智能化背景下美军无人机作战发展研究*

王 凯

（陆军炮兵防空兵学院机械工程系 合肥 230000）

1 引言

随着无人机技术的迅速发展及其在军事领域的深入应用，美国针对无人机作战运用展开了诸多研究。2021年3月26日，美军“忠诚僚机”XQ-58A女武神无人机，首次从其内弹仓成功发射更小的ALTIUS-600小型无人机系统，再次引领无人机作战运用新变革。无人机作战是美军应对高端战争，保持空战优势，重点研究的项目，先后提出“忠诚僚机”、分布式作战体系、有/无人机协同自主空中格斗、拒止环境下协同作战模式、可快速部署与回收集群作战、进攻性蜂群城市等作战运用样式。

2 无人机与有人机协同作战

2.1 “忠诚僚机”

“忠诚僚机”是指由有人机控制，能够代替有人僚机辅助长机完成各项任务的无人机。美军认为，未来战场环境充满挑战，具有高度不确定性，无人机可以承担对于有人机来说过于危险的任务，可灵活配置任务载荷与有人机协同作战，以此增强有人机执行任务的能力。

2015年美空军研究实验室（AFRL）对“忠诚僚机”项目立项研究。“忠诚僚机”作战运用构想有以下几种：1）无人僚机为有人机提供战术情报、监视、侦察和瞄准（ISTAR）和预警功能；2）无人僚机作为有人机的机外武器库，为有人机提供火力支援；3）无人僚机作靶机诱敌暴露重要目标，有人机实施火力打击；4）无人僚机为有人机提供护航防御，必要时牺牲无人机保护有人机；5）无人僚机载荷电子战吊舱实施电子战，为有人机接近目标创造机会；6）无人僚机载荷加油吊舱等模块，为有人机提供后勤保障服务等。

XQ-58A女武神无人机是“忠诚僚机”项目的典型代表，迄今为止进行了多次飞行实验，2020年12月9日，首次完成与F-22、F-35A战斗机编队起飞，最近在2021年3月26日，第六次飞行测试中，首次完成从其弹仓内发射更小的ALTIUS-600小型无人机系统。另据美军作战构想显示，计划于2023年“忠诚僚机”能够与F-22战斗机编队共同执行任务。

2.2 分布式空中作战

一直以来，美军通过研制功能强大而又复杂的武器系统，来保持大国竞争中的地位。但复杂武器系统研制费用昂贵，研发周期过长，且改造升级不便，带来诸多问题，使美国空中技术优势一定程度上受到自身发展的限制。在这种背景下，美军于2015年启动了体系集成技术与试验（SoSITE）项目，旨在通过开展分布式航空作战体系架构研究，发展能够快速集成任务系统模块到体系的技术，最终实现以平台为中心的战斗力模型转变为，依靠异构、低成本平台，可灵活组合的分布式功能模型。

2018年DARPA为SoSITE项目开发适应性算法与软件，建立配备先进任务系统的有/无人机作战网络，并进一步探究了自主技术在推进各个平台协同作战中所发挥的作用。2020年2月4日，美军成功利用一架“EA-18G”电子战飞机控制了两架无人版“EA-18G”飞机演示飞行，由此验证了该项目相关技术的有效性，并进一步推动有人机控制无人机执行作战任务的进程。结合该次测试与美军的技术应用惯性推想，美军有可能会将即将退役的F-16战机改装为无人战机，并采用F-22与F-35等先进战机与其进行协同作战，最终实现单架次有人机控制多架无人机编队作战飞行的目标。

2.3 有/无人机协同空战自主格斗

美军认为，未来有/无人机协同空战格斗，无人自主化作战更能适应强对抗环境，但目前无人机的自主性尚且不足以实现该能力，因此基于可靠的人工智能软件，利用有/无人机协同实现空战自主格斗，是美军重点研究的方向。

2019年5月，DARPA宣布启动“空战演化”（ACE）项目，该项目从人/机协作空中格斗问题着手，将现有人工智能技术应用于空中格斗，而后将自主格斗应用至更为复杂、异构的战役级别模拟场景。项目包括三个阶段：1）基础机动；2）一对一作战场景；3）应对更加复杂且快速变化的态势。目前对该项目的研究尚且处于第一阶段，迄今为止取得的成就包括：虚拟人工作智能（AI）狗斗；涉及视距内（WVR）和视距外（BVR）的多机场景，并更新了模拟武器；工具化喷气飞机的实战飞行，测量飞行员的生理反应和对人工智能的信任度等。

在2020年8月“Alpha Dogfight”的空中格斗竞赛中，智能AI以5：0的战绩击败了有丰富实战经验的人类飞行员，由此验证了AI算法进行空战的能力，此外，DARPA还于2020年11月选定数家公司开发智能空战算法，进一步促进人机协同编队作战的发展。2021年2月ACE项目完成了两架F-16作为一个团队与敌方战机的模拟AI“狗斗”，标志着人工智能分组对抗可以将包括精确、短距离射击的机炮，以及用于较远目标的导弹等更多的武器引入其中。ACE项目下一阶段的重点是将AI算法的模拟向实战过渡，准备在2021年底进行亚尺寸飞机实飞，预计在2023年末至2024年初的项目第三阶段中，实现人工智能驾驶战机进行空中格斗。

3 无人机智能蜂群作战

3.1 拒止环境下无人机蜂群协同作战

2014年4月，DARPA启动拒止环境中协同作战（CODE）项目。该项目致力于创建人工智能算法与模块化软件架构，提升无人机蜂群的自主协作能力，进一步拓展美军在拒止环境或竞争性空域中执行任务的能力。CODE项目目前在态势融合感知、编队协同飞行、航迹实时规划、协同任务规划、多约束自动路由、自平衡容错控制、带宽节省和行为建模等方面取得重大突破。

2019年2月，在定位与通信拒止环境测试中，面对虚拟目标与威胁无人机集群成功采取了应对措施。2020年12月4日，在无人控制的情况下，CODE项目研发的人工智能软件控制“复仇者”无人机飞行超过两个小时。CODE项目的成果将推动分布式蜂群在战场上的应用，未来的CODE无人机蜂群可基于现已建立的作战规则，在对抗/拒止作战空间遂行搜寻、追踪、识别和攻击任务，其扩展能力可极大增强现有空中平台的生存能力、灵活性和协同效能，并减少未来系统的开发时间和成本。

3.2 进攻性无人机蜂群城市作战

城市高楼林立，布局错落，环境复杂，活动空间受限，观察、机动和通信能力也受较大限制。为应对城市作战，2017年DARPA启动了进攻性蜂群使能战术（OFFSET）项目，该项目旨在通过集成已有的集群自主协同与有/无人集群协同技术，利用多台大型无人机与无人车等组成的蜂群系统架构，助力地面作战部队完成复杂城区环境下的作战任务，从而实现自主集群系统城市作战能力的突破性进展。

“进攻性蜂群使能战术”项目包含五个核心“蜂群冲刺”，主要聚焦蜂群战术、蜂群自主性、人-蜂群编队、虚拟环境以及物理测试平台。在2020年1月测试中，通过部署空地异构无人集群遂行城市夜袭任务，成功对集群城市战术与人/群协同技术进行了集成验证。2020年9月，第四次蜂群冲刺成功测试无人机与无人车集群协同技术，预计2021年下半年进行第五次蜂群冲刺，重点突破城市环境中的集群实战战术和创新的集群化学平台原型，拟利用250架（辆）无人机与无人车集群在具有8个城市规模的街区自主执行6小时的任务。

OFFSET项目以“蜂群战术”研究为核心，发展蜂群自主性和人/蜂群编队技术来支撑战术的实施。目前蜂群更多的是用于地面城市，执行情报、监视和侦察、建立通信网络等任务，它的使用将极大提升地面部队城市作战的效率和人类生存力，同时推动无人蜂群作战概念的发展和作战样式多样化。

3.3 快速部署与回收的无人机蜂群作战

具备分布式集群作战能力，可在空中部署与回收的小型无人机，可以成本更低的为美军提供更好的作战灵活性，同时可有效解决因无人机作战半径有限，无法实现远程作战的问题。2015年DARPA启动“小精灵”（Gremlins）项目，该项目旨在研究发展低成本、可重复使用的无人机蜂群系统与空中发射和回收技术，降低无人机部署的应用成本，拓展无人机作战半径，形成无人机蜂群空中分布式作战能力。

“小精灵”项目的作战设想是：载机可在防区外发射配置不同任务载荷、具备自主协同作战能力的无人机蜂群，无人机蜂群完成任务后，在空中由运输机收回。在2020年7月，“小精灵”项目第2次进行飞行试验中，无人机在试飞中受损，项目计划在2021年进行空中发射和回收实验。“小精灵”无人机可携带不同传感器和任务载荷，在竞争环境中协同作战，此外“小精灵”无人机成本低、可消耗，可以布置到战斗前沿遂行最危险的任务，同时可利用集群数量优势实施饱和攻击和自杀式攻击。

4 无人机智能化作战技术发展探究

4.1 未来天基指挥信息系统

无人机集群协同和有/无人机协同作战存在数据链异构不兼容、数据传输能力弱的问题，应对复杂的分布式和动态作战任务联通能力脆弱性较大，无法满足实时、高效的数据传递需求。2015年1月，美SpaceX公司提出“星链计划”，计划在低轨道布置42000颗“星链”卫星，提供覆盖全球的空天网络。“星链计划”，将对无人机作战运用产生重大影响：1）提供超视距通信服务；2）有效解决平台通信网络不兼容的问题；3）提供全天候、不间断的侦察监视；4）“星链”的万颗卫星将成为美军无人机集群作战的“天基大脑”，通过“天基云计算”即可进行飞行控制、态势感知、信息共享、目标分配和智能决策。目前“星链计划”正在建设中，未来天基指挥信息系统一旦被美国军方所用，必将大幅提升美国无人机的信息共享与智能决策等能力，从而进一步推动无人机的智能化作战实战进程。

4.2 智能吊舱系统

2014年，美军开始无人机机载人工智能计算平台研究，即“敏捷秃鹰”研究计划。“敏捷秃鹫”吊舱采用人工智能技术，具有机上高速数据处理能力和机器学习能力，能够基于机载多传感器集成，实现目标探测、跟踪、关联和识别；基于人工智能技术快速建立感知优势，可有效缩短“OODA”循环周期。

2020年9月，“敏捷秃鹫”吊舱完成在MQ-9“死神”无人机上的演示验证。未来“敏捷秃鹫”吊舱一旦投入实战，对于提高有/无人机协同作战、无人机蜂群作战的信息交互能力将大有裨益势，必将提高的战机的自主性，更进一步提高战机广域下的自主目标检测与快速决策能力。此外，美军还研究开发其他功能智能吊舱，在“海上卫士”无人机上集成的Sage 750电子支援传感器吊舱，可实现对辐射源的快速搜索定位，实施电子干扰和电子攻击，有效提升无人机电子攻防能力。智能吊舱系统是无人机作战运用的发展趋势，未来智能吊舱可集成多种战术能力，将极大地拓展无人机作战任务能力。

5 结语

现阶段，美国在无人机作战运用方面的研究重点在于，研发可靠的“自主核心系统”实现无人机的“半独立”操作能力；采用开放系统架构，实现有/无平台之间的实时数据共享、多机组网、协同配合与无缝连接等，以形成分布式的空中作战体系；研究可靠的人工智能软件，以及单机和编队的空战机动算法等，以提升无人机协同作战的能力；通过“智能”吊舱增强广域目标识别、实时通信和电子对抗等能力；通过仿真实验以及蜂群冲刺试验等推进蜂群战术与技术的创新、融合与集成，提升无人机的综合作战能力。尽管美国在以上领域已经开展了大量的研究，并获得了一定技术储备，进一步推动了有/人机协同以及无人机蜂群作战的实战化进程，但无人机的自身性能、作战中的实时通信、融入人工智能算法与自主能力的技术、远程控制技术以及小型无人机的空中回收等，仍然是无人机智能作战的难题，也是美军下一步重点研究的方向。