史岩，宋元

（海军大连舰艇学院水面舰艇作战实验中心，辽宁大连 116018）

养兵千日、备战常态，必须杜绝“近期不会打”“轮不到我打”的麻痹思想，除了在精神上要高度统一“备战打仗”的意识外，在实际训练中也要尽可能贴近真实的战场环境。有战场就会有损伤，战斗损伤的高度还原可以依靠战斗损伤模拟器的研发来实现。

军事训练模拟器是军事仿真技术的一个重要分支，通过训练模拟器进行相关的训练，可以有效提高相关军事人员的军事素质水平。在军事领域中，模拟仿真技术的应用能够有效缩短武器系统研发的周期、节省科研经费的支出、减少实物装备的试验次数，这是促使军事强国大力发展军事仿真技术的直接原因。

中国的军事模拟训练从20 世纪80 年代开始得到了进一步的发展，逐步满足了军事院校、训练基地等部队单位“训战一致”的需求，例如空军飞行训练模拟器、海军水面舰艇操纵模拟器等。但是，中国模拟器的发展水平和层次，与以美军为代表的西方军队相比仍有一些差距。如何缩短军事模拟器的研发差距，除了在技术细节上进行相关赶超外，从模拟器的研发理念上也应进行一定的改革创新。由于研发始终要面向实战化、贴近真实的战场环境，战斗损伤则是一个不可避免、必须面对的话题。而军事模拟器中，对于战斗损伤的模拟往往浮于表面、形式简单且易于忽略战场环境对于战场损伤的影响。为了说明战斗损伤模拟器研究的重要性，本文以水面舰艇航行操纵训练模拟器为例对战斗损伤模拟器的研发进行相关的探讨，说明其研发的重要意义。

1 国内外模拟器的现状

国外以大型船舶为代表的航海模拟器，主要由英国船商、挪威康斯伯格公司等几家传统的老牌航海领域公司研发[1]。中国的航海模拟器以大型船舶操纵模拟器及其开发平台为代表，2006 年由大连海事大学研发，并通过国家交通部鉴定以及挪威船级社的航海模拟器性能指标的认证，中国航海模拟器总体研究水平由此走到了国际前列。而当今船舶运输的现实状况是船舶吨位大型化，由此对于操纵船舶进出港、离靠码头的要求也有所提高。同时，还需要结合恶劣的海况以及一些海难事故的应对处置，为了减少给海洋环境和生命财产造成无法估量的损失，用于海难事故的立体搜寻救助、高风险船舶的相关模拟器装备在2019 年由大连海事大学研发成功，该模拟器为“全任务一体化交互协同拖轮模拟器”，能够实现协同搜救仿真和驾驶台资源协同训练等功能。

普通民用、商用船舶的模拟器已经向恶劣环境条件下多种作业工况一体化协同仿真发展。反观军事用途的水面舰艇的航海模拟器，国内对于战斗损伤状态下的模拟研发在一定程度上还处于空白，而国外对于战斗损伤模拟器的研发也是鲜有报道。值不值得研发、有没有意义去研发这是人们需要探讨的。此外，目前与战斗损伤模拟器有关的高新科技在理论上的研究成果已经空前繁盛，但是工程应用方面很少有相关报道。

2 舰艇战斗损伤操纵模拟器研发设计探讨

现代海战的主要特点是以全方位的角度对目标实施打击，以水面舰艇作战为例，其所受到的威胁会来自于空中、水面、水下的各种武器。随之而来的就是舰艇受到打击后船体会遭受何种变化以及这种变化程度的大小，最后都会归结为对航行操纵乃至中国武器的使用、整体编队的战术配置等方面的影响。

2.1 战斗损伤模拟器的功能定位

以水面舰艇操纵模拟器为例，该模拟器是训练舰艇操纵相关人员较为有效的方法之一，可以极大程度上缩短人员的培训周期，同时减少资金的投入。而舰艇战斗损伤操纵模拟器则是为了培养舰艇相关操纵人员在舰艇战斗损伤情况下进行临机操纵处置的能力，主要目的是为真实战场环境下的损伤做好应急处置的准备。这就要求舰艇战斗损伤操纵模拟器在受损的前提下，面对随机的海况环境，要避免船舶的倾覆来保证航行的绝对安全，同时仍要顾及剩余战斗力。也就是说，在舰艇自身生命力基本保障的前提下，受训人员需要掌握特殊情形下的操纵技术来实现战斗力的最大化。

水面舰艇战斗损伤操纵模拟器的组成如图1所示，在常规的操纵模拟器的基础上需要增添2方面的模拟，即模拟随机的损伤状态对舰艇的影响和模拟随机环境对舰艇的影响。2 方面还会进行相互的作用叠加，最终的模拟效果则是对船体产生一定程度上的负面作用，而此时就需要受训人员采取相应的措施进行操纵处置。最后，在战斗损伤状态下对舰船操纵的过程以及最终的舰船航行效果给出一定的评估并生成相应的建议方案。

图1 水面舰艇战斗损伤操纵模拟器的组成示意图

2.2 战斗损伤模拟器的发展方向

2.2.1 加大数据获取力度

无论是战斗损伤后舰艇内部变化的模拟，还是舰艇身处随机海况环境下外部自然环境的模拟，其实质上均依靠获取的原始数据进行相应模拟数据的生成，也就是说获取的数据越正确、越全面、力度越大，那么模拟器所模拟出来的战斗损伤状态就越接近于真实的战场环境。一般认为，战斗损伤模拟器的数据获取主要来自于以下3 方面：①通过理论方法验证的数据。早期的战斗损伤模型起源于20 世纪70 年代末期的“蒙特卡罗仿真模型”方法，常用在对舰艇不沉性的计算方面。最为典型的例子就是首先给出舰艇被某种武器碎片穿透的概率模型，再通过蒙特卡洛法抽取随机数进行判断后生成相关碎片的数据库，并依托舰船的几何模型数据库进行理论数据的生成。②通过经验、试验获取的数据。在经历过突发事件后，相关当事人会有一定的处置经验，而这也是计算数据无法取代的。此外必要的试验更能够获取具有足够说服力的数据。例如美国“福特”号航母在2021 年6 月进行首次“全舰冲击试验”，在船体内布设众多传感器以获取相关数据来检测军舰在经受残酷战争条件下的忍受能力。国外不少发达国家在进行爆炸载荷数值仿真分析的同时，重视实船试验在为建立抗爆设计方法和抗爆性能评估体系获取的数据。③真实的战场数据。美国的霸权行径使其成为二战后发起战争最多的国家，那么自然而然在实战中检验了装备、获取了战场数据。军事大国俄罗斯在打击恐怖分子以及维护国家主权的行动中也会通过局部的战斗来检验自己的武器装备。而反观中国，近些年没有能够用于检验武器装备的实际战争，这就导致在获取实战信息数据方面存在一些短板。

2.2.2 更加重视环境因素

战斗损伤模型是依据真实作战、军事演习、试验、研究等途径进行相关数据的获取后，通过处理信息数据而建立。这种数据的获取方式本身是基于战场环境，但是在以往的反向模拟过程中却常常忽视环境的因素，更加重视环境因素对于解释模拟器中微观和宏观的内在关系具有现实意义。判别舰艇损伤的基本机理和战场环境之间关系，并进一步将这种逻辑关系作用到模拟器基本功能的实现上，通过受训人员操作、处置来实现对模拟器的反馈，用以达到模拟器正常模拟运转的目的。

2.2.3 联合化、人性化和智能化的拓展

现代的战场早已经不局限在单兵作战、单体系作战的范畴内，而是多武器装备、多军种、多体系的联合作战。以舰艇战斗损伤操纵模拟器的研制为例，不应该单单只强调单艘舰艇战斗损伤的处置，还要结合编队的作战中多艘主副本舰艇的联合处置。

模拟器的人性化方面，不仅仅局限于软件的人性化设计，还应该包括在系统的管理上能提供更加便捷的工具和措施。此外，许多重要的无形的因素，如作战人员的士气、个性特征、训练水平、指挥艺术等也需要在模拟器中有所体现，这也可以理解为对模拟器人性化方面的拓展。

模拟器的智能化方面，2016 年ALPHAGO 战胜了围棋大师这个事件在一定的程度上说明了人工智能在认知方面已经具备了超过人类的潜能。鉴于此，由于战斗损伤模拟器不可能通过人工的手段达到面面俱到，而是需要在非人工方面，如无监督学习、大数据运用方面都可以作为战斗损伤模拟器的还原、复盘真实战场环境的有效手段。

2.2.4 完善评估和建议方案

有效的评估结果和合理的建议方案是受训人员模拟训练后总结提高的必要手段。人工评估过程中无法避免一些主观的因素，合理的非人工评估是通过数据进行相关方面的判别、评定。最后在评估结果的基础上，通过复盘分析给出多种建议方案，这样才能够实现战斗损伤模拟器的训练意义。

3 战斗损伤模拟器研制的关键问题

以水面舰艇为例来探讨战斗损伤模拟器研制中的关键问题。假设某种武器对中国舰艇攻击后船体受损，则舰艇适航性将受到影响[2]，因此需要从舰艇内部的本身属性变化去模拟对受训人员操纵的影响。同时，也应考虑到舰艇所面临的外部环境，即战场的自然环境。具体来讲此时的海情是随机变化的，可以看成海情高低程度对舰艇受训人员操纵影响的模拟是从外部环境的角度出发。此外，在面对舰艇内部损伤、外部环境干预的情况下，受训人员的操纵行为是否能够有效提高舰艇的适航性，乃至战斗力的保存也是需要模拟器进行相应仿真模拟的。

3.1 舰艇本身属性的模拟

真实的战场环境中，水面舰艇在经过常规武器的打击后，如反舰导弹、鱼雷、水雷及炸弹，依据经验大致认为，它们对装备的损伤机理相同。具体地讲，可以认为弹体爆炸后形成一个破片场和具有一定强度的爆炸冲击波，破片与冲击波对装备造成损伤[3-4]。爆破碎片使得船体破损后进水产生一定程度的倾斜，或是爆破冲击波使得船体的稳性降低。此时对航行操纵的控制能力，在一定程度上决定了舰艇是否会在随机的海况环境下安全航行。利用蒙特卡罗法可以对破片损伤和冲击波损伤建立相应的模型，用以获取相关的数据信息。

但是，对于舰艇本身属性方面的模拟，船体的稳定性只是其中的一部分，还会涉及到船体质量及浮态分布、耐波性、不沉性等[5]。总结起来就是要模拟出舰艇破舱后其稳定性以及受损船体剩余极限程度对航行操纵的影响。

舰艇本身属性的另一个方面是船舶数学模型、战斗损伤程度模型的建立，这是舰艇战斗损伤操纵模拟器的核心内容。逼真的、还原度高的模型才能够贴近战场，符合现役装备以及遭受不同武器打击后的真实效果，才能够为受训人员提供真实战场环境下的操纵处置感受。

3.2 战场自然环境的建立

战场的自然环境不是可有可无的约束条件，在一定程度上自然环境可以决定整个战场的走势、注定某些战局的结果。当然合理利用或是应对战场自然环境也可以起到促进战局、决定战斗胜负的作用。

以水面舰艇战斗损伤操纵模拟器为例，其战场自然环境的模拟应该是对舰艇在战斗损伤状态下自身属性产生的影响，以及由此引发的受训人员应对舰艇操纵时所采取的处置措施。那么水面舰艇的战场自然环境模拟也就是海洋环境的虚拟[6]，主要包括与海相关的地形地貌特征及可以反映出各种自然景象（海浪、天空等）和气候现象（雪、雾、雨等）的模拟。逼真的战场环境是以三维实体模型为基础进行搭建，同时还要顾及到动、静态模型的分类描述，最终实现不同平台（船型）中海洋环境间的可交互，以及动态破损效果和舰艇操纵间的交互，从而进一步提高战斗损伤模拟器训练中战场环境的逼真性。

3.3 其他条件下的模拟

战斗损伤模拟器在仿真还原战场程度上主要依靠的是获取数据的真实性与利用数据的正确性。排除数据外就是一些无形且重要的因素，在战术的层次上，舰艇编队中受损舰艇的航行操纵对整个编队战术战法上的影响。

此外，模拟器系统要实现对于自身功能的模块化定位及整套系统的集成化设计，这样才能够通过模块化的集成系统，达到自由方便地按照训练大纲的要求增减各种功能模块、配置相应的集成系统。

4 结语

战斗损伤模拟的研发是面向一个熟知领域中的陌生角度，也可以理解为是在一个新兴领域的尝试。这就意味着在常规模拟器的基础上增加战斗损伤的约束条件，会带来一系列的瓶颈问题。这也说明了战斗损伤模拟器在研发难度上及适用普遍性上仍有待商榷。但是不可否认，对于战场环境的模拟还原是一种高效、经济的培训实践手段。