史巖，宋元

（海軍大連艦艇學(xué)院水面艦艇作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)中心，遼寧大連 116018）

養(yǎng)兵千日、備戰(zhàn)常態(tài)，必須杜絕“近期不會(huì)打”“輪不到我打”的麻痹思想，除了在精神上要高度統(tǒng)一“備戰(zhàn)打仗”的意識(shí)外，在實(shí)際訓(xùn)練中也要盡可能貼近真實(shí)的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境。有戰(zhàn)場(chǎng)就會(huì)有損傷，戰(zhàn)斗損傷的高度還原可以依靠戰(zhàn)斗損傷模擬器的研發(fā)來實(shí)現(xiàn)。

軍事訓(xùn)練模擬器是軍事仿真技術(shù)的一個(gè)重要分支，通過訓(xùn)練模擬器進(jìn)行相關(guān)的訓(xùn)練，可以有效提高相關(guān)軍事人員的軍事素質(zhì)水平。在軍事領(lǐng)域中，模擬仿真技術(shù)的應(yīng)用能夠有效縮短武器系統(tǒng)研發(fā)的周期、節(jié)省科研經(jīng)費(fèi)的支出、減少實(shí)物裝備的試驗(yàn)次數(shù)，這是促使軍事強(qiáng)國(guó)大力發(fā)展軍事仿真技術(shù)的直接原因。

中國(guó)的軍事模擬訓(xùn)練從20 世紀(jì)80 年代開始得到了進(jìn)一步的發(fā)展，逐步滿足了軍事院校、訓(xùn)練基地等部隊(duì)單位“訓(xùn)戰(zhàn)一致”的需求，例如空軍飛行訓(xùn)練模擬器、海軍水面艦艇操縱模擬器等。但是，中國(guó)模擬器的發(fā)展水平和層次，與以美軍為代表的西方軍隊(duì)相比仍有一些差距。如何縮短軍事模擬器的研發(fā)差距，除了在技術(shù)細(xì)節(jié)上進(jìn)行相關(guān)趕超外，從模擬器的研發(fā)理念上也應(yīng)進(jìn)行一定的改革創(chuàng)新。由于研發(fā)始終要面向?qū)崙?zhàn)化、貼近真實(shí)的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，戰(zhàn)斗損傷則是一個(gè)不可避免、必須面對(duì)的話題。而軍事模擬器中，對(duì)于戰(zhàn)斗損傷的模擬往往浮于表面、形式簡(jiǎn)單且易于忽略戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境對(duì)于戰(zhàn)場(chǎng)損傷的影響。為了說明戰(zhàn)斗損傷模擬器研究的重要性，本文以水面艦艇航行操縱訓(xùn)練模擬器為例對(duì)戰(zhàn)斗損傷模擬器的研發(fā)進(jìn)行相關(guān)的探討，說明其研發(fā)的重要意義。

1 國(guó)內(nèi)外模擬器的現(xiàn)狀

國(guó)外以大型船舶為代表的航海模擬器，主要由英國(guó)船商、挪威康斯伯格公司等幾家傳統(tǒng)的老牌航海領(lǐng)域公司研發(fā)[1]。中國(guó)的航海模擬器以大型船舶操縱模擬器及其開發(fā)平臺(tái)為代表，2006 年由大連海事大學(xué)研發(fā)，并通過國(guó)家交通部鑒定以及挪威船級(jí)社的航海模擬器性能指標(biāo)的認(rèn)證，中國(guó)航海模擬器總體研究水平由此走到了國(guó)際前列。而當(dāng)今船舶運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)實(shí)狀況是船舶噸位大型化，由此對(duì)于操縱船舶進(jìn)出港、離靠碼頭的要求也有所提高。同時(shí)，還需要結(jié)合惡劣的海況以及一些海難事故的應(yīng)對(duì)處置，為了減少給海洋環(huán)境和生命財(cái)產(chǎn)造成無法估量的損失，用于海難事故的立體搜尋救助、高風(fēng)險(xiǎn)船舶的相關(guān)模擬器裝備在2019 年由大連海事大學(xué)研發(fā)成功，該模擬器為“全任務(wù)一體化交互協(xié)同拖輪模擬器”，能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)同搜救仿真和駕駛臺(tái)資源協(xié)同訓(xùn)練等功能。

普通民用、商用船舶的模擬器已經(jīng)向惡劣環(huán)境條件下多種作業(yè)工況一體化協(xié)同仿真發(fā)展。反觀軍事用途的水面艦艇的航海模擬器，國(guó)內(nèi)對(duì)于戰(zhàn)斗損傷狀態(tài)下的模擬研發(fā)在一定程度上還處于空白，而國(guó)外對(duì)于戰(zhàn)斗損傷模擬器的研發(fā)也是鮮有報(bào)道。值不值得研發(fā)、有沒有意義去研發(fā)這是人們需要探討的。此外，目前與戰(zhàn)斗損傷模擬器有關(guān)的高新科技在理論上的研究成果已經(jīng)空前繁盛，但是工程應(yīng)用方面很少有相關(guān)報(bào)道。

2 艦艇戰(zhàn)斗損傷操縱模擬器研發(fā)設(shè)計(jì)探討

現(xiàn)代海戰(zhàn)的主要特點(diǎn)是以全方位的角度對(duì)目標(biāo)實(shí)施打擊，以水面艦艇作戰(zhàn)為例，其所受到的威脅會(huì)來自于空中、水面、水下的各種武器。隨之而來的就是艦艇受到打擊后船體會(huì)遭受何種變化以及這種變化程度的大小，最后都會(huì)歸結(jié)為對(duì)航行操縱乃至中國(guó)武器的使用、整體編隊(duì)的戰(zhàn)術(shù)配置等方面的影響。

2.1 戰(zhàn)斗損傷模擬器的功能定位

以水面艦艇操縱模擬器為例，該模擬器是訓(xùn)練艦艇操縱相關(guān)人員較為有效的方法之一，可以極大程度上縮短人員的培訓(xùn)周期，同時(shí)減少資金的投入。而艦艇戰(zhàn)斗損傷操縱模擬器則是為了培養(yǎng)艦艇相關(guān)操縱人員在艦艇戰(zhàn)斗損傷情況下進(jìn)行臨機(jī)操縱處置的能力，主要目的是為真實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下的損傷做好應(yīng)急處置的準(zhǔn)備。這就要求艦艇戰(zhàn)斗損傷操縱模擬器在受損的前提下，面對(duì)隨機(jī)的海況環(huán)境，要避免船舶的傾覆來保證航行的絕對(duì)安全，同時(shí)仍要顧及剩余戰(zhàn)斗力。也就是說，在艦艇自身生命力基本保障的前提下，受訓(xùn)人員需要掌握特殊情形下的操縱技術(shù)來實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)斗力的最大化。

水面艦艇戰(zhàn)斗損傷操縱模擬器的組成如圖1所示，在常規(guī)的操縱模擬器的基礎(chǔ)上需要增添2方面的模擬，即模擬隨機(jī)的損傷狀態(tài)對(duì)艦艇的影響和模擬隨機(jī)環(huán)境對(duì)艦艇的影響。2 方面還會(huì)進(jìn)行相互的作用疊加，最終的模擬效果則是對(duì)船體產(chǎn)生一定程度上的負(fù)面作用，而此時(shí)就需要受訓(xùn)人員采取相應(yīng)的措施進(jìn)行操縱處置。最后，在戰(zhàn)斗損傷狀態(tài)下對(duì)艦船操縱的過程以及最終的艦船航行效果給出一定的評(píng)估并生成相應(yīng)的建議方案。

圖1 水面艦艇戰(zhàn)斗損傷操縱模擬器的組成示意圖

2.2 戰(zhàn)斗損傷模擬器的發(fā)展方向

2.2.1 加大數(shù)據(jù)獲取力度

無論是戰(zhàn)斗損傷后艦艇內(nèi)部變化的模擬，還是艦艇身處隨機(jī)海況環(huán)境下外部自然環(huán)境的模擬，其實(shí)質(zhì)上均依靠獲取的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)模擬數(shù)據(jù)的生成，也就是說獲取的數(shù)據(jù)越正確、越全面、力度越大，那么模擬器所模擬出來的戰(zhàn)斗損傷狀態(tài)就越接近于真實(shí)的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境。一般認(rèn)為，戰(zhàn)斗損傷模擬器的數(shù)據(jù)獲取主要來自于以下3 方面：①通過理論方法驗(yàn)證的數(shù)據(jù)。早期的戰(zhàn)斗損傷模型起源于20 世紀(jì)70 年代末期的“蒙特卡羅仿真模型”方法，常用在對(duì)艦艇不沉性的計(jì)算方面。最為典型的例子就是首先給出艦艇被某種武器碎片穿透的概率模型，再通過蒙特卡洛法抽取隨機(jī)數(shù)進(jìn)行判斷后生成相關(guān)碎片的數(shù)據(jù)庫(kù)，并依托艦船的幾何模型數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行理論數(shù)據(jù)的生成。②通過經(jīng)驗(yàn)、試驗(yàn)獲取的數(shù)據(jù)。在經(jīng)歷過突發(fā)事件后，相關(guān)當(dāng)事人會(huì)有一定的處置經(jīng)驗(yàn)，而這也是計(jì)算數(shù)據(jù)無法取代的。此外必要的試驗(yàn)更能夠獲取具有足夠說服力的數(shù)據(jù)。例如美國(guó)“福特”號(hào)航母在2021 年6 月進(jìn)行首次“全艦沖擊試驗(yàn)”，在船體內(nèi)布設(shè)眾多傳感器以獲取相關(guān)數(shù)據(jù)來檢測(cè)軍艦在經(jīng)受殘酷戰(zhàn)爭(zhēng)條件下的忍受能力。國(guó)外不少發(fā)達(dá)國(guó)家在進(jìn)行爆炸載荷數(shù)值仿真分析的同時(shí)，重視實(shí)船試驗(yàn)在為建立抗爆設(shè)計(jì)方法和抗爆性能評(píng)估體系獲取的數(shù)據(jù)。③真實(shí)的戰(zhàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。美國(guó)的霸權(quán)行徑使其成為二戰(zhàn)后發(fā)起戰(zhàn)爭(zhēng)最多的國(guó)家，那么自然而然在實(shí)戰(zhàn)中檢驗(yàn)了裝備、獲取了戰(zhàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。軍事大國(guó)俄羅斯在打擊恐怖分子以及維護(hù)國(guó)家主權(quán)的行動(dòng)中也會(huì)通過局部的戰(zhàn)斗來檢驗(yàn)自己的武器裝備。而反觀中國(guó)，近些年沒有能夠用于檢驗(yàn)武器裝備的實(shí)際戰(zhàn)爭(zhēng)，這就導(dǎo)致在獲取實(shí)戰(zhàn)信息數(shù)據(jù)方面存在一些短板。

2.2.2 更加重視環(huán)境因素

戰(zhàn)斗損傷模型是依據(jù)真實(shí)作戰(zhàn)、軍事演習(xí)、試驗(yàn)、研究等途徑進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的獲取后，通過處理信息數(shù)據(jù)而建立。這種數(shù)據(jù)的獲取方式本身是基于戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，但是在以往的反向模擬過程中卻常常忽視環(huán)境的因素，更加重視環(huán)境因素對(duì)于解釋模擬器中微觀和宏觀的內(nèi)在關(guān)系具有現(xiàn)實(shí)意義。判別艦艇損傷的基本機(jī)理和戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境之間關(guān)系，并進(jìn)一步將這種邏輯關(guān)系作用到模擬器基本功能的實(shí)現(xiàn)上，通過受訓(xùn)人員操作、處置來實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬器的反饋，用以達(dá)到模擬器正常模擬運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。

2.2.3 聯(lián)合化、人性化和智能化的拓展

現(xiàn)代的戰(zhàn)場(chǎng)早已經(jīng)不局限在單兵作戰(zhàn)、單體系作戰(zhàn)的范疇內(nèi)，而是多武器裝備、多軍種、多體系的聯(lián)合作戰(zhàn)。以艦艇戰(zhàn)斗損傷操縱模擬器的研制為例，不應(yīng)該單單只強(qiáng)調(diào)單艘艦艇戰(zhàn)斗損傷的處置，還要結(jié)合編隊(duì)的作戰(zhàn)中多艘主副本艦艇的聯(lián)合處置。

模擬器的人性化方面，不僅僅局限于軟件的人性化設(shè)計(jì)，還應(yīng)該包括在系統(tǒng)的管理上能提供更加便捷的工具和措施。此外，許多重要的無形的因素，如作戰(zhàn)人員的士氣、個(gè)性特征、訓(xùn)練水平、指揮藝術(shù)等也需要在模擬器中有所體現(xiàn)，這也可以理解為對(duì)模擬器人性化方面的拓展。

模擬器的智能化方面，2016 年ALPHAGO 戰(zhàn)勝了圍棋大師這個(gè)事件在一定的程度上說明了人工智能在認(rèn)知方面已經(jīng)具備了超過人類的潛能。鑒于此，由于戰(zhàn)斗損傷模擬器不可能通過人工的手段達(dá)到面面俱到，而是需要在非人工方面，如無監(jiān)督學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)運(yùn)用方面都可以作為戰(zhàn)斗損傷模擬器的還原、復(fù)盤真實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的有效手段。

2.2.4 完善評(píng)估和建議方案

有效的評(píng)估結(jié)果和合理的建議方案是受訓(xùn)人員模擬訓(xùn)練后總結(jié)提高的必要手段。人工評(píng)估過程中無法避免一些主觀的因素，合理的非人工評(píng)估是通過數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)方面的判別、評(píng)定。最后在評(píng)估結(jié)果的基礎(chǔ)上，通過復(fù)盤分析給出多種建議方案，這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)戰(zhàn)斗損傷模擬器的訓(xùn)練意義。

3 戰(zhàn)斗損傷模擬器研制的關(guān)鍵問題

以水面艦艇為例來探討戰(zhàn)斗損傷模擬器研制中的關(guān)鍵問題。假設(shè)某種武器對(duì)中國(guó)艦艇攻擊后船體受損，則艦艇適航性將受到影響[2]，因此需要從艦艇內(nèi)部的本身屬性變化去模擬對(duì)受訓(xùn)人員操縱的影響。同時(shí)，也應(yīng)考慮到艦艇所面臨的外部環(huán)境，即戰(zhàn)場(chǎng)的自然環(huán)境。具體來講此時(shí)的海情是隨機(jī)變化的，可以看成海情高低程度對(duì)艦艇受訓(xùn)人員操縱影響的模擬是從外部環(huán)境的角度出發(fā)。此外，在面對(duì)艦艇內(nèi)部損傷、外部環(huán)境干預(yù)的情況下，受訓(xùn)人員的操縱行為是否能夠有效提高艦艇的適航性，乃至戰(zhàn)斗力的保存也是需要模擬器進(jìn)行相應(yīng)仿真模擬的。

3.1 艦艇本身屬性的模擬

真實(shí)的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中，水面艦艇在經(jīng)過常規(guī)武器的打擊后，如反艦導(dǎo)彈、魚雷、水雷及炸彈，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)大致認(rèn)為，它們對(duì)裝備的損傷機(jī)理相同。具體地講，可以認(rèn)為彈體爆炸后形成一個(gè)破片場(chǎng)和具有一定強(qiáng)度的爆炸沖擊波，破片與沖擊波對(duì)裝備造成損傷[3-4]。爆破碎片使得船體破損后進(jìn)水產(chǎn)生一定程度的傾斜，或是爆破沖擊波使得船體的穩(wěn)性降低。此時(shí)對(duì)航行操縱的控制能力，在一定程度上決定了艦艇是否會(huì)在隨機(jī)的海況環(huán)境下安全航行。利用蒙特卡羅法可以對(duì)破片損傷和沖擊波損傷建立相應(yīng)的模型，用以獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)信息。

但是，對(duì)于艦艇本身屬性方面的模擬，船體的穩(wěn)定性只是其中的一部分，還會(huì)涉及到船體質(zhì)量及浮態(tài)分布、耐波性、不沉性等[5]?？偨Y(jié)起來就是要模擬出艦艇破艙后其穩(wěn)定性以及受損船體剩余極限程度對(duì)航行操縱的影響。

艦艇本身屬性的另一個(gè)方面是船舶數(shù)學(xué)模型、戰(zhàn)斗損傷程度模型的建立，這是艦艇戰(zhàn)斗損傷操縱模擬器的核心內(nèi)容。逼真的、還原度高的模型才能夠貼近戰(zhàn)場(chǎng)，符合現(xiàn)役裝備以及遭受不同武器打擊后的真實(shí)效果，才能夠?yàn)槭苡?xùn)人員提供真實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下的操縱處置感受。

3.2 戰(zhàn)場(chǎng)自然環(huán)境的建立

戰(zhàn)場(chǎng)的自然環(huán)境不是可有可無的約束條件，在一定程度上自然環(huán)境可以決定整個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)的走勢(shì)、注定某些戰(zhàn)局的結(jié)果。當(dāng)然合理利用或是應(yīng)對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)自然環(huán)境也可以起到促進(jìn)戰(zhàn)局、決定戰(zhàn)斗勝負(fù)的作用。

以水面艦艇戰(zhàn)斗損傷操縱模擬器為例，其戰(zhàn)場(chǎng)自然環(huán)境的模擬應(yīng)該是對(duì)艦艇在戰(zhàn)斗損傷狀態(tài)下自身屬性產(chǎn)生的影響，以及由此引發(fā)的受訓(xùn)人員應(yīng)對(duì)艦艇操縱時(shí)所采取的處置措施。那么水面艦艇的戰(zhàn)場(chǎng)自然環(huán)境模擬也就是海洋環(huán)境的虛擬[6]，主要包括與海相關(guān)的地形地貌特征及可以反映出各種自然景象（海浪、天空等）和氣候現(xiàn)象（雪、霧、雨等）的模擬。逼真的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境是以三維實(shí)體模型為基礎(chǔ)進(jìn)行搭建，同時(shí)還要顧及到動(dòng)、靜態(tài)模型的分類描述，最終實(shí)現(xiàn)不同平臺(tái)（船型）中海洋環(huán)境間的可交互，以及動(dòng)態(tài)破損效果和艦艇操縱間的交互，從而進(jìn)一步提高戰(zhàn)斗損傷模擬器訓(xùn)練中戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的逼真性。

3.3 其他條件下的模擬

戰(zhàn)斗損傷模擬器在仿真還原戰(zhàn)場(chǎng)程度上主要依靠的是獲取數(shù)據(jù)的真實(shí)性與利用數(shù)據(jù)的正確性。排除數(shù)據(jù)外就是一些無形且重要的因素，在戰(zhàn)術(shù)的層次上，艦艇編隊(duì)中受損艦艇的航行操縱對(duì)整個(gè)編隊(duì)?wèi)?zhàn)術(shù)戰(zhàn)法上的影響。

此外，模擬器系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)對(duì)于自身功能的模塊化定位及整套系統(tǒng)的集成化設(shè)計(jì)，這樣才能夠通過模塊化的集成系統(tǒng)，達(dá)到自由方便地按照訓(xùn)練大綱的要求增減各種功能模塊、配置相應(yīng)的集成系統(tǒng)。

4 結(jié)語(yǔ)

戰(zhàn)斗損傷模擬的研發(fā)是面向一個(gè)熟知領(lǐng)域中的陌生角度，也可以理解為是在一個(gè)新興領(lǐng)域的嘗試。這就意味著在常規(guī)模擬器的基礎(chǔ)上增加戰(zhàn)斗損傷的約束條件，會(huì)帶來一系列的瓶頸問題。這也說明了戰(zhàn)斗損傷模擬器在研發(fā)難度上及適用普遍性上仍有待商榷。但是不可否認(rèn)，對(duì)于戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的模擬還原是一種高效、經(jīng)濟(jì)的培訓(xùn)實(shí)踐手段。