虚拟现实平台帮助飞行员练习着陆

当飞机在最后的进近段速度过快，难以着陆时，飞行员往往会上仰飞机，以此实现减速降落，这是一种自然的本能反应，但却是十分危险的动作。这也是导致事故的主要原因之一，小型飞机尤其如此。在缓慢的进近-着陆速度下增大飞机的进近角度，很容易造成飞机失速并坠毁。但如果是同样的情况发生在1.52 km的高空，情况又会如何呢？

美国国家航空航天局（NASA）阿姆斯特朗飞行研究中心参与合作开发了一种名为Fused Reality（融合现实）的新型头戴式虚拟现实工具，其可以帮助军队、航空公司的飞行员甚至是业余航空爱好者练习应对在实际飞行中各种潜在危险，而无需真正地面对这些危险。

一直以来，飞行员都会利用虚拟现实技术在地面上进行飞行训练，但固定位置的地面模拟装置具有一些局限性。首先，“没有什么值得恐惧的，因为你又不是真实地在驾驶飞机。即便失败了，你也可以按重置按钮，再来一次就行了。”阿姆斯特朗飞行研究中心的一位航空工程师布鲁斯·科根（Bruce Cogan）这样说道。但是，模拟装置只能实现程序设定好的动作。“要重现飞机的真实情况，非常具有挑战性。比如，在飞行员的着陆训练中，如果模拟的动态效果不是很好，那训练也起不了多大的作用，甚至可能反而有害。”这种新的模拟装置可以模拟所有的飞机，并在驾驶舱外的真实世界之上再加上一层虚拟现实场景。

“你可以真切感受到你正在驾驶的飞机的动态。”科根说。也就是说，像侧风这样的外部因素，以及像飞机如何应对各种情况等内在因素都是真实的。利用软件生成的虚拟跑道，“你可以在1.52 km的高空练习着陆，这样一来，即便失败了，也不至于损坏飞机。你还可以再来一次。”“你可以实实在在地看到飞机即

将失速并翻滚，看起来就好像马上要撞上跑道了”，Systems Technology Inc.（STI）公司的CEO大卫·兰顿（David Landon）补充说道。Fused Reality正是由STI公司开发的。“而你要让驾驶员学到的就是，你一定不能出现这种情况。你需要做的就是调整机翼，使之保持水平，增加空速并复飞，从而再次尝试进近。”

科根解释说，NASA最初对Fused Reality的兴趣不在于训练，而在于评估飞机的飞行状况。“作为飞行控制和新飞机设计的一部分，我们让飞行员来评估飞机的响应能力：当飞行员输入一个控制指令时，飞机是否会做出正确的响应？响应是否过慢？或者是否过快？”测试这些动作需要实际飞行，而实际飞行往往成本高昂。例如，空中加油不仅需要有第二架飞机的参与（这就意味着成本也会上升），而且还有碰撞的风险，即使飞行员具有丰富经验也是如此。然而，借助虚拟现实平台，可以模拟出第二架飞机。

加利福尼亚州霍桑市的STI公司与空军和海军签订了小型企业创新研究计划（SBIR）合同，开始着手研究Fused Reality，但在早期阶段，Fused Reality是用于停在地面上的静止的运输器。“他们希望机组成员可以佩戴一种特殊的装置，他可以通过该装置掌握机舱内部的各种真实情况。例如，当他抬头看向直升机舱外时，他也能够看到自己的双手和他正在扳动的枪支；这时，他看到的其实是一个虚拟世界。”兰顿解释说。阿姆斯特朗飞行研究中心的科根团队想要将模拟装置带入空中。因此，STI公司又于2008年获得了NASA追加的第一阶段和第二阶段的SBIR合同，以开发一种可作为飞行模拟装置的平台。

兰顿解释道，最大的挑战在于，要决定在未添加虚拟场景的正常情况下看起来该是什么样，以及在添加虚拟场景之后又该是什么样。在一般情况下，他们会使用颜色背景，就像电视上看到的天气预报气象图，在实际拍摄现场是一块绿幕。但NASA希望飞行员能够看到挡风玻璃外部的真实场景，因此他们不得不开发一种可消除亮度和红外光的新系统。

3年后，阿姆斯特朗飞行研究中心和STI公司通过中心创新基金再次合作，开展了更多的开发和试飞工作。此次合作取得了很多进展，其中，STI公司的主要工作是使该系统能够兼容任何类型的飞机，包括那些机上没有全自动计算机、无法将飞行数据输入虚拟现实模拟装置的飞机。STI公司调整了他们的系统，使之可以兼容价格较为低廉的市售成品仪表测量装置，“该系统基本上就是一个黑匣子，价格大约5000美元，就放在旁边的座位上。其采集外部GPS信号和内部加速计数据，并将之输入到笔记本电脑中”，这可以让Fused Reality系统了解飞机当前的飞行状况、位置、速度及翻滚和俯仰情况。

兰顿说，Fused Reality平台的奇妙之处在于“未来，每架飞机都可以成为自己的模拟装置”。飞行员和飞机开发人员利用一个可以在不同飞机之间，甚至与直升飞机之间迁移的系统，就可以在现实环境下测试和练习各种动作。他指出，该系统可用于飞行员训练一些高难度、且有可能存在危险性的动作，还可模拟一些通常因风险太大而无法尝试的极端条件，来测试飞机和训练飞行员。“比如，我想练习在风力状况非常接近可实际着陆的极限状况下侧风着陆”，兰顿说，“如果我使用虚拟跑道来练习，我可以做进近下降，完成一次虚拟触地”。而由于飞机仍然离地面很高，所以潜在危险实际上非常小。Fused Reality还减少了训练期间对额外设备和人员的需求，无论是空中加油所需的加油飞机，还是直升机救援所需的水上人员。

为了进一步降低成本，STI公司设计的系统几乎完全可以使用可互换的市售成品组件，无论是虚拟现实耳机，还是标准笔记本电脑。“我们的秘诀在于软件，在于我们所开发的算法。对硬件的要求其实不高。”随着头戴式显示器价格的下降，该系统的价格也将比之前更为低廉，他补充道。

该系统现已投入市场。同时，一些飞机制造商也表示有意在其飞机出售之前使用Fused Reality来评估飞机，并辅助开发诸如平视显示等功能，这样，在每一次设计调整之后，无需重建显示器就可以进行测试，这无疑节约了成本。STI公司也一直在与这些飞机制造商进行洽谈。一些飞行员培训学院也对此表示了兴趣。STI公司与约翰逊航天中心签订了一项新合同，旨在调查在国际空间站上如何使用该系统，包括让宇航员使用该系统，练习空间站机械臂的一些复杂动作等。

展望未来，科根说，NASA希望将这种新技术应用于耗时更长的航程，例如登陆火星，届时，Fused Reality模拟装置可以发挥更多的作用，如提供受损硬件的图像以支持其相关修复工作，甚至还可以为外科手术或其他医疗程序提供视觉辅助。