單兵防空飛彈 (MANPADS) 的物理模擬與戰術訓練

在現代不對稱戰爭中，低空防禦是地面部隊生存的關鍵，造價數萬美元的單兵攜行式防空系統（MANPADS），如 FIM-92 刺針飛彈（Stinger），往往能有效反制造價數千萬美元的攻擊直升機或戰機，然而，這類武器的操作並非「扣板機」那麼簡單，它涉及複雜的紅外線尋標頭音頻判讀、目標前置量計算以及敵我識別（IFF）。

由於實彈造價極高且靶場安全規範嚴格，士兵極難在平時進行實彈射擊，因此如何利用虛擬實境（VR）與高階物理模擬，在室內重現野戰防空的壓力與技術細節，成為各國國防訓練的重點，本文將深入技術層面，探討如何構建一個「零成本發射」的高擬真防空訓練系統。

為什麼「肩射飛彈」的模擬如此困難？

與固定式防空飛彈不同，MANPADS 是由士兵「肩扛」操作的，這帶來了獨特的模擬挑戰：

1. 人體工學與重量感：
   模擬器必須重現發射筒的真實重量與平衡，訓練士兵在負重狀態下的追瞄穩定度。
2. 尋標頭的「聽覺」回饋：
   刺針飛彈的鎖定過程高度依賴音頻（Lock-on Tone），模擬系統必須即時運算紅外線尋標頭（IR Seeker）與目標熱源的相對位置，產生正確的音頻變化（從搜尋的雜訊聲到鎖定的持續高頻音）。
3. 視野受限：
   操作員透過狹小的光學瞄準具觀察，視野極度受限（Tunnel Vision），這要求模擬系統在極小的顯示區域內提供極高的解析度。

核心原理深入解析：從紅外線物理到雙人協同

一個專業級的 MANPADS 模擬系統，其技術架構涵蓋了武器物理、環境渲染與戰術邏輯：

1. 飛彈與尋標頭物理 (Missile & Seeker Physics)

模擬的核心在於「看不見」的運算。

• 熱訊號模擬：
  系統需計算目標（如 Su-25 或 Mi-24）引擎排氣口的紅外線特徵，以及熱誘餌彈（Flares）的干擾效果。
• 運動學模型：
  模擬飛彈離架後的火箭推進、重力下墜與空氣阻力，確保彈道軌跡真實。
• 故障模擬（Malfunctions）：
  訓練不僅是射擊，還包括故障排除。系統需能隨機注入「瞄準具故障」、「符號顯示錯誤」或「飛彈失效」等情境，測試射手的應變能力。

2. 雙人戰術協同 (Gunner & Commander Coordination)

標準的刺針飛彈小組由兩人組成：射手（Gunner）與觀測手/隊長（Team Leader）。

• 角色分工： 隊長負責利用望遠鏡搜尋目標、確認敵我，並指示射手接戰；射手則專注於鎖定與發射。
• VR/MR 整合： 透過虛擬實境（VR）或混合實境（MR）技術，兩名學員可以身處同一個虛擬戰場中。隊長看到的目標位置與射手看到的必須完全同步。先進系統支援**「射手專屬」、「隊長專屬」或「綜合團隊」**等多種訓練模式。

3. 接戰程序與訓後回顧 (AAR)

發射後的檢討是訓練價值所在。

• 軌跡重建： 系統記錄飛彈飛行軌跡與目標閃避動作。
• 命中分析： 判斷是否命中、是在有效射程內發射，還是被熱誘餌彈欺騙。
• DORT 測試： 模擬真實裝備的「每日操作整備測試（Daily Operational Readiness Test, DORT）」，確保學員熟悉開機檢查流程。

關鍵技術細節：虛擬戰場的部署

現代模擬系統不再需要巨大的圓頂投影室，而是轉向更靈活的配置：

1. 空間需求極小化

利用高解析度 VR 頭盔與追蹤系統，一個標準的防空訓練場僅需 5x5 公尺的空間即可執行，這表示部隊可以在駐地、教室甚至野外帳篷中進行高強度訓練。

2. 網路化作戰 (Networked Operations)

單一模擬器可以透過網路（HLA/DIS 協定）連結。

• 多小組協同： 多個刺針小組可以部署在虛擬戰場的不同山頭，形成防空火網，演練重疊火力的分配。
• 聯合兵種演練： 防空模擬器可與戰機或直升機模擬器連線，讓地面的士兵嘗試鎖定空中的虛擬飛行員，進行真實的對抗演練。

單兵防空模擬技術的成熟，解決了傳統訓練「看得到打不到（實彈太貴）」的困境，透過高擬真的物理引擎與沉浸式 VR 環境，新兵可以在虛擬世界中發射數百枚飛彈，累積對抗不同機種、不同天候與不同干擾環境的經驗，這種「肌肉記憶」與「戰術直覺」的建立，正是現代防空部隊維持戰力的關鍵。

Q3D 解決方案介紹

針對單兵防空（MANPADS）的專業訓練需求，Quantum3D 提供了高度整合的 刺針飛彈訓練模擬器：

Quantum3D 刺針飛彈模擬器（Stinger Simulator）是一款 VR高擬真訓練系統，支援個人與團隊訓練，提供環境設定、敵我識別、規避動作等功能，並內建訓後回顧與教官操作站，全面提升訓練效能。

• 刺針飛彈訓練模擬器特色：
  • 高擬真物理： 精確模擬飛彈軌跡、爆炸效果以及紅外線尋標頭的運作邏輯。
  • 故障模擬： 支援瞄準具、符號顯示及飛彈本體的故障注入，強化故障排除訓練。
  • 戰備檢測： 內建自動化 DORT（每日操作整備測試）流程。
• 訓練模式與配置：
  • VR 沉浸體驗：採用虛擬實境技術，支援射手與隊長（Team Leader）的雙人小組訓練，亦可進行單人專項訓練。
  • 靈活部署： 系統配置包含教官操作站（IOS）、追蹤系統與音響單元，僅需 5x5 公尺空間即可部署。
  • 網路連線能力： 支援多套系統連線進行聯合訓練，或單機獨立運作。
• MANTIS® 視覺引擎支援：
  利用 Quantum3D 核心的 MANTIS 軟體，提供包含日夜變化、惡劣天候及各種空中載具（定翼機、旋翼機、UAV）的高解析度視覺環境，確保目視索敵訓練的真實度。

 

MANTIS 為 Quantum3D 研發的即時影像產生軟體，支援 CDB、感測器模擬、環境特效、飛行與車輛模擬等應用，提供高擬真 3D 圖形，適用於訓練與模擬市場。