新一代多維環(huán)境動(dòng)態(tài)模擬設(shè)施建設(shè)構(gòu)想

2018 年 12 月，美軍正式發(fā)布新作戰(zhàn)概念《美陸 軍多域作戰(zhàn) 2028》 ，其目的旨在打破軍種、領(lǐng)域之 間的界限，拓展不同領(lǐng)域聯(lián)合作戰(zhàn)能力，以實(shí)現(xiàn)同步 跨域火力控制和全域機(jī)動(dòng)，奪取戰(zhàn)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。在此作 戰(zhàn)概念下，戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境將打破原有界限，由高、寒、熱等 單一環(huán)境向物理、信息和認(rèn)知空間集成的多維環(huán)境 拓展。由此而產(chǎn)生的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境因素將愈發(fā)復(fù)雜和多 樣，各種復(fù)雜因素對(duì)軍人健康和作業(yè)能力、對(duì)人機(jī)交 互的影響更為突出。如何從立足打贏信息化戰(zhàn)爭(zhēng)出 發(fā)，研究復(fù)雜環(huán)境因素對(duì)作戰(zhàn)人員健康、對(duì)武器系統(tǒng) 環(huán)境可適性，對(duì)極端環(huán)境下人裝作戰(zhàn)效能的影響，已 成為提升我軍多域作戰(zhàn)能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為科學(xué)研 究多種環(huán)境因素對(duì)人機(jī)作戰(zhàn)效能的影響，亟待建設(shè) 一個(gè)能夠?qū)Σ煌h(huán)境類型、不同人機(jī)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)最大 化模擬、全過程監(jiān)測(cè)的環(huán)境模擬設(shè)施，對(duì)于提升我軍 多域作戰(zhàn)能力將具有非常重要的意義。

1 美軍多域戰(zhàn)概念特點(diǎn)及對(duì)軍事環(huán)境醫(yī)學(xué)發(fā)展的新要求

多域戰(zhàn)概念的雛形起源于 2014 年美陸軍訓(xùn)練 與條令司令部司令帕金斯提出的美陸軍跨域作戰(zhàn)的 理念，2016 年 10 月美陸軍正式提出“多域戰(zhàn)”概念， 并得到其他兵種的高度相應(yīng) 。“多域戰(zhàn)”概念是 美軍在聯(lián)合作戰(zhàn)概念基礎(chǔ)上的再一次創(chuàng)新，確保了 陸、海、空、天、電、網(wǎng)等不同兵種部隊(duì)能夠在不同作 戰(zhàn)環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)最大限度的緊密配合，其特點(diǎn)主要包括以下三點(diǎn)。
( 1) 拓展了未來戰(zhàn)場(chǎng)的作戰(zhàn)環(huán)境。美 軍多域戰(zhàn)概念強(qiáng)調(diào)多兵種、多維度、信息化聯(lián)合作 戰(zhàn)，其作戰(zhàn)環(huán)境不僅包括了傳統(tǒng)意義上的陸地、海洋 和空中，還根據(jù)作戰(zhàn)手段和要素拓展到了太空、深 海、網(wǎng)電、信息，甚至是認(rèn)知空間 。美軍認(rèn)為未來 戰(zhàn)爭(zhēng)將會(huì)發(fā)生在上述所有領(lǐng)域中，要保持絕對(duì)優(yōu)勢(shì)， 就必須要求不同兵種通過“多域戰(zhàn)”的概念實(shí)現(xiàn)高 度融合、聯(lián)合作戰(zhàn)，就必須最大限度地適應(yīng)和利用不 同作戰(zhàn)環(huán)境，從而確保始終掌握戰(zhàn)爭(zhēng)主動(dòng)。
( 2) 改 變了未來戰(zhàn)爭(zhēng)的作戰(zhàn)模式。美軍多域戰(zhàn)概念要求作 戰(zhàn)單元必須具備小型、靈活、高效的特點(diǎn)，同時(shí)，還必 須能夠快速適應(yīng)不同作戰(zhàn)環(huán)境。這就需要改變現(xiàn)有 的軍隊(duì)編制體制，建立小型化、多兵種的合成化部 隊(duì)，實(shí)現(xiàn)快速、多線部署和獨(dú)立、多域作戰(zhàn) 。
( 3) 實(shí)現(xiàn)了不同作戰(zhàn)要素的高度融合。美軍多域戰(zhàn)概念 要求不同類型兵種、不同作戰(zhàn)單元在不同戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境 之間必須實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)換、戰(zhàn)術(shù)同步，在這種情況 下軍人和武器裝備勢(shì)必會(huì)面臨各種環(huán)境因素的復(fù)合 作用以及劇烈變化的影響，這就要求必須要實(shí)現(xiàn)人 －機(jī)－環(huán)三大作戰(zhàn)要素的高度融合。通過三大作戰(zhàn) 要素的高度融合，不同兵種能夠快速適應(yīng)各種作戰(zhàn) 環(huán)境，能夠?qū)崿F(xiàn)作戰(zhàn)兵力的正確部署，確保作戰(zhàn)決策 和意圖更加靈活，最大限度地提高作戰(zhàn)效能?；?對(duì)美軍多域戰(zhàn)概念特點(diǎn)的分析，為適應(yīng)這種新的作 戰(zhàn)理念，我們認(rèn)為軍事環(huán)境醫(yī)學(xué)首先要從理念上改 變現(xiàn)有的在靜態(tài)環(huán)境下開展單一因素影響的研究模 式，著重分析復(fù)雜環(huán)境因素動(dòng)態(tài)變化對(duì)軍人健康、人 裝作戰(zhàn)效能產(chǎn)生的影響。其次，要從研究對(duì)象上改 變對(duì)人和武器裝備進(jìn)行分別研究和評(píng)價(jià)的模式，把 人－機(jī)－環(huán)作為一個(gè)系統(tǒng)來看待，從高度融合的角度上開展整體研究。最后，要從研究手段上改變現(xiàn)有 環(huán)境模擬設(shè)施模擬參數(shù)少、模擬環(huán)境種類少、模擬手 段單一的缺點(diǎn)，建設(shè)一個(gè)能夠?qū)Χ喾N環(huán)境特征實(shí)現(xiàn) 最大化、動(dòng)態(tài)模擬的新一代環(huán)境模擬研究設(shè)施。

2 環(huán)境模擬設(shè)施發(fā)展歷程及存在不足

環(huán)境模擬設(shè)施在人、武器裝備環(huán)境適應(yīng)性研究 中具有重要地位，是科學(xué)、系統(tǒng)研究不同環(huán)境因素對(duì) 人機(jī)系統(tǒng)功效影響機(jī)制的重要手段。我們認(rèn)為伴隨 著環(huán)境模擬技術(shù)的發(fā)展，環(huán)境模擬設(shè)施的發(fā)展也經(jīng) 歷了兩個(gè)階段。第一階段，從二十世紀(jì) 50 至 80 年 代，為研究低氧、寒冷等環(huán)境因素對(duì)人員健康的影 響，國內(nèi)外開始建設(shè)一些小型環(huán)境模擬艙，如美軍的 高海拔模擬艙、軍事醫(yī)學(xué)研究院的高原環(huán)境模擬艙 等 ，這些環(huán)境模擬設(shè)施的缺點(diǎn)是艙體小、參數(shù) 少、變化范圍小、不具備連續(xù)動(dòng)態(tài)模擬能力。第二階 段，從 20 世紀(jì) 80 年代至 21 世紀(jì)初，為準(zhǔn)確模擬環(huán) 境特征，開展建設(shè)能夠模擬溫度、壓力、風(fēng)速、輻射、 光照、噪聲、有害氣體等多因素模擬設(shè)施，如美陸軍 環(huán)境醫(yī)學(xué)研究所的 Doriot 氣候模擬設(shè)施，可在一個(gè) 設(shè)施里實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度、降雨、風(fēng)速、太陽輻射等不同 因素的模擬。軍事醫(yī)學(xué)研究院“多因素復(fù)合環(huán)境模 擬設(shè)施”可實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力、溫度、有害氣體、風(fēng)速、太陽 輻射的模擬。這些設(shè)施在艙體容量、模擬參數(shù)數(shù)量 和范圍、連續(xù)工作時(shí)間等都有改進(jìn) 。但是，上述 在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)建成的環(huán)境模擬設(shè)施無論在艙 體容量、參數(shù)數(shù)量、模擬手段等方面還存在無法實(shí)現(xiàn) 準(zhǔn)確、動(dòng)態(tài)模擬，研究對(duì)象還比較單一等缺點(diǎn)。一是 模擬參數(shù)少，不能全面正確反映未來復(fù)雜環(huán)境的特 點(diǎn)?，F(xiàn)有設(shè)施模擬的環(huán)境因素多為 2 ～ 3 個(gè)參數(shù)模 擬，無法對(duì) 3 種以上環(huán)境因素實(shí)現(xiàn)同時(shí)模擬，設(shè)施模 擬環(huán)境與實(shí)際情況存在較大的差別。二是模擬環(huán)境 種類少，不能滿足模擬未來各種復(fù)雜環(huán)境的要求。 現(xiàn)有設(shè)施只能模擬一種或兩種客觀存在的極端環(huán) 境，不能在同一個(gè)設(shè)施中模擬兩種以上的極端環(huán)境 以及虛擬仿真環(huán)境，限制了研究的廣度和維度，不能 滿足多種復(fù)雜環(huán)境中人機(jī)環(huán)系統(tǒng)優(yōu)化研究的需求， 限制了武器裝備針對(duì)多種極端環(huán)境的環(huán)境適應(yīng)性和 可靠性研究范圍，制約了人類針對(duì)多種極端環(huán)境生 存能力和作業(yè)能力增強(qiáng)技術(shù)研究的適用廣度和應(yīng)用 深度。三是模擬技術(shù)手段少，不能仿真模擬真實(shí)的 極端環(huán)境，不能正確再現(xiàn)出人、人機(jī)在復(fù)雜環(huán)境中的 真實(shí)情況?，F(xiàn)有設(shè)施的模擬技術(shù)多采用靜態(tài)模擬， 模擬的環(huán)境因素只能維持穩(wěn)態(tài)，不能動(dòng)態(tài)變化，使一 些環(huán)境適應(yīng)性動(dòng)態(tài)研究無法開展。另外，現(xiàn)有設(shè)施模擬的因素只局限于環(huán)境因素，模擬環(huán)境的真實(shí)性 還局限在實(shí)驗(yàn)室條件下，不能模擬出真實(shí)的戰(zhàn)場(chǎng)因 素環(huán)境，不能實(shí)現(xiàn)在極端自然環(huán)境下對(duì)實(shí)際作戰(zhàn)任 務(wù)/作業(yè)環(huán)境的動(dòng)態(tài)模擬。

3 新一代多維極端環(huán)境模擬設(shè)施的建設(shè)思考

基于以上分析，我們認(rèn)為為滿足未來復(fù)雜多變戰(zhàn) 爭(zhēng)環(huán)境對(duì)軍人作戰(zhàn)能力提出的新要求、新挑戰(zhàn)，未來 環(huán)境模擬技術(shù)和設(shè)施的發(fā)展方向應(yīng)是構(gòu)建整機(jī)全過 程綜合動(dòng)態(tài)仿真環(huán)境模擬大型多功能設(shè)施 ，開展 武器裝備的環(huán)境適應(yīng)性和環(huán)境可靠性試驗(yàn)，軍人環(huán)境 適應(yīng)性和人機(jī)工效等方面的試驗(yàn)。該設(shè)施應(yīng)具備以 下三個(gè)特征。一是能模擬復(fù)雜條件下重要國防戰(zhàn)略 要地新環(huán)境。要具有可對(duì)不同環(huán)境特征實(shí)現(xiàn)最大化 模擬的多參數(shù)指標(biāo)體系，既可以通過多參數(shù)的同時(shí)模 擬實(shí)現(xiàn)對(duì)一種環(huán)境特征的最大化模擬，同時(shí)也可以借 助參數(shù)之間的組合實(shí)現(xiàn)在一個(gè)設(shè)施里對(duì)多種環(huán)境的 模擬。二是能開展動(dòng)態(tài)變化下軍事環(huán)境醫(yī)學(xué)新研究。 要通過參數(shù)之間的動(dòng)態(tài)耦合，實(shí)現(xiàn)對(duì)某種環(huán)境變化過 程的全覆蓋模擬，來準(zhǔn)確解釋環(huán)境因素動(dòng)態(tài)變化對(duì)人 員健康和人裝作戰(zhàn)效能的影響。三是能拓展實(shí)戰(zhàn)條 件下人機(jī)工效研究新領(lǐng)域。要通過仿真模擬與環(huán)境 因素精準(zhǔn)控制實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、環(huán)三大作戰(zhàn)要素的高度融 合，在此狀態(tài)下開展科學(xué)研究。該設(shè)施還需要面對(duì)多 因素復(fù)合、等效再現(xiàn)多種極端環(huán)境、動(dòng)態(tài)任務(wù)模擬等 技術(shù)上和方法學(xué)上的難點(diǎn)和挑戰(zhàn)，需要重點(diǎn)解決大空 間溫濕度時(shí)空分布規(guī)律及均勻度控制、多環(huán)境參數(shù)耦 合機(jī)理及解耦控制、多參數(shù)動(dòng)態(tài)綜合環(huán)境的模擬與控 制、真實(shí)與虛擬場(chǎng)景最近化融合以及超大型真空容器 的設(shè)計(jì)與建造等關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)。