太空演訓導調控制體系研究

楊維東,張占月,吳作偉

(1.航天工程大學航天指揮學院,北京 101416；2.中國人民解放軍63611部隊,新疆庫爾勒 841001)

太空演訓是按照一定規則,在導演部組織和想定情況誘導下,對太空任務的組織實施過程或其中部分內容進行訓練的活動。在演訓組織實施過程中,導演部完成演訓籌劃、導調控制、信息采集、考核評估等工作。其中,導調控制能力是衡量演訓水平高低的重要標準之一,決定著演訓質量,是實現演訓意圖的重要保證[1]。演訓導調控制的主要任務是利用各種手段,近實時獲取與處理情報,快速、準確決策,形成導調控制計劃,在高動態的任務環境下,實施大范圍高精度控制協調,最終匯集反饋的任務信息,為及時準確完成演訓評估提供支持。本文針對太空任務的特點規律,構建太空演訓導調控制體系,是提升演訓導調控制能力,確保演訓取得實效,促進太空任務能力生成提升的現實需求。

1 太空演訓導調控制的主要流程

太空演訓目前正處于蓬勃發展階段,不同層次和級別的演訓名目繁多。其中,美軍太空演訓在規模、技術水平、成效和影響等方面都處于世界領先地位。借鑒學習美軍“施里弗”“太空旗幟”“全球哨兵”等演訓的組織實施方法,可為完善和優化太空演訓導調控制流程,提升導調控制能力提供借鑒。

“施里弗”演訓是以圓桌討論為主、計算機仿真支持的戰略戰役級演訓,在驗證太空任務理論、挖掘航天領域存在問題、發展新型能力需求、完善指揮體制等方面成果豐碩,迄今已舉行12次。演訓設置“藍軍”、“紅軍”、中立小組(綠方)和“控制部門”,各方處于同一場所,可便捷聯絡和信息共享。演訓以劃分輪次每天遞進方式組織。“控制部門”的職能包括導調、控制、裁決等。演訓開始前,提供任務態勢的初始簡報,誘導演訓啟動;演訓中綜合裁決紅藍方提交的方案和綜合性動作,裁決結果作為演訓推進的背景和基礎,循環推進,同時根據戰場情況,設置隨機科目;演訓結束后,開展總結評估工作,給出指導性結論,反饋太空力量建設與運用。

“太空旗幟”是在美軍太空任務部隊攜實裝參加的戰役戰術級演訓,注重構設高動態變化和頻繁交互的復雜太空任務環境,側重于太空任務訓練,強調在“對抗、降級和作戰受限”環境下開展演訓,旨在學習太空任務規劃、檢驗任務系統的有效性及開發新的功能需求[2]。迄今至少舉行過3次。演訓設置藍、紅、白3方,白方負責演訓籌劃、輔助參演力量熟悉環境、了解規則、掌握科目內容,實施演訓導調控制,為演訓提供裁決支持,保證演訓順利推進,完成既定內容,最后評估演訓效果。

“全球哨兵”是美國戰略司令部組織的太空態勢感知桌面演訓,迄今至少舉行過5次,已經成為美國及其盟國在太空領域開展戰術戰役級一體化指揮控制演訓的重要途徑。演訓以參演人員驅動的交互式環境為支撐,設立一個全面集成的聯盟太空作戰中心,支持戰術級協調和戰役級分析;各參演盟國各設立一個太空作戰中心,指揮控制各自的太空態勢感知資產。演訓結束后,演訓組織機構評估想定的業務流程、資源和產品共享模式等運用效果,反饋并優化國家層級和聯盟層級的太空態勢感知相關戰術、技術和程序,促進和加強美國與盟國的合作,改善太空態勢感知能力,謀求共同太空安全。

太空演訓是探索太空力量運用最直接有效的途徑。美軍太空演訓層次清晰,從戰略向戰役戰術延伸的趨勢明顯,演訓導調控制靈活高效,在促進太空任務理論探索、指揮控制、力量運用等方面發揮了重要作用。借鑒美軍太空演訓和其他軍兵種演訓實踐中的經驗,演訓導調控制一般流程如圖1所示。導調控制的任務包括:在籌劃階段,完成演訓目標、科目等方案生成,細化導演部組織機構設置和分工,開展導控人員綜合培訓,輔助和指導參訓人員完成演訓準備等;在實施階段,以演訓方案為指導,綜合演訓態勢和進程,依據綜合裁決結果,通過文書、指令導調和態勢誘導等方式,保證演訓有序推進;在總結階段,完成復盤分析、評估總結等工作,形成演訓總結報告,為太空任務能力建設提供支持[3]。

圖1 太空演訓導調控制的主要流程

2 太空演訓導調控制的主要特點

太空任務的固有特征決定著太空任務演訓導調控制呈現出以下7個特點。

1)空間廣闊決定協調難度大。太空任務涵蓋各類航天器、信息鏈路和地面運用、控制、保障等系統,地理分布廣泛,特別是天基系統軌道運行,具有全球性特征。太空任務演訓需要在廣闊空間范圍進行,協調組織和導調控制難度大。

2)天地一體決定協同要求高。太空任務體系不但包括在軌航天器,也包括發射場、測控站、地面站等地面裝備,任務目標需要以天地一體化任務體系為基礎,通過各要素緊密配合才能實現。在全要素全流程的太空任務演訓中,涉及的部門、人員、系統復雜,導調控制過程中需要高效協同、緊密配合。

3)體系聯動決定導調控制難。太空演訓中,態勢、指控、火力、保障等要素集成高效的任務體系,按照符合內在邏輯的任務流程實施演練,要素間實現緊密耦合聯動,任何一個要素出問題都會導致行動失敗。太空演訓突出的系統集成特點,要求演訓中以體系思維為引領,導調控制難度大。

4)虛實結合決定技術難度高。太空系統戰略地位重要和高價值特征突出,在太空任務演訓環境中,充分利用仿真模擬技術最新成果是低費高效的途徑之一。實際任務系統與模擬系統相結合,行動導調、態勢控制、信息誘導等技術難度高,給演訓導調控制帶來嚴峻挑戰。

5)計劃推動要求態勢預測準。航天器按照軌道規律運行,太空演訓中,無論運用何種手段,均需按照軌道運行規律事先定好任務方案,計劃性強。為實現及時準確的導調控制,演訓導演部需要準確預測當前任務規劃和行動對后續任務態勢的影響,科學制定導調控制策略。預先決策的需求與任務態勢情況瞬息萬變之間的矛盾突出,要求導調控制同時具備預測準確性和突發事件應急處置能力。

6)法理凸顯決定導控籌劃難。世界各國航天器都密集地分布在相對集中的太空特定區域軌道上,太空任務行動和后果(碎片等)都涉及大量法理問題,波及面和影響程度遠遠超過歷史上任何類型的行動。太空演訓需要針對法理、輿論、心理等設置科目,根據法理規則導調控制,導控籌劃難度高。

7)探索性強決定創新要求高。太空任務研究還處在探索階段,開展太空任務演訓具有突出的探索性和檢驗性特征。在演訓導調控制中,要著力在初步形成的規范規定基礎上,結合演訓進程和任務實際,大膽科學創新,著力探索未知問題,對導調控制提出了較高要求。

3 太空演訓導調控制體系總體架構

導調控制是演訓導演及調理人員,依托太空任務訓練基地的演訓環境、資源和信息化平臺,保障演訓順利推進和實現預期目的的一系列活動的總稱。演訓導調控制體系可從功能需求論證、組織結構設計和支撐技術分析3個方面細化。其中:功能需求是牽引,組織機構是保證,方法技術是支撐。太空演訓導調控制體系總體架構如圖2所示。

圖2 演訓指揮控制體系總體架構

3.1 功能需求論證

太空演訓導調控制要求以太空任務能力生成和提升為目標,堅持全程全維活導活演,不斷增強演訓效果。演訓導調控制的功能需求包括演訓籌劃、態勢綜合、導調干預、指揮控制、綜合裁決、模擬仿真、信息采集與管理、通信支持等,其功能需求描述如圖3所示。

圖3 導調控制功能需求描述

1)演訓籌劃。它是提升組織指揮科學性和籌劃決策準確性的基礎。主要任務是根據演訓任務目標,完成組訓者、訓練對象、訓練內容、訓練方法、訓練資源、訓練管理各要素的約定、規劃,生成演訓基本方案,為演訓有序開展提供基本規則遵循[4-6]。

2)態勢綜合。主要指在演訓過程中實時態勢獲取、傳輸、綜合和顯示,包括兵力部署、行動規劃、任務態勢、戰場環境等。它是演訓導演部誘導調控時機選擇的基礎,為掌握調控效果和控制演訓進程提供支持。

3)導調干預。它是演訓導演部職能發揮的主要功能需求,主要包括以太空任務客觀規律為遵循,圍繞演訓意圖,兼顧演訓進程,以演訓態勢發展為基礎,動態判斷,及時決策的過程。太空演訓導調干預以文書、命令、態勢通報等方式,將計劃導調和隨機導調相結合,直接導調和間接導調相結合,突出臨機干預,確保演訓有序推進,取得實效[7]。

4)指揮控制。指以實際任務流程為依據,在演訓過程中動態控制演訓各要素,準確判斷態勢,合理調度資源,組織演訓協同,保持人員和裝備運行狀態,控制演訓節奏,保障演訓科目落實[8]。

5)綜合裁決。它是演訓導演部的關鍵職能之一。主要依據預先制定的裁決準則,結合演訓實際數據和仿真結果數據,完成演訓過程中特情應對行動有效性判斷、行動結果裁決等任務,為演訓評估提供基礎支持。

6)模擬仿真。指以數字、半實物、實物模型為基礎,為太空任務演訓提供等效、計算、模擬等支持。模擬仿真貫穿演訓全過程,籌劃階段完成演訓方案的可用性驗證,演訓中提供行動效果的仿真分析,演訓結束后為復盤和問題研究提供支持。

7)信息采集與管理。主要實現實時采集、存儲分發各演訓要素的位置、姿態、狀態、行動等數據,驅動模擬仿真運行,實現實裝與仿真系統互通互聯,為任務指揮等提供支持。

8)通信支持。指通過各類無線、有線通信手段,按照協議格式轉換數據,完成數據、語音、視頻等信息匯集分發,保障指揮順暢、控制有效,是演訓開展的基礎。通信支持主要包括各類服務接口、數據接入、協議轉換、信息發布等。

3.2 組織結構設計

導調控制貫穿太空演訓的籌劃、實施、總結全過程與全時空,發揮著演訓的引領、協調和控制作用。在演訓籌劃階段中,完成導演部等各類組織建立,確定演訓目的內容和方法,選定演訓方式、課題和場地,準備任務想定和相關導調文書,組織導調訓練,檢查指導演訓準備工作。在演訓實施階段中,導調控制始終處于中心地位,通過調理、保障等人員的默契配合,從宏觀和全局上進行引導和控制演訓進程,具有導演、調理、裁決和講評的權威性[9]。在演訓總結階段中,導調控制的主要任務包括導入結束態勢,組織參訓要素歸建撤收,根據演訓過程中采集的信息,對參訓對象完成演訓內容、解決各個演練問題的總體表現逐項打分、綜合評定,指導復盤總結等。演訓導演部組織機構的科學設置,是演訓導調控制各項工作協調有序開展的基礎。按照演訓功能需求,演訓導控控制組織結機構應包括導演組、導調組、控制組、裁決組、技術保障組等,如圖4所示。

圖4 演訓導演部組織機構設置

1)導演組。設總導演、副總導演、執行導演等。它是演訓最高組織指揮機構,負責演訓的各類重要決策,把握演訓階段轉換、科目下達等關鍵環節,具有演訓的開始、暫停、繼續和停止命令生成權限。

2)導調組。完成計劃導調、隨機導調的設計和實施,包括科目生成、文書擬制、命令下達等,提供演訓科目實施全過程的調理、反饋的輸入。

3)控制組。利用各類軟硬件支持平臺,完成演訓中各類指令的傳遞、狀態確認、反饋互動等,包括演訓進程控制、階段轉換、節點把握等。它是導演部職能發揮的中樞。

4)裁決組。在演訓籌劃階段依據演訓規則,制訂演訓裁決細則;在演訓實施階段,根據演訓任務文書方案、部署和行動,對照裁決細則,判定行動結果,為后續決策和演訓推進奠定基礎;在演訓總結階段,以采集記錄的演訓信息為支撐,裁定演訓任務成效,評定參訓要素的綜合表現,為演訓總結提供支持。

5)技術保障組。主要為導調控制提供技術支持,包括信息處理、指揮顯示等,完成演訓初始態勢導入、實時數據匯集分發與處理、演訓態勢綜合與顯示、導調控制信息顯示、導調控制軟件平臺維護、語音圖像等通信支持等。

3.3 支撐技術分析

高技術密集是太空任務的顯著特征之一。太空演訓導調控制需要充分借鑒常規其他任務演訓的經驗,針對太空任務的特點規律,綜合運用信息化手段,引導和調整演訓進程,為太空任務能力提升提供支撐。太空演訓導調控制以太空任務分析、信息處理、計算支持等技術為基礎,在導調控制能力生成中,主要需要調理導調、指揮控制、基礎支持3大類支撐技術,如圖5所示。

圖5 演訓導調控制支撐技術集

1)調理導調類。主要包括演訓籌劃、導調科目設置、隨機情況設置、導調決策等方面的支持技術。

2)指揮控制類。主要包括演訓指令上傳下達、參訓力量行為誘導和控制、演訓進程控制管理方面的支持技術。

3)基礎支持類。主要包括演訓總體條件保障、計算及決策支持、數據管理分析等方面的支持技術。

通過從其他演訓經驗借鑒和長期航天任務和訓練實踐積累,諸多技術領域已經取得了一些突破,為太空演訓導調控制奠定了扎實的技術基礎。隨著太空力量建設進步和新興技術發展,如自主可控、大數據管理與分析、智能技術等,為導調控制提供了信息解決方案,帶來新的發展機遇。

1)自主可控技術。其發展事關國家安全,在太空領域中尤為迫切。太空演訓導調控制能力需從硬件選型到軟件開發始終堅持自主可控發展道路,充分利用我國在芯片、操作系統、應用軟件等方面的發展成果,為演訓全流程信息安全提供基礎支持。

2)大數據管理與分析技術。太空演訓導調控制匯集了人員和裝備狀態、決策行動信息等多源、異構、海量的情報,特別是隨著各類傳感器的廣泛應用,演訓信息總量呈指數增加趨勢,完成海量數據處理,亟需引入新的技術和手段。大數據管理與分析技術的蓬勃發展,特別是數據管理、分析、融合等技術為演訓導調控制提供了新的解決方案。

3)智能技術。太空演訓導調控制采取計劃導調和隨機導調相結合的方式,隨機科目比重不斷增加,促進參訓對象應急處置能力的同時,給演訓導調控制工作帶來嚴峻挑戰,信息快速準確處理,智能化輔助決策需求日益突出。將人工智能領域的技術發展成果引入演訓導調控制,利用機器學習等方法,訓練演化基于人工智能的輔助決策系統,實現情報到行動的快速科學決策,是提升演訓導調控制能力的有效手段。

此外,太空演訓導調控制需要具備支持太空任務全過程的信息處理、規劃計算、評估分析等能力,相關支持技術均需要加大投入,大力攻關。

4 結束語

構建太空演訓導調控制體系是提升演訓實戰化水平的重要基礎,有利于深化太空任務的理論探索,促進太空任務訓練發展。由于太空任務形式多樣,任務環境異常復雜等固有特點的影響,演訓導調控制面臨諸多挑戰。太空演訓導調控制體系構建是一項復雜的系統工程,還有待于以演訓實踐為契機,通過理論研究和實踐驗證的循環促進,螺旋式增進認識,促進太空演訓導調控制體系不斷優化和完善。