智能导弹武器系统发展综述*

宗凯彬，张承龙，卓志敏

(北京电子工程总体研究所，北京 100854)

0 引言

随着人工智能技术的不断发展，相关成果已经开始逐步应用于生产生活中的多个领域和场景，并在很大程度上改变了原有系统的运作模式，甚至带来了颠覆效应[1]。鉴于人工智能技术表现出来的能力和巨大潜力，其发展已经引起了世界主要国家的高度重视，各国争相将人工智能技术的开发与应用纳入其未来发展战略。目前，世界各国已陆续开发出多种不同类型的智能化武器装备，且有些已投入实际使用[2]。为此，本文梳理了国外在这一领域的最新进展和研究成果，对不同智能化装备的性能与特点进行了总结，并对智能导弹武器系统的发展趋势进行了讨论。

1 智能科技及其发展现状

1.1 智能科技的定义

智能科学是一门主要研究智能本质和实现技术的学科，是一门涉及数学、计算机科学、信息学、控制论、系统科学、人工生命、脑科学、心理学、认知学、哲学等学科的交叉边缘学科[3]，而人工智能技术又是智能科学的典型代表。

人工智能就其本质而言，是对人思维信息过程的模拟。从研究内容上讲，人工智能是研究开发用于模拟、延伸和扩展人类智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新技术科学，它企图了解智能的本质，并产生出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器[4]。2016年美国国家科学委员会提出“人工智能是指一个不管在真实环境下遭遇何种情况，都能合理解决复杂问题或者采取合理行动以达成目标的系统”。该领域当前的研究内容包括机器人学、语音识别与合成、图像识别、自然语言处理和博弈对抗等。

从发展历史来看，人工智能先后经历了3次飞跃发展阶段：第1次飞跃出现在20世纪50～70年代，这一阶段的发展以符号学派为主导，力图实现问题的自动求解，代替人类完成部分逻辑推理工作；第2次飞跃出现在20世纪80～90年代，专家系统在这一阶段被广泛接受，而人工神经网络也在这一时期兴起，使智能系统能够通过与外界环境的交互获取信息，并代替人类完成包括处理不确定性在内的部分思维工作；第3次飞跃始于20世纪90年代末，以IBM“深蓝”战胜人类国际象棋冠军为关键点，标志着智能系统开始呈现出类人的认知和思维能力，不但能完成赋予的任务，同时还可能发现新的知识。

经过近70年的发展，人工智能领域已经取得长足进展[5-8]，以硅谷为代表的科技巨头早年就看好人工智能技术的发展前景，纷纷投入巨资进行研发和并购，为占领该领域制高点提前布局。随着被Google收购的DeepMind公司所研发的AlphaGo围棋软件在比赛中相继战胜李世石、柯洁等世界顶级高手，以深度学习为代表的人工智能技术再次受到全世界的广泛关注，成为当下时代发展的标志之一[9-12]。

1.2 智能科技的发展现状

新一轮人工智能浪潮同样也受到了各国政府的高度关注，美国、俄罗斯等国近年来纷纷出台多项计划，积极推动人工智能发展，并将其逐步上升为国家战略[13]。俄罗斯总统普京曾说：“谁能成为人工智能领域的领导者，谁就将成为世界的统治者”。

2014年，美国防部推出“第3次抵消”战略，旨在通过发展创新型颠覆性技术，抵消中、俄等国迅速增长的军事能力，而人工智能被列为其重点发展领域之一。此后，美国白宫于2016年5月宣布成立“人工智能和机器学习委员会”，用于协调全美各界在人工智能领域的行动。同年6月，美国国防科学委员会在《智能化夏季研究报告》中强调，智能化能够带来巨大的行动优势，五角大楼必须强化对智能化的作战牵引。2017年4月26日，美国国防部正式发布名为“Project Maven”的备忘录，旨在通过成立“算法战跨职能小组”，进一步推动人工智能、大数据和机器学习等“战争算法”关键技术研究。经过半年的发展建设，该小组已成功开发出首批4套智能化算法，标志着美军在智能算法研究领域取得初步成果[12,14]。2019年6月，特朗普政府公布了新版《国家人工智能研究与发展战略计划》，对奥巴马时期制定的旧版战略(2016版)进行了更新，该计划从八大领域着手，全面搭建了美国人工智能战略的实施框架，阐述了人工智能发展及其影响，并通过设立专职机构，推动人工智能相关工作落地。

另一方面，作为军事大国的俄罗斯，近年来同样高度重视人工智能技术在国防现代化建设上的应用，并积极推动国防领域的智能化转型。在其发布的《2025年前发展军事科学综合体构想》报告中，人工智能被视为决定未来战争成败的关键要素。在发展方向上，俄罗斯将无人作战系统视为军事智能化的重要体现。2014年，俄国防部颁布了《2025年先进军用机器人技术装备研发专项综合计划》，要求到2025年，无人作战系统在俄军武器装备中的占比达到30%[15]。在2017年制定的《2018—2025年国家武器发展纲要》中，研究并发展智能化武器装备同样被列为重点内容，其范围涵盖空天防御、战略核力量、通信、侦察、指挥控制、电子战、网络战、无人机、机器人、单兵防护等方向[16]，以确保俄军能在未来军事智能化变革中始终保持优势。

我国近年来同样持续关注人工智能领域发展，并针对人工智能制定了多项国家级战略。在2015年7月发布的《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》中，人工智能被列为重点布局的11个领域之一。2016年3月，国务院发布《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要(草案)》，其中指出将重点突破以人工智能技术等为代表的新兴领域。同年5月，发改委、科技部等4部门又联合印发《“互联网+”人工智能三年行动实施方案》，提出将打造人工智能基础资源与创新平台，实现基础核心技术有所突破、总体技术和产业发展与国际同步、应用及系统级技术局部领先的发展目标。2017年7月，国务院印发《新一代人工智能发展规划》，其中明确到2030年前将采取三步走战略，使中国在人工智能理论、技术与应用方面总体达到世界领先水平，并成为世界主要的人工智能创新中心，充分体现出国家对人工智能领域发展的关注与重视。

2 智能科技在导弹武器系统中的应用

武器系统智能化的基础就是人工智能技术，通过发展智能算法和与之匹配的计算平台，使武器系统能够模拟人的思维信息过程，能够依据外部环境变化自动做出正确且恰当的反应，从而具备自主感知、准确判断、智能决策和行动控制等自主性行为能力。

随着军事技术的不断发展，未来战争必然呈现出博弈强对抗性、信息不完整性、状态不确定性、过程高动态性等基本特征，从而使武器系统在空间、时间、频谱、网络等多个维度(领域)面临巨大挑战。若不能依托智能化技术完成信息的自动处理，将导致武器系统无法时实、有效的应对各类不确定性，进而延长OODA环闭合时间，最终形成战场上的被动态势。

到目前为止，真正具备完全自主能力的智能导弹武器系统还没有出现，但是随着技术进步，一些导弹正朝这个方向发展，特别是一些飞航式导弹已经具备了部分自主能力，像发射后不管、自动目标识别等技术已经在导弹武器系统中应用。因此，本文将以智能导弹武器系统为例，对智能科技在武器装备建设中的应用情况展开讨论，并系统阐述该领域的最新进展。

2.1 “战斧”巡航导弹

“战斧”导弹是美国于20世纪70年代开始研制的一种模块化、系列化、多平台发射的远程亚声速巡航导弹。该导弹可从水面舰艇或潜艇发射，用于攻击陆上及海上的战术或战略目标。1997年，由于原来的“战斧”Block Ⅳ升级计划中止，美国海军启动了战术“战斧”研制项目，以满足对海上火力支援的短期需求，并将其作为新一代“战斧”对陆攻击导弹。该导弹自2004年开始正式服役，代号为BGM-109E Block Ⅳ。

相较于此前版本，战术“战斧”在任务规划、战术应用和数据传输等方面都做出了重大改进。在“战斧”Block Ⅲ之前，其任务规划都是在战区任务规划中心完成的，在导弹发射后，导弹将依靠其搭载的导航与制导系统，按照既定航路飞行，从而具备“发射后不管”的能力。但这种程序化设计同时也意味着，导弹一旦发射就无法在飞行过程中再次变更航路，只能按照预先装订的轨迹前进，当使用多枚导弹共同攻击同一目标时，有可能出现重复打击的情况，从而浪费价值百万美元的武器。同时，由于不支持航迹的在线更新，因此当目标位置发生变化或发现更具威胁的目标时，导弹也无法针对环境变化做出反应，从而导致对战场高动态环境的适应能力降低，影响了“战斧”导弹的作战效能。

而在战术“战斧”导弹(“战斧”Block Ⅳ)中，其新的任务规划系统将使导弹具备空中巡逻能力。该任务规划系统采用了新的计算机处理技术，可进行低空地形跟踪、威胁规避和综合航迹分析。基于这些功能，战术“战斧”将能实现航迹的在线更新，通过在飞行过程中对导弹进行重新编程，使其能够在发射后再次改变飞行方向，从而具备对备选目标或临时发现的高价值/高威胁目标的打击能力。在飞行过程中，规划系统还将时实监测导弹与目标状态，若在任一航迹点处确定导弹不能以规定精度击中目标，则可按任务规划人员编制的程序，飞往安全区域自毁。

除此之外，战术战斧还采用了新的数据链技术，使导弹在具备上述能力的同时，还拥有了瞄准点选择和毁伤评估功能。具体而言，战术战斧采用了2条数据传输线，即双向卫星数据传输线和视频数据传输线。其中，双向卫星数据传输线可用于传输导弹/目标位置和当前状态，以显示导弹的航向偏差；而视频数据传输线则可实时下传导弹获取的探测数据，以便作战飞机或其他控制平台能够观察导弹攻击的当前目标，并精确选择瞄准点，确保完成预定任务。以反水面作战为例，依托视频数据传输线，将使导弹能够从中立舰艇中分辨出所要攻击的目标，从而准确打击港内舰艇。在初始装订目标被摧毁或发生变化时，导弹可根据指令在战场上空盘旋2 h，待预警机等指挥平台确认备选目标后，通过双向卫星数据传输线完成目标信息更新，引导导弹对新目标实施打击。基于新型任务规划系统和数据链技术的战术战斧导弹作战概念如图1所示。

图1 “战斧”导弹任务规划系统概念图Fig.1 Conceptual graph of mission planning system of the tactical Tomahawk missile

此外，基于视频数据传输线，战斧导弹还拥有了毁伤评估能力，通过将打击末段的视频数据实时回传指控中心，构建了基于弹载传感器的瞬时毁伤评估能力，有助于减少在一次特定攻击任务中所需导弹的数量。

从战斧导弹的发展和使用可以看出，不断应用新技术、提高导弹自主能力、增强使用灵活性、降低作战成本是其发展的主要方式，而这种方式也正是导弹武器系统智能化、渐进式发展的一个范本。

2.2 远程反舰导弹

远程反舰导弹(LRASM)项目于2009年正式启动，由美国国防部高级研究计划局(DARPA)和美国海军合作开发，旨在研发新一代高性能反舰导弹，为美国海军提供可进行远程目标打击的先进反水面作战能力，并可在网络信息切断条件下自主进行目标搜索与识别，实现对敌防御区域的有效突防。

2012年5月，洛马公司成功完成弹载传感器系统的首次载飞试验，标志着LRASM项目取得顺利进展。在2013年8月27日进行的首次空射飞行试验中，LRASM导弹即在飞行任务后半段，依靠弹载传感器实现了对目标的自主探测与跟踪，并实时完成航迹规划。相较于其他导弹，LRASM导弹能够在无法得到卫星定位和携载平台指控信息的情况下自主完成上述任务，从而减少对精确ISR信息源、数据链和GPS系统的依赖，同时具备一定的抗干扰能力。在攻击末段，LRASM导弹还可自主锁定攻击目标，并确定打击点位置，充分体现出未来智能化导弹的作战特点。LRASM导弹的智能打击过程如图2所示。

若LRASM项目发展的在无中继条件下的全自主导航制导技术取得突破并得以应用，将切实推进反舰导弹的智能化进程。在此基础上，全自主导航制导技术必将在更大范围内应用到其他现役和在研型号上，从而有效提升各类导弹的作战效能，全面推动导弹武器的智能化发展。

图2 LRASM导弹的智能打击过程Fig.2 Intelligent strike process of LRASM missile

2.3 “小精灵”无人机蜂群项目

随着国防实力的不断增强，美军认为目前中、俄等大国的防御系统对其现役空中装备威胁极大，即使是B-2隐身轰炸机，到2020年左右也将在“反介入/区域拒止”环境中面临生存威胁[17]。因此，美国防部从2014年底开始推行“第三次抵消战略”，以新型作战概念重塑武器系统，通过发展低成本、高效能的武器装备，来弥补传统大型综合平台存在的缺陷，确保美军能在国防预算受限背景下，依然保持对其他国家的绝对军事优势。

为了实现这一目标，美国国防部高级研究计划局(DARPA)于2015年9月启动了“小精灵(Gremlin)”项目，旨在研发出大量低成本、可回收、可重复使用的无人机系统，从而可在空中组建无人攻击集群，用于执行侦查、电子战等作战任务。按照美军设想，“小精灵”无人机可依托C-130运输机(或轰炸机)进行防区外远程投放，释放的“小精灵”将依托其小RCS优势迅速开展区域渗透，并通过压制敌防空系统、切断通信，甚至利用电脑病毒注入等方式，实现对敌防御系统的非动能毁伤。在任务完成后，幸存无人机可由另一架运输机从另一地点回收，并由地面人员进行维修保养，24 h内便可执行另一个任务，一架“小精灵”无人机预计可重复使用20次。由于采用了有限寿命设计方案，因此“小精灵”无人机既无需像传统导弹那样，在一次任务后就丢弃整套机身、引擎和电子设备；也无需像通常设计寿命10年以上的传统装备那样，面临高昂的成本负担。与传统装备相比，因恶劣天气或被击落而损失一架“小精灵”无人机的代价几乎微不足道，从而可为美国空军节省大量成本，并显著改善项目的可负担性和使用效费比。“小精灵”无人机蜂群项目作战概念如图3所示。

图3 “小精灵”无人机蜂群项目作战概念Fig.3 Operational concept of the “Gremlin” program

图4 “小精灵”项目的分布式设计理念Fig.4 Distributed design concept of the “Gremlin” program

不同于传统武器系统采用的多功能、集成化发展思路，“小精灵”项目采用了分布式设计理念(如图4所示)，将传统上昂贵的多任务平台分解为不同的功能单元。在此模式下，虽然单架无人机的有效载荷质量受限、功能也相对单一，但当数量众多、功能各异、尺寸更小、成本更低的分布式平台组成协同作战网络时，系统的整体作战效能和鲁棒性却将得到显著提升。由于无人机集群的战斗力是分散的，其能力形成依赖于众多无人机的相互配合，因此不会像传统作战平台那样，可能被单发精确制导武器直接摧毁；即使有部分无人机被摧毁，只要仍有足够的数量和种类，系统就仍能发挥一定的作战效能，从而使战损条件下的战斗力损失，由传统平台的陡然下降转变为协同作战的逐步降低，同时也使敌方达成防御目标的耗弹量显著增长，体现出良好的生存能力和系统鲁棒性。此外，由于无人机集群具备数量优势，使其能够直接饱和敌防御系统，令敌方无法对全部来袭目标实施有效拦截，从而为强对抗场景下的成功突防和有效毁伤创造有利条件。

虽然“小精灵”项目所研制的装备被称为无人机，表面上与本文讨论的智能导弹武器系统并无直接关联，但仔细观察其作战概念图可以发现，美军研制的“小精灵”无人机其实与导弹在外形上非常相似，从本质上反映出当前无人机发展的总体思路之一(一种是以传统航空飞行器为基础发展无人机，如美军的RQ-4A全球鹰无人机和X-47B舰载无人机等；另一种是以飞航式导弹为基础发展无人机，如本文提及的“小精灵”无人机等)。因此，虽然目前美军计划主要利用“小精灵”无人机开展情报、侦查与监视活动，但未来不排除将某些无人机载荷换为战斗部，使其成为真正的巡飞弹，进而形成察打一体的分布式蜂群作战网络，为未来智能化导弹的协同作战与联合打击奠定基础。

3 智能导弹武器系统的特点及发展趋势

通过上述讨论可见，当前的智能导弹武器系统具有鲜明的时代特点，并正在朝以下几个方向发展：

(1) 由“发射后不管”向“发射后可变”转换

传统导弹属于自动化导弹，在输入必要信息并完成初始化参数装订后，导弹可在导航、制导与控制系统帮助下，完成自主飞行和自动寻的，实现对目标的精确打击，从而具备“发射后不管”的作战能力。但传统导弹的问题在于，相关参数设定在导弹发射后即无法更改，无论初始目标在任务过程中是否被摧毁，导弹都将执行预定计划或按程序自毁；另一方面，即使任务过程中出现更具威胁的临时目标，导弹也无法实现打击对象的在线切换，只能对新目标再发射一枚导弹，从而显著降低作战效费比。与传统导弹不同，战术“战斧”导弹通过构建任务规划系统，具备了在线航迹更新和空中巡逻能力，可实现任务执行过程中的打击目标调整，并同步完成在线航路规划。在此基础上，“战斧”导弹还将具备先发射后设定的“空白”初始化功能，在进一步缩短发射准备时间的同时，显著增强使用灵活性，令战斧导弹展现出相当的智能化水平。

(2) 由“程序化”向“自主化”转变

由于传统导弹主要面向“发射后不管”的作战需求进行设计，因此其各项功能的实现更多依赖于针对特定场景设计的预编制程序，若实际场景与预设场景基本匹配，则导弹将能较好发挥作战效能；但若两者之间差异较大，则最终结果将面临较大不确定性。因此，能否面向各类场景构建出相对统一、通用的处理模型，就成为导弹能力进一步提升的关键所在，而人工智能技术的发展为解决此类问题提供了潜在方案。从LRASM导弹可以看出，通过部署智能化技术，导弹可以在拒止环境下自主完成目标探测跟踪，并可依据感知结果自主选择攻击目标和打击点位置，从而使导弹能针对外部环境变化实时调整自身状态，确保始终采用最佳策略。通过这种方式，不但使导弹呈现出良好的复杂环境适应性和自主决策能力，同时也实现了作战过程由程序化向自主化的有效转变。

(3) 由“个体独立”向“集群协同”转变

在传统模式下，即使采用多枚导弹共同完成打击任务，各发导弹间通常也相对独立，一般按各自设定的程序完成任务，彼此间不具备协同能力。在智能化时代，随着通信/数据链技术的不断发展，以及自主能力的不断提升，使不同装备间的协同作战成为可能，进而呈现出由“个体独立”向“集群协同”的演化趋势，而这一思想也在“小精灵”项目中得到充分体现。

在“集群协同”场景下，集群中的不同装备可通过数据链路进行组网，从而使单个装备转变为网络中的某个节点，而不同节点又可代表不同装备类型，从而演化出无人机蜂群(如“小精灵”项目)、有人-无人协同(如“忠诚僚机”项目)等多种项目。在协同方式上，以“小精灵”项目为例，不同“小精灵”无人机可搭载不同类型载荷(如侦查载荷或电子战载荷)，而侦查型“小精灵”又可搭载不同类型传感器(如无线电、可见光、红外等)，从而可为系统提供多模、多视角、多分辨率的感知数据；通过构建协同网络，使得当某些无人机由于干扰或故障出现性能下降时，可通过链路获取其他无人机的探测信息，从而可继续执行当前任务，展现出集群节点间的协同探测能力。当侦查型“小精灵”与电子战“小精灵”相互协同时，侦查型“小精灵”可作为感知节点隐蔽前出，并通过广域部署实现战场频谱的实时监测。当发现潜在威胁时，侦查型“小精灵”可为电子战“小精灵”提供指示信息，使其能够动态调整部署位置和干扰策略，确保对敌形成有效压制。

对于已完成组网的无人机集群，其可依据集群当前状态，实时动态调整网络拓扑结构，从而使系统始终保持最佳的通信链路和抗干扰性能；而当无人机集群面对多个潜在威胁时，还可依据作战任务进行智能网络分化，形成多个相互独立的子网，使无人机集群具备同时应对多方向/多任务的并行处理能力，展现出相当的使用灵活性和智能化水平，充分体现出智能集群协同的优势所在。

综上所述，以上3个方面即说明了智能导弹武器系统的显著特点，也代表着其在未来一段时期内的发展方向。

4 结束语

随着人工智能时代的到来，武器系统智能化已成为未来武器系统发展的必然趋势。针对这一趋势，本文对国外智能导弹武器系统的发展情况进行了综述。首先，本文介绍了智能科技的定义及其发展现状；随后以智能导弹为例，探讨了智能科技在导弹武器系统建设中的应用，并着重分析了美军研制的几种典型的智能化武器装备；最后对智能导弹武器系统的特点及发展趋势进行了总结。