有人机飞行员改无人机操控员的利弊及其对无人机操控人才培养的启示

孙校书，高 永，朱飞翔

（海军航空大学，山东烟台264001）

有人机飞行员改无人机操控员的利弊及其对无人机操控人才培养的启示

孙校书，高 永，朱飞翔

（海军航空大学，山东烟台264001）

针对国内无人机操控人才培养过程中，在选拔对象、飞行经历、培养模式等方面存在的诸多疑问，文章通过分析有人机飞行员与无人机操控员在操控方式、操控感觉、态势感知、信息获取与处理以及交流沟通等方面的异同，探讨了两者间的区别与联系，对有人机飞行员改任无人机操控员的做法进行了深入探讨。研究成果可为我国无人机操控员的培养提供借鉴。

无人机；操控方式；人才培养

无人机作为现代战争中的新生力量，正逐渐由附属支援作战力量向主要作战力量发展。然而，作战环境的不确定性、自主控制技术的复杂性，使得无人机作战效能的发挥对操控人员的依赖有增无减，人为因素导致的严重飞行事故在无人机事故中仍然占很大比例。因此，如何培养、建设一支可持续的高素质无人机操控人才队伍，已经成为各国无人机系统总体建设与发展面临的一项重要课题[1-3]。

随着我国国民经济的快速增长，对各种用途无人机的需求越来越多，国内许多科研院所、无人机研发企业已经陆续开展技术研究与装备制造，不少高等院校也已经设立飞行器设计、制造等专业，但在无人机操控人才的培养领域却关注较少，特别是在办学理念、人才队伍、教学保障条件、教学管理以及培养标准、培训内容与考核体系等方面缺少统一规范与指导，随意性大，系统性不强，总体水平不高，培训质量更是参差不齐。这种情况的主要原因还是我国在无人机操控人才培养过程中，在选拔对象、飞行经历、培养模式等方面存在诸多疑问。其中，在选拔对象上，有人主张由有人机飞行员改任无人机操纵员，有人建议直接招募无飞行经验的人直接培养成无人机操控员，有人强调态势感知和飞行经历对飞行器操控的重要性，有人则指出经验丰富的飞行员改无人机操控员会受到“负迁移效应”的影响。这些不同意见主要是由有人机飞行技术与无人机操控技术的不同造成的。国外航空大国在这一领域起步较早，美国空军自1995年接管“捕食者”无人机项目后，即同步开展了无人机操控员的选拔和培训工作，经过多年的研究和探索，从初期由飞行员改任无人机操控员，到现在的招募新人担任无人机操控员，其在培养思想、培养模式、培养内容方面都发生了一系列变化，逐步形成了完善的无人机操控人员训练思想体系，美军无人机操控人员培养模式的更新变化过程，可以为我军无人机操控人员培养提供借鉴[4-5]。

1 有人机飞行技术与无人机操控技术区别

1.1 控制方式不同

传统的有人机飞行操控方式是以“杆-舵”操控为核心，随着自动驾驶仪和电传操纵系统的出现，对传统操控方式的依赖程度逐渐减小。如美军的“全球鹰”无人机，其操控过程由一名操控员和一名传感器操控员来完成，无人机的起飞、航线飞行、着陆等飞行过程主要通过键盘控制，操控员不需使用驾驶杆、油门手柄来控制飞机，只需通过选择一个航路点设置飞机返航命令[6]。相比于“全球鹰”，自主化程度稍低的“MQ-9”无人机采用的也是“软件驱动”的控制模式，其控制功能也是通过点击不同的菜单、按钮，或者使用组合键来完成。这些菜单或按钮显示在不同的屏幕上，需要操控人员熟练记忆、灵活运用[7]（见图1），这种操控方式完全不同于传统的有人机驾驶方式，其对习惯“杆-舵”操控的飞行员来讲是一个很大的挑战。

虽然，“MQ-9”无人机的控制站中也装备了类似传统的控制杆、油门手柄、方向舵脚蹬等控制设备，当无人机在跑道上滑行、起飞、巡航、下滑和着陆时操控员可以进行控制。但这种控制与有人机完全不同：传统飞行员根据飞行需要给出一个“杆-舵”输入直接控制飞行器的舵面，通过舵面气动力的变化调整飞行姿态，飞行员则根据仪表信息及身体感官来判断飞机的飞行姿态，是一种“人在回路”的控制模式；而无人机操控员无法感受飞行运动状态的变化，也无法直接控制飞行器的舵面，只能是给出一个控制输入，经自动驾驶仪按照预先设置的控制规律解算出舵面响应，操控员需按“输入-观察-修正”的模式操控无人机，掌握飞控解算算法比学习传统飞行术更重要[8]。对武器的使用更是如此。F-16发射一枚导弹只需按一个按钮，而捕食者无人机完成一枚导弹发射则需要17道程序。

1.2 操控感觉不同

传统飞行员“人-机”一体的控制模式使得他们可以用身体感受精确地控制飞机。可以通过发动机的声音或收放起落架时发出的振动和判断系统工作情况；可以用肉眼观察飞机周围，判断空中态势；可以通过嗅觉感知电子起火后发出的怪味；可以用身体感受飞机的加速减速、上升下降……但对无人机操控员来讲，除没有纵深的平面视觉外，所有体感信息消失。此时，利用数字信息和二维画面想象三维空间的“情境意识”就成了无人机操控能力的核心。而飞行员则是人在座舱，通过座舱盖可以观察周围的一切，这种“二维”到“三维”的情境意识显然还没有视频游戏的玩家所受到的训练充分[9-11]。

操控感觉不同的另一个原因是数据传输的延迟造成的。从地面站向一个在1 000km开外、8km高空飞行的无人机传输控制指令，需要经过“数据上传—卫星或中继站转发—飞控解算—舵面输出—飞行器响应—数据回传—卫星或中继站转发—地面天线接收”的系列流程，再加上传输频率、传输带宽的限制，使得操控员所看到的信息通常是无人机几秒钟以前的姿态信息，这样的数据是不可以用来控制无人机的，操控员需要根据各个屏幕上显示的信息，结合个人对飞机性能的理解和操控经验来预测当前无人机的状态，以此为根据给出下一条控制指令。

1.3 态势感知的方式不同

飞行员习惯于三维全景视角，用间接视角地面引导的指令和通过座舱观测周围及地面目标确定所处的位置，根据周边目标的距离、大小、远近及其变化确定空中态势；而无人机操控员则是在没有纵深感觉、运动感觉、听觉、嗅觉的情况下，通过二维屏幕上所显示的具有明显延迟的平面信息，特别是视角只有30°，位于机身下部前置摄像头仁慈来的画面，辅助以地面部队提供的情报建立态势信息[7，12-13]。

这种通过一个二维的屏幕操控飞机的感觉与真实飞行大相径庭，导致飞行员不能适应环境、激情减退、丧失动力，见图2。

1.4 信息获取与处理方式不同

无人机操控员需要从地面站软件本身、外部互联网、分布在地面站不同屏幕上的数据获取有用的信息，因而需要经常的转动头部，利用按钮或组合键激活适当的页面，在“合适的地方找到合适的信息给出合适的反馈”，有时甚至需要转动身体向周围的人员求助来获取有用的信息。以“MQ-9”无人机为例，该机地面站共有四块屏幕，显示内容各不相同：一个前视摄像头的回传图像画面，一个标有移动飞机符号的航空地图，还有2个显示系统信息、注意和警告信息的提示屏。每一个屏幕通常只有一个页面是常亮的，还有60%的功能页面需要通过手工切换激活使用，多数情况下需要通过鼠标、键盘完成，组合键的使用是飞行技术所必需的。这些对习惯了平视显示器、“T-型”显示、“两杆一舵”的传统飞行员来讲是一项致命的挑战，见图3。

另外，飞行员使用的传统座舱仪表表盘上通常会标有绿色的弧形和红色的标志线，飞行员不用读出数值就可以判断飞行参数是否在正常范围内，见图4。而无人机所用的数字仪表需要飞行员根据飞行状态判断参数是否合适，见图5，也对飞行员的计算能力提出了更高的要求。

1.5 飞行期间沟通交流的内容、方式不同

飞行员需要在“杆-舵”操控的同时与地面指挥人员交流。而无人机操控人员在地面，除与指挥人员、空中管制人员交流外，有时需要与交接班的飞行员、地面情报人员、地面部队等通过语音、聊天软件进行交流，也会放下手中的控制设备与地面控制站里的其他人员聊天。狭小的控制站里，人员说话的声音、电话铃声此起彼伏，再加上人员走来走去等的影响，对飞行员注意力的集中提出更高的要求，见图6。

2 飞行员改任无人机操控员的弊端

美国使用飞行员改任无人机操控员的做法导致了国内大量的批评，其主要的弊端有：①无人机发展迅速，飞行员改任速度跟不上，操控员短缺严重影响作战使用；②战斗机、轰炸机部队减员严重，人员短缺问题突出；③由于存在负迁移效应，有人机改无人机、无人机改有人机之后都使得操控失误导致的灾难性事故增加，这是一个致命的问题；④有人机飞行员改无人机操控员所需费用远远比直接培养无人机操控员高得多[14-16]。

3 招募新人担任无人机操控手的优势

无飞行经验的人经培养后，是完全可胜任无人机操控任务的，美军的经验也证明了这一点。相反，经验丰富的飞行员却会受到“负迁移效应”的影响[17-18]。和具有飞行经验的飞行员相比，无飞行经验的人员在培养方面具有更多的优势。

1）节约成本。培养一名有人机飞行员本身成本高昂，采用交叉任职的方式培训无人机操控员费用依然不菲。资料表明：培养一名战斗机飞行员和一名运输机飞行员花费分别达260万美元、60万美元，而一名有人机飞行员要转行做无人机操控员，需要20万美元的训练费用，工作一段时间后，再从无人机操控员改回有人机飞行员，还需要50万美元的训练费用。一次交叉任职经历，多花费70万美元。而美国空军审计机构评估认为，培养一名专职无人机操控员，其花费大概只需要13.5万美元。

2）学员数量充足。无人机飞行员对身体素质的要求不如有人机飞行员那样苛刻，入门门槛更低，学员数量充足。

3）培养和使用效果更好。时刻紧盯着监视器的无人机操控工作，对熟悉了战斗机操作模式，习惯了充满刺激的驾驶舱的飞行员来讲，很不适应，缺少挑战性。而且，转到无人机部队后，其发展空间、个人收入、社会地位都会有很大的落差，因而受到许多飞行员的抵制。

4 结束语

无人机操控人才培养的过程涉及多个学科，专业覆盖范围大，技术要求高，是一个长期、复杂的系统工程。本文主要从有人机驾驶与无人机操控方式之间的不同，借鉴美军无人机操控人才培养思想的变迁，分析有人机驾驶员改任无人机操控员存在的弊端，以及选拔无飞行经历人员作为无人机操控员的可行性，旨在为我国无人机操控人才培养提供借鉴，避免多走弯路。

[1]BIGGER STAFF S，BLOWER D J，PORTMAN C A，et al.The development and initial validation of the unmanned aerial vehicle（UAV）external pilot selection system[R].ADA350547.Pensacola Florida：Naval Aerospace Medical Research Laboratory，1998.

[2]LT COL HOUSTON R，CANTWE L L.Operators of air force unmanned aircraft systems：breaking paradigms[R].ADA595987.Alabama：Air Force Research Institute（AFRI），2009.

[3]TOBIN，KEITH E.Piloting the USAF’s UAV Fleet Pilots，Non-Rated Officers，Enlisted，or Contractors[R].ADA391753.Alabama：School of Advanced Airpower Studies，1999.

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[14]BRIAN T SCHREIBER，DON R LYON，ELIZABETH L MARTIN.Impact of prior flight experience on learning predator UAV operator skills[R].Ohio：Air Force Research Laboratory，2002.

[15]R ANDY MCKINLEY，LINDSEY K MCINTIRE.Operator selection for unmanned aerial vehicle operators：a comparison of video game players and manned aircraft pilots[R].AFRL-RH-WP-TR-2010-0057.Ohio：Air Force Research Laboratory，2009.

[16]MARK E PESTANA.Flying unmanned aircraft：a pilot’s perspective[R].AIAA2011-0329.2011.

[17]WILLIAM R HOWSE.Knowledge，skills，abilities，and other characteristics for remotely piloted aircraft pilots and operators[R].AFCAPS-FR-2011-0006.Texas：Air Force Personnel Center Strategic Research and Assessment，2011.

[18]L CARR K，LAMBRECHT S，SHAW G，et al.Unmanned aerial vehicle operational test and evaluation lessons learned[R].ADA424895/XAB.Alexandria，VA：Institute for DefenseAnalyses，2004.

Advantages and Disadvantages of Pilot Changing UAV Operators and The Implications for UAV Operator Training

SUN Xiaoshu,GAO Yong,ZHU Feixiang
（Naval Aviation University,Yantai Shandong 264001,China）

In view of the questions about domestic UAV operators training process,such as objects selection,flight experience,training patterns and so on,in this paper,the similarities and differenced between the pilot and the UAV operator was analyzed in the operate mode,manipulation sense,situational awareness,information acquisition and processing,and communication.The difference and relationship of operation between the pilot and UAV operator was investigated，and the approach of pilot change UAV operator was discussed.The research results could provide reference for the personnel training of UAV operators.

UAV;operate mode;personnel training

V279

A

1673-1522（2017）05-0496-05

10.7682/j.issn.1673-1522.2017.05.016

2017-02-15；

2017-06-22

“泰山学者”建设工程专项基金资助项目

孙校书（1975-），男，副编审，大学。