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新时期武器装备试验鉴定特点
来源:新闻中心
发布时间:2021年03月04日 编辑:中国电子科学研究院专家张鹏,曹晨

  摘 要:当前世界范围内军事转型正在深入开展,武器装备试验鉴定也相应地在理念、方法与组织等方面呈现出新的特点。文中总结了美军武器装备试验鉴定领域近年来在机构完善、理念变革和方法创新等方面的最新发展动态,分析了新时期我军武器装备试验鉴定应该具备的“实战化、一体化、多样化和全周期”等四个方面的特点,提出了进一步加强试验统筹、推进试验鉴定技术创新和做好基于联合作战的实战化考核等建议。

  关键词: 军事转型; 试验鉴定; 作战试验; 建模仿真; 网络信息体系

  引言

  世界范围内新军事变革持续迅猛发展,武器装备信息化、无人化和智能化趋势日渐突出,基于网络信息体系的联合作战和全域作战将成为未来战争的基本形态,我军武器装备建设进入百年未有的新时期。且在当前形势下,武器装备试验鉴定作为武器装备研制的重要阶段[1-2],必将在理念、方法与组织等方面呈现出新的特点,做好新时期武器装备试验鉴定工作空前重要。

  1 美军近年来武器装备试验鉴定发展情况

  1.1 不断调整组织机构,推动完善监管模式[3-4]美军较早就意识到,作战试验鉴定必须设置独立的作战试验鉴定部门,以保证作战试验鉴定客观、公正和不受其他部门利益影响,因此在20世纪80年代,美国会通过立法,要求国防部成立独立于研制部门和作战部门且直接向国防部长报告工作的作战试验鉴定局,局长由总统任命。此后,陆、海、空三军分别成立了独立的作战试验鉴定机构。 

  21世纪前后,国防部和各军兵种围绕进一步加强试验鉴定地位和处理好研制试验与作战试验的关系,进一步探索并完善组织机构。在各军兵种试验鉴定机构设置方面,陆军试验鉴定司令部既负责研制试验鉴定又负责作战试验鉴定,研制试验也独立于装备研制和使用方,既有助于研制试验和作战试验的一体化计划与实施,也保障了研制试验鉴定具有一定独立性,从而保证试验鉴定整体工作的客观与公正,但其试验鉴定机构层级较低,需要通过参谋部主任向副参谋长汇报,副参谋长再向参谋长汇报,由于需要层层上报才能到军种参谋长,不利于加强军种领导对试验鉴定工作的直接监管;空、海军研制试验鉴定则与陆军不同,都分散在装备研制部门内,但其作战试验鉴定部门级别相对较高,均由直属军种参谋长(或相当于参谋长的领导人员)领导。在国防部方面,2018年将采办、技术与后勤副部长职位拆分为研究与工程副部长和采办与保障副部长,并将研制试验鉴定职责从采办与保障副部长转移至研究与工程副部长,研制试验在承担检验技术状态性能指标的主责基础上,也将更多承担推动技术向作战能力转换的作用,以期保证装备缺陷不带入小批量生产阶段和作战试验阶段,加快作战能力生成。

  美军国防部及三军试验鉴定组织机构设置的一脉相承而又各有特点,反映了美军对试验鉴定的深刻认识和方法探索。1.2 不断改进试验手段,及时适应军事转型

  美军是世界军事转型的引领者,长期注重针对武器装备形态演变而加强试验鉴定技术研究与环境建设,抢占未来战争先机。

  •   针对网络武器、高超声速武器和第五代战斗机等新型装备,提出开展快速反应试验、联合试验和特殊试验等三类试验概念,改进网络试验能力和电子战试验靶场基础设施,并开发专用低成本、可重用和高性能的真实试验平台[5]。

  •   针对2017年提出的马赛克战等新型作战样式,美军认为,由于此前的试验鉴定主要针对单装开展,由于马赛克战装备功能分布、数量众多,体系特征更为突出,需要加强试验鉴定方法研究,并将此视为推进马赛克战的四类颠覆性技术体系之一[6]。

  •   同时针对自主系统,明确提出应该采用新的试验鉴定模式[7],例如建立新的软件测试模式、建设真实和综合性试验环境、开发用于评估自主系统功能的数据库并加强鉴定全过程的实际数据维护等。  

  在不断完善实装鉴定环境的同时,美军大力推广建模与仿真在试验鉴定中的应用[8],将建模仿真成为装备全寿命周期各个阶段都唯一的一类主要试验鉴定资源和手段(图1)。通过基于物理原理和先验数据驱动的仿真建模结果与实际的试验鉴定结果进行对比(图2),一方面校核和修正仿真模型并优化试验安排,另一方面,如果仿真正确,则形成作战评估报告,指出装备缺陷和提出改进建议。此外,美军在国防部层面和军兵种层面多年来一直不断建设建模仿真资源库,并且注重装备试验鉴定中使用统一的装备仿真模型,避免重复开发和不一致使用。

  

  图1 建模仿真在美军试验鉴定中的使用比例

  

  图2 美军在试验鉴定中使用建模仿真的基本流程

1.3 不断前移试验关卡,有效控制研制风险

  2012年,美国防部研制试验鉴定办公室提出“左移”计划,通过在装备研制早期引入作战任务环境、进行互操作性试验和网络安全试验,从而在装备研制阶段尽早发现并解决采办项目存在的问题,保证研制问题不会成为装备投产后的问题,更不会成为战场上的问题,而这正是装备研制过程的最大风险。

  2014年,研制试验鉴定办公室又提出“左移”扩展计划,旨在促使研制试验鉴定进一步介入装备需求生成阶段和备选方案分析,帮助在采办早期发现并解决需求不现实、技术不成熟等问题。2015年至今,通过在装备生产之前开展更为严格的研制试验鉴定,进一步掌握装备的性能、可靠性、互操作性和网络安全特性。

  2019年,美军发布公告提出发展“马赛克实验”能力,提出对“马赛克战”进行实验、试验和鉴定,标志着美军继续前移试验关卡,将试验鉴定能力发展同步于作战概念开发。虽然马赛克战概念提出时间不久,且马赛克实验仍然处在概念发展阶段,但这种前移反映了美军超前的试验鉴定发展理念,构成其装备长期保持世界先进水平的重要支撑。

1.4 不断强化科学试验,充分保证鉴定质量

  早在1998年,美国国家研究委员会统计学分会就应美国国防部邀请,成立了面向国防系统试验鉴定的统计学小组,并提交了《统计、试验和国防采办:新方法和方法论改进》研究报告。2013年,美国国防部发布《试验科学路线图》报告,以期进一步提升试验设计的科学性、试验资源的有效性和评估的准确性,并在多项试验鉴定相关指南中明确必须通过科学的试验设计,严格地规划和执行作战试验。

为了在有限的试验资源、试验次数和环境下,获得科学的、最优的试验结果,美军使用基于统计学的“试验设计”方法制定试验鉴定计划、详细设计实验活动,实现以有限的试验信息和试验结果分析出尽可能接近真实情况的装备性能。美军在《试验鉴定主计划指南》中提出,“针对从不同资源中获取的信息作为预先试验分析来预测装备战术技术指标,能够有力支持试验鉴定活动,而贝叶斯试验鉴定理论正是这样的一种可靠理论。”(图3)

  

   图3 贝叶斯分析技术在美军试验鉴定中的应用

  虽然美军高度重视建模仿真技术的使用,但美军强调,对于仿真数据和真实数据,不能仅靠视觉上的对比就确定两者足够接近,而应引入严谨的统计学和分析原理,将“试验设计方法”作为确定模型验证所需试验数据及其真实程度的一种方式,对子系统、全系统和环境的每个要素的建模与仿真进行充分的验证与统计分析。2017年,为推动科学试验与分析技术在试验鉴定中的应用,成立“卓越”中心,为美军37个试验项目提供了科学和统计学专业知识,同时,研制试验鉴定办公室联合“试验鉴定建模仿真工作小组”对国防采办大学有关试验鉴定建模仿真的继续教育内容进行更新。1.5 不断加强职业认证,着力提升专业水平美军高度重视试验鉴定相关人才队伍建设[5],长期以来坚持开展试验鉴定资格认证和教育培训,将分布在试验鉴定职能机构、作战试验机构和重点靶场的相关岗位均纳入采办队伍体系并开展培训,如在国防采办大学开办了面向试验鉴定的概率论与数理统计课程,在空军科技学院开办了3种不同的试验科学课程,在佐治亚理工学院和艾格林空军基地开办了多种试验设计方法与运用课程。

  2013年,国防部研制试验办公室制定了试验鉴定人员三级认证标准,要求在两年内通过认证的职业人员达到总人数的90%。2014年,国防部对三个等级的认证要求进行修订,要求2015财年达到认证的比例应为95%,并与国防采办大学的试验鉴定业务知识主任和课程主管一起,对试验鉴定课程进行了年度评估,对《试验鉴定基础》、《中级试验鉴定》和《高级试验鉴定》三门课程的内容进行了更新。

  此外,美军大力推进试验鉴定关键领导岗位的资格认证与评审。美军对国防重大采办项目和重要自动化信息系统设立首席研制试验官制,并要求获得试验鉴定职业领域认证。2015财年,美军要求建立更高的关键领导岗位标准和资格要求,并先后于2014年12月和2015年12月,两次开展了资格评审会,累计从70名获选人中挑选出43名担任试验鉴定关键领导岗位。

  2 我军新时期武器装备试验鉴定特点分析

我军高度重视武器装备试验鉴定在研制过程中的“指挥棒”作用。近年来,为避免装备实战化考核不足导致交付部队后可能出现的“高分低能”以及部队对装备的使用感受与试验鉴定结果不一致等问题,并适应未来网络信息体系条件下联合作战和全域作战能力生成需要,结合作战指挥体制与机构变革,采用新型试验鉴定理念,构建新型试验鉴定组织,推行新型试验鉴定要求,使得新时期武器装备试验鉴定正在形成“三化一全”的重要特点。(1)实战化实战化试验鉴定的根本出发点是“能打仗、打胜仗”的战斗力标准,这是装备试验鉴定的最高标准,也是唯一标准。其内涵有四点。  

  1)体系环境。未来单件装备一定是在体系中与其他装备联动与协同作战的,因此,装备试验鉴定必须要充分覆盖网络信息体系支持下联合作战与全域作战中可能的装备组合。通常,我们通过单一剖面设计可以让装备性能检验做分解动作,检验出装备的单一指标,打好“一招一式”的基本功,但实战化检验一定是完成装备性能的组合动作,这种组合动作的含义,既包括单装条件下完成自身的多功能检验,比如相控阵雷达完成对配试目标的多模式探测与跟踪;更包括与其他装备的协同与联动,比如特种飞机完成战斗机引导或与地面指挥所的指挥协同,甚至是完成火力系统的交战管理。

  2)复杂环境。包括复杂电磁环境、地理环境和气象环境,特别是复杂电磁环境,在未来作战中一定是一种常态,仅将装备的抗复杂电磁环境能力以一种工作模式设计,从而也仅以一种工作模式去考核,不符合装备设计与考核的实战化要求。

  3)性能底数。装备实际使用条件通常会超出设计与考核所针对的典型环境、典型剖面与典型目标,装备试验鉴定需要在摸清基本性能的基础上,掌握装备的最大、最小能力与潜力,即性能、边界甚至是超限使用,美军在海军协同防空与火控(nifc-ca)系统中设置标准-6防空导弹打击舰船目标就是超限使用的例子。

  4)人在环路。现代武器装备的自动化水平越来越高,在装备性能试验中,由于主要完成分解动作和单一指标考核,通常会以设备的自动处理为主。但实战中,人是装备使用最具有能动性的因素,人在各种条件下可能怎么使用装备,能达到的水平如何,应该通过实际使用和考核研究清楚。即使是目前人工智能技术已经逐步应用于装备研制,也只有把“人工”的问题研究充分,“智能”的问题才可能较好解决。(2)一体化现代武器装备试验鉴定可以从多个维度考察。

  •   从时间维度,通常安排研制(性能)试验和作战试验两大类,研制试验先于作战试验。

  •   从空间维度,对于某些空基装备,涉及飞行试验和地面试验,其中地面试验通常开展通用质量特性试验,包括可靠性、环境适应性、电磁兼容和软件测试等内容,此外对于某些难以通过飞行试验验证的能力,也可以在地面条件下开展验证。无论是飞行试验还是地面试验,一般在时间维度上也有先后关系,但部分加严试验项目(如通用质量特性中的耐久振动试验)以及不具备空中验证条件的试验,也可以空地同步开展。 

  武器装备试验的一体化特点,要求前后拉通、空地统筹。其中,前后拉通首先是尽早暴露问题的需要,涉及不同阶段试验的统筹安排问题,本质上是要及早化解需求符合性风险。研制试验主要解决功能性能的逐条验证,作战试验主要解决功能性能的综合验证。如果综合验证开展过晚,针对暴露问题再开展装备技术状态更改,一是改动可能较大,二是周期可能较长,再加上无论是研制试验还是作战试验,都仍然是以装备实物为主开展,而未来装备复杂度可能进一步提升,如果完全串行验证和过度依赖实物验证,装备实物与用户需求不一致的风险将更加严重。随着基于模型的系统工程(mbse)和数字孪生技术的发展,装备验证将更加前移和虚拟化,这也是美军不断推行左移计划并提出在作战概念开发阶段就开展试验鉴定理念的根本原因。

  前后拉通也是提高试验效率的需要。性能验证和性能鉴定等研制试验所要求的某些剖面、环境与配试目标等,均可能在该阶段难以满足或代价巨大,将作战试验提前至研制阶段开展,可以为性能验证和性能鉴定提供必要数据;类似地,性能试验和性能鉴定也可能拉通,在性能试验阶段应该掌握但没有掌握的某些数据,也可以利用性能鉴定数据补足,从而减少重复试验并提高资源利用效率。

  为进一步提高试验效率和试验的科学化水平,对于某些空基装备,特别要求做好空地试验项目统筹。长期以来,通过完成包括可靠性和环境等在内的多项地面专项试验,有效暴露了装备问题,并成为开展飞行试验的前提和基础,但也存在两类不足。一是地面专项试验总体偏向于从难从严,容易造成过设计而降低产品效费比;二是即使在地面试验从难从严的情况下,装备交付部队后暴露问题仍然较多,很多问题都未在地面试验中暴露出来,严重影响了用户体验。

  究其原因,一是在于地面试验未能充分结合空中实际使用环境与剖面而开展筹划,二是空中与地面试验的内容安排在强调一致性的同时缺乏有效区分,三是缺乏对地面试验筹划有效性的考核机制,从而未能形成对地面试验筹划的正确导向,以为一味从难从严就可以了。(3)多样化装备试验鉴定方法有计算、仿真、地面半实物/实物验证、全实物地面验证以及飞行验证(对于空基装备)等多种方式,而强化建模与仿真在装备实物试验鉴定中的应用,则是装备试验鉴定多样化的最主要特征。

  装备试验鉴定方法应该实现多样化的原因有三。

  •   首先,对所有威胁场景、装备编配策略与战场环境的可能组合,进行全数遍历试验是极其昂贵和不现实的,特别是在联合作战与全域作战条件下,这些组合会越来越多、越来越复杂,相当多的场景、策略与环境只有通过仿真才能实现;

  •   其次,在强化装备实战化考核的大背景下,即使是对某些重点能力在特定的场景、策略与环境下考核,受限于空域、可参与的兵力资源以及时间等原因,实战化考核剖面仍然会与真实作战环境有偏差,完全通过真实配试兵力完成考核,仍然是不现实的;

  •   第三,随着技术的进步,建模与仿真水平逐年提升,原来无法实现仿真的,或者仿真程度不足的,如今已经具备实现可能。以空基预警探测装备为例,“仿真百遍不如实飞一遍”的观点长期存在,一个重要原因是杂波对探测性能的影响难以有效仿真。 

  在新时期武器装备试验鉴定实践中,如果加大对仿真试验技术攻关的经费投入力度及使用比重,就有可能使得相关部门产生足够的积极性去突破当前仿真存在的各类技术瓶颈。美空军在f-22战斗机的初始作战试验鉴定中,通过建模仿真和试验大纲优化,将原定700多试飞架次缩减到200多架次,多样化试验鉴定带来的效益得以彰显。

  此外,进一步重视在地面条件下依托专用测试设备与环境开展实装的相关试验验证,也是空基装备多样化试验鉴定的重要体现。(4)全周期长期以来,武器装备考核时间段仅集中在设计定型之前,装备交付部队后便不再计入考核周期。新时期武器装备试验鉴定要求新增“在役考核”,将强化武器装备试验鉴定的全寿命周期特性,标志着武器装备试验鉴定理念的重要改变。

  将在役考核纳入试验鉴定,装备没有退役,考核就没有结束,首先,有助于完成对装备的全面检验。无论是性能试验、作战试验还是在役考核,其考核目标、考核环境、时间约束和考核重点等要素均有所不同,特别是由于部队使用的长期性、剖面的综合性以及操作人员对装备的认识深化与个体差异,部分问题难以在前期试验中暴露。

  其次,有助于深化对装备研制规律的认识。基于长时间积累的数据,针对前期试验没有暴露、只有在在役考核阶段才能暴露的各类问题,开展设备故障与失效机理的深入分析,进一步发现设计缺陷,不断提高装备研制水平。

  第三,有助于真正形成并加速需求-设计/改进-验证的全程闭环。部队使用是发现装备能力与问题的重要环节,但如果不将部队使用纳入在役考核,一是可能导致问题闭环速度相比研制试验和作战试验明显减缓,二是导致部分问题(如联合作战条件下跨军兵种使用问题),难以反馈至装备研制主管部门形成改进输入,从而使一次暴露的问题长期得不到解决。通过在役考核,在同一试验鉴定机构的组织下,意味着不同试验鉴定阶段暴露的问题,都能被统一掌握、同等对待和及时响应,从而真正形成并加速需求-设计/改进-验证的全程闭环。

  结 语

我军新时期武器装备试验鉴定呈现出的“实战化、一体化、多样化和全周期”特点。建议在后续武器装备试验鉴定实践中,针对现有各类试验由不同单位分头实施的现状,探索设置试验鉴定总体单位或强化总师系统在试验鉴定中的统筹作用,综合考虑地面试验和飞行试验、专项试验和主要功能性能试验以及实物试验和仿真试验等各类试验,并持续推动试验鉴定的技术探索与方法创新,以支撑装备承制军兵种试验鉴定主管机构,更好地落实新时期武器装备试验鉴定的各项要求。同时,强化装备跨军兵种联合使用的频率与强度,充分暴露问题并畅通问题解决机制,为实战条件下的联合作战与全域作战打下坚实基础。

  【参考文献】

  [1]李阿楠、廖学军. 我军开展武器装备作战试验鉴定的思考[j]. 装备学院学报,2016,27(1):107-110.

  [2]王凯,赵定海,闫耀东,等. 武器装备作战试验[m]. 北京:国防工业出版社,2012.

  [3]杨俊岭、张灏龙.2018年美军试验鉴定动向分析[eb/ol].(2019-02-02)[2020-11-05]. http://www.yidianzixun.com/article/0leoiyrq.

  [4]石实, 曹裕华. 美军武器装备体系试验鉴定发展现状及启示[j]. 军事运筹与系统工程, 2015, 000(003):46-51.

  [5]李加祥. 美军电子战试验与鉴定及其启示[d]. 长沙:国防科学技术大学, 2004.

  [6] 李玉龙, 张强. 美军战略导弹武器系统试验与鉴定的启示[j]. 兵器装备工程学报, 2019(1):23-26.

  [7] 张宝珍, 尤晨宇. 美国防部提升绩效的两项重要改革—试验鉴定和后装保障改革[c]// 第十六届中国航空测控技术年会论文集. 北京:中国航空学会,2019:8-15..

  [8]汉斯-彼得 霍夫曼.基于模型的系统工程最佳实践[m]. 北京: 航空工业出版社,2017.

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