平面視覺外，所有體感信息消失。此時，利用數(shù)字信息和二維畫面想象三維空間的“情境意識”就成了無人機操控能力的核心。而飛行員則是人在座艙，通過座艙蓋可以觀察周圍的一切，這種“二維”到“三維”的情境意識顯然還沒有視頻游戲的玩家所受到的訓練充分[9-11]。

操控感覺不同的另一個原因是數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t造成的。從地面站向一個在1 000km開外、8km高空飛行的無人機傳輸控制指令，需要經(jīng)過“數(shù)據(jù)上傳—衛(wèi)星或中繼站轉(zhuǎn)發(fā)—飛控解算—舵面輸出—飛行器響應—數(shù)據(jù)回傳—衛(wèi)星或中繼站轉(zhuǎn)發(fā)—地面天線接收”的系列流程，再加上傳輸頻率、傳輸帶寬的限制，使得操控員所看到的信息通常是無人機幾秒鐘以前的姿態(tài)信息，這樣的數(shù)據(jù)是不可以用來控制無人機的，操控員需要根據(jù)各個屏幕上顯示的信息，結(jié)合個人對飛機性能的理解和操控經(jīng)驗來預測當前無人機的狀態(tài)，以此為根據(jù)給出下一條控制指令。

1.3 態(tài)勢感知的方式不同

飛行員習慣于三維全景視角，用間接視角地面引導的指令和通過座艙觀測周圍及地面目標確定所處的位置，根據(jù)周邊目標的距離、大小、遠近及其變化確定空中態(tài)勢；而無人機操控員則是在沒有縱深感覺、運動感覺、聽覺、嗅覺的情況下，通過二維屏幕上所顯示的具有明顯延遲的平面信息，特別是視角只有30°，位于機身下部前置攝像頭仁慈來的畫面，輔助以地面部隊提供的情報建立態(tài)勢信息[7，12-13]。

這種通過一個二維的屏幕操控飛機的感覺與真實飛行大相徑庭，導致飛行員不能適應環(huán)境、激情減退、喪失動力，見圖2。

1.4 信息獲取與處理方式不同

無人機操控員需要從地面站軟件本身、外部互聯(lián)網(wǎng)、分布在地面站不同屏幕上的數(shù)據(jù)獲取有用的信息，因而需要經(jīng)常的轉(zhuǎn)動頭部，利用按鈕或組合鍵激活適當?shù)捻撁?，在“合適的地方找到合適的信息給出合適的反饋”，有時甚至需要轉(zhuǎn)動身體向周圍的人員求助來獲取有用的信息。以“MQ-9”無人機為例，該機地面站共有四塊屏幕，顯示內(nèi)容各不相同：一個前視攝像頭的回傳圖像畫面，一個標有移動飛機符號的航空地圖，還有2個顯示系統(tǒng)信息、注意和警告信息的提示屏。每一個屏幕通常只有一個頁面是常亮的，還有60%的功能頁面需要通過手工切換激活使用，多數(shù)情況下需要通過鼠標、鍵盤完成，組合鍵的使用是飛行技術(shù)所必需的。這些對習慣了平視顯示器、“T-型”顯示、“兩桿一舵”的傳統(tǒng)飛行員來講是一項致命的挑戰(zhàn)，見圖3。

另外，飛行員使用的傳統(tǒng)座艙儀表表盤上通常會標有綠色的弧形和紅色的標志線，飛行員不用讀出數(shù)值就可以判斷飛行參數(shù)是否在正常范圍內(nèi)，見圖4。而無人機所用的數(shù)字儀表需要飛行員根據(jù)飛行狀態(tài)判斷參數(shù)是否合適，見圖5，也對飛行員的計算能力提出了更高的要求。

1.5 飛行期間溝通交流的內(nèi)容、方式不同

飛行員需要在“桿-舵”操控的同時與地面指揮人員交流。而無人機操控人員在地面，除與指揮人員、空中管制人員交流外，有時需要與交接班的飛行員、地面情報人員、地面部隊等通過語音、聊天軟件進行交流，也會放下手中的控制設(shè)備與地面控制站里的其他人員聊天。狹小的控制站里，人員說話的聲音、電話鈴聲此起彼伏，再加上人員走來走去等的影響，對飛行員注意力的集中提出更高的要求，見圖6。

2 飛行員改任無人機操控員的弊端

美國使用飛行員改任無人機操控員的做法導致了國內(nèi)大量的批評，其主要的弊端有：①無人機發(fā)展迅速，飛行員改任速度跟不上，操控員短缺嚴重影響作戰(zhàn)使用；②戰(zhàn)斗機、轟炸機部隊減員嚴重，人員短缺問題突出；③由于存在負遷移效應，有人機改無人機、無人機改有人機之后都使得操控失誤導致的災難性事故增加，這是一個致命的問題；④有人機飛行員改無人機操控員所需費用遠遠比直接培養(yǎng)無人機操控員高得多[14-16]。

3 招募新人擔任無人機操控手的優(yōu)勢

無飛行經(jīng)驗的人經(jīng)培養(yǎng)后，是完全可勝任無人機操控任務的，美軍的經(jīng)驗也證明了這一點。相反，經(jīng)驗豐富的飛行員卻會受到“負遷移效應”的影響[17-18]。和具有飛行經(jīng)驗的飛行員相比，無飛行經(jīng)驗的人員在培養(yǎng)方面具有更多的優(yōu)勢。

1）節(jié)約成本。培養(yǎng)一名有人機飛行員本身成本高昂，采用交叉任職的方式培訓無人機操控員費用依然不菲。資料表明：培養(yǎng)一名戰(zhàn)斗機飛行員和一名運輸機飛行員花費分別達260萬美元、60萬美元，而一名有人機飛行員要轉(zhuǎn)行做無人機操控員，需要20萬美元的訓練費用，工作一段時間后，再從無人機操控員改回有人機飛行員，還需要50萬美元的訓練費用。一次交叉任職經(jīng)歷，多花費70萬美元。而美國空軍審計機構(gòu)評估認為，培養(yǎng)一名專職無人機操控員，其花費大概只需要13.5萬美元。

2）學員數(shù)量充足。無人機飛行員對身體素質(zhì)的要求不如有人機飛行員那樣苛刻，入門門檻更低，學員數(shù)量充足。

3）培養(yǎng)和使用效果更好。時刻緊盯著監(jiān)視器的無人機操控工作，對熟悉了戰(zhàn)斗機操作模式，習慣了充滿刺激的駕駛艙的飛行員來講，很不適應，缺少挑戰(zhàn)性。而且，轉(zhuǎn)到無人機部隊后，其發(fā)展空間、個人收入、社會地位都會有很大的落差，因而受到許多飛行員的抵制。

4 結(jié)束語

無人機操控人才培養(yǎng)的過程涉及多個學科，專業(yè)覆蓋范圍大，技術(shù)要求高，是一個長期、復雜的系統(tǒng)工程。本文主要從有人機駕駛與無人機操控方式之間的不同，借鑒美軍無人機操控人才培養(yǎng)思想的變遷，分析有人機駕駛員改任無人機操控員存在的弊端，以及選拔無飛行經(jīng)歷人員作為無人機操控員的可行性，旨在為我國無人機操控人才培養(yǎng)提供借鑒，避免多走彎路。

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Advantages and Disadvantages of Pilot Changing UAV Operators and The Implications for UAV Operator Training

SUN Xiaoshu,GAO Yong,ZHU Feixiang
（Naval Aviation University,Yantai Shandong 264001,China）

In view of the questions about domestic UAV operators training process,such as objects selection,flight experience,training patterns and so on,in this paper,the similarities and differenced between the pilot and the UAV operator was analyzed in the operate mode,manipulation sense,situational awareness,information acquisition and processing,and communication.The difference and relationship of operation between the pilot and UAV operator was investigated，and the approach of pilot change UAV operator was discussed.The research results could provide reference for the personnel training of UAV operators.

UAV;operate mode;personnel training

V279

A

1673-1522（2017）05-0496-05

10.7682/j.issn.1673-1522.2017.05.016

2017-02-15；

2017-06-22

“泰山學者”建設(shè)工程專項基金資助項目

孫校書（1975-），男，副編審，大學。