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虚拟现实降落伞飞行模拟器
2009年11月7日    评论:    分享:

    曾经有人打趣说,降落伞是在飞机飞行中运用的唯一的空中运载工具。这就意味着如果出了问题,或者没有正确遵循程序的话,跳伞者就会任由重力摆布。

    跳伞时受重伤或死亡的可能性极大。然而,要解决这个问题就得进行训练。实地训练跳伞遇到的困境是:后勤保障困难、耗费时间多、成本投入大。

    进行跳伞训练不仅仅是专业跳伞者的事,也是机组人员面对的一个特别棘手的问题。由于通常情况下,飞机在半空出事是比较罕见的,所以大部分机组人员没必要从飞机上跳伞。但是这就带来了一个问题,如果他们没有跳伞的必要,那么为什么还要花费时间、投入金钱训练机组人员跳伞呢?倘若必须要跳伞,而他们却没有接受过相关训练,后果可能是灾难性的。

    这一困境一直困扰美军数十年之久。直到上世纪90年代初,才找到了部分解决方法,那就是利用降落伞模拟器进行机组人员的训练。


    所谓的虚拟现实降落伞飞行模拟器(或者简称ParaSim),就是使受训人员在系上与引伞相连的降落伞背带(即,通常和伞体相连的带子,没有伞体的情况除外),戴上头盔式显示和虚拟现实护目镜就可以进行模拟训练的训练装备。该模拟器内置的头部跟踪系统可使受训人员感受虚拟现实场景。系统传感器能够指示跳伞者什么时候拉开伞索,在引伞上也有类似的感应器。

    虚拟现实降落伞飞行模拟器能够模拟从离开飞机到降落伞着陆的所有跳伞阶段。受训人员可以选择各种伞体、海拔高度、风向、光照条件以及其他因素。虚拟现实降落伞飞行模拟器可以对不同类型的降落伞故障进行模拟。该模拟器也可以根据世界任何地方的实际地形对着陆区进行模拟。而且,该系统还具有网络互联功能,使受训人员能够与其他人员一块进行模拟跳伞训练。

    这套装备似乎是市场上此类产品唯一的一种。

    系统科技公司(加州霍索恩)首席专家杰夫•豪格研发了这套产品。他在为美国林务局和土地管理局空降灭火员量身订制了这套装备之后,开始同美国陆军打交道。空降灭火员是那些为扑灭森林火灾而空降到偏远地区的消防人员。20世纪80年代,他们获得高性能的降落伞,包括众所周知的ram-air降落伞,这种降落伞具有更快的速度和更好的可控性。当然降落伞的优点远不止如此,但在安全方面却仍有欠缺。

    “我去了勃朗峰的米苏拉,观察了(空降灭火员)的飞行和训练,发现了很多问题,于是提出了一个解决方案。他们说,这套方案对他们的提高训练、解决问题很有帮助,并且成本相对较低。”豪格回忆说。

    豪格接着说:“这些人不会为了得到像体育运动中一样的乐趣而去跳伞的。因为受训人员有可能在实际跳伞训练过程中被扎伤,所以不到迫不得以的情况下是不会跳伞的。跳伞确实是一项很危险的活动。”

    当然,同样的危险也存在于军队跳伞人员。而且,军队实际上已成为虚拟现实降落伞飞行模拟器的大用户——用来训练专业跳伞员和机组人员。目前,各地的军队有数以百计的这种模拟器。

    美国马里兰州安德鲁斯空军基地就是这样一个地方,那里的空军国民警卫队为他们的飞行员提供跳伞训练。他们的虚拟现实降落伞飞行模拟器由一个装有向下延伸的引伞的大型金属框组成。在金属框旁边有两个电脑显示器。一个是用户界面,允许受训人员或教练输入参数(如用户的体重、风速、雾、雨等),另一个显示受训人员戴着虚拟现实护目镜看到的情景。

    受训人员系上降落伞背带,悬挂在引伞上,并戴上头盔式显示器。训练就这样开始了。在这样的环境中,受训人员向上能看到虚拟天空,向下能看到虚拟着陆场。(可以肯定的是,受训人员实际看到的是一个四方的屏幕,而不是包罗万象的景物。)同时在飞行中,用户还可以练习基本操作程序,如通过拉动引伞控制降落。

    “从海拔约3000英尺起跳,你就会有足够的时间来练习跳伞的程序。”第121战斗机中队(安德鲁斯空军基地)生存支援主管约翰•曼斯菲尔德首席军士长说,“用引伞可以控制降落伞,并能真正看到模拟器带来的效果。有一个顺风风向标,因为一旦你达到约250英尺,就要面向风向。然后,做好着陆准备。”

    “随后”,曼斯菲尔德继续说,“我们进行考核,看看你的虚拟着陆点和实际着陆点有多大误差。你做完后,该系统会给你打分并且告诉你的表现如何。”

    跳伞的危害

    据2003年进行的一项研究报告表明,军事跳伞受伤率是千分之六。

    跳伞时出现的很多状况都有可能差错。跳伞者离开飞机时可能碰撞到舱门的门框、飞机机身、其他跳伞者,跳伞者还可能与引伞缠在一起。由于跳伞人员数量的增多(军事跳伞的特点)会增加空中相撞的几率。

    美国特种作战司令部(麦克迪尔空军基地,佛罗里达州)安全部长麦克•罗素说:“这里有两个基本类型的故障”。“一个是总故障,拉开伞索后,你根本从伞包里取不到什么东西”,“另一种是各种小的局部故障。你有一个线圈,其中一条线套在伞体上,在滑块挂起来的情况下,伞体不能完全打开;或是在打开过程中其中一条制动线卷成一团或断开,伞体盘旋而不是垂直飞行。还有就是,你又可能拉断了伞体里的面板。”

    对于着陆,非平坦地形、强风、树木等障碍物增加了危险性。以约13英里的垂直速度下降,着陆时产生的压力相当于从9至12英尺的墙上跳下来。

    夜间跳伞和携带装备跳伞都会增加跳伞的危险。风险会随着跳伞士兵人数的增多、飞机后方的风速、从飞机两侧同时跳伞、较小的伞衣、较高的环境温度、空中进修课程(与入门课程相对)等因素的出现而增加。上述研究报告引自JosephJ.Knapik,StephenC.Craig,KeithG.Hauret和BruceH.Jones撰写并发表在《航空、航天与环境医学》杂志上的《军事跳伞损伤因素》一文。

    由于增加了跳伞者的水平速度(和垂直速度),所以增加了整体的着陆速度大小。“飞行中使人致命是速度的矢量和,不仅包含垂直速度,还有水平速度”豪格说,“而且,风还会把跳伞者从其被指定的着陆区,吹到崎岖地形或障碍物多的地区。

    高性能的降落伞如ram-air 在军事应用中正变得越来越普通和常见。这类高性能降落伞的特点是易于操作、可被配置在30,000英尺的高空、能使跳伞人员的垂直和水平速度更快。不过由于它们的机动性更强,所以跳伞人员在使用时受伤的几率也随之增大。

    “当你使用高性能的降落伞的时候,一旦置身伞下误差就会变小。”罗素解释说,“因此,相对较小的错误可以产生灾难性的结果,特别是着陆时,如果出了错,你会结结实实或以极快的速度撞击地面。如果有其他人在你周围以相对较高的速度飞行,伞体相撞或缠绕的可能性增加。此外,缺乏经验的跳伞者总想获得着陆区固定目标,最终可能排挤对方,迫使他人在低空飞行。”

    更大的降落伞正越来越普遍,因为军事跳伞者需要运送较大的货物,或进行前后直排跳伞,以便携带前去执行任务而不会跳伞的专家。这些因素都为跳伞训练带来了额外的挑战。

    对于非专业跳伞人员如机组人员,跳伞靠感觉支配。“对于未知的情形,往往会使你感到恐慌。”豪格断言。“恐慌会杀人。因此,他们教你做的事是你不要老想着恐慌。你必须能够自我控制。如果你能够提供类似这种环境下的模拟训练,使人们通过训练战胜恐慌,那就会获得成功。我们的虚拟现实降落伞飞行模拟器基本上做到了这些。”

    模拟生存

    虚拟现实降落伞飞行模拟器用户可以对实际地点的数字地形数据进行编程。利用OpenFlight格式——飞行仿真行业主流的视觉图像格式,生成具有多层次细节的三维对象。虽然用户在模拟器内感觉不到实际的风,但可以将风的元素和条件编程到计算机,使虚拟现实显示看起来真的像有风一样。

    “你一定要搞清楚,一是我的降落伞是好的吗,如果不是,怎么办?二是,着陆的安全位置在哪里?三是,到达安全地点之后下一步的策略是什么?”豪格指出,“或许我选择其他安全的地点。该模拟器使受训人员能够在这种环境中练习,并与技术娴熟的教员进行互动,

    教员会告诉受训人员用什么技术能够到达地面上的正确位置。”

    在高空跳伞,如在30,000万英尺,没有氧气,伞兵会暂时失去记忆。因此,如果没有配置氧气,模拟器可以模拟眩晕效果。

    他继续说,“你这样做几次,受训人员将知道会发生什么事情,他们该作何反应。你要学会如何做才是安全的,当你跳出去时,它会给你一个虚拟的感受。那么,你进行了 ‘正确的训练转换’。”

    虚拟现实降落伞飞行模拟器能够对发生的事进行回放,以便事后进行点评。“跳伞人员可不可以向上看一眼,以确定他的降落伞是否配置正确?如果他调正了降落伞,是不是可以再向上看看,以确定他的降落伞配置正确?他是不是可以确认一下,在跳伞的时候是不是有可能与别人在一个相撞的路线上?是不是能够安全着陆? 豪格说,“令人吃惊的是,当他们的生命处于险境时,一些危险人们却还没有注意到。通过对这些危险事件的回放,可以给受训人员敲响警钟”。

    对于特种部队,虚拟现实降落伞飞行模拟器的训练是强制的,据美军特种部队司令部(布拉格,北卡罗来纳州)军官卡斯帕罗夫•迪克森说。“我们是在美国林务局学习相关的虚拟现实降落伞飞行模拟器课程。目前,在每一个特种部队小组至少配有一个虚拟现实降落伞飞行模拟器。在跳MC-1C单兵降落伞(这是替代SF-10A单兵降落伞的最新装备)之前,士兵必须进行虚拟现实降落伞飞行模拟器训练,因为这是POI(指令计划)的一部分。”

    “关于模拟器,”迪克森说,“当然,受训人员知道他(或她)本人不在空中。除此之外,你可以真正学会很好地控制伞体和如何安全降落到指定位置。”

    罗素接着说,“2003年春,我们第一次看到降落伞模拟器,并认为这是一个非常好的系统,如同和任何模拟器一样,它有其局限性,不能取代真正的作战训练。在一个安全的训练环境下,去学会如何识别紧急情况、强化重要程序、练习高风险操作,可能是这套训练装备最大的优点。”

    安德鲁斯空军基地第121战斗机中队的飞行员每年进行一次虚拟现实降落伞飞行模拟器进修课程训练。“虽然花费了他们大量时间”,中队长曼斯菲尔德说,“但值得。我们的训练如同实战。现在飞行员感觉越来越舒适了。有时,他们告诉我,谢谢你为我做的一切。但对于跳伞训练者,我们真正做的唯一事情就是把一些重要思想灌输到他们头脑里,对他们说,听着,为了生存,这是你必须做的。”

 

标签:美军降落伞模拟器
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