基于系统论的无人机蜂群再认识

丁 凡，王劲松，汤红飞

（国防科技大学电子对抗学院，安徽 合肥 230037）

0 引言

近年来，无人机蜂群是军事技术的前沿热点，也是电子战攻防领域重点研究的对象。美国先后出台《无人系统一体化路线图（2013-2038 财年）》、《2016-2036 年小型无人机系统飞行规划》等一系列发展规划，加快“小精灵”“灰山鹑”“郊狼”等项目演示验证，无人机蜂群进入实战指日可待。和传统单个无人机作战平台相比，无人机蜂群的最大特点在于其系统结构，以及由此带来的功能涌现。因此，以系统论方法探讨无人机蜂群的本质、优势、运用和应对，是深化无人机蜂群研究的重要视角。

1 无人机蜂群的本质是智能化技术支撑的复杂作战系统

无人机蜂群作为一种新生事物，是随着无人系统、智能化等技术的发展，在特定军事需求刺激下产生的。因此，理解无人机蜂群的本质，应当从系统演变的角度出发，立足智能化技术发展背景，并注意把握无人机蜂群和相近概念、事物的区别。

1.1 智能化、复杂系统是无人机蜂群的两大核心内涵

当前，关于无人机蜂群的概念并没有权威定义。2020 年5 月，美国空军战略威慑研究中心发布的《无人机蜂群是大规模杀伤性武器吗？》将无人机蜂群定义为：为实现共同目标而部署的多个无人平台和武器，之间可以相互通信，并自主改变行为。有的学者认为：无人机蜂群是以智能化无人控制技术和网络信息系统为支撑的集群式作战武器。还有的学者认为：无人机蜂群是指具备一定思维能力，可自主协调对敌展开行动的低成本中小型无人机集群。从以上定义可以看出，尽管无人机蜂群的概念表述千变万化，但均包含两点核心要义：一是无人机蜂群的技术基础在于智能化技术所带来的自主作战能力，对传统单个无人机作战平台的控制属于“人在回路中”的指挥控制模式，而无人机蜂群则具备智能特点，能够自主感知战场环境，自主做出最佳决策和采取行动，对其控制属于“人在回路上”的指挥控制模式；二是无人机蜂群是一个复杂作战系统，尽管蜂群中单个无人机的作战性能有限，但在智能化技术的支持下，一定数量的无人机组成的蜂群系统却遵循“结构决定功能”的系统规律，涌现出新的功能和特性，这就决定了研究无人机蜂群必须关注其系统特性。

1.2 不能将无人机群等同于无人机蜂群

无人机群和无人机蜂群是两个相近概念，但有本质不同，应加以区别。无人机群更多强调要素个体的数量，个体与个体之间没有相互联系，其作用机理在于数量叠加带来的“饱和攻击”优势；无人机蜂群更多强调系统内部各要素之间的自主协同，作用机理在于系统结构带来的涌现性，这也是引用“蜂群”一词的本意。但在实际研究中，将两者混为一谈的情况经常存在。例如，2018 年1 月俄罗斯驻叙利亚赫梅米姆空军基地和塔尔图斯海军基地遭13 架无人机袭击，2019 年9 月沙特阿美石油公司的一处油田遭胡赛武装10 架无人机袭击。这两起事件中的主角就是无人机群，而不是无人机蜂群，主要原因就在于这两次事件中的无人机之间并没有相互的协调和配合，而是“一窝蜂”地攻击目标。需要强调的是，这种集群攻击会收到一定效果，但这种效果多半是“饱和攻击”所造成的，美国海军也曾开展过类似的试验，证明了“饱和攻击”的效果。而无人机蜂群作战除了有这种“饱和攻击”效果，还可通过个体之间的自主协调配合，大幅提升作战效果和效率。

1.3 不能将无人机蜂群的个体简单认为都是旋翼无人机

从目前国内开展的无人机蜂群演示验证项目来看，所使用无人机大多是简单的民用旋翼无人机，无人机蜂群通常是由数百架四旋翼无人机组成的群体，但不能就据此认为所有的无人机蜂群都是这个样子。实际中，由于无人机蜂群通常在高威胁环境下作战，其飞行高度、巡航能力、任务载荷都有严格要求，必须满足一定军用标准。如从目前美军披露的“小精灵”无人机X-61A 来看，该型无人机长4.2 m、宽0.75 m、翼展3.47 m，总质量680 kg，最大有效载荷质量为65.7 kg，最大巡航速度数为0.6，最大任务半径为555.6 km。这与质量几十千克、续航几十分钟的旋翼无人机有重大区别。此外，军用无人机的导航系统、信息传输链路等电子信息系统也是军用级别的，不像民用旋翼无人机具有公开性，难以被截获、破解和控制。

2 无人机蜂群的最大优势在于群结构的涌现性

无人机蜂群的优势并不是无人机系统和集群作战模式的简单线性叠加，而是体现在蜂群特定结构所组成作战系统的整体特性上。因此，从系统涌现的角度可以更加深刻理解无人机蜂群的新功能和新特点。

2.1 灵活结构涌现的多功能

结构决定功能，是系统论的基本观点，也是无人机蜂群优势的理论基石。无人机蜂群由众多无人机个体组成，不同功能载荷、不同类型无人机、不同的组合方式可以形成不同的蜂群结构，从而完成不同作战环境下的侦察监视、干扰和攻击任务，这是单个无人机通常所不能完成的。因此，从个体组成的角度来看：无人机蜂群既可以是同构型无人机蜂群，即蜂群内部的无人机个体和载荷都是一样的，用来执行单一作战任务；也可以是异构型无人机蜂群，即蜂群内部的无人机个体或载荷是不同的，用来执行多样化作战任务。从作战的综合对抗属性来看，执行多样化作战任务的异构型无人机蜂群有可能是未来技术装备发展的重点。

2.2 智能算法支撑的分布化

传统作战强调以平台为中心，由此带来了功能集中化，从而使大型、高价值作战平台成为对方的打击重点。无人机蜂群和传统“饱和攻击”“狼群”的最大特点在于其智能内核支持，带来的最大变化就是通过自身网络化结构和智能化算法，使作战平台实现“去中心化”，功能上“化整为零”，将传统单个平台的侦察、干扰和打击功能分布到大量的、小型化、低成本平台上。对于进攻一方来说，无人机蜂群的分布化特点提供了更加多样的作战运用方式选择，既降低了进攻成本，又提高了进攻效率。对于防御一方来说，无人机蜂群的分布化特点使得防御重心和重点目标难以确定，防御难度大大增加。

2.3 动态重组形成的高抗毁

复杂系统的典型特点之一就是能够根据环境演化，并产生新的结构和功能，从而更好地适应环境。无人机蜂群借助智能算法的支撑，可以在高度变化的威胁环境中动态调整自身结构，或在不同作战时节采用不同结构，或在蜂群部分无人机被毁的情况下调整结构，从而适应作战环境，完成作战任务。动态重组的特点使得无人机蜂群具有很大的结构弹性，即使在少部分无人机被毁的情况下，也能够在高风险作战环境下通过动态重组来执行作战任务，而不至于像当前的单个高价值平台一样，一旦被击毁就会导致作战任务无法完成。

2.4 大量运用促成的低成本

无人机蜂群使得数量再次成为决定作战胜负的主要因素，成本成为衡量无人机蜂群作战运用效费比的重要因素。从目前美军无人机蜂群演示验证项目来看，无人机蜂群的数量少则十几或几十架，多则上百架，大量运用使得蜂群无人机大规模批量生产成为可能，其造价相对有人平台也更加低廉。数据显示，1架“全球鹰”无人机的单价超过了1 亿美元，有人侦察/干扰飞机的造价甚至更高，而1 架“小精灵”无人机的价格大约在100 万美元左右。因此，从作战成本的角度来考虑，无人机蜂群的成本更低，效费比更高。

3 无人机蜂群的最佳运用领域是在电磁空间

当前对无人机蜂群的运用讨论很多，大体包括渗透侦察、诱骗干扰、察打一体、集群攻击等，很多分析是对传统单个无人机运用的移植套用。结合无人机蜂群的个体性能和系统特点来看，电磁空间才是无人机蜂群未来作战运用的主要战场。

3.1 火力打击可能并不是无人机蜂群的强项

2020 年9 月的纳卡冲突中，无人机对地火力打击大放异彩，但这并不意味着无人机蜂群可以执行同样的任务，无人机蜂群执行火力打击任务受诸多条件限制。从个体性能来看，蜂群无人机受机体、载荷、速度、航程等诸多因素限制，单机性能远低于传统大中型察打一体无人机，不太可能携带满足毁伤要求的弹药量。从作战效率来看，在目标已被准确定位的情况下，常规精确打击火力完全可以满足任务需求。因此，用无人机蜂群去远距离大规模执行常规火力打击任务，在实际运用中显得不切实际。从目前发展来看，用无人机蜂群执行有限地域范围内的小规模暗杀行动的可能性则较大。

3.2 无人机蜂群在电磁空间遂行侦察、干扰、诱骗任务具有独特优势

技术决定战术，无人机蜂群在电磁空间的作战优势主要体现在以下几个方面：一是电子信息技术的小型化、集成化、智能化发展，为无人机蜂群的单机性能提升奠定了基础；二是和火力作战相比，电磁波传播速度快、距离远的特点，以及电磁波辐射控制、功率合成技术的发展，可以使无人机蜂群在电磁空间作战布势上具备更大优势；三是无人机蜂群的动态结构变化，可以在作战阵位上具有更多选择性，从而形成对敌方电子信息系统的最佳侦察、干扰和诱骗效果。

3.3 有人/无人协同是未来无人机蜂群的主要运用方式

现代战争的智能化特征日益凸显，无人机蜂群技术加速发展，但受战争伦理限制、开火权控制、关键技术等因素制约，无人机蜂群完全独立作战可能尚需时日。从目前各国的演示验证项目来看，有人/无人协同编组将是无人机蜂群未来作战的主要方式。通常，为降低风险和控制成本，可由有人机携带无人机蜂群协同作战，无人机蜂群在有人机前方高威胁区域进行编组，执行感知、侦察、干扰、诱骗和攻击任务，有人机则在后方担任指挥控制，这可能会成为未来作战新方式。

4 无人机蜂群的对抗措施应基于三个层面统筹考虑

寻求抗击无人机蜂群的有效方法一直是军事理论研究的重点，有分析认为应当发挥火力射击优势，有的提出应当利用电磁攻击和网络入侵，也有的提出“捣毁蜂巢”、“蜂群对抗”等方法。以上方法大多是从单个要素角度考虑，对于系统特点明显的无人机蜂群，对抗措施应当从以下三个层面统筹考虑。

4.1 物理层面的火力打击

无人机蜂群一旦受到火力摧毁，将失去物质载体，体系功能自然难以发挥。当前有很多探讨运用地面或空中火力抗击无人机方法，但蜂群中的无人机由于体积较小，且大比例采用复合材料，雷达反射截面积极小，红外辐射特征不明显，探测难、识别难、预警难和跟踪难从根本上制约了火力防空系统的效能。近几年，叙利亚战场上不时传出俄罗斯利用“铠甲”防空系统击落无人机情况，但这和击落无人机蜂群有根本区别，不应混淆。况且，和数量庞大、造价低廉的无人机蜂群相比，高昂的精确制导弹药消耗也难以维持。2018 年7 月，以色列使用“爱国者”导弹击落了1架叙利亚无人机，美国陆军训练和教育部戴维·伯金斯将军开玩笑地说：“如果我是敌人，就会去大量购买这种无人机，然后把对方的“爱国者”导弹全部耗光。”因此，从现实情况来看，火力打击无人机蜂群尽管具有彻底性，但也面临较多局限，需要发展新的高效率低成本手段。

4.2 信息层面的网电对抗

电子设备和网络信息系统是支撑无人机蜂群作战的关键支撑。无人机蜂群之间的动态协同需要高精度的定位导航授时系统，无人机蜂群内部以及与“母机”之间的信息通联需要各种数据传输链路，无人机蜂群作战功能发挥则依赖于自身侦察、干扰、制导等载荷，这都为开展信息层面的网电对抗奠定了基础，这也是当前对抗无人机蜂群的最具费效比和最有效途径。当前针对无人机蜂群的网电对抗措施还主要集中在通信干扰、导航干扰等“软对抗”层面，随着高功率微波武器、电磁脉冲武器等电磁硬摧毁手段的发展，利用网电对抗手段抗击无人机蜂群将呈现出“软硬结合”的新局面。

4.3 算法层面的智能对抗

无人机蜂群之所以能够在高威胁环境下灵活变化，核心是算法支撑，而算法的核心是各种作战规则的程序设计。从当前技术水平来看，人工智能还不能达到自主思考的程度，人类也不会将“扣动扳机”的权利完全交于无人作战系统，这就为利用无人机蜂群算法程序设计的缺陷和漏洞，开展算法层面的智能对抗提供了可能。以面部识别为例，其算法核心是利用面部的若干关键点来进行精准比对，从而实现识别的目的。在国外一次演示中，打印有若干黑点的纸张或若干照片就成功转移了无人机的面部识别跟踪。无人机蜂群能够自主调整结构，核心就是对战场环境和威胁目标的感知学习。从智能对抗的角度考虑，可以充分来用其算法弱点，在战场环境上设置各种“虚假迷雾”，从而使无人机蜂群在错误环境中学习错误样本，改变其对战场的正确认知，诱导其做出错误判断、决策和行动。

5 结束语

随着认知电子战、网电一体复合攻击、高功率微波等技术和装备的日趋成熟，尤其是智能对抗理论技术的发展，以无人机蜂群对抗为代表的智能群体对抗必将成为未来战场对抗新形态。从系统论视角进行研究，既可以客观揭示无人机蜂群的本质，也有利于寻求对抗无人机蜂群的最佳手段，应作为研究无人机蜂群乃至智能群体的一种重要途径。■