Реальность и виртуальность в подготовке летчиков
Несмотря на сокращение военных бюджетов на глобальном уровне, объем рынка военных тренажеров и виртуального обучения, по данным еженедельника «Авиэйшн уик энд спейс текнолоджи», достигнет в текущем году девяти миллиардов долларов и в течение следующего десятилетия продолжит расти.
Издание «Джейнс дифенс уикли» оценивает объем этого рынка военных тренажеров за период 2014–2023 годов в 58,5 миллиарда долларов. По прогнозам, в текущем году он составит 10,5 миллиарда долларов, а в следующем достигнет 11 миллиардов.
Соединенные Штаты на протяжении рассматриваемого периода останутся основным оператором тренажеров. В 2014 году объем американского рынка этого оборудования достигнет пяти миллиардов долларов, а в 2016-м увеличится до шести миллиардов. Применение тренажеров будет расширено и в других странах. Крупнейшими операторами этого оборудования останутся Великобритания, Канада и Австралия. ВВС Канады, в частности, намерены увеличить долю обучения летчиков F/A-18 на пилотажных тренажерах с 20 до 50 процентов. Великобритания широко применяет тренажеры в общевойсковых учениях.
Эксперты «Джейнс» сообщают, что и государства, не применявшие тренажеры, вводят в эксплуатацию эту категорию учебно-тренировочных средств. В качестве примера можно привести ЮАР и Филиппины.
Наметившийся тренд находится в противоречии со снижением оборонных затрат, но логичен в свете тех преимуществ, которые обеспечивают комплексные тренажеры, в особенности пилотажные, занимающие 50 процентов рынка. Один час обучения личного состава на реальных образцах боевой техники может обходиться в десять раз дороже, чем на соответствующем тренажере. Если учесть, что обычно вооруженные силы тратят на подготовку личного состава около одной пятой своего бюджета, экономический эффект налицо.
Какая доля занятий в реальных условиях может быть перенесена на тренажеры, еще предстоит оценить отчасти потому, что разработчики продолжают совершенствовать технологии погружения в виртуальную среду и повышать степень реалистичности обучающего оборудования, пытаясь свести к минимуму недостатки в подготовке из-за неточного соответствия реальной обстановки и ее имитации.
Тем не менее в ВМС США подготовка операторов беспилотных летательных аппаратов (БЛА) MQ-8 «Файр скаут» (Fire Scout) уже на сто процентов виртуальна. Хотя в остальных случаях наибольший объем обучения осуществляется с применением реальной техники. В частности, у экипажей противолодочных самолетов P-3 «Орион» (Orion) уроки на тренажерах составляют лишь 30 процентов, а пилотирование реактивных истребителей практически полностью осваивается на реальных образцах. В то же время согласно последним данным доля «классных» занятий будет постоянно повышаться.
LVC: детские болезни
В перспективе экономия средств и эффективность обучения будут обеспечиваться за счет интенсивного применения более дешевых автономных комплексных тренажеров для подготовки летчиков и членов экипажа. В еще большей степени это будет зависеть от оптимального подбора оборудования в конкретных центрах и сочетания виртуальных технологий обучения с применением реальных образцов оружия. Эта методика известна под названием «Реальное, виртуальное и творческое» или LVC-обучение (live, virtual and constructive). Здесь live предполагает применение реальных образцов военной техники, virtual – подготовку на тренажере, имитирующем ту или иную технику, constructive – жесткие условия компьютерной среды, когда можно отдавать команды сгенерированным виртуальным бойцам и только.
LVC страдает, как и должно быть, болезнями развития, которые необходимо преодолеть для крупномасштабного использования, и этот процесс уже идет. В числе известных проблем – ограничение безопасности вследствие многообразных потоков информации, а также возможная несовместимость интерфейсов или форматов разнородных архитектур или баз данных, которые должны сопрягаться друг с другом для моделирования боевых условий в учебных целях и применения тренажеров. А преимущества – более реалистичные сценарии, реализуемые в одном географическом регионе с характерными метеоусловиями в онлайн-режиме, конфигурации самолетов и систем ПВО, максимально приближенные к действительности, участие в них обучаемых из любой страны.
Доминирующими компаниями на рынке тренажеров авиационной техники в настоящее время являются канадская CAE и американская «L-3 линк» (L-3 Link). По словам президента «CAE дифенс энд секьюрити» Жана Колабатисто, развитие LVC-технологий находится на самой ранней стадии, но сейчас этим занимаются многие. По его словам, согласно имеющимся планам моделирования и тренажеростроения в Австралии, Канаде и США, направленным на организацию учений «Рэд флэг» нового поколения, очевидно, что все они предполагают в качестве необходимого требования интеграцию обучения с использованием реальной техники и комплексных тренажеров. При этом объединение оборудования на местном уровне, а такая практика расширяется в военной подготовке, является необходимым первым этапом на пути LVC-обучения в более крупном масштабе.
В качестве примера приводится работа совместной группы специалистов компаний CAE и «Нортроп Грумман» (Northrop Grumman) по интеграции тренажеров самолета-заправщика KC-135, оператора топливозаправочной станции КС-135 и кабины экипажа военно-транспортного самолета C-17 с целью моделирования комплексного виртуального процесса в воздухе. Это позволяет отрабатывать все этапы дозаправки всеми участниками процесса одновременно и добиваться боевой слаженности. А поскольку каждый из объединенных тренажеров имеет высокую степень реалистичности, обучаемые получают аттестацию как прошедшие тренировочные полеты. Это уже позволило сэкономить 100 тысяч долларов с момента начала интеграции, отмечает Колабатисто.
Многослойный виртуал
Наряду с отработкой LVC компания CAE также исследует технологии, необходимые для повышения степени реалистичности комплексных тренажеров и соответственно коэффициента их использования по отношению к обучению на реальной технике. Это предполагает включение таких новых «слоев», как ветровые потоки, температура, влажность, вычислительная среда в общие базы данных.
CAE создала динамическую синтезированную среду DSE (dynamic synthetic environment), которая позволяет развиваться общей базе данных. Для понимания действия технологии DSE рассматривается пример с летчиком, который сбрасывает виртуальную бомбу, вследствие чего сухопутные войска в пределах той же среды вынуждены считаться с образовавшейся от взрыва воронкой, которая становится частью ландшафта.
По словам вице-президента по стратегическому развитию компании «L-3 линк» Франка Касано, его компания на протяжении определенного времени показывает военному руководству, как существующие сетевые тренажеры могут быть модернизированы для функционирования в LVC-режиме. Однако для организации такого сервиса никаких тендеров до сих пор организовано не было.
Каждый вид войск разрабатывает собственные LVC-стратегии и программы, а также реализует собственные планы закупок, говорит Касано. Что касается компании «L-3», она бы начала разрабатывать LVC-возможности скорее всего с создания сетевых тренажеров высокой реалистичности типа центра подготовки полетов MTC (mission training center) для истребителей F-16. Каждая установка MTC включала бы четыре комплексных тренажера F-16, интегрированных между собой для обеспечения как индивидуального обучения, так и группового, одновременно на четырех самолетах – и локально, и дистанционно через распределенную сеть выполнения боевых задач ВВС США.
Что касается соотношения объемов обучения на реальной и тренажерной технике, то, по мнению эксперта, существует большой потенциал для увеличения доли подготовки с применением виртуальной среды, хотя о полной замене реальных полетов речи не идет. Для описания процесса накопления навыков специалист использует аналогию с пирамидой – от базовых у ее основания до наиболее продвинутых на пике. «Мы пытаемся оптимизировать обучение на каждом уровне, чтобы при попадании в самолет и использовании реального топлива, когда возрастают риски, можно было на практике применить тактику выпускника, чтобы выжать максимум пользы от тренинга в реальной обстановке, – считает Касано. – С нашей точки зрения, надо вести речь не о замене, а об оптимизации каждого уровня пирамиды».
В поисках баланса
Конкурент «L-3» и CAE – компания «Рокуэлл Коллинз» (Rockwell Collins) исследует вопрос, можно ли достичь оптимального распределения реального и виртуального методов. Тренажеростроительное отделение «Рокуэлл» реализует два научных проекта, которые должны завершиться в начале следующего года. В первом исследуется оптимальное сочетание составляющих LVC-обучения на основе затрат, логистики и эффективности.
Второй проект предусматривает поиск средств количественного измерения оценки эффективности обучения через эмоциональные и физиологические реакции пилота. Это важно для определения границ реалистичности воспроизведения окружающей среды на учебных тренажерах, которые, например, неспособны распознать накопившуюся усталость. В теории, применяя биометрическую обратную связь, можно было бы определить оптимальную степень использования комплексных тренажеров.
Опыт «Рокуэлл Коллинз» в области сетевых технологий обучения включает поставку ВМС США отдельных тренажеров кабины экипажа и оператора оборудования для палубных самолетов дальнего радиолокационного обнаружения и управления (ДРЛО и У) E-2D «Эдвансд хоукай» (E-2D Advanced Hawkeye). Эта система позволяет отрабатывать совместные действия либо двух летчиков в едином режиме, либо летчика и оператора оборудования.
ВМС начали испытания возможностей LVC-обучения, используя истребитель F/A-18, оснащенный в полете внешним контейнером для обмена зашифрованной информацией с комплексными тренажерами. Такая связь позволяет бортовой РЛС определять координаты самолетов или других целей, генерируемых с помощью тренажера человеком либо компьютером.
Отрабатываются методики максимального эффекта погружения. В частности, «Рокуэлл Коллинз» проводит испытания технологий распознавания голоса для повышения точности и скорости обучения на тренажерах подсистем, таких как приборная доска кабины экипажа, а также сенсорных устройств, которые позволяют обучаемым, протянув руку, виртуально захватывать объекты, которыми они должны управлять, сообщил вице-президент компании и генеральный директор отдела «Тренажеры и технологии обучения» Леанн Риджуэй.
Недавно на рынке LVC-тренажеров появился новый конкурент – компания «Ти-Ар-Ю симулейшн энд трейнинг» (TRU Simulation and Training) – подразделение корпорации «Текстрон» (Textron Inc.), созданное на базе предприятий по производству тренажеров «Мектроникс» (Mechtronix) и «Опиникус» (Opinicus). Для демонстрации возможностей LVC-обучения планируется использовать легкий реактивный разведывательно-ударный самолет (РУС) «Скорпион» (Scorpion) разработки «Текстрон ЭйрЛэнд» (Textron AirLand). В TRU накоплен большой опыт моделирования высокой степени реалистичности, в частности при создании комплексного тренажера кабины экипажа самолета C-130H специальных подразделений ВВС США.
Хотя корпорация «Текстрон» на настоящий момент не имеет заказчиков на двухместный двухмоторный «Скорпион», она уже создает тренажеры подготовки летчиков и отработки тактики применения оружия и оборудования, которые будут включаться в предлагаемую компанией программу обучения. По словам президента и генерального директора компании TRU Джорджа Такатса, тренажеры будут взаимодействовать между собой. Они оборудуются каналом передачи данных для LVC, что обеспечит максимальную отдачу от вложенных в обучение средств. Тем более что «Скорпион» оснащен множеством разнообразных датчиков.
«Как предполагается, LVC-обучение будет играть важную роль для самолета «Скорпион», – отметил он. – Мы считаем, что сочетание реального и виртуального обучения имеет огромное значение, особенно при отработке полетного задания и базовой подготовки».
Когда реальностью не обойтись
Особенно интересным представляется изучить подготовку летчиков истребителей пятого поколения F-35 «Лайтнинг-2» (Lightning II). Одноместная конструкция исключает пилотирование под руководством инструктора. Свой первый полет на реальном истребителе F-35 курсант совершает в одиночку.
При цене базовой версии F-35A, которая превышает 100 миллионов долларов, и стоимости одного летного часа этого истребителя в 24 тысячи долларов эксплуатанты вынуждены дорожить каждой минутой. В этой связи разработчик F-35 компания «Локхид Мартин» (Lockheed Martin) заявляет, что благодаря применению инновационных технологий, заложенных в созданный ею комплексный пилотажный тренажер, летчики получают необходимую практику.
Основной особенностью является применение программного обеспечения (ПО) боевых самолетов, в то время как многие производители пытаются воспроизводить его доступными средствами.
На базе ВВС «Эглин» (штат Флорида), где размещается основная часть F-35, проходят подготовку летчики и обслуживающий персонал истребителей пятого поколения, установлено пять комплексных пилотажных тренажеров «Локхид Мартин». Еще два размещены на авиабазе корпуса морской пехоты «Юма» (Аризона), где будет развернута первая эскадрилья истребителей короткого взлета и вертикальной посадки F-35B. Два тренажера есть на авиабазе КМП «Бофор» (Южная Каролина), которую предполагается сделать главным центром подготовки летчиков американского корпуса морской пехоты.
«Раскладка аппаратуры и настройка программного обеспечения полностью соответствуют реальному образцу. Это тренажер высокой степени реалистичности», – подчеркивает Майк Лунц, глава отдела «Локхид Мартин» по разработке системы обучения летчиков истребителя F-35.
«Есть отличия в размещении боковых панелей кабины между тремя видами истребителя F-35 – F-35A обычного взлета и посадки для ВВС, F-35B КВВП для КМП и палубного F-35C. Мы заменяем эти панели в ходе обучения», – поясняет Лунц. Таким образом, тренажер может быть адаптирован для подготовки летчиков F-35B КМП, F-35C для ВМС США, а также истребителей, предназначенных для Италии, имеющих определенные отличия.
В настоящее время доля подготовки летного состава на тренажерах истребителя F-16 составляет около 40 процентов. В случае с F-35 она будет увеличена как минимум до 60 процентов. Это станет возможным благодаря максимально реалистичным тренажерам, обещает Лунц.
Старые комплексы основаны на движении имитатора кабины или же закреплены на движущихся платформах, которые заставляют летчика физически ощущать управление самолетом. Особенностью нового тренажера для F-35 является его неподвижность. Курсант помещается в прозрачную полусферу с круговым обзором. Двадцать проекторов внутри нее обеспечивают изображение, при этом летчик не видит лучей, несущих сигнал на экран. В более ранних системах они отвлекали курсанта.
Целесообразность такого тренажерного комплекса была подтверждена испытаниями, проведенными ВМС и КМП США. Корпус морской пехоты выполнил первый взлет F-35 с палубы десантного корабля «Уосп» (USS Wasp/LHD-1) в 2011 году. ВМС США опробовали истребитель в морских условиях на палубе авианосца «Нимиц» (USS Nimitz/CVN-68) в ноябре 2014-го. Эти испытания были признаны успешными.
«Применение полусферы с круговым обзором и систем с разнесенной апертурой позволяет более реалистично имитировать посадку на корабль по сравнению с традиционными тренажерами», – считает Лунц. На истребителе F-35 установлены камеры, которые обеспечивают полное информирование о сложившейся боевой обстановке. Данные отображаются на нашлемном дисплее летчика.
В тренажере F-35 применяется специальный шлем, не тот, который будет использоваться на боевых истребителях. Сейчас Пентагон проводит исследование конечного варианта по критерию «стоимость-эффективность». Именно применение шлема является ключевым в процессе обучения, так как на его дисплей выводится большое количество данных с разных датчиков и систем, в том числе оповещения о различных угрозах. Шлем должен быть спроектирован таким образом, чтобы представить летчику данные в удобном виде и предотвратить его переутомление.
В настоящее время в конструкции тренажеров применяется базовое программное обеспечение F-35 под обозначением 2A. КМП США планирует объявить о боевой готовности своих F-35B в июле следующего года. Для применения ракет класса «воздух-воздух» AIM-120C7, а также управляемых авиабомб (УАБ) JDAM (Joint Direct Attack Munition) и GBU-12 в боевой самолет будет интегрировано ПО версии 2B. Предполагается, что оно станет доступным для применения в тренажере по требованию оператора.
В настоящее время «Локхид Мартин» выполняет контракт на поставку 51 комплексного пилотажного тренажера для F-35. В это число входят системы, предназначенные для Израиля, Японии и Норвегии. Девять комплектов уже переданы Пентагону. По мнению Лунца, в общей сложности во всех странах-операторах F-35 будет развернуто около 230 тренажеров.
В октябре 2014 года «Локхид Мартин» поставила первый тренажер по отработке выполнения боевых задач на F-35 для британского авианосца «Куин Элизабет-2» (Queen Elizabeth II). На базе ВВС «Эглин» установлена упрощенная модификация этого тренажера, которая не позволяет полностью отрабатывать посадку на авианосец.
Любовь Милованова
Дмитрий Федюшко
Опубликовано в выпуске № 47 (565) за 17 декабря 2014 года