淺析美國(guó)無人機(jī)智能作戰(zhàn)技術(shù)的重點(diǎn)研究方向

隨著無人機(jī)技術(shù)與實(shí)戰(zhàn)化應(yīng)用的迅速發(fā)展，美國(guó)針對(duì)有人-無人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)模式、分布式蜂群作戰(zhàn)模式以及無人機(jī)消耗作戰(zhàn)模式等無人機(jī)智能作戰(zhàn)模式開展了諸多研究。其中主要包括“忠誠(chéng)僚機(jī)”模式、SoSITE分布式作戰(zhàn)模式、有人-無人機(jī)自主性空中格斗模式、拒止環(huán)境下協(xié)同作戰(zhàn)模式、可快速部署與回收集群作戰(zhàn)、進(jìn)攻性蜂群城市作戰(zhàn)模式，以及無人機(jī)集群消耗作戰(zhàn)模式等?；趯?duì)上述作戰(zhàn)模式的分析，在此進(jìn)一步調(diào)研了高智能化作戰(zhàn)的技術(shù)發(fā)展方向，智能化“敏捷禿鷲”系統(tǒng)、未來天基指揮通信系統(tǒng)以及高度自動(dòng)化與自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別技術(shù)等都將是美國(guó)無人機(jī)智能作戰(zhàn)技術(shù)的重點(diǎn)研究方向。 ? ?

有人-無人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)模式研究 “忠誠(chéng)僚機(jī)”模式 ? 無人機(jī)距離完全自主作戰(zhàn)仍需要具備對(duì)復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境、戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的綜合分析與判斷能力以及對(duì)敵方戰(zhàn)術(shù)意圖的預(yù)判與響應(yīng)能力等高智能化能力，因此有人-無人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)將是早期無人機(jī)智能作戰(zhàn)的主要模式。美國(guó)已經(jīng)對(duì)該作戰(zhàn)模式進(jìn)行了概念發(fā)展規(guī)劃，而“忠誠(chéng)僚機(jī)”項(xiàng)目與Skyborg項(xiàng)目等則致力于該型作戰(zhàn)模式的技術(shù)研發(fā)，重點(diǎn)研究可重復(fù)使用的無人機(jī)，以及裝備于無人機(jī)的自主/人工智能系統(tǒng)等。XQ-58A無人機(jī)作為“忠誠(chéng)僚機(jī)”項(xiàng)目的研究重點(diǎn)之一，可重復(fù)使用，已于2019年3月成功首飛，之后進(jìn)行了多次飛行測(cè)試，也被作為使用Skyborg技術(shù)進(jìn)行空軍實(shí)驗(yàn)的平臺(tái)。

可重復(fù)使用無人機(jī)作戰(zhàn)模式示意圖 ? 該機(jī)的最大飛行速度約1050公里/小時(shí)，最大航程近4000公里，實(shí)用升限超過13700米，其可以攜帶多種電子設(shè)備，內(nèi)置彈艙載荷250千克(可掛載聯(lián)合制導(dǎo)攻擊武器或小直徑炸彈等)，具備對(duì)地打擊能力。在此將兩個(gè)項(xiàng)目的相關(guān)研究進(jìn)行梳理，如下表所示。 ? 圖表：“忠誠(chéng)僚機(jī)”項(xiàng)目與Skyborg項(xiàng)目

資料來源：調(diào)研整理 ? “忠誠(chéng)僚機(jī)”項(xiàng)目的主要成果XQ-58A已經(jīng)進(jìn)行了多次飛行試驗(yàn)，但其對(duì)地攻擊與對(duì)敵空中防御的相關(guān)演示與測(cè)試尚未見信息披露;而Skyborg項(xiàng)目則致力于發(fā)展人工智能，以使飛機(jī)能夠自主運(yùn)行并有可能從先前的訓(xùn)練任務(wù)中學(xué)習(xí)。Leidos公司作為為Skyborg的設(shè)計(jì)代理，已于2020年5月起開始專注于開發(fā)“自主核心系統(tǒng)”所需的技術(shù)，以最終使Skyborg無人機(jī)具備半獨(dú)立操作能力。AFRL計(jì)劃在2023財(cái)年提供Skyborg系統(tǒng)的初期作戰(zhàn)版本，后續(xù)版本則可能由下一代空中優(yōu)勢(shì)(NGAD)項(xiàng)目或其他單獨(dú)項(xiàng)目資助。

? 據(jù)美軍的作戰(zhàn)構(gòu)想顯示，美軍計(jì)劃于2023財(cái)年開始，洛克希德?馬丁公司的4架F-22戰(zhàn)斗機(jī)組成的編隊(duì)能夠與裝備了Skyborg人工智能系統(tǒng)的無人戰(zhàn)機(jī)共同執(zhí)行任務(wù)，空戰(zhàn)司令部則計(jì)劃利用裝備Skyborg的無人機(jī)在2025年替換部分F-16戰(zhàn)斗機(jī)，在2030替換MQ-9無人機(jī)。然而根據(jù)最新測(cè)試結(jié)果可知，采用人工智能技術(shù)并執(zhí)行自主通信任務(wù)仍然是該項(xiàng)目亟待解決的技術(shù)難題之一。 ?

分布式作戰(zhàn)體系構(gòu)建

建立分布集成、全域覆蓋的“殺傷網(wǎng)”是美軍全域聯(lián)合作戰(zhàn)行動(dòng)的主旨所在，而實(shí)現(xiàn)有人-無人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)的信息交互與無縫連接等則是其研究重點(diǎn)之一，因此，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)于2015年提出了體系集成技術(shù)與試驗(yàn)(SoSITE)項(xiàng)目。該項(xiàng)目旨在將武器與傳感器載荷從單一龐大的空中平臺(tái)拆分到大量有人和無人平臺(tái)上，運(yùn)用開放系統(tǒng)架構(gòu)方法，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)間實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享、多機(jī)組網(wǎng)、協(xié)同配合及平臺(tái)上不同任務(wù)模塊的即裝即用、無縫連接，形成分布式的空中作戰(zhàn)體系。 ? 早在2018年DARPA已經(jīng)在開發(fā)適應(yīng)性算法與軟件等以建立配備先進(jìn)任務(wù)系統(tǒng)的有人-無人機(jī)作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)，并且進(jìn)一步探究了自主技術(shù)在推進(jìn)各個(gè)平臺(tái)協(xié)同作戰(zhàn)中所發(fā)揮的作用。該項(xiàng)目將有助于加快美國(guó)空軍先進(jìn)作戰(zhàn)管理系統(tǒng)達(dá)到初步作戰(zhàn)能力的進(jìn)度。 ? 在SoSITE項(xiàng)目所設(shè)想的作戰(zhàn)模式中，只需單架次有人機(jī)與單架次無人機(jī)即可執(zhí)行任務(wù)，由空中指控系統(tǒng)控制有人機(jī)，再由有人機(jī)控制無人機(jī)，具有電子干擾、雷達(dá)探測(cè)和成像能力以及有殺傷力的武器裝備將由無人機(jī)平臺(tái)發(fā)射，而非將這些能力全部集中于同一作戰(zhàn)平臺(tái)上，由此將兼具低成本與出色的作戰(zhàn)效果。 ?

SoSITE項(xiàng)目分布式空戰(zhàn)概念圖

該項(xiàng)目組已經(jīng)成功演示驗(yàn)證了以下四種能力： ?

即使采用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈，亦能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)系統(tǒng)之間自動(dòng)組合和傳輸信息的能力;

首次在飛行中使用Link-16創(chuàng)建更為快速、高效的現(xiàn)代化信息交互;

實(shí)現(xiàn)了將陸基座艙模擬器與真實(shí)飛機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)互聯(lián)的能力，基于SoS減少了從數(shù)據(jù)到?jīng)Q策的時(shí)間跨度;

將當(dāng)前在F-35上使用的APG-81雷達(dá)與DARPA的“自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別”軟件進(jìn)行集成，創(chuàng)建一個(gè)全面綜合的戰(zhàn)場(chǎng)空間圖像。

該項(xiàng)目的最終目標(biāo)是從以平臺(tái)為中心的戰(zhàn)斗力模型轉(zhuǎn)變?yōu)橐揽慨悩?gòu)、低成本平臺(tái)的多種組合中的分布式功能的模型。 ? 波音公司和美海軍已于2020年2月4日在美海軍作戰(zhàn)發(fā)展司令部舉辦的年度艦隊(duì)演習(xí)中成功利用一架有人駕駛型EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)控制了兩架無人版“EA-18G”飛機(jī)，由此驗(yàn)證了該項(xiàng)目相關(guān)技術(shù)的有效性，并將進(jìn)一步推動(dòng)F/A-18E/F戰(zhàn)斗機(jī)與“EA-18G”電子戰(zhàn)飛機(jī)控制無人機(jī)等無人平臺(tái)執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)的進(jìn)程。 ? 該項(xiàng)測(cè)試中有兩點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)尤其引人關(guān)注，一是對(duì)“EA-18G”電子戰(zhàn)飛機(jī)進(jìn)行改裝，并采用開放式架構(gòu)處理器與先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)該機(jī)的無人駕駛;二是有人機(jī)控制無人機(jī)的技術(shù)。此外，據(jù)稱經(jīng)無人化改裝的有人機(jī)還可與美海軍在研的其他無人系統(tǒng)協(xié)同作戰(zhàn)，能夠大幅提升美海軍的態(tài)勢(shì)感知能力以及有人飛機(jī)的生存能力。 ? 結(jié)合該次測(cè)試與美國(guó)的技術(shù)應(yīng)用慣性推想，美國(guó)有可能會(huì)將即將退役的F-16戰(zhàn)機(jī)改裝為無人戰(zhàn)機(jī)，并采用F-22與F-35等先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)與無人機(jī)進(jìn)行協(xié)同作戰(zhàn)，最終實(shí)現(xiàn)單架次有人機(jī)控制多架無人機(jī)形成編隊(duì)作戰(zhàn)的目標(biāo)。 ?

有人-無人機(jī)自主性空中格斗模式

將無人機(jī)用于實(shí)戰(zhàn)，空中格斗必將是其未來要面對(duì)的作戰(zhàn)模式之一，但目前無人機(jī)的自主性尚且不足以實(shí)現(xiàn)該能力，因此基于可靠的人工智能軟件，利用有人-無人機(jī)協(xié)同，實(shí)現(xiàn)自主空戰(zhàn)格斗能力是現(xiàn)階段美國(guó)的研究主線之一。DARPA已經(jīng)于2019年授予卡爾斯潘公司4年期的研發(fā)全尺寸空戰(zhàn)試驗(yàn)基礎(chǔ)設(shè)施的“空戰(zhàn)演化”(ACE)項(xiàng)目，旨在提高作戰(zhàn)人員對(duì)自主作戰(zhàn)技術(shù)的信任度，是戰(zhàn)略技術(shù)辦公室(STO)旨在實(shí)現(xiàn)DARPA“馬賽克戰(zhàn)”的戰(zhàn)略項(xiàng)目之一，而馬賽克戰(zhàn)又是將戰(zhàn)爭(zhēng)概念從空戰(zhàn)專屬于有人機(jī)，轉(zhuǎn)變?yōu)橛腥藱C(jī)和低成本無人機(jī)的混合編隊(duì)，從而實(shí)現(xiàn)利用最新技術(shù)進(jìn)行快速研發(fā)、部署與升級(jí)，以應(yīng)對(duì)變化莫測(cè)的威脅。 ? 該項(xiàng)目將培訓(xùn)人工智能(AI)遵守空戰(zhàn)規(guī)則，并將按如下三個(gè)階段開展工作。 ?

目前該項(xiàng)目尚且處于研究工作的第一階段，并將開展的名為“Alpha Dogfight試驗(yàn)”的空中格斗競(jìng)賽作為研發(fā)空對(duì)空自動(dòng)作戰(zhàn)軟件的第一步。該競(jìng)賽由不同公司研發(fā)的AI與駕駛虛擬F-16的人類飛行員對(duì)決，競(jìng)賽的最終結(jié)果為赫倫系統(tǒng)公司研發(fā)的超級(jí)AI于2020年8月20日在虛擬空戰(zhàn)中以5:0的戰(zhàn)績(jī)擊敗了駕駛虛擬F-16戰(zhàn)斗機(jī)的人類飛行員。由此驗(yàn)證了AI算法進(jìn)行空戰(zhàn)的能力，同時(shí)也將助力ACE項(xiàng)目基于參賽的AI技術(shù)研發(fā)出更為可靠的人工智能空中格斗軟件，從而進(jìn)一步促進(jìn)人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)編隊(duì)的發(fā)展。 ? 卡爾斯潘公司還將使用其專有的自主電傳線控飛行控制系統(tǒng)技術(shù)，對(duì)4架Aero Vodochody L-39 Albatros噴氣教練機(jī)進(jìn)行改裝，以實(shí)現(xiàn)和演示先進(jìn)的人機(jī)界面(HMI)和AI算法。 ? 此外，DARPA還于2020年11月選定波音公司、埃皮塞公司(EpiSci)、佐治亞理工學(xué)院、蒼鷺系統(tǒng)公司和物理人工智能公司開發(fā)智能空戰(zhàn)算法，以實(shí)現(xiàn)有人-無人飛機(jī)編隊(duì)的近距離自主空戰(zhàn)格斗能力。該項(xiàng)研究將在ACE項(xiàng)目下進(jìn)行“技術(shù)領(lǐng)域1”(TA1)內(nèi)容的研發(fā)工作，包括單機(jī)和編隊(duì)的空戰(zhàn)機(jī)動(dòng)算法。每家機(jī)構(gòu)將分別從1對(duì)1空戰(zhàn)格斗開始研究，逐步擴(kuò)展至2對(duì)1和2對(duì)2，隨后轉(zhuǎn)入建模仿真、縮比例無人機(jī)驗(yàn)證和全尺寸飛機(jī)驗(yàn)證階段，計(jì)劃于2023年完成全部工作。 ? 現(xiàn)階段，美國(guó)在有人-無人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)模式方面的研究重點(diǎn)在于，研發(fā)可靠的“自主核心系統(tǒng)”實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的“半獨(dú)立”操作能力;采用開放系統(tǒng)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)有人-無人機(jī)平臺(tái)之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享、多機(jī)組網(wǎng)、協(xié)同配合與無縫連接等，以形成分布式的空中作戰(zhàn)體系;研究可靠的人工智能空中格斗軟件，以及單機(jī)和編隊(duì)的空戰(zhàn)機(jī)動(dòng)算法等，以提升有人-無人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)的自主空中格斗能力。 ?

分布式無人機(jī)智能蜂群作戰(zhàn)樣式研究 ? 拒止環(huán)境下協(xié)同作戰(zhàn)模式

該型作戰(zhàn)模式下，現(xiàn)有的大多數(shù)系統(tǒng)需要由專門的飛行員與傳感器操作員進(jìn)行操作，既限制了無人機(jī)操作的可擴(kuò)展性與經(jīng)濟(jì)性，也增加了在復(fù)雜電磁環(huán)境中對(duì)于高機(jī)動(dòng)目標(biāo)的動(dòng)態(tài)、遠(yuǎn)程對(duì)抗的操作難度。因此針對(duì)上述問題，DARPA于2014年啟動(dòng)了拒止環(huán)境中協(xié)同作戰(zhàn)(CODE)項(xiàng)目。該項(xiàng)目致力于創(chuàng)建人工智能算法與模塊化軟件架構(gòu)，拓展現(xiàn)有無人機(jī)執(zhí)行任務(wù)的能力，提升無人機(jī)蜂群的自主協(xié)作能力，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)帶寬限制和通訊中斷的彈性化設(shè)計(jì)，兼容現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，以進(jìn)一步加強(qiáng)美軍在拒止環(huán)境或競(jìng)爭(zhēng)性空域中執(zhí)行任務(wù)的能力。 ? ?

CODE允許無人機(jī)與其他無人機(jī)一起自主工作，部分依賴于網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，通過多個(gè)節(jié)點(diǎn)傳遞信號(hào)，而不局限于從單個(gè)傳輸點(diǎn)傳遞，實(shí)現(xiàn)多架無人機(jī)共享信息，從而使得敵方難于一次性封鎖所有節(jié)點(diǎn);

CODE無人機(jī)群在執(zhí)行任務(wù)的過程中可以相互或向指揮官分享數(shù)據(jù)，共同協(xié)商任務(wù)分配，實(shí)現(xiàn)行動(dòng)同步。

CODE項(xiàng)目主要著眼于無人機(jī)群協(xié)同自主領(lǐng)域技術(shù)的提升，而其中的關(guān)鍵技術(shù)在于單架次無人機(jī)的自主能力、無人機(jī)群的自主能力、人機(jī)接口以及開放式架構(gòu)，而飛機(jī)如何在惡劣的條件下繼續(xù)協(xié)同工作則是該項(xiàng)目最具挑戰(zhàn)性技術(shù)難點(diǎn)之一。在自主協(xié)作下，CODE軟件驅(qū)使的無人機(jī)集群能夠根據(jù)既定交戰(zhàn)規(guī)則，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并接觸，以最小監(jiān)督利用周圍配備CODE的平臺(tái)系統(tǒng)，并及時(shí)適應(yīng)友軍消耗與動(dòng)態(tài)威脅等動(dòng)態(tài)環(huán)境。 ?

在此將較具代表性的測(cè)試任務(wù)進(jìn)行梳理如下所示。 ?

2019年2月裝備CODE軟件的6架RQ-23無人機(jī)與14架虛擬無人機(jī)在無法使用GPS，通信中斷的情況下，針對(duì)虛擬目標(biāo)與威脅等采取了對(duì)策，成功地完成了任務(wù)目標(biāo)。該次飛行試驗(yàn)參與的無人機(jī)均由一個(gè)小型作戰(zhàn)中心的任務(wù)小組監(jiān)控，并采用了雷神公司的軟件和自主算法等。

美國(guó)通用原子公司于2020年12月4日稱，在無人工輸入的情況下，CODE項(xiàng)目研發(fā)的人工智能軟件控制“復(fù)仇者”無人機(jī)機(jī)動(dòng)運(yùn)行超過兩個(gè)小時(shí)，該次演示進(jìn)一步深入研究了針對(duì)空對(duì)空目標(biāo)的大型無人機(jī)平臺(tái)上的人工智能處理技術(shù)，并且采用支持網(wǎng)絡(luò)的戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(TTNT)進(jìn)行了網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)任務(wù)通信。

通用原子公司還擴(kuò)展了CODE基本軟件的行為功能，將其安裝在小型商用計(jì)算機(jī)上，在設(shè)定飛行任務(wù)目標(biāo)的情況下，即可協(xié)調(diào)6架飛機(jī)完成空對(duì)空協(xié)同搜索，其中五架虛擬飛機(jī)用于演示。該次演示的成功代表了無人機(jī)將向更復(fù)雜的自主能力發(fā)展，并且預(yù)示著人工輸入將最小化以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜空戰(zhàn)中各平臺(tái)系統(tǒng)的最佳組合。 ? 總之，CODE項(xiàng)目已于2019年完成，項(xiàng)目的相關(guān)技術(shù)成果等已經(jīng)移交給美國(guó)海軍航空系統(tǒng)司令部。該項(xiàng)目已經(jīng)建立了超出了當(dāng)前技術(shù)水平的模塊化軟件體系結(jié)構(gòu)，能夠應(yīng)對(duì)帶寬限制和通信中斷，在用于異構(gòu)系統(tǒng)的自主技術(shù)研究方面已經(jīng)邁出了重要的一步。 ?

可快速部署與回收的無人機(jī)集群作戰(zhàn)模式

采用無人機(jī)進(jìn)行分布式集群作戰(zhàn)的難點(diǎn)之一在于小型無人機(jī)作戰(zhàn)半徑有限，無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程作戰(zhàn)，因此利用有人軍用飛機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程投放與回收被美軍作為解決方案之一，小精靈(Gremlins)項(xiàng)目由此被DARPA于2015年啟動(dòng)。該項(xiàng)目旨在研究一型低成本無人機(jī)，能夠搭載情報(bào)、監(jiān)視、偵察(ISR)等傳感器模塊和非動(dòng)能有效載荷，同時(shí)開發(fā)一個(gè)無人機(jī)發(fā)射和回收裝置，使得未來的作戰(zhàn)飛機(jī)可以快速部署廉價(jià)、可重復(fù)使用的無人機(jī)集群。 ? “小精靈”無人機(jī)的續(xù)航時(shí)間約1～3小時(shí)，按照DARPA的設(shè)想，“小精靈”無人機(jī)蜂群將在敵防區(qū)外由包括運(yùn)輸機(jī)、轟炸機(jī)和戰(zhàn)斗機(jī)在內(nèi)的各類平臺(tái)發(fā)射，在滲透到敵防區(qū)內(nèi)之后，針對(duì)特定目標(biāo)共同執(zhí)行情監(jiān)偵、電子攻擊或地理空間定位等作戰(zhàn)任務(wù)，任務(wù)完成后退出敵防區(qū)，并由C-130運(yùn)輸機(jī)完成空中回收。

該項(xiàng)目包括四個(gè)階段，前兩個(gè)階段主要包括承包商的選拔以及全尺寸驗(yàn)證系統(tǒng)的初始設(shè)計(jì)，第三階段則始于2018年主要進(jìn)行多架無人機(jī)的發(fā)射與安全回收試驗(yàn)，X-61A無人機(jī)是第三階段的演示目標(biāo)之一。在此將該項(xiàng)目的最新測(cè)試進(jìn)展梳理如下。

? 圖表：“小精靈”項(xiàng)目研究新進(jìn)展

資料來源：調(diào)研整理

據(jù)稱第四次飛行與回收等測(cè)試將于2021年春季進(jìn)行。此外，DARPA已于2020年與美國(guó)空軍達(dá)成協(xié)議，計(jì)劃在完成第三階段之后，開啟第四個(gè)階段，一方面開發(fā)協(xié)作自主軟件，以實(shí)現(xiàn)只需一名操作員即可控制多架無人機(jī)，從而使得無人機(jī)能夠在通信不暢或?qū)Ш叫盘?hào)有限的地區(qū)與地面移動(dòng)目標(biāo)/海上目標(biāo)進(jìn)行長(zhǎng)距離交戰(zhàn);另一方面還可能會(huì)在“小精靈”無人機(jī)上裝載各種傳感器，以將不同的情報(bào)、監(jiān)視和偵察傳感器集成在無人機(jī)的自主編隊(duì)中進(jìn)行演示，但該型無人機(jī)尚不具備自主能力與人工智能能力。 ? 預(yù)計(jì)該項(xiàng)目的第四階段將持續(xù)27個(gè)月，最終測(cè)試將包括DARPA在CODE項(xiàng)目所開發(fā)的協(xié)作自主技術(shù)，其中，美國(guó)空軍自主的項(xiàng)目研究部分將為美國(guó)空軍提供作戰(zhàn)技術(shù)。 ?

進(jìn)攻性蜂群城市作戰(zhàn)模式

美國(guó)的進(jìn)攻性蜂群城市作戰(zhàn)模式在DARPA于2016年啟動(dòng)的進(jìn)攻性蜂群使能戰(zhàn)術(shù)(OFFSET)項(xiàng)目中被深入研究，該項(xiàng)目旨在通過集成已有的自主集群與人-無人集群協(xié)同新技術(shù)，利用多達(dá)250臺(tái)大型無人機(jī)與無人車等組成的蜂群系統(tǒng)架構(gòu)，助力地面作戰(zhàn)部隊(duì)完成復(fù)雜城區(qū)環(huán)境下的多種作戰(zhàn)任務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)自主集群系統(tǒng)城市作戰(zhàn)能力的突破性進(jìn)展。 ?

OFFSET項(xiàng)目蜂群沖刺的關(guān)鍵技術(shù)

? OFFSET項(xiàng)目計(jì)劃約每6個(gè)月舉行一次集群沖刺，并且每一次蜂群沖刺均以集群戰(zhàn)術(shù)、集群自主性、人-群協(xié)同、虛擬環(huán)境與物理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)五個(gè)關(guān)鍵技術(shù)中的一個(gè)或多個(gè)為突破點(diǎn)。 ?

第一次蜂群沖刺重點(diǎn)關(guān)注集群戰(zhàn)術(shù)集成，實(shí)現(xiàn)使用50架無人機(jī)蜂群定位一個(gè)目標(biāo);

第二次蜂群沖刺重點(diǎn)提升單體自主性;

第三次蜂群沖刺重點(diǎn)突破人-群協(xié)同與中級(jí)集群戰(zhàn)術(shù);

第四次蜂群沖刺重點(diǎn)突破虛擬環(huán)境下的集成技術(shù)和人工智能技術(shù)在集群戰(zhàn)術(shù)中的應(yīng)用;

第五次蜂群沖刺將重點(diǎn)突破城市環(huán)境中的集群實(shí)戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)和創(chuàng)新的集群化學(xué)平臺(tái)原型，以利用250架(輛)無人機(jī)與無人車集群在具有8個(gè)城市規(guī)模的街區(qū)自主執(zhí)行6小時(shí)的任務(wù)。

美國(guó)國(guó)防部2020財(cái)年預(yù)算文件顯示，DARPA為OFFSET項(xiàng)目申請(qǐng)的預(yù)算達(dá)2000萬美金，并將用于：演示驗(yàn)證可行的集群戰(zhàn)術(shù)行動(dòng)方案的接口和執(zhí)行;繼續(xù)整合先進(jìn)的集群戰(zhàn)術(shù)，開展以能力為基礎(chǔ)的試驗(yàn);開始集群沖刺，重點(diǎn)改善虛擬環(huán)境和擴(kuò)大物理實(shí)驗(yàn)床，以實(shí)現(xiàn)任務(wù)目標(biāo)，由此推斷該項(xiàng)目將進(jìn)行多次技術(shù)突破型集群沖刺試驗(yàn)。在此將集群沖刺試驗(yàn)的新進(jìn)展與新計(jì)劃梳理如下表所示。 ? 圖表：集群沖刺試驗(yàn)新進(jìn)展與新計(jì)劃

資料來源：調(diào)研整理

由上表可知，自第三輪蜂群沖刺測(cè)試起，DARPA更為注重集群實(shí)戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)、人-機(jī)群協(xié)同以及蜂群內(nèi)部通信等方面的技術(shù)需求。據(jù)稱每一輪測(cè)試過后，基于DARPA提供的實(shí)時(shí)蜂群數(shù)據(jù)與場(chǎng)景分析，系統(tǒng)集成商都將提出新策略改善后續(xù)的測(cè)試運(yùn)行，以及未來的技術(shù)開發(fā)，并致力于將新型蜂群技術(shù)整合到各自的體系結(jié)構(gòu)中。由此可知，美國(guó)正從無人集群協(xié)同戰(zhàn)術(shù)等多方面進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，通過人工智能、自主技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)等提升無人機(jī)在城市作戰(zhàn)戰(zhàn)場(chǎng)上的綜合作戰(zhàn)能力。 ? 基于對(duì)拒止環(huán)境下協(xié)同作戰(zhàn)模式、可快速部署與回收集群作戰(zhàn)以進(jìn)攻性蜂群城市作戰(zhàn)模式等相關(guān)研究的梳理可知，美軍現(xiàn)階段主要致力于通過CODE項(xiàng)目研發(fā)先進(jìn)的自主化算法和監(jiān)督控制技術(shù)，以增強(qiáng)無人機(jī)或尖端導(dǎo)彈在拒止環(huán)境的作戰(zhàn)能力;利用小精靈項(xiàng)目對(duì)小型低成本無人機(jī)的遠(yuǎn)程投送與回收等空中分布式作戰(zhàn)模式相關(guān)技術(shù)進(jìn)行集成驗(yàn)證;OFFSET項(xiàng)目則將集成已有的自主集群與人-無人集群協(xié)同新技術(shù)，通過無人機(jī)/無人車等自主集群系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)小型地面部隊(duì)城市作戰(zhàn)能力的突破。

? 無人機(jī)集群消耗作戰(zhàn)模式研究

? 在反介入/區(qū)域拒止環(huán)境中，敵方的綜合防空系統(tǒng)會(huì)增加空域的進(jìn)入難度，而數(shù)量眾多的小型、低成本無人機(jī)能夠飽和敵方的雷達(dá)系統(tǒng)，降低有人機(jī)與高成本無人機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)。因此，美軍在無人機(jī)集群消耗作戰(zhàn)模式方面開展了多項(xiàng)研究，在此僅以展開相關(guān)技術(shù)研究的低成本無人機(jī)蜂群作戰(zhàn)(LOCUST)項(xiàng)目與山鶉(Perdix)項(xiàng)目為例對(duì)美軍在該作戰(zhàn)模式方面的研究進(jìn)展進(jìn)行梳理。

? 圖表：LOCUST項(xiàng)目與Perdix項(xiàng)目所研究的無人機(jī)性能參數(shù)對(duì)比

資料來源：調(diào)研整理 ? 其中： ?

郊狼無人機(jī)裝有雷神公司開發(fā)的軟件，從而能以最優(yōu)作戰(zhàn)陣型飛行，也能擴(kuò)大人類操作員的能力范疇，并且關(guān)鍵決策仍由人類操作員作出，還能依據(jù)需要對(duì)無人機(jī)群的任務(wù)進(jìn)行校正;

Permix項(xiàng)目中，據(jù)稱SCO的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)1000架Perdix無人機(jī)的批量生產(chǎn)，保證低成本的同時(shí)，盡快將該型無人機(jī)投入實(shí)戰(zhàn)，但該項(xiàng)目截至2020年12月未見更新研究進(jìn)展，2018年開始負(fù)責(zé)Perdix項(xiàng)目的空軍助理部長(zhǎng)Will Roper在2019年2月曾宣稱難于找到蜂群作戰(zhàn)的測(cè)試靶場(chǎng)，這可能是項(xiàng)目進(jìn)展放緩的原因之一。

綜上可知，美軍發(fā)展低成本無人機(jī)集群作戰(zhàn)模式的主旨在于一方面以數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)壓制敵人，一方面執(zhí)行空中監(jiān)視與信息共享，甚至打擊任務(wù)。尤其Perdix項(xiàng)目所研發(fā)的微型無人機(jī)還能夠基體決策并具有編隊(duì)飛行能力。而蜂群作戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)與技術(shù)，以及人工智能算法與協(xié)同自主的結(jié)合是該作戰(zhàn)模式的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)。 ?

高智能化作戰(zhàn)研究 ? 智能化“敏捷禿鷲”系統(tǒng)

AFRL與錫拉丘茲研究公司早在2015年就合作開發(fā)了一款高性能嵌入式計(jì)算體系結(jié)構(gòu)——“敏捷禿鷲”吊艙，該吊艙是聯(lián)合人工智能中心視頻處理人工智能原型的重要組成部分。該吊艙將采用人工智能技術(shù)，使機(jī)載高性能嵌入式計(jì)算與機(jī)器學(xué)習(xí)算法相結(jié)合，以探測(cè)、關(guān)聯(lián)、識(shí)別和跟蹤感興趣的目標(biāo)，不僅降低了與其他平臺(tái)共享目標(biāo)信息的通信帶寬要求，還能夠?qū)崟r(shí)高效地進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與傳輸。 ? 此外，“敏捷禿鷹”吊艙可以集成各類傳感器或者算法，還能夠配裝至不同的有人機(jī)與Skyborg智能無人機(jī)等無人機(jī)平臺(tái)，進(jìn)行編組處理數(shù)據(jù)和分享信息，目前該型吊艙之間的通信能力已經(jīng)成功進(jìn)行了地面驗(yàn)證，但尚未進(jìn)行空中試驗(yàn)。 ?

“敏捷禿鷲”行動(dòng)概念

? 2019年9月，美軍空軍將“敏捷禿鷹”人工智能系統(tǒng)裝備在MQ-9無人戰(zhàn)斗機(jī)上，進(jìn)行為期10個(gè)月的集成與演示驗(yàn)證，以驗(yàn)證該人工智能系統(tǒng)能否使MQ-9無人機(jī)進(jìn)行廣域監(jiān)視，能否無需人工干預(yù)，自主識(shí)別預(yù)先定義的感興趣目標(biāo)并共享位置信息，自行決定是否執(zhí)行致命打擊。據(jù)稱美國(guó)通用原子航空系統(tǒng)公司(GA-ASI)與SRC公司已經(jīng)于2020年9月成功將“敏捷禿鷲”吊艙與MQ-9無人機(jī)集成并飛行，盡管未見測(cè)試詳情披露，但由“敏捷禿鷲”所具備的人工智能技術(shù)特點(diǎn)可以推斷，其與MQ-9的集成必將使該型無人機(jī)具備利用機(jī)載光電/紅外(EO/IR)傳感器與GA-ASI的Lynx合成孔徑雷達(dá)進(jìn)行廣域目標(biāo)自主識(shí)別的能力。 ? 未來“敏捷禿鷲”吊艙一旦投入實(shí)戰(zhàn)，無論被裝備在有人機(jī)，亦或是無人機(jī)平臺(tái)之上，勢(shì)必將提高戰(zhàn)機(jī)的自主性，更進(jìn)一步提高戰(zhàn)機(jī)廣域下的自主目標(biāo)檢測(cè)與快速?zèng)Q策能力;同時(shí)未來該型吊艙之間的空中通信能力一旦實(shí)現(xiàn)，對(duì)于提高有人-無人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)與蜂群作戰(zhàn)的信息交互能力將大有裨益。 ?

未來天基指揮通信系統(tǒng)

太空戰(zhàn)略空間是美國(guó)多年來的野心所向，美國(guó)SpaceX公司的“星鏈計(jì)劃”則大大利于美國(guó)實(shí)現(xiàn)其全球霸權(quán)的野心。因?yàn)樵撚?jì)劃將于2024年之前，在低軌道近地空間布置12000顆“星鏈”衛(wèi)星(據(jù)稱該公司還計(jì)劃再投放3萬顆，使總數(shù)達(dá)到42000顆)，其中約有2/3的衛(wèi)星將被置于距地面550公里的低軌道上，將有四千顆衛(wèi)星被置于距地面1200公里的軌道上，數(shù)量如此之大的衛(wèi)星將形成覆蓋全球的空天網(wǎng)絡(luò)。 ?

美國(guó)SpaceX公司已經(jīng)于2020年11月24日發(fā)射了60枚最新批次的Starlink衛(wèi)星，至此該公司已經(jīng)發(fā)射了955顆Starlink衛(wèi)星，其中895顆在軌，建立了全球最大的衛(wèi)星星群，并且SpaceX還計(jì)劃利用獵鷹9火箭發(fā)射系統(tǒng)每月將120顆星鏈衛(wèi)星發(fā)送到軌道中。 ? 據(jù)稱美方為SpaceX投入大量資金，該公司的部分發(fā)射基地即在美國(guó)空軍基地，其衛(wèi)星驗(yàn)證也需與美國(guó)空軍合作，由此可知“星鏈”系統(tǒng)未來必將被美國(guó)軍方征用，成為其超級(jí)殺手锏，屆時(shí)將為美國(guó)軍方發(fā)揮重要作用。 ?

提供全天候軍事偵察，以及更為精確的制導(dǎo);

基于“星鏈”系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與變軌功能，系統(tǒng)中的衛(wèi)星可被用于攻擊其他國(guó)家的衛(wèi)星;

“星鏈”的萬顆低軌衛(wèi)星將成為美軍無人機(jī)集群作戰(zhàn)的“天基大腦”，使其不受陸基通信系統(tǒng)的限制，通過“天基云計(jì)算”平臺(tái)即可進(jìn)行飛行控制、態(tài)勢(shì)感知、信息共享、目標(biāo)分配和智能決策。

由此可知，這一天基指揮通信系統(tǒng)未來一旦被美國(guó)軍方所用，必將大幅提升美國(guó)無人機(jī)的信息共享與智能決策等能力，從而推進(jìn)無人機(jī)的智能化作戰(zhàn)實(shí)戰(zhàn)化進(jìn)程。 ?

將開展高度自動(dòng)化與自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別研究

? DARPA還于2020年1月首次在空戰(zhàn)中對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的能力進(jìn)行了試驗(yàn)。美國(guó)喬治亞州理工學(xué)院與Aurora Flight Sciences、EpiSCI、Heron Systems、Lockheed Martin、Perspecta Labs、physicsAI、SoarTech 7家公司創(chuàng)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，在虛擬F-15C鷹式戰(zhàn)斗機(jī)上與DARPA研制的“RED”人工智能系統(tǒng)進(jìn)行了戰(zhàn)斗。而“RED”人工智能系統(tǒng)項(xiàng)目的研究目標(biāo)則是開發(fā)能夠自動(dòng)識(shí)別攻擊中使用的工具和過程并識(shí)別對(duì)手獨(dú)特弱點(diǎn)的算法與技術(shù)，以及可擴(kuò)展的攻擊工具鏈數(shù)據(jù)庫(kù)，從而實(shí)現(xiàn)有針對(duì)性的智能響應(yīng)。據(jù)稱該次測(cè)試取得成功，雖然未透露測(cè)試細(xì)節(jié)，但根據(jù)DARPA在該測(cè)試后針對(duì)用于無人戰(zhàn)斗機(jī)的人工智能系統(tǒng)開發(fā)提出了競(jìng)標(biāo)這一消息可以推斷，這次測(cè)試的結(jié)果很可能達(dá)到美軍預(yù)期，從而促使美軍進(jìn)一步將無人戰(zhàn)機(jī)的高度自動(dòng)化能力建設(shè)提上日程。 ? 此外，美國(guó)空軍裝備司令部還于2020年9月28日授予Leidos公司一份價(jià)值1294.7292萬美元的合同，以開發(fā)緊湊型自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別技術(shù)和可持續(xù)環(huán)境支持技術(shù)，以提高對(duì)空中和地面目標(biāo)作戰(zhàn)識(shí)別能力，預(yù)計(jì)該項(xiàng)目將于2025年10月30日完成。

小結(jié)

未來智能化作戰(zhàn)必將基于先進(jìn)的隱身戰(zhàn)機(jī)、半自主無人戰(zhàn)機(jī)以及人工智能等產(chǎn)生，因此美國(guó)十分重視從無人機(jī)的自主智能、有人-無人機(jī)協(xié)同、人機(jī)交互能力以及集群協(xié)同技術(shù)等方面進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，致力于通過人工智能提升無人機(jī)的智能自主化能力，通過采用開放系統(tǒng)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)有人-無人機(jī)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享、多機(jī)組網(wǎng)、協(xié)同配合與無縫連接等，以形成分布式空中作戰(zhàn)體系;通過“敏捷禿鷲”吊艙實(shí)現(xiàn)廣域目標(biāo)識(shí)別與實(shí)時(shí)通信等，通過仿真實(shí)驗(yàn)以及蜂群沖刺試驗(yàn)等推進(jìn)蜂群戰(zhàn)術(shù)與技術(shù)的創(chuàng)新、融合與集成，提升無人機(jī)的綜合作戰(zhàn)能力。盡管美國(guó)在該領(lǐng)域已經(jīng)開展了大量的研究，并獲得了一定技術(shù)儲(chǔ)備，進(jìn)一步推動(dòng)了有人-無人機(jī)協(xié)同以及無人機(jī)蜂群作戰(zhàn)模式的實(shí)戰(zhàn)化進(jìn)程，但無人機(jī)的自身性能、作戰(zhàn)中的實(shí)時(shí)通信、融入人工智能算法與自主能力的技術(shù)、遠(yuǎn)程控制技術(shù)以及小型無人機(jī)的空中回收等仍然是無人機(jī)智能作戰(zhàn)模式下亟需攻克的技術(shù)難題，將高端作戰(zhàn)所需的人工智能與自主性結(jié)合尚需時(shí)日。 ? ? ?

編輯：黃飛

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