美国空军正在采用SCARS模拟器来进行作战训练

美空军的《2035年前空军作战训练基础设施飞行计划》（AF Operational Training Infrastructure 2035 Flight Plan，作战训练基础设施简称为OTI）于2017年9月制定，目标是构建一个现实的、综合的训练环境，使部队能够训练作战和相关战术，以实现和维持全谱系的战备状态。

美空军在计划中已确定为实现OTI的目标所需的共13条OTI重点发展路线，其中第3条、第12条分别强调了合成环境集成实装的能力（Synthetic-To-Live Capability）和统一的模拟器架构（Common Architecture）。合成环境与实装集成就是真实-虚拟-构造仿真（Live-Virtual-Constructive，LVC），LVC的概念美军已经持续强调了将近20年；统一的模拟器架构即模拟器通用架构要求和标准（Simulator Common Architecture Requirements &Standards，SCARS）。

美空军训练概念图

美空军广泛部署全球范围的超过50种平台，超过2380个训练设备

美空军希望通过训练在OODA环上扩大与对手的优势

开发模拟器通用架构——SCARS

美军的武器装备的供应商很广泛，某一个平台是由一个承包商建造的，而该平台模拟器也可能是由另一个承包商建造的。尽管美军模拟器已经能够在网络上运行，但是还达不到期望的效果。比如当穿云时，有的模拟器能看到地面有的则看不到。用手机为例，过去存在各种各样的设计和操作系统，如诺基亚、黑莓、iPhone、Android等已基本转移到两种常见的基础架构即IOS和Android，非常方便进行程序开发、升级以及设备之间的交互。美空军想让模拟器也按照手机的发展规律，正在寻找一家公司来开发标准模拟器训练系统体系结构，帮助解决数十种、上千台模拟器之间的互操作性问题。美空军在2018年12月发布了SCARS招标书，为期10年，合同金额高达9亿美元，计划在2020年签署首个SCARS合同。

SCARS由空军生命周期管理中心的模拟器部门（AFLCMC / WNS）负责管理。在过去的模拟器相关合同主要考虑因素是满足性能指标、可靠性指标。如今，更严格的网络安全要求也成为了必须考虑的因素。为了响应最新的国防部手册8500.01和8510.01，空军手册AFI33-200和33-210中新的网络安全要求，AFLCMC / WNS正在探索模拟器和训练系统采购与维护方法的变化，包括底层系统架构。面对不断发展的网络威胁，模块化的推广和开放体系结构的结合有望使模拟器和训练系统的采购和维护更加高效。AFLCMC / WNS也正在通过明确标准规定，增加体系结构之间的通用性，探索“技术基准”的概念。这些要求和标准将解决系统架构、接口和数据模型，目的是以减少技术、进度和成本风险。当前的网络威胁环境正迫使模拟器和训练系统的更新和修改频率比以前部署的系统更高，要求能够快速修改以合并新的安全功能并消除新发现的潜在漏洞。

SCARS将分为三个阶段：

第一阶段：开发一种满足模拟器的性能目标的体系架构，同时展示模块化开放系统架构的关键特征。该体系结构必须能够进行快速修改以合并新的安全功能，消除已标识的潜在漏洞，并具备最佳可行性，最小化或自动化所需的回归测试，确认系统性能未受到修改的不利影响；

第二阶段：完成并验证在第一阶段开发的基准模拟器架构，并使用空勤人员训练模拟器应用程序进行概念性演示。演示该体系结构具有开放性的特征，并且可以通过最小化回归测试对其进行修改；

第三阶段：最终确定该架构，以供美国政府及其承包商开发和升级美空军模拟器和培训系统时使用。

模拟器联网是LVC的核心

在过去的20年里，美空军一直在寻求满足其空勤人员训练需求的方法，主要方向就是开发LVC训练技术，但是在现阶段的主要办法就是增强模拟器训练。分布式任务作战（Distributed Mission Operations, DMO）是一项空军战备计划，帮助美空军在国内或海外部署的作战人员保持基本战备状态，在必要时可模拟作战环境进行任务预演。

DMO将把当前和未来的武器系统、高保真模拟器和仿真系统与其他指挥、控制、通信、计算机、情报、监视和侦察（C4ISR）系统连接起来，以创建一个交互式作战环境。美军将DMO成为空军训练转型的基石。

为何将LVC作为提升训练能力关键？

尽管美空军综合实力保持世界第一很多年，并且在实战经验和训练投入方面无人能及，但是其还是想进一步扩大领先优势。

美空军认为给指挥员和战斗员的训练强度不够。首先，对于训练如联合空中作战中心（combined air operations center, CAOC）的指挥类人员来说，其需要的训练强度比当今任何一场演习带来的工作量要大得多才行，像“红旗”这样的大型演习还远远不够。标准化的“红旗”可能在数百平方千米的陆地和领空上进行了涉及数十架飞机执行各种各样的任务，但也不会给CAOC造成任何压力。美军所需要的是一种模拟数百个独立行动的实体，还可以引入意外事件并在作战计划上加大压力的方法，其目的是将CAOC的指挥员推向极限，并观察他们的反应。

其次，飞行员也需要在复杂、快速变化且拥挤的战场中训练。DMO架构使机组人员可以更近距离地了解现代战争中的空战情况，其中许多侦察机、战斗机、加油机、无人机和地面部队都在同一个广域网下有数据、语音交互。此外，还可以模拟故障、干扰或其他特情，更好地对飞行员施加压力。

训练经费问题也是美军的考虑之一。飞机的飞行成本越来越高，从F-16 Block 50每小时飞行成本约7500美元到F-35的约44000美元。这使得必须提升模拟器训练占比，因为如F-16的模拟器每小时训练成本仅为900美元。从2012年开始，作为对国防部长要求提高效率的回应，美空军减少了实装飞行时间，估计在2012至2016财政年度节省约17亿美元。将实装飞行与模拟器训练相结合可以降低成本，包括降低维护成本和相关的后勤成本。但是关于这约17亿美元，缺乏确定模拟器训练费用的方法，因此在估计中考虑的不周全。美空军仅根据实际飞行时间的减少来估算节省费用，而不考虑机组人员前往模拟器、承包商人员安排和使用模拟机以及购买额外模拟器的费用。由于费效比的问题还不清晰且缺乏明确的责任制和战略来指导其规划和投资决策，还需要空军进一步研究。

一个强大的、稳定的通信体系结构的发展，再加上先进的模拟器，将创造一种新的训练能力，这种能力可以从单装备级别开始，并通过一系列组合进行聚合，最终形成战区级别的任务预演能力。分布式任务作战网络（DMO Networks, DMON）是美空军实现联合训练的中心节点，其以地面有线网络为主，各分系统（如模拟器、计算机生成部队）向着DMON集成。但要实现LVC同样需要集成无线网络，如将P5空战训练系统集成到DMON中需要考虑专用训练链、靶场测控链和战术数据链的集成和协同。同样，实装需要靠视觉和传感器的激励来与模拟的实体交互，目前正在将“嵌入式训练”能力更完美的融入到飞机中，使飞机传感器能够准确探测并向飞行员显示模拟实体。

逐步提高模拟器训练的占例

美空军计划制定一个战略来调整虚拟训练计划和目标，明确如何确定实战和虚拟训练的组合以满足训练需求。随着技术更先进飞机的部署，预计空军将越来越依赖虚拟训练。以前，其三大司令部空中机动司令部、空军特种作战司令部和空战司令部都利用由专家组成的训练需求评审组来确定特定飞机的训练需求。这些评审组根据具体的作战指挥任务需求以及模拟器性能和网络能力等因素，确定哪些训练需求可以在真实或虚拟环境中完成。例如，从2012年开始，空战司令部设定了通过模拟器训练满足25%（平均）的训练需求的目标。其他两个司令部的目标是通过模拟器完成50%（平均）的训练。

DMON的发展

DMON的建设主要由诺斯罗普·格鲁门公司公司完成，自1999年启动以来诺格一直是作战空军分布式任务训练作战与整合计划的主要承包商。自2002年以来，DMON都被用于在一个普通的合成战场上提供有效的战术和小范围训练。DMON还用于支持每年两到三次的“虚拟旗”演习。AFLCMC授予诺斯罗普·格鲁门公司价值4.9亿美元，为期五年的DMON2.0服务合同，交付期限将延长至2023年6月。在DMON2.0中，将继续扩大网络覆盖范围，并提升接入实装的能力。目前，每年各种规模的DMO训练活动数量超过380次。

美军的训练设施并非都始于同一个网络，中心节点是位于科特兰空军基地（Kirtland AFB）的分布式任务作战中心（DMOC）。国防部广域网（WAN）有许多种类，如分布式任务作战网络（DMON）、联合训练和实验网络（JTEN）、国防研究工程网络（DREN）、分布式训练中心网络（DTCN）和第505部队的广域网。这些网络由不同的单位和机构管理，可以连接到位于科特兰的DMOC，支持国防部的特定计划和作战人员的训练要求。

一些有线网络也包括有无线的部分，这些无线网络通常是有线网络的短期扩展，其实也算是有线网络。有线网络通常不受射频频谱可用性、带宽、范围的限制。但目前有线网络使用的通信协议通常不适合在带宽受限、长距离、高数据的情况下使用，因为需在整个网络中传输大量数据以满足工作，通常称为“网络开销”。网络开销减少了可以通过网络传输的数据量。

DMON上的模拟器任务训练中心（Mission Training Center, MTC）采用分布式交互仿真（DIS）协议，但也有少数MTC使用高层体系结构（HLA）来驱动仿真环境。随着各种各样的仿真成熟度、协议、任务和技术出现，确保它们能够有效地达到用户要求的互操作程度是一个巨大的挑战。尽管IEEE 1278（DIS）和IEEE 1516（HLA）等行业标准提供了语法（数据共享）级别的互操作性，但它们本身并没有提供所需的语义（数据含义）通用性。

DMON的网关通过使用推算技术来调节网络流量，以减少状态更新的需要。将MTC从局域网（LAN）转换到广域网（WAN）协议并返回，从而确保远程MTC看起来就像与其他本地MTC在同一个LAN上一样。必要时，网关在DIS和HLA协议之间转换，并提供支持数据链路互操作性和跨域控制接口实现的其他数据流调节功能。因为网关配置是集中管理的，所以事件管理器能够预测规划入网的MTC的需求，并根据每个MTC的已知平台限制进行更改。

DMO将来为了更好集成实装，需要兼容TENA协议。为了实现这一目标，诺斯罗普·格鲁门公司将提供一个在TENA、HLA和DIS之间实现可互操作的解决方案。通过标准化硬件接口向DMO合成作战空间提供即插即用的现场音频；使用了一个Cubic公司TENA v4.1网关，它将实时靶场数据转换为能兼容的TENA v4.1对象。

DMO在非国防部拥有的商业网络上运行，使用的主要网络的带宽可变，空军只为使用的带宽付费。目前，使用商业网络来承载作战仿真数据流量存在“一定的风险”。能够进入仿真的人不仅可以观察到它，而且可以记录动作以供分析，就像监视互联网用户的活动以更好地推送广告一样。

不过在将来，DMO将使用全球信息栅格（Global Information Grid, GIG），GIG是一种正在开发的地面通信网络。随着DMO过渡到国防部为解决带宽和安全性问题而建立的GIG，许多问题将得到解决。

小结

加快制定模拟器标准。SCARS计划旨在为其模拟器开发具有改进的安全性和升级功能的开放式架构，提高网络弹性并施加更严格的网络安全标准，最小化生命周期成本。模拟器像手机一样使用通用开放式架构，全面考虑硬件、软件、应用程序，形成规模经济优势。还需要支持由网络环境下的远程接收软件更新，满足经常变换的训练需求。

发挥模拟器网络优势。DMO可以确保联合作战中的空中平台在不受飞行安全考虑限制（尤其是对大型特种平台的限制），充分执行战术和完成动作，同时降低外派率和训练预算，节省机队的飞行时间。

提升模拟器训练占比。在训练效率和战备不受损害的情况下，提高模拟器训练的占比。模拟器状态需要与飞机状态保持一致，以提供及时、经济有效的解决方案。但一些实装训练项目不能或不应该被模拟器取代，需要有效地平衡实装训练和合成训练。避免模拟器保真度不足造成的遗漏、负面效应或提供了不正确或过时的知识或技能。保真度问题是模拟器最大的挑战，如果训练不够真实会适得其反。
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