美军空中无人作战概念解析

刘 丽，武坦然，邵东青

（光电对抗测试评估技术重点实验室，河南 洛阳 471003）

0 引言

美军历来重视作战概念的研究与开发，通过作战概念牵引军事发展。在新的“大国竞争”背景和压力下，自2010 年以来，美军着力发展强对抗环境下的作战体系，瞄准突破强大国际竞争对手反介入/区域拒止（A2/AD）体系等重要的作战场景，开展了一系列面向未来战争的空中无人作战概念探索和型号技术发展实践。

1 美军分布式空中作战概念

1.1 概念提出背景及内涵

分布式空中作战概念由美国国防高级研究计划局（DARPA）于2014 年提出，是该局着眼大国竞争设计发展的全新空战样式，旨在将大型、昂贵、多功能有人战机的各类功能分解到大量低成本的自主无人机上，构建由少量高性能有人机和大量自主无人机组成的作战体系，并通过人工智能辅助开展指挥决策，能以较低成本实现更高的作战能力，对敌形成压倒性作战优势。

分布式空中作战概念基于“功能分解”，它与基于“地理空间”的作战概念不同之处在于，通过把高性能航空装备的功能下放到低成本自主无人机上，大幅扩充作战装备的数量，为真正实现分布式奠定基础。另外，还可降低装备发展周期和成本，实现技术快速引入和迭代升级。最后通过有人机-无人机网络化的协同，在实现“功能分解”的同时，实现基于“地理空间”的分布式作战。

分布式空中作战是美军着眼未来强对抗环境而提出的新型作战理念，其核心思想是不再由当前的高价值多用途平台独立完成作战任务，而是将昂贵的大型装备的能力分解部署到大量多种小型平台上，由多个平台联合形成作战体系共同完成任务，在降低成本的同时，提升作战体系的灵活性和对抗适应能力。作战体系将包括少量有人平台和大量无人平台。

1.2 典型研究项目进展

1）“体系集成技术与试验”（SoSITE）项目

2014 年，DARPA 启动了SoSITE 项目，旨在开发和验证通过新的“系统之系统”体系结构来维持空中优势的概念。这种体系结构能合理配置包含飞机、武器、传感器以及任务系统等大量可互操作的有人和无人平台的空战能力，最终实现以比对手更快的速度、更低的成本将新技术和机载系统与现有系统集成在一起。

SoSITE 项目为期5 年，由美国空军与洛马公司臭鼬工厂牵头。项目的最终目标是将单一复杂、昂贵的有人战机作战能力分散到大量具备某一个或某些功能的各类小型航空平台上。在此基础上，实现平台间实时数据共享、多机组网、协同配合及平台上不同任务模块的即插即用、无缝连接，进而形成分布式的空中作战体系。在该体系中，现有航空能力被重新整合，飞行员将成为真正的作战管理和决策者，在防区外协调、指挥各类小型平台进入防区执行空战任务。

2018 年6 月，SoSITE 项目在美国加州海军空战中心进行了飞行试验，验证了虚拟系统和现实系统能够共享不同类型数据，共同执行任务。飞行试验验证了名为“缝合”（STITCHES）的全新体系集成技术，实现了地面站、半物理飞行试验系统、C-12 运输机和试验飞机之间的互操作能力。

2）“分布式战斗管理”（DBM）项目

2014 年2 月，DARPA 提 出 了DBM 项目，旨在面向当前日益复杂的作战体系（包含大量无人机、导弹、机载设备）引起的高对抗环境中的态势理解、规划决策、战斗管理难题，开展分布式自适应规划控制、分布式态势感知、高效人机交互界面研究，开发自动化决策辅助工具和无人机自动控制算法，利用有限带宽战术数据链高效实时处理分发作战数据，协助空中战斗管理人员和飞行员管理空空与空地战斗。

DBM 项目涉及系统集成和技术开发2 大主要技术领域，在项目2 个阶段中并行推进。第一阶段为期14 个月，聚焦规划和控制、态势感知等；第二阶段为期30 个月，重点开展系统集成和在虚拟/真实环境下演示验证。2017 年9 月，DARPA 联合空军研究实验室（AFRL）开展了7 次、为期11 天的飞行测试，利用“利尔”喷气公务机充当无人机，采用地面模拟机充当有人机，验证了作战辅助决策软件的半自主性能及其在空对空作战中的应用。2018 年夏季，DBM 项目开展了空对地作战演示验证。2020 年10 月，美陆军计划应用DBM 项目的成果，以满足该军种在战场上不断增加组网传感器和射击武器的需求。

3）“拒止环境协同作战”（CODE）项目

2014 年，DARPA 启 动CODE 项 目，旨 在 开 发 先进的自主辅助决策算法和集群协同监控系统，提升美无人机系统在拒止环境或复杂电磁环境下的高效协同交互能力，降低任务所需通信带宽与人类指挥人员决策认知负担。

CODE 项目分为三个阶段，第一阶段从2014 年到2016 年年初，内容包括系统分析、架构设计和发展关键技术，完成系统需求定义和初步系统设计；第二阶段从2016 年年初到2017 年年中，洛马和雷声公司以RQ-23“虎鲨”无人机为测试平台，加装相关软硬件，并开展了大量飞行试验，验证了开发式架构、自主协同规划等指标；第三阶段从2018 年1 月开始，测试使用6架真实无人机以及虚拟飞机的协同能力，实现单人指挥无人机小组完成复杂任务。

2018 年11 月，在亚利桑那州尤马试验场，CODE项目演示了装备CODE 的无人机系统在反介入/区域拒止环境下适应和响应意外威胁的能力。无人机系统在尽量降低通信量的同时，高效共享信息，协同规划和分配任务目标，制定协调的战术决策，并协同应对高威胁动态环境。2020 年2 月，6 架装备CODE 的RQ-23“虎鲨”无人机和14 架虚拟无人机在通信中断和GPS 拒止环境下成功完成既定任务。通过4 轮演示，证实在无人机装备CODE 系统后，1 名操控人员可同时指控多架无人机，在通信中断后，无人机之间可自动共享信息，并协作应对不同威胁。CODE 软件可快速集成至其他有人机、无人机以及地面车辆，在CODE 项目年内结束后，相关成果将移交美国海军航空系统司令部。

4）“空战演进”（ACE）项目

2019 年5 月，DARPA 宣 布 启 动ACE 项 目 以 支撑“马赛克战”体系构建，项目旨在运用人工智能等技术开展空中视距内自主格斗控制算法开发与验证，探索有人和无人平台自主执行高动态非线性复杂空战任务能力。DARPA 期望通过该项目研究提升飞行员对自主系统的信任度，运用机器自主技术执行更多的复杂空战任务，提升有人-无人作战单元协同效率，适应未来无人机自主化作战需求。

ACE 项目包括三个阶段，第一阶段为模拟环境研究，第二阶段为无人机飞行试验，第三阶段为包含有人-无人协同的实装飞行试验。2020 年11 月，DARPA 宣布已选定5 家机构开发智能空战算法，使有人-无人飞机编队可自主开展近距离空战格斗任务。这些机构将进行“技术领域1”（TA1）内容的研发工作，包括单机和编队的空战机动算法。每家机构将分别从1 对1 空战格斗开始研究，逐步扩展至2 对1 和2 对2。随后转入建模仿真、缩比例无人机验证和全尺寸飞机验证阶段，计划2023 年完成全部工作。2021 年3月18 日，DARPA 宣布ACE 项目第一阶段进程过半，并取得若干关键性阶段成果：在视距和超视距多机场景下，使用更新的模拟武器进行了先进的虚拟人工智能（AI）空中格斗；用一架加装某些仪表的喷气式飞机进行了实际飞行，以测量飞行员的生理状况和对AI 的信任；对计划在项目第三阶段搭载一名机载AI“飞行员”的首架全尺寸喷气教练机进行初期改型。2021 年末启动ACE 项目第二阶段，开展小尺寸飞机真实格斗。

2 美军“忠诚僚机”自主作战概念

2.1 概念提出的背景及内涵

由于作战环境的高度动态化、不确定性以及飞行任务的复杂性，各种基于程序化的自动控制策略已经不能满足未来先进多功能无人机对于复杂作战环境下的多任务需求，具有自主能力的无人机系统将成为新的发展趋势。但是，由于当前无人机技术尚未达到全自主作战的水平，美国防部认为，利用当前现有装备进行有人-无人编队协同作战是一种可行的作战方式。在此背景下，2015 年，AFRL 正式启动了“忠诚僚机”概念研究，旨在开发自主技术以有效增强美空军未来在对抗和拒止环境下的作战行动能力，并能够将有人驾驶战斗机与具备自主作战能力的无人机实现有效集成，完成协同作战，提高作战效能。

按照美国空军的设想，无人忠诚僚机应具备以下功能：充当武器发射平台，对有人长机指定目标发动攻击；对无人机感知到的目标集实施打击；为有人长机吸引防空火力并摧毁威胁目标；实施防区外干扰；作为ISR 的信息融合节点。

“忠诚僚机”项目公告公布了2020—2022 财年自主技术无人机整合验证计划。在2020 财年，项目主要验证对地攻击概念。无人僚机主要承担空地武器发射平台并充当有人长机的目标指示器。在2022 财年，该项目主要验证有人-无人“忠诚僚机”编队的对敌防空压制（SEAD）能力。此时的验证场景为GPS 被一定程度干扰/欺骗、存在敌方防空系统、存在有限数量的敌方威胁以及暂时性的卫星通信干扰。

2.2 典型研究项目进展

1）XQ-58A“女武神”无人机

作为美国“忠诚僚机”的典型代表，XQ-58A“女武神”是美国克瑞托斯防务公司（Kratos）与美国空军研究实验室合作开发的一款高亚声速、远距离攻击的无人机。该机主要用于监视、侦察和远程作战，可为作战人员提供作战灵活性和实用性。

XQ-58A 被称为是世界上首型采购和使用成本较低，却能提供改变游戏规则战斗能力的无人机，也是作战功能比较均衡的无人隐身作战飞机。根据公开资料，XQ-58A 所谓的改变作战规则，很大程度上是按照“忠诚僚机”的作战思路，用无人机取代常规编队中的同型僚机，改变目前战术飞机执行作战任务的编组方式。XQ-58A 利用数据链和信息网络构成的全新战斗体系，能从根本上改善战术飞机执行作战任务的灵活性、有效性和安全性，从基础上提高战斗兵器的实战效费比。

2019 年3 月5 日，XQ-58A“女武神”无人驾驶验证机在亚利桑那州的尤马试验场发射升空，持续飞行了76 min 后，成功完成了首次飞行，标志着美国空军“忠诚僚机”作战概念朝着现实迈出了重要的一步。2020年12 月9 日，XQ-58A“女武神”和美国空军F-22“猛禽”、F-35A“闪电”Ⅱ战斗机在尤马试验场进行编队飞行测试，这是XQ-58A“女武神”无人机首次实现与有人战机的半自主编队飞行。测试中，XQ-58A 装备了“网关一号”通信有效载荷，可以同时接收2 种数据流，融合信息并发送出去。飞机起飞后不久，通信有效载荷失去了连接，有些测试目标无法完成，但是“网关一号”确实建立了跨多个平台的双向数据链路，此次试验标志着美联合部队朝着军事物联网又迈进了一步。2021 年3 月26 日，XQ-58A 无人机进行了空射“空射管内集成无人系统”-600（ALTIUS）小型无人机（SUAS）的试验。这是XQ-58A 无人机的第六次飞行试验，也是该机首次在飞行中打开内埋式弹舱投放任务载荷。

2）“空中博格人”项目

美国空军研究实验室2019 年启动的Skyborg 项目寻求开发一种基于人工智能算法的自主控制系统，该项目的目标是将自主可损耗无人机技术与开放任务系统相结合，以实现有人-无人编队作战。美空军对该机的作战想定认为，“空中博格人”无人机将由有人战机或人工智能引导，执行侦察、空袭等作战任务；可辅助多架装备不同通讯系统的战斗机进行通讯；能自动规避其他飞机、地形、障碍物或危险气象并自动起降。通过“空中博格人”项目，美国空军希望部署一系列使用人工智能来适应战场条件的无人空中系统，为空战带来“智能力量”，以保持美空军在未来空战中的竞争优势。

“空中博格人”人工智能无人作战飞机将先于有人驾驶的六代机成为美空军未来即将部署的下一款作战飞机。美空军已明确计划于2023 财年之前交付部署“空中博格人”系统的首款初始作战版本。

2020 年12 月，美国空军已经授予波音公司、通用原子公司和克瑞托斯公司合同，制造“空中博格人”原型机，并在一系列试验中作为“忠诚僚机”进行飞行验证。2021 年4 月，美空军使用克瑞托斯公司研制的UTAP-22“灰鯖鲨”（Mako）无人机，在美国佛罗里达州廷德尔空军基地完成了“空中博格人”自主核心系统（ACS）的首次飞行测试，历时2 h10 min。ACS 是“空中博格人”的“大脑”。测试中，ACS 演示了一系列能力，包括导航指挥响应、地理栅栏反应、遵循飞行包线、实施协调机动等。2021 年5 月，搭载ACS 的UTAP-22 无人机由F-16C 战斗机陪同再次进行试飞，美军称这是美国防部历史上有人战斗机与自主控制的无人机距离最近的一次飞行。

3 美军无人机蜂群作战概念

3.1 概念提出的背景及内涵

无人机蜂群概念的灵感来源于对昆虫蜜蜂的仿生研究，其研究目标就是在一定的任务背景下，通过对群聚生物的信息交互与协作行为进行模仿，使机群作为一个系统整体，智能化协同、自主化动作，完成单机平台难以完成的作战任务。

DARPA 早在2000 年就曾对无人机蜂群空战进行了仿真研究，但美军真正大规模开展系统层实物研究是在“第三次抵消战略”之后。美军认为，世界军事强国日益完善的一体化防空系统对其全球介入能力构成了巨大威胁，急需改变观念，开发出具有经济可承受性且能满足作战能力要求的武器系统，继续保持其在强对抗环境下的绝对优势。为了实现“第三次抵消战略”，美军将利用人工智能及自主技术领域的快速发展，进一步提高武器系统自主化水平，发展人机协作及蜂群编队作战能力。

按照美空军2016 年在《小型无人机系统飞行规划2016—2036》文件中的定义和描述，无人机蜂群是指在操控人员（空中或地面）的指挥或监督下，通过自主组网遂行统一作战任务的一群小型无人机；构成蜂群的无人机可以是相同的（同构），也可以是不同的（异构）；组群方式可以是主从型的，也可以是无中心的。

3.2 典型研究项目进展

1）“低成本无人机蜂群技术”（LOCUST）项目

2015 年4 月，美海军公布了LOCUST 项目进行的一系列蜂群无人机技术验证工作。LOCUST 项目旨在研制可快速连续发射的高自主性无人机，通过蜂群战术对敌方进行压制。

LOCUST 项目使用的是雷声公司的“郊狼”（Coyote）无人机。该无人机以电池为动力，机长0.91 m，翼展1.47 m，起飞质量约为5.4～6.3 kg，载荷质量0.91 kg，巡航速度约为60 节（111 km/h），最大飞行速度为85 节（157 km/h），最大续航时间为90 min（通常情况下为60 min），最大飞行高度约6 km。无人机可携带可见光／红外相机，配备2 W S 波段发射机时，全动态视频传输距离为37 km。

2015 年3 月，美海军研究局对单架“郊狼”无人机样机携带不同载荷执行任务，以及9 架无人机的编队飞行进行了试验。2016 年4 月，LOCUST 项目完成了30 架“郊狼”无人机连续发射并编组飞行的试验。美海军研究局表示，之前从未有过这种自主等级的无人机“蜂群”飞行试验。2018 年6 月，美海军授予雷声公司2968 万美元合同，生产“低成本无人机蜂群技术创新海军原型机”。2018 年10 月，雷声公司最新研制出的无人机蜂群软件，可实现“郊狼”无人机蜂群网络化，并使“郊狼”在一个对敌具有优势的阵型中协同工作，实现无人机之间的信息共享，使无人机蜂群具备自主和协同能力。

2）“小精灵”项目

2015 年9 月，DARPA 发布“小精灵”项目公告，提出通过载机在防区外发射携带有侦察或电子战载荷、具备组网与协同功能的无人机“蜂群”用于离岸侦察与电子攻击任务，并在任务完成后对幸存无人机进行回收的技术。这些无人机将配备多种不同载荷，采用齐射方式，具有数量大、尺寸小、廉价、可重复使用等特点。

2018 年，项目总承包商动力系统公司表示，“小精灵”项目飞行平台已经被正式授予型号编号X-61A。2019 年11 月，在美国犹他州盐湖城附近的达格威试验场，“小精灵”无人机完成首次飞行试验。2020 年12 月10 日，DARPA 宣布，已完成X-61A“小精灵”无人机项目的第3 次飞行试验，试验目标接近成功，只是试验中还存在部分无人机在飞行过程中未能连接C-130“大力神”运输机回收系统的问题。“小精灵”项目的第4 次飞行试验已于2021 年在达格威试验场进行。DARPA的常设目标是最终能够在30 min 内演示验证出在半空中回收4 架X-61A 的能力。

3）“进攻性蜂群使能战术”（OFFSET）项目

城市内作战因城市结构、空间和视线问题，限制了作战最佳的通信、机动和战术发挥。为了克服这些挑战，显著提高小规模作战部队在城市环境下作战的有 效 性，DARPA 于2017 年1 月 发 布 了OFFSET 项目，旨在开发并演示验证100 多个作战相关的蜂群战术，应用于无人机和／或地面无人车辆蜂群。这些针对无人系统的蜂群战术有助于提高部队防护、火力、精确打击效果以及情报、监视与侦察（ISR）能力。OFFSET 项目重点关注蜂群战术及其在推进蜂群自主性、人与蜂群编队等蜂群使能能力方面发挥的作用。

2020 年9 月，OFFSET 项目的研究人员在位于华盛顿的刘易斯·麦科德联合基地测试了无人机及无人地面车辆集群技术。项目的2 个蜂群系统集成商诺斯罗普·格鲁曼任务系统公司和雷声BBN 技术公司正在创建蜂群系统架构、先进接口以及虚拟和现实蜂群试验平台，以进行OFFSET 项目集成试验，并在多阶段交互式场景中测试其自主平台，包括地面车辆、多旋翼飞机和固定翼飞机，以定位和保护与城市作战场景相关的多个模拟对象。OFFSET 项目期限42 个月，包含6 个一年2 次的能力试验。本次外场试验是OFFSET 项目6 个试验计划中的第6 个。

4）“空射效应”（ALE）项目

2020 年8 月12 日，美国陆军作战能力发展司令部（CCDC）发布了采购ALE 系统的信息征询书，旨在帮助美国陆军在中俄等对手制造的复杂空域和拒止环境中作战。ALE 是一系列的小型（不超过45.4 kg）和大型（不超过102.1 kg）无人机，可由美国陆军未来先进的武装攻击侦察直升机（FARA）和突击运输直升机从空中发射，然后与其他有人和无人平台协同工作，以探测、识别、定位和报告（DILR）敌方防空系统中的威胁，并实施致命和非致命打击。

ALE 的具体功能包括有源侦察、无源侦察、诱饵、电子攻击以及自杀式攻击。ALE 可以通过抗干扰数据链路和网络将侦察信息发送到区域内的其他平台或后方的指挥所，以进行进一步的处理和利用，或者给指挥官提供更多的态势信息。ALE 还可以充当诱饵来迷惑敌方的防空系统，并发动各种电子战、赛博战和导航战攻击。

根据美军的作战构想，搭载不同载荷的ALE 能够组成协同工作的无人机蜂群，其中，侦察型的ALE 可以发现并定位威胁，干扰型的ALE 可以对威胁实施非动能攻击，游荡弹药型的ALE 可以对目标发动俯冲攻击。ALE 蜂群可以进入高风险区域，以寻找时敏目标或高优先级目标，为其他大型有人机、无人机、战舰和地面远程武器提供目标信息，从而对敌方的综合防御和指控网络发动攻击。

4 美军空中无人作战概念的特点

4.1 强调低成本提升作战效能，创新作战模式

如何提升作战效能与解决采办费用攀升的问题是美军当前装备发展面临的重要挑战。在美军空中无人作战概念引领下，可以看出美军近年研发项目的主要对象均指向低成本无人机平台，这表明美军将低成本无人机技术视为提升美军空基作战能力的低成本解决方案，实现成本优势向作战能力优势转变。同时，基于这些空中无人作战概念，美军能够发展更多的航空装备作战模式，甚至重新定义空中力量运用模式，形成信息、速度和响应能力等方面的作战优势。

4.2 注重发展无人机协同技术，拓展作战使用深度

无人机协同技术是指实现无人机与无人机或无人机与有人机之间共同完成指定任务的相关技术群。无人机协同技术是实现无人机作战力量更好地融入作战体系、提升其作战效能的关键技术，是表征无人机自主能力水平的重要标志。从美军的空中无人作战概念可以看出，无人机协同技术是这些概念得以发展的重要支撑。以“忠诚僚机”概念为例，该概念中的无人机与有人机协同技术具体是指协同中无人机、传感器、武器等资源控制权均由有人机控制，在有人机的作战指令下，无人机执行远程态 势感知、武器投放、欺骗干扰等作战任务，可有效拓展有人机作战任务范围、作战资源与作战频次。

5 结束语

无人机是军事斗争技术的前沿，是作战模式创新的着力点，是人工智能等热点技术的有力承载体。随着无人机运用规模逐渐扩大，执行的任务从支援向打击拓展，能力提升迅猛。无人机蜂群、“忠诚僚机”、有人/无人智能协同作战等概念正是在无人机及相关技术发展到一定水平后，根据当前认知，提出的颠覆无人机传统运用的作战概念。同时，新质作战概念牵引着无人机向集群化、智能化、协同化不断发展，从而推动无人机向主战装备迈进。■