《校场》2021-01-22：武器装备采用商用操作系统到底是好是坏？

源济

校场：武器装备采用商用操作系统到底是好是坏？
新浪军事  2021年01月22日 09:19

本月，法国空军经过达索航空公司现代化改造的第一架幻影2000D降落在118号基地。令人惊奇的是，在法国人公开的照片中，后座武器官的位置上居然多了一块超大的彩色显示屏，并且出现了WIN7的默认桌面。这让人不禁想到，法国人是不是直接装了个WIN7进去？




虽然达索公司目前并没有公布该机到底有没有使用win7操作系统，但这张照片还是带来了诸多解读。有嘲讽win7已经落伍，现在大家都用win10的；也有“合理党”说军用系统哪有那么先进的；更有好事者发出了灵魂提问“会被强制升级然后死机吗”。




从该显示器的外观，我们还是应该能看出来一些可能。首先该显示屏并未有明显的边框按钮，这至少说明了该显示屏并非是传统的交互逻辑，因此极大可能是触控操作。另一方面，在关于该机的介绍中，法国人使用了“tactile”（触觉）一词，这也与其取消了框边按键使用触控操作的推测相互对应。从这个角度上我们也就不难理解法国人为什么要用WIN7了——WIN7是一款原生支持触控屏的操作系统。




倘若法国人真的使用WIN7为基础的系统作为其战斗机武器操作，也体现了当前武器发展的一个大趋势：军用武器系统的软件现代化。另一方面，武器系统使用WIN7已经堪称“拉风”了，在众多武器装备中绝对是时髦货（毕竟某些国家还在一直山寨XP）。我们很多人觉得武器系统用“win7而非win10”是落伍的感觉，其实是因为我们看武器时都会忽视掉一个事实，绝大部分军事装备，都是定型在十几年前的“老东西”。




军事装备是一个很宽泛的概念，不能因为他们带一个“军”字，就以为这些东西无所不能一定比我们用的东西高大上。工业和军事系统为小批量生产花费大量金钱，又要求产品具有非常严格的可靠性和资格要求，因此往往需要花费5年的讨论时间，再用上十年的研发试验定型，并计划这些产品可以用上至少20年。这就使得即使研发时科研人员使用了“先进”的电子设备，现在的我们仍然觉得落伍，毕竟电子设备可是一年一代。




大家熟悉的老古董中，自然少不了那些冷战时的军事装备，譬如说在70年代生产完毕的“民兵-3”洲际弹道导弹和配套的“战略自动指挥与控制系统”（SACCS），这种上世纪70年代的“计算机”与今天的计算机差距略大于人类与猴子之间的差距。这些靠IBM16位计算机和使用8英寸软盘（早期版本的存储量约为242,944字节）运行的玩意足以让任何现在的程序员精神崩溃，我们与其猜测这是什么操作系统，不如说他们用的是什么汇编语言。




随后随着计算机的发展，计算机从软硬件深度绑定开始向着通用发展，操作系统也随之诞生——方便用户调动芯片能力的中间商，这其中也有不少分类，比如说通用的桌面操作系统和嵌入式系统（RTOS）。在以往，由于大部分武器设备的操作系统首要目的是为了实现各类设备的整合与使用，属于RTOS范围，我们可以把他们理解为功能机时代，这时候不仅各型号飞机使用的不是同一个系统，甚至可能一架飞机上的不同设备都是由不同系统运转的。




这种不同设备之间可能是不同系统在运转就会带来很多问题，先不说十几年前军事杂志上常见的“X国进口战机因为软件不兼容无法使用XX导弹”这种兼容性问题，即使是自己人进行升级改进时，往往都会头皮发麻“这是个啥”？虽然预留了升级空间，但这些升级往往与原有的操作系统之间并无数据互通，无法做到数据叠加或者互相调用数据。例如F-14加装LANTIRN蓝盾瞄准吊舱后，尽管其HUD可以叠加显示图像，但是并无太多控制功能，后座的火控计算机功能也不可以同前座共享。




好在随着计算机的发展，飞机上开始出现了战术计算机系统与BISA-ISA-1553B数据总线，可以将各类设备的数据全部汇总在多功能显示器上，并且可以由显示器边框上的按钮进行操作。而在这之后，GREEN Hills软件公司发明了Integrity-178操作系统，与其配套的是美国专门设计的ADA编程语言，这套组合基本统治了美国的天空。




除了ADA和Integrity-178，也有不少的其他操作系统被广泛使用，例如基于VxWorks的嵌入式实时操作系统，由于其高度适用性，在F-16、B-2和部分导弹上都有使用。甚至连2012年登陆火星的“好奇”号火星车同样使用到了VxWorks作为操作系统。除此之外Solaris和程序员喜闻乐见的linux，也都是美军武器装备上常见的操作系统。




作为地球上使用最广泛的操作系统之一，windows也有一席之地，如果说VxWorks作为实时操作系统有着高可靠性，Linux有着高度的自由定制性，ADA语言有着非常简洁的代码和运行，windows也有着不错的优点——人员操作简单，维护便宜，方便找到程序员。例如英国BAE公司为皇家海军开发的SMCS NG（下一代潜艇指挥系统）就是基于XP系统，理由也很简单，在商用操作系统的基础上二次开发可以节约成本与时间，用英国人的话来说“可以在未来10年节约2200万英镑”。不过这倒也不是大问题，毕竟美国海军此前也有不少设备使用的是XP。




造成这种大家喜欢用老操作系统现象不仅仅是稳定性，有时也有研发的时间点上只有这些东西可选的无奈。这种无奈在硬件接口上也有直观的体现：美国的F-35使用的显示器是VGA传输接口，这一方面是除了避免数模信号转换，另一方面也和其设计时间有关系——HDMI接口虽然是2002就开始研究，但直到2004年5月才正式推出1.1协议，而F-35的全景座舱显示器可是2005年就确定的。




定型后，对设计师来说，这种无关紧要的东西自然是改动的越少越好（慎之又慎），计算机故障往往充满了玄学，今天的游戏厂商投资数亿全球众多工作室进行打磨后的3A大作尚且会给人“买BUG送游戏”的印象，更何况是系统生态比苹果还封闭的军用系统呢？没有哪个设计师会为了“追赶潮流”而将代码迁徙到新系统上，况且迁徙成新版本往往也不会带来性能上的提升——F-35不会因为更换了独立显卡，把图像用DP接口数字传输给165Hz屏幕就能暴打苏-57，但是可能在换用DP接口与4K IPS屏幕后遇上低温或者高过载导致的黑屏。




不过说设计师没有必要盲目的更新系统，不代表这些系统就不需要更新了。老掉牙的古董自然有其好处，比如说不用担心黑客入侵（因为他们不懂这些特殊的语言）。然而对于一个与外网隔绝的军事设备来说，这个好处基本可以忽视。而冷门编程语言有效的劝退了一大批行业新人，这对于军队来说才是难以忍受的事情，毕竟天下未有不出BUG的系统，总是需要人去维护和DEBUG的。况且随着硬件的更新换代（有的是寿命到期了），这些基于古老硬件的操作系统也有必要进行更新换代。




这种更新换代是有正面意义的，首先，使用主流操作系统（LINUX或者基于WIN）的开发风险和成本较低，有着极强的通用性，并且使用诸如C/C++等语言时也有助于吸纳高质量有开发经验的程序员进行程序编写，而不是研究所里那些固步自封的老人或者刚刚上班才勉强看懂老编程语言的新人。F-35的设计过程中，不但大胆的采用了大量的商业电子元器件，也广泛使用了C和C++编写程序。




不仅美国，包括我国在内的众多国家也在新一代武器的设计中广泛使用了与商业语言或操作系统类似的开发环境，这是在广泛的实践中认识到计算机程序这玩意，还是大家都在用的好，方便找人编写，方便找大牛来写，更方便及时解决BUG。而这些广泛使用C++和商业系统的软件也继承了商业软件便于更新的优点，可以做到定型不定程序，通过程序上的升级来为武器装备的性能深度挖掘潜力。比如F-35就一直在通过程序上的优化来解锁作战性能。




除了人才培养和成本上的考虑，使用较为开放式的操作系统也是时代的需求。如果说早期用各类嵌入式系统和精炼的ADA代码有着节约处理器和存储器性能的原因，随着硬件的发展，这个硬件上的限制可以说基本被解除了。我们不妨展望未来，那些传统的武器也有着智能化的需求，例如传统的反坦克导弹无论是HJ-73还是标枪，都是需要人事先选择并锁定好目标，这是由于目前的技术还无法让导弹根据光学或者红外特征自己去找坦克进行攻击，必须由操作者指定攻击目标。因此有些学者提出了将机器学习应用到类似的武器上，在极远距离上投放反坦克导弹或者反舰导弹，自己通过AI识别找出伪装好的敌方坦克。或者通过机器学习，让红外弹能准确的分辨出诱饵与目标本身，让导弹智能化是目前的研究热点。




在新时代下，信息化和合成化是作战能力的倍增器，这种全新的作战需求，不仅要将每台车辆火炮加入指挥网络，同时，也要让每一个士兵融入到战斗网中，每个人既是作战单元，也是信息节点。这就使得武器装备的操作系统必须是基于一个通用、开放的架构，能随时根据作战需求开发新软件并加以整合，也能将各类传感器融合到一起，建成一个“局域网”。在电视都智能化的今天，我们的装甲车辆、飞机、甚至单兵系统，也应当智能化。随着未来新一代基于LINUX的系统和新一代通讯网络的成熟，我们的信息化建设将极大的提升我军在各类复杂地形（诸如巷战）的作战能力。