新一代多维环境动态模拟设施建设构想

2018 年 12 月，美军正式发布新作战概念《美陆 军多域作战 2028》 ，其目的旨在打破军种、领域之 间的界限，拓展不同领域联合作战能力，以实现同步 跨域火力控制和全域机动，夺取战争优势。在此作 战概念下，战场环境将打破原有界限，由高、寒、热等 单一环境向物理、信息和认知空间集成的多维环境 拓展。由此而产生的战场环境因素将愈发复杂和多 样，各种复杂因素对军人健康和作业能力、对人机交 互的影响更为突出。如何从立足打赢信息化战争出 发，研究复杂环境因素对作战人员健康、对武器系统 环境可适性，对极端环境下人装作战效能的影响，已 成为提升我军多域作战能力的关键环节。为科学研 究多种环境因素对人机作战效能的影响，亟待建设 一个能够对不同环境类型、不同人机状态实现最大 化模拟、全过程监测的环境模拟设施，对于提升我军 多域作战能力将具有非常重要的意义。

1 美军多域战概念特点及对军事环境医学发展的新要求

多域战概念的雏形起源于 2014 年美陆军训练 与条令司令部司令帕金斯提出的美陆军跨域作战的 理念，2016 年 10 月美陆军正式提出“多域战”概念， 并得到其他兵种的高度相应 。“多域战”概念是 美军在联合作战概念基础上的再一次创新，确保了 陆、海、空、天、电、网等不同兵种部队能够在不同作 战环境下，实现最大限度的紧密配合，其特点主要包括以下三点。
( 1) 拓展了未来战场的作战环境。美 军多域战概念强调多兵种、多维度、信息化联合作 战，其作战环境不仅包括了传统意义上的陆地、海洋 和空中，还根据作战手段和要素拓展到了太空、深 海、网电、信息，甚至是认知空间 。美军认为未来 战争将会发生在上述所有领域中，要保持绝对优势， 就必须要求不同兵种通过“多域战”的概念实现高 度融合、联合作战，就必须最大限度地适应和利用不 同作战环境，从而确保始终掌握战争主动。
( 2) 改 变了未来战争的作战模式。美军多域战概念要求作 战单元必须具备小型、灵活、高效的特点，同时，还必 须能够快速适应不同作战环境。这就需要改变现有 的军队编制体制，建立小型化、多兵种的合成化部 队，实现快速、多线部署和独立、多域作战 。
( 3) 实现了不同作战要素的高度融合。美军多域战概念 要求不同类型兵种、不同作战单元在不同战场环境 之间必须实现快速转换、战术同步，在这种情况 下军人和武器装备势必会面临各种环境因素的复合 作用以及剧烈变化的影响，这就要求必须要实现人 －机－环三大作战要素的高度融合。通过三大作战 要素的高度融合，不同兵种能够快速适应各种作战 环境，能够实现作战兵力的正确部署，确保作战决策 和意图更加灵活，最大限度地提高作战效能。基于 对美军多域战概念特点的分析，为适应这种新的作 战理念，我们认为军事环境医学首先要从理念上改 变现有的在静态环境下开展单一因素影响的研究模 式，着重分析复杂环境因素动态变化对军人健康、人 装作战效能产生的影响。其次，要从研究对象上改 变对人和武器装备进行分别研究和评价的模式，把 人－机－环作为一个系统来看待，从高度融合的角度上开展整体研究。最后，要从研究手段上改变现有 环境模拟设施模拟参数少、模拟环境种类少、模拟手 段单一的缺点，建设一个能够对多种环境特征实现 最大化、动态模拟的新一代环境模拟研究设施。

2 环境模拟设施发展历程及存在不足

环境模拟设施在人、武器装备环境适应性研究 中具有重要地位，是科学、系统研究不同环境因素对 人机系统功效影响机制的重要手段。我们认为伴随 着环境模拟技术的发展，环境模拟设施的发展也经 历了两个阶段。第一阶段，从二十世纪 50 至 80 年 代，为研究低氧、寒冷等环境因素对人员健康的影 响，国内外开始建设一些小型环境模拟舱，如美军的 高海拔模拟舱、军事医学研究院的高原环境模拟舱 等 ，这些环境模拟设施的缺点是舱体小、参数 少、变化范围小、不具备连续动态模拟能力。第二阶 段，从 20 世纪 80 年代至 21 世纪初，为准确模拟环 境特征，开展建设能够模拟温度、压力、风速、辐射、 光照、噪声、有害气体等多因素模拟设施，如美陆军 环境医学研究所的 Doriot 气候模拟设施，可在一个 设施里实现对温湿度、降雨、风速、太阳辐射等不同 因素的模拟。军事医学研究院“多因素复合环境模 拟设施”可实现对压力、温度、有害气体、风速、太阳 辐射的模拟。这些设施在舱体容量、模拟参数数量 和范围、连续工作时间等都有改进 。但是，上述 在生物医学领域已经建成的环境模拟设施无论在舱 体容量、参数数量、模拟手段等方面还存在无法实现 准确、动态模拟，研究对象还比较单一等缺点。一是 模拟参数少，不能全面正确反映未来复杂环境的特 点。现有设施模拟的环境因素多为 2 ～ 3 个参数模 拟，无法对 3 种以上环境因素实现同时模拟，设施模 拟环境与实际情况存在较大的差别。二是模拟环境 种类少，不能满足模拟未来各种复杂环境的要求。 现有设施只能模拟一种或两种客观存在的极端环 境，不能在同一个设施中模拟两种以上的极端环境 以及虚拟仿真环境，限制了研究的广度和维度，不能 满足多种复杂环境中人机环系统优化研究的需求， 限制了武器装备针对多种极端环境的环境适应性和 可靠性研究范围，制约了人类针对多种极端环境生 存能力和作业能力增强技术研究的适用广度和应用 深度。三是模拟技术手段少，不能仿真模拟真实的 极端环境，不能正确再现出人、人机在复杂环境中的 真实情况。现有设施的模拟技术多采用静态模拟， 模拟的环境因素只能维持稳态，不能动态变化，使一 些环境适应性动态研究无法开展。另外，现有设施模拟的因素只局限于环境因素，模拟环境的真实性 还局限在实验室条件下，不能模拟出真实的战场因 素环境，不能实现在极端自然环境下对实际作战任 务/作业环境的动态模拟。

3 新一代多维极端环境模拟设施的建设思考

基于以上分析，我们认为为满足未来复杂多变战 争环境对军人作战能力提出的新要求、新挑战，未来 环境模拟技术和设施的发展方向应是构建整机全过 程综合动态仿真环境模拟大型多功能设施 ，开展 武器装备的环境适应性和环境可靠性试验，军人环境 适应性和人机工效等方面的试验。该设施应具备以 下三个特征。一是能模拟复杂条件下重要国防战略 要地新环境。要具有可对不同环境特征实现最大化 模拟的多参数指标体系，既可以通过多参数的同时模 拟实现对一种环境特征的最大化模拟，同时也可以借 助参数之间的组合实现在一个设施里对多种环境的 模拟。二是能开展动态变化下军事环境医学新研究。 要通过参数之间的动态耦合，实现对某种环境变化过 程的全覆盖模拟，来准确解释环境因素动态变化对人 员健康和人装作战效能的影响。三是能拓展实战条 件下人机工效研究新领域。要通过仿真模拟与环境 因素精准控制实现人、机、环三大作战要素的高度融 合，在此状态下开展科学研究。该设施还需要面对多 因素复合、等效再现多种极端环境、动态任务模拟等 技术上和方法学上的难点和挑战，需要重点解决大空 间温湿度时空分布规律及均匀度控制、多环境参数耦 合机理及解耦控制、多参数动态综合环境的模拟与控 制、真实与虚拟场景最近化融合以及超大型真空容器 的设计与建造等关键技术难点。