美军典型无人机蜂群系统发展分析

杨晓帅

无人机蜂群是指在操控人员的指挥或监督下，参照自然界蜂群、蚁群等的集体行为方式，以自主组网方式遂行统一作战任务的一组小型无人机集群。2016年，美国空军首次明确了无人机蜂群概念，探索在宽松和对抗环境中运用无人机蜂群实施多域作战。2018年，美国国防部将无人机蜂群列为无人系統19大关键技术之一，并认为2042年将实现高度自主的无人机蜂群作战。无人机蜂群具有机上无人、回路有人特征，研制成本低、周期短、技术迭代快、维修性好，易于大量生产和储备，越来越多国家开始布局发展无人机蜂群装备技术。

通过梳理美军在研无人机蜂群平台，按照部署回收方式，可将其分为空射型、陆基型和舰基型无人机蜂群；按照平台大小，可将其分为小型、中型和大型无人机蜂群平台；按照任务类型，可将其分为侦察型、电子战型、打击型、诱饵型等。蜂群无人机为代表兼具机动性、低成本、智能化等特征，装备技术日趋成熟，任务能力持续提出，逐渐成为美军装备发展的一个重要方向。我们选取“小精灵”“灰山鹑”“西卡德”三类典型无人机，分析美军蜂群作战系统最新研究进展。

“小精灵”无人机

无人机蜂群装备通常存在“腿短”问题，即中小型蜂群无人机平台小，续航时间短，远程跨域作战能力有限，实战化能力不足。通过空中大型载机投放平台投放和回收蜂群无人机，可以实现蜂群无人机快速部署回收和可重复使用，有效扩展中蜂群无人机作战范围，提升任务效能。为此，美军提出“小精灵”无人机设想，探索在敌防区外由包括运输机、轰炸机和战斗机等多种载机平台发射携带红外、光电、电子战等任务载荷的蜂群无人机，渗透到敌防区内之后，针对特定目标共同执行情监侦、电子攻击或地理空间定位等作战任务。任务完成后退出敌防区，并由载机完成空中回收。

2015年9月，美国国防预研局发布了X-61A“小精灵”项目跨部门公告，向工业部门寻找具备经济性的小型无人机空中发射和回收方案。“小精灵”项目计划研制周期共计4年，分为三个研究阶段。

第1阶段，由国防预研局选定4家承包商分别设计和开发“小精灵”原型验证系统、制订相关技术研发计划；

第2阶段，由国防预研局选定其中两家承包商开展进一步技术开发工作，并完成初步方案设计和风险测试，2017年3月，国防预研局选择通用原子航空系统公司和戴内提克斯公司进入项目第2阶段，项目通过了初步设计评审。

第3阶段，选定确定供应商，正式开展“小精灵”无人机验证系统的详细设计和制造，研制原型机，并同步开展试验验证。2018年4月，戴内提克斯公司在竞标中取胜，获得价值3860万美元、为期21个月的 “小精灵”项目研制合同，该公司曾完成GBU-43/B大型云爆弹和GBU-69/B“小型滑翔武器”研制工作，具有丰富研制经验。项目研发团队由包含戴内提克斯公司在内的多家公司参与，涵盖了机体设计制造，发动机设计制造，降落伞制造，C-130运输机支持保障等多项内容。

2021年11月，美国国防预研局宣布成功使用C-130运输机在空中回收了“小精灵”无人机，证实了无人机空中回收技术的可行性。自2019年以来，美国国防预研局共完成四次空中无人机回收能力测试，前三次均以失败告终。此次飞行试验中，两架X-61A完成了自主编队飞行，并抵近C-130运输机后方；后者打开机尾舱门，使用被称为“子弹”的机械装置捕获到其中1架X-61A，并将其拖入货舱完成回收。

在系统组成方面，“小精灵”系统主要由无人机平台、载机和空中投放回收系统组成，每个载机可携带和发射超过20架无人机，并在30min以内完成8架次无人机的回收工作，回收后再次完成准备和发射时间不超过24h。成本控制方面，该机出厂单价（不包括载荷）低于70万美元，发射或回收平台的改装成本（不包括指挥和控制系统）不超过200万美元。

在机载系统方面，“小精灵”无人机设计载荷功率低于1200W，载荷采用了模块化设计理念，可根据不同作战任务快速更换，这也符合“小精灵”无人机空中回收和再次布放的作战任务设定，可携带光电/红外系统和电子战设备等，执行战场情监侦和电子战任务。

在战技指标方面，美国国防预研局为“小精灵”无人机提出的性能目标要求为：作战半径926km，作战半径处可待机3h，有效载重54kg，最大飞行速度Ma0.8，最大发射高度超过12000m，推进系统设计寿命为20次。

“小精灵”项目是DARPA探索蜂群作战装备技术的重要抓手。结合其此前布局的体系架构、编队协同、作战管理等项目工作，已基本打通了由技术攻关到原型验证流程，基本具备实战化运用能力。“小精灵”无人机属于美军“蜂群”装备体系中的中型蜂群作战平台，由运输机空中投放后覆盖的任务半径超过900km，可进入“反介入/区域拒止”作战环境，为隐身战斗机等提供态势感知、目标指示等支持。“小精灵”无人机与美军最新发展的无人系统类似，采用了模块化开发、即插即用设计等思路，结合先进的算法软件，可在有限操作人员的监控下高效完成情监侦、电子战等作战任务，提高集群化作战能力，降低操控人员任务负担。

结合美军提出的蜂群和分布式作战构想，“小精灵”无人机可能成为其未来空战体系的重要一环，具有多种作战运用潜力。第一，携带电子战任务载荷的“小精灵”无人机由运输机投放后，在运输机、预警机、轰炸机等高价值空中作战单元附近建立作战巡逻圈，与战斗机协同执行空中护航任务；第二，携带情监侦任务载荷的“小精灵”无人机由运输机投放后，可携带低可探测数据链深入敌纵深区域，作为探测和目标指示节点，与F-22、F-35等隐身作战平台协同，遂行进攻性制空作战任务；第三，携带情监侦任务载荷的“小精灵”无人机可与“远射”无人机协同，构建闭合杀伤链，作为四代、五代战斗机的“耳目”，协同遂行制空作战任务。

“灰山鹑”无人机

2014年，战略能力办公室开始实施“无人机蜂群”项目，旨在快速发展和形成创新的空射微型无人机蜂群作战能力，并选中麻省理工学院研发的锂电池推进、全复合材料的“灰山鹑”无人机。该无人机定位为可消耗无人机，可由各类作战平台发射，在更昂贵、更大型的战斗机等装备前执行诱饵欺骗、情监侦等任务。截至目前，项目开展大量空中投放和编队飞行试验，创造了多项空射无人机编队飞行纪录。

在系统组成方面，“灰山鹑”无人机采用特殊气动布局，有前后两副机翼，上翼为平直翼，下翼翼尖向上弯折，采用3D打印技术制造，能源模块为内置锂电池，动力系统为尾部螺旋桨推进。通信链路方面，“灰山鹑”无人机具备一定自主能力，预先编程的个体同步飞行，而是一个有机集合体，共享一个分布式大脑进行决策并相互适应，以应对战斗的复杂性。在战技指标方面，“灰山鹑”无人机长16.5cm、翼展30cm、投放重量0.3kg，飞行速度75～110km/h，续航时间大于20min。

在作战运用方面，“灰山鹑”无人机可从战斗机的干扰弹发射装置投放，飞行高度低，可从特定角度观察隐匿目标，并通过无线电向母机回传信息。该无人机单机采购价格约为1万美元，较ADM-160B“微型空射诱饵”低90%。截至目前已完成500多次试验、试飞超过670架次，美军计划发展由1000架“灰山鹑”无人机组成的无人机集群，主要执行区域侦察任务。

2015年6月，美国空军在“北方利刃”演习中开展了由F-16战斗机空中投放“灰山鹑”无人机的飞行试验。2016年10月，3架F/A-18F战斗机在空中投放了103架“灰山鹑”无人机，验证了无人机自主编队、集群决策和自适应编队能力。“灰山鹑”无人机重量轻、续航时间短，载荷能力有限，任务水平也受到多方面限制，目前官方提出的任务能力以情监侦为主。未来，随着微电子技术不断发展，“灰山鹑”无人机可能搭载电子战等载荷，执行诱饵干扰、火力打击等任务。

“西卡德”无人机

2005年，美国海军研究实验室（NRL）开发“西卡德”（CICADA）近戰隐蔽自主无人一次性飞行器无人机，以开发能够大规模投放使用的蜂群无人机，美国海军将其描述为“可飞行的印制计算机集成电路板”，经数年发展，该机目前仍处于试验开发阶段。美国国海军提出该项目最终目标是大量部署“西卡德”无人机，组建蜂群探测传感器网络执行侦察监视作战任务，该机目标成本1000美元，批生产后可降至约250美元。此前，美国海军提出发展“超级蜂群”计划，提出由上百万架无人机组成的超级蜂群，以执行规模化进攻和防御作战行动，西卡德无人机具有极高效费比，成为该计划的重要潜在平台。

在系统组成方面，“西卡德”无人机主要由3D打印的电路板组成，除机翼结构外，还包含一套自定义的自动驾驶系统。该无人机能源系统为内置锂电池，为控制系统及传感器提供电力，同时可对机身内电子设备加热，以维持低温环境下的正常运行。

在通信链路方面，“西卡德”无人机可选多种无线数据传输模式，一是基于全球移动通信系统（GSM）标准的通信系统，该通信手段受限于地面基站对空覆盖能力，通常只能在超低空或地面传输数据；二是使用XBee-Pro S2C 2.4GHz无线电模块，采用点对多点的通信方式进行数据传输，有效范围约1200m。

在机载系统方面，“西卡德”无人机可以配备压力、温度和湿度传感器，能够准确估算风力和风向，生成预期滑翔路径。无人机还可携带GPS导航系统、WGS-84世界测地系统和双轴陀螺仪，具备实时定位和导航能力，可将着陆精度控制在4.5m以内。此外，无人机还可装配声学和生化探测设备，执行危险区域探测活动。

在战技指标方面，“西卡德”无人机重约65g，无动力装置，可由9000m高空滑降，可在零下57℃温度环境和75km/h的风速下飞行，滑翔速度约为74km/h，滑翔距离可达17500m。

在作战运用方面，“西卡德”无人机可由UH-60直升机、P-3海上巡逻机直接投放，也可使用声呐浮标发射管进行部署。根据美国海军设想，该无人机可搭载麦克风和振动传感器，降落后搜集降落点附近的声学和震动信息，还可携带生化探测载荷，进行放射性污染区检测。2019年，美国国家航空航天局兰利研究中心使用4架大型无人机完成了100余架“西卡德”无人机投放试验。

结束语

美军加速发展各种类型的无人机装备，加速构建有人无人协同的新型作战体系，发挥有人机决策优势，无人机高机动、成本低、可消耗等优势，实现有人机与无人机之间以及整个作战体系的信息和资源共享，解决先进有人机机队规模与武器挂载能力有限的短板，增强有人机生存能力和作战效能，同时获得空战场对抗的质量优势和数量优势。未来，美军将构建出以有人机为核心、各类无人机为支撑的先进协同空战体系，依托低成本可消耗、人机协同打击、多轮持续火力等优势，可能颠覆传统的“对等消耗”式作战模式，形成“单向伤亡”的新型作战模式，颠覆未来空中战场形态。