基于MOTE的智能隐身无人机作战概念研究

李大喜， 李小喜， 陈士涛， 孙 鹏， 张 航

(1. 空军工程大学防空反导学院， 陕西 西安 710051； 2. 空军研究院系统工程所，北京 100076；3. 空军工程大学装备管理与无人机学院， 陕西 西安 710051；4.军事科学院系统工程研究院， 北京 100091； 5. 66137部队， 北京 100010)

人工智能(Artificial Intelligence，AI)在军事领域的快速发展，开启了智能化作战的新篇章。基于AI的隐身无人机将是下一代“空中主宰”力量，结合AI的智能隐身无人机(Intelligent Stealth Unmanned Air Vehicle,ISUAV)应是具有自主飞行、任务规划和决策能力、具备“4S”(Super stealth,Super information perception,Super maneuver,Supersonic cruise,超隐身、超信息感知、超机动和超声速巡航)能力的无人作战平台。

与四代机F-22、F-35和传统无人机RQ-4相比，ISUAV的作战优势体现在以下3方面：1) 无人化作战，大大提高了飞机的机动性和航程；2) 隐身化作战，提高了特殊条件下的突防和前置作战能力；3) 智能化作战，提升了无人平台的自主作战能力。

基于上述优势，未来战争将赋予ISUAV夺取制空权、对地打击、侦察监视和防空反导等多重任务。但作战对抗是复杂的，作战进程也是瞬息万变的，更是不可预测的，即使是具备人工智能的无人机仍然存在对作战想定、作战程序的依赖性，一旦遇到特殊情况，无人机将可能出现“呆滞”，难以根据战场实际情况进行即时处理。因此，通过探索ISUAV的作战概念，可对ISUAV在未来作战体系中的定位及作战使用提供重要依据，且作战概念研究也是牵引ISUAV装备发展技术预研方向的导向器。

1 ISUAV概念设计框架

从武器装备发展的历史沿革可以看出：各代战斗机都是在威胁驱动、技术推动和需求牵引三者交互影响下发展的。作战能力需求既可能来源于提升能力的要求，也可能来源于消除威胁的要求，需求的明确又牵引了技术的进步。笔者针对ISUAV作战能力需求，提出了基于MOTE(Mission,Operation,Technique,Equipment)作战概念描述方法[1-2]，即通过任务概念(mission concept)、作战概念(operation concept)、技术概念(technique concept)和装备概念(equipment concept)对ISUAV的顶层作战概念和需求进行描述。该方法通过任务概念、作战概念和技术概念逐层聚焦装备概念，再由装备概念、任务概念、作战概念和技术概念之间相互映射与迭代，从总体上对ISUAV的作战概念进行描述。基于MOTE的ISUAV概念设计框架如图1所示。

由图1可以看出：ISUAV的任务概念、作战概念、装备概念以及技术概念相互之间是相辅相成的关系，任务和作战概念是对装备和技术概念的牵引，装备和技术概念是对任务和作战概念的支撑，而任务概念、作战概念以及技术概念既决定了装备概念，同时又由装备概念来集中反映[2]。

2 ISUAV概念设计

2.1 ISUAV任务概念设计

在未来的空天一体作战中，无人机主要执行预警侦察、信息支援[3]，以及对地(海)攻击任务和对空作战任务[4]。因此，ISUAV的作战概念应突出隐身能力和压制突防能力，以压制防空为主,以深入敌纵深区域打击关键军事目标为优势发展方向。首先，ISUAV任务概念应突出空中封锁能力和空防压制能力，压制防空系统将是其核心任务。其次，依据2009年美国空军参谋长施瓦茨曾向导弹防御局提出的将X-47B作为理想的反导作战平台发展空基导弹防御计划[5]，ISUAV还可作为助推段反导的空基平台；同时，施瓦茨还指出X-47B应注重电子侦察、欺骗、干扰等电子战的能力，因此电子战、导弹预警及拦截将是其主要任务。最后，考虑到在空战对抗中，ISUAV的人工智能还难以替代经验丰富的飞行员，因此近距空中支援和空战任务仅作为一般任务和拓展任务。综上所述，ISUAV任务概念设计如表1所示。

表1 ISUAV任务概念设计

2.2 ISUAV作战概念设计

由近几次局部战争和地区冲突可以看出：未来的无人机将是一种具有强隐身、高感知、自主决策能力的高度智能化飞机，可在敌方领土上空飞行，但不被敌方防空系统察觉，且能携带精确制导武器对目标实施攻击。因此，ISUAV必须具有较大的航程、持续的战场突防能力、良好的低空作战能力，以及对目标的快速发现、识别和拦截能力。ISUAV攻击空中和地面目标作战关键节点概念如图2所示。图中：Lkt、Lkd、Lkg(Ldt、Ldd、Ldg)分别代表ISUAV攻击普通空中(或地面)目标的探测、定位和攻击距离[6]。

图2 ISUAV作战关键节点概念

在战术和战役使用上，ISUAV应具备作战灵活性，既可独立执行作战任务，也可与有人机一起集群执行火力压制、对空(对地)打击等作战任务，还可作为空基平台携带拦截武器对助推段飞行的弹道导弹或者高超声速武器进行拦截。以ISUAV执行“防空压制与封锁”的核心任务，以及“助推段反导拦截”的主要任务为例，针对ISUAV的作战运用，ISUAV持续压制作战概念和助推段反导作战概念描述如下。

2.2.1 持续压制作战概念

持续压制作战概念是指ISUAV利用其极具优势的隐身性能、危险识别和规避能力，悄悄突防到目标附近，采用精确制导武器对敌方目标进行突击和持续压制。

ISUAV持续压制作战概念如图3所示。首先，ISUAV突防敌雷达站的探测和跟踪，如果被敌方雷达站发现，ISUAV实施干扰使其无法稳定跟踪，并对敌防空导弹系统及部署的位置进行识别和定位，规避前沿防空导弹阵地；其次，对重点区域的防空导弹系统进行攻击，使其丧失防空作战能力，若受到防空导弹的攻击，ISUAV施放诱饵进行干扰；最后，对重点区域和目标实施持续压制和攻击，达到既定作战目标后返航[7]。

图3 ISUAV持续压制作战概念

2.2.2 助推段反导作战概念

助推段反导作战概念[5]是指由ISUAV搭载动能拦截弹或激光武器，利用其隐身性能突前部署在敌方领空内，对敌方的弹道导弹发射活动进行监控，并在弹道导弹助推段对其实施预警、识别和拦截[8]。在某些情况下，还可对敌方弹道导弹发射阵地(车)实施攻击。

ISUAV助推段反导作战概念如图4所示。ISUAV作为空基平台，在整个反导预警和指控体系的指挥下遂行助推段拦截作战任务，由空天地一体的导弹预警网提供预警信息支持，在战区反导作战管理与指控(Battle Management and Command，Control，BM/C2)系统以及战术反导BM/C2系统的指控下遂行作战任务[9]。

图4 ISUAV助推段反导作战概念

2.3 ISUAV技术概念设计

ISUAV技术概念主要描述未来ISUAV具备的典型技术特征，以及支撑其作战运用所需的关键技术。现有无人机的作战使用环境具有持续时间长、危险性或损伤性高等特点。为了满足表1中提出的ISUAV的任务需求，并将其转化为技术需求，需要提高平台续航时间、危险规避能力和生存能力。除了采用一些通用技术外，还将采用一些独特的技术，并具备一些典型的技术特征。

综合现有先进无人机(以X-47B、RQ-4为例)和隐身飞机(以F-22、F-35为例)的主要系统技术特征和下一代主战飞机关键的技术方面，从飞行器系统设计技术上给出ISUAV技术概念设计，如表2所示。

具体来说，ISUAV技术概念设计有以下5个方面：

1) 在总体结构上，应采用开放式系统架构和飞翼式构型，采用智能蒙皮、一体化分布式孔径、机翼内埋式弹舱和隐身进气道(S形、蚌式等)技术。

2) 在动力和飞控技术方面，应具有远航程和持久滞空能力、超声速巡航和超机动能力，具有推力矢量功能和直接侧向力控制系统，可实施瞬间直接侧向机动，并具有稳定和迅捷的控制特性，采用智能光传飞控系统，以及多电和全电技术，具备自主飞行能力。

表2 ISUAV技术概念设计

3) 在航电和武器系统方面，应具有分布式雷达孔径，实现宽频、多波形扫描，具有综合一体化航电，实现传感器孔径综合、管控综合，以及网络数据综合和融合能力，具有动能和定向能武器，实现瞬间"闪"杀。

4) 在电磁频谱战领域，应能依托高灵敏传感器生成战场电磁图谱，具备高灵敏威胁探测和告警、微功率灵巧干扰、智能频谱控制和高功率烧穿干扰能力。

5) 在智能作战上[8]，应具有战场环境下的深度自主学习和多属性决策能力，具备智能信息感知、危险识别、规避和自主集群攻击能力等。

2.4 ISUAV装备概念设计

装备概念主要描述ISUAV的装备形态，装备组成、功能关系、战术技术性能、关键技术以及技术发展预期等[9]。ISUAV以防空压制、纵深精确打击为核心任务的概念设计，需具备高隐身性、高机动性、强突防攻击能力和高自主飞行控制能力。根据现有无人机的技术水平和发展预期，预想未来ISUAV装备概念设计，如表3所示。

根据图3所示的装备概念，对比现有先进无人机X-47B、RQ-4和四代机F-22，可初步设想ISUAV的作战概念设计指标，如表4所示。

表3 未来ISUAV装备概念设计

表4 ISUAV作战概念设计指标

3 ISUAV关键技术分析

ISUAV将涉及如下8项关键技术：

1) 下一代隐身技术[10]。ISUAV的核心任务是压制敌防空系统，要接近敌防空阵地并实施有效攻击，ISUAV必须具备强隐身能力以规避防空雷达的探测和跟踪。

2) 飞翼式气动结构技术[11]。采用无尾飞翼式构型提高隐身能力和机动能力。无尾布局战斗机需要解决的技术包括：先进的气动技术、非常规操纵技术、推力矢量及先进的发动机喷口，为飞机提供偏航和俯仰操纵力矩。

3) 动力推进技术[11]。高推重比的发动机可降低飞机的尺寸和重量，高的燃烧室温度将取消发动机的加力燃烧室，而变循环发动机可将红外信号降到最小。

4) 具有重构的自适应飞行控技术[11]。航空电子设备的高度集成、光传操纵技术革新及动力电传操纵、高功率的电力作动器、先进的控制系统等，使智能无人战斗机可以随飞行动态行为的改变进行自适应调整，在飞机出现不可预知的损伤和动作失效时，可重构飞行控制系统。

5) AI和群体智能理论技术[12-13]。采用AI和群体智能理论技术可自动寻找、识别目标，确定攻击目标的优先顺序，选择恰当的武器，并做出战术决策，执行必要的攻击机动动作。

6)无人平台协同作战组网技术[14]。无人平台之间以及无人平台与有人平台之间在C4ISR(Command,Control,Communication,Computer,Intelligence Surveillance,Reconnaissance)系统的支持下，要实现多平台协同作战，就必须组成网络将各个分散的平台联结成为一个有机的整体，才能充分发挥其作战效能。

7) 通信与数据链技术。无人平台对数据传输的容量、带宽、作用距离、数据传输的“强壮”性、抗干扰性和安全性均提出了更高要求。新型数据链技术主要包括：高效、远距离光学通信，用于抗干扰通信的多波束天线，数据融合技术，以及自动目标识别等。

8) 综合电子系统技术[11]。包括对无人平台的遥控、遥测、定位、运动控制、通信导航，电磁频谱管理和电子战，以及作战任务载荷管理等技术。

4 结论

新型装备概念探索是牵引武器装备发展技术预研方向的导向器，概念探索描绘未来装备的概念、作战能力特性和技术结构框架。智能无人战斗机是未来空中力量发展的重要方向，笔者对ISUAV进行了概念研究，设计了ISUAV的任务概念、作战概念、技术概念和装备概念，提出了MOTE概念设计方案，对未来ISUAV的发展和研制具有一定的借鉴意义。