美軍無(wú)人機(jī)蜂群技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

胡雷剛/陸軍航空兵學(xué)院無(wú)人機(jī)中心 張英偉/陸軍航空兵學(xué)院航空勤務(wù)系 梁成誠(chéng)/中國(guó)人民解放軍61213部隊(duì)

無(wú)人機(jī)蜂群作戰(zhàn)技術(shù)日趨成熟，正逐步從概念走向現(xiàn)實(shí)。本文跟蹤美軍無(wú)人機(jī)蜂群項(xiàng)目發(fā)展，梳理了“小精靈”、“低成本無(wú)人機(jī)集群技術(shù)”、“微型無(wú)人機(jī)高速發(fā)射演示”、“近戰(zhàn)隱蔽一次性自主無(wú)人機(jī)”等項(xiàng)目進(jìn)展和特點(diǎn)，分析了美軍蜂群無(wú)人機(jī)發(fā)展趨勢(shì)。

無(wú)人機(jī)蜂群以功能相對(duì)單一的低成本單元非對(duì)稱式抵消傳統(tǒng)大型多功能平臺(tái)的能力，獲得了各國(guó)軍方及各種軍事組織的廣泛關(guān)注。外軍特別是美軍對(duì)無(wú)人機(jī)蜂群進(jìn)行了大量的研究、試驗(yàn)和演示驗(yàn)證，技術(shù)日趨成熟，無(wú)人機(jī)蜂群作戰(zhàn)逐步從概念走向現(xiàn)實(shí)。

無(wú)人機(jī)編隊(duì)、集群與蜂群

多架無(wú)人機(jī)共同使用時(shí)，通常用無(wú)人機(jī)編隊(duì)、集群和蜂群等不同概念描述，三者概念相近，涵義略有區(qū)別：

無(wú)人機(jī)編隊(duì)是指兩架以上無(wú)人機(jī)在空中按規(guī)定的間隔、距離和高度差組成的編隊(duì)，無(wú)人機(jī)也可與飛機(jī)、直升機(jī)等空中飛行器組成混合編隊(duì)。

無(wú)人機(jī)集群通常是由遂行同一任務(wù)、受統(tǒng)一指揮并保持視距聯(lián)系或戰(zhàn)術(shù)聯(lián)系的若干個(gè)無(wú)人機(jī)編隊(duì)、無(wú)人機(jī)組成無(wú)人機(jī)編隊(duì)。

無(wú)人機(jī)蜂群通常指遂行同一任務(wù)、由較多數(shù)量無(wú)人機(jī)組成、具有一定自主和協(xié)同能力的無(wú)人機(jī)編隊(duì)，多采用微小型無(wú)人機(jī)。

大中型無(wú)人機(jī)功能相對(duì)完備，即使編隊(duì)運(yùn)用，同時(shí)出動(dòng)數(shù)量也有限，少見(jiàn)幾十架共同執(zhí)行任務(wù)；單架微小型無(wú)人機(jī)性能相對(duì)單一，采用編隊(duì)方式使用可以利用數(shù)量或組合彌補(bǔ)性能單一的短板，更重要的是可以利用低可探測(cè)和數(shù)量多等特點(diǎn)獲取非對(duì)稱優(yōu)勢(shì)。因此，編隊(duì)協(xié)同多以大中型無(wú)人機(jī)研究為主，無(wú)人機(jī)蜂群則以微小型無(wú)人機(jī)為主，以較大數(shù)量規(guī)模集體行動(dòng)。

微小型無(wú)人機(jī)初級(jí)編隊(duì)門檻較低，具有一定無(wú)人機(jī)技術(shù)能力和制作能力的組織或個(gè)人，利用消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)就可組織一定規(guī)模的無(wú)人機(jī)蜂群，出于惡意方式使用越來(lái)越容易；但面向軍事用途的高標(biāo)準(zhǔn)無(wú)人機(jī)蜂群研發(fā)，仍以各國(guó)軍方為主。

美軍無(wú)人機(jī)蜂群技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

美國(guó)軍方在大力發(fā)展大型隱身察打一體無(wú)人機(jī)的同時(shí)，著力發(fā)展蜂群無(wú)人機(jī)。美國(guó)國(guó)防部預(yù)研局、戰(zhàn)略能力辦公室、空軍研究實(shí)驗(yàn)室和海軍研究局等機(jī)構(gòu)和部門開(kāi)展了多個(gè)項(xiàng)目試驗(yàn)驗(yàn)證，研究各有側(cè)重，體系互為補(bǔ)充。

“小精靈（Gremlins）”項(xiàng)目

2015年9月，美國(guó)國(guó)防部預(yù)研局發(fā)布“小精靈”項(xiàng)目，旨在發(fā)展一種載機(jī)發(fā)射、空中回收、執(zhí)行偵察監(jiān)視或電子攻擊任務(wù)的無(wú)人機(jī)蜂群系統(tǒng)，以提高無(wú)人機(jī)戰(zhàn)術(shù)靈活性，降低多用途、造價(jià)昂貴空中平臺(tái)的作戰(zhàn)風(fēng)險(xiǎn)。

“小精靈”無(wú)人機(jī)質(zhì)量約320kg，最低指標(biāo)為：作戰(zhàn)半徑556km、載荷27.3kg、最大速度0.7Ma、續(xù)航時(shí)間1h，最佳指標(biāo)為：作戰(zhàn)半徑926km、續(xù)航時(shí)間3h、設(shè)計(jì)載荷54.5kg、最大速度不低于0.8Ma、最大發(fā)射高度12912m，每架約70～100萬(wàn)美元，可由運(yùn)輸機(jī)、轟炸機(jī)、戰(zhàn)斗機(jī)或無(wú)人機(jī)等空中平臺(tái)（如C-130運(yùn)輸機(jī)，B-52、B-1轟炸機(jī)，MQ-9“死神”無(wú)人機(jī)）搭載、發(fā)射，可重復(fù)使用20次。無(wú)人機(jī)由空中平臺(tái)防區(qū)外發(fā)射，快速滲透進(jìn)入敵防區(qū)，攜帶偵察、監(jiān)視或電子戰(zhàn)載荷，分布式協(xié)同遂行任務(wù)，可壓制敵方導(dǎo)彈防御系統(tǒng)、切斷敵方通信、引導(dǎo)精確火力打擊，或入侵?jǐn)撤綌?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)施賽博攻擊，完成任務(wù)后撤離、空中回收。

項(xiàng)目分為系統(tǒng)與技術(shù)設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、原型機(jī)飛行驗(yàn)證三個(gè)階段，計(jì)劃2020年完成項(xiàng)目演示驗(yàn)證；2017年3月進(jìn)入第二階段，進(jìn)行無(wú)人機(jī)560km外釋放、6100～9100m高度飛行、大于1h巡航技術(shù)驗(yàn)證；計(jì)劃2018年第三季度進(jìn)入第三階段，開(kāi)發(fā)全尺寸技術(shù)演示驗(yàn)證系統(tǒng)，2019年下半年進(jìn)行無(wú)人機(jī)集群的空中發(fā)射和回收驗(yàn)證。

“低成本無(wú)人機(jī)集群技術(shù)”項(xiàng)目

2015年4月，美國(guó)海軍研究局（ONR）公布“低成本無(wú)人機(jī)蜂群技術(shù)研究”（Low-Cost Unmanned Aerial Vehicle Swarming Technology，LOCUST，“蝗蟲(chóng)”）項(xiàng)目，旨在利用艦船、車輛、飛機(jī)或無(wú)人機(jī)等平臺(tái)管狀發(fā)射器，快速連續(xù)發(fā)射低成本無(wú)人機(jī)，協(xié)同進(jìn)攻或防御，以數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)壓制敵人，

項(xiàng)目所用的“郊狼”無(wú)人機(jī)其機(jī)翼和螺旋槳可折疊，長(zhǎng)0.79m，高度0.3m，翼展1.47m，重5.4～6.4kg，載荷1.8～2.7kg，作戰(zhàn)半徑37km，續(xù)航時(shí)間1.5h，飛行高度150～365m，最大速度157km/h，續(xù)航速度111km/h，成本約1.5萬(wàn)美元。有兩種發(fā)射方式：一種是空中平臺(tái)在6096m以下投放，自由下落中打開(kāi)機(jī)翼轉(zhuǎn)入穩(wěn)定飛行；一種是發(fā)射管發(fā)射，發(fā)射后打開(kāi)降落傘，展開(kāi)機(jī)翼和螺旋槳進(jìn)入飛行模式。可按預(yù)定路線飛行，也可受視距鏈路控制飛行。2016年已實(shí)現(xiàn)40s發(fā)射30架“郊狼”無(wú)人機(jī)，理想目標(biāo)是6s發(fā)射30架。

“郊狼”無(wú)人機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)，大部分零件可直接3D打印生產(chǎn)，成本低、可損耗，可搭載不同任務(wù)載荷，執(zhí)行情報(bào)搜集、通信干擾、吸引火力等任務(wù)，消耗敵方作戰(zhàn)資源，也可掛載戰(zhàn)斗部作為武器直接攻擊目標(biāo)。2015年完成9架無(wú)人機(jī)完全自主同步和編隊(duì)飛行技術(shù)驗(yàn)證，2016年夏季進(jìn)行了艦載快速發(fā)射30架規(guī)模的集群試驗(yàn)。

“微型無(wú)人機(jī)高速發(fā)射演示”項(xiàng)目

2014年，美國(guó)戰(zhàn)略能力辦公室主導(dǎo)開(kāi)展“微型無(wú)人機(jī)高速發(fā)射演示”項(xiàng)目，旨在通過(guò)有人機(jī)釋放微型無(wú)人機(jī)群執(zhí)行態(tài)勢(shì)感知、情報(bào)偵察和電子干擾等任務(wù)。

項(xiàng)目所用“山鶉”（Perdix）無(wú)人機(jī)為全復(fù)合材料、鋰電池推進(jìn)一次性微型無(wú)人機(jī)，長(zhǎng)約16.5cm，翼展30cm，重0.3kg，續(xù)航時(shí)間大于20min，飛行速度75～110km/h；“山鶉”采用3D打印組裝，成本低、生產(chǎn)速度快，機(jī)翼可折疊，可由戰(zhàn)斗機(jī)搭載、發(fā)射，也可從地面或海上發(fā)射，空中自主編隊(duì)、協(xié)同作戰(zhàn)。

2014年9月開(kāi)始配裝F-16戰(zhàn)斗機(jī)試投，已進(jìn)行數(shù)百次試驗(yàn)；2016年10月3架F/A-18F“超級(jí)大黃蜂”戰(zhàn)斗機(jī)在0.6Ma飛行中投放103架“山鶉”，演示了集體決策、自修正和自適應(yīng)編隊(duì)飛行。目前，“山鶉”已發(fā)展至第七代，美國(guó)戰(zhàn)略能力辦公室僅對(duì)外提及其低空情報(bào)偵察能力，在發(fā)展升級(jí)中預(yù)計(jì)可搭載多種載荷，具有較強(qiáng)的飽和攻擊潛力。

“近戰(zhàn)隱蔽一次性自主無(wú)人機(jī)”

“小精靈”

“蟬”

2015年5月，美海軍研究實(shí)驗(yàn)室對(duì)外公開(kāi)自主研發(fā)的“近戰(zhàn)隱蔽一次性自主無(wú)人機(jī)”（CICADA，“蟬”），是一種低成本、GPS導(dǎo)航的一次性使用微型無(wú)人機(jī)，單機(jī)重65g或更輕，機(jī)身3D打印，主要組成部件（包括機(jī)翼）為電路板，亦稱“飛行電路板”，自身無(wú)動(dòng)力裝置，滑翔比約3.5，可由空中平臺(tái)“布撒”投放，高空滑翔自主導(dǎo)航飛行到預(yù)定地點(diǎn)。無(wú)人機(jī)攜帶天氣、溫度、濕度、氣壓傳感器或聲學(xué)探測(cè)、生化探測(cè)等微型電子設(shè)備，降落地面后通過(guò)數(shù)據(jù)鏈互連成自組織網(wǎng)絡(luò)，在指定區(qū)域形成穩(wěn)定的“無(wú)人探測(cè)蜂群”，開(kāi)展軍用偵察、情報(bào)搜集。

該型無(wú)人機(jī)體積小、重量輕、成本低，每架成本約250美元，且采用3D打印制作，組裝量少、生產(chǎn)速度快，通過(guò)“布撒”方式投放，便于大量、高效部署，可快速建立指定區(qū)域范圍內(nèi)的傳感器或通信網(wǎng)絡(luò)。2017年4月，美海軍利用P-3“獵戶座”偵察機(jī)投放最新型號(hào)無(wú)人機(jī)進(jìn)行蜂群飛行測(cè)試，每個(gè)發(fā)射管可攜帶、釋放32架無(wú)人機(jī)。

“攻擊性蜂群使能戰(zhàn)術(shù)”項(xiàng)目

2016年12月，美國(guó)國(guó)防部預(yù)研局（DARPA）啟動(dòng)“攻擊性蜂群使能戰(zhàn)術(shù)”（Offensive Swarm-Enabled Tactics，OFFSET）項(xiàng)目，重點(diǎn)關(guān)注蜂群自主性和人-蜂群編隊(duì)，旨在提高小單位作戰(zhàn)部隊(duì)在城市區(qū)域的作戰(zhàn)能力，目的是讓地面部隊(duì)有能力控制數(shù)十個(gè)甚至數(shù)百個(gè)無(wú)人機(jī)和地面無(wú)人系統(tǒng)，組成蜂群在復(fù)雜城市中執(zhí)行防護(hù)、偵察、監(jiān)視、精確打擊等任務(wù)，實(shí)現(xiàn)城市區(qū)域無(wú)人機(jī)蜂群作戰(zhàn)，計(jì)劃至少驗(yàn)證100種戰(zhàn)術(shù)。

項(xiàng)目采取分階段“蜂群沖刺”推進(jìn)，鼓勵(lì)中小企業(yè)、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和團(tuán)隊(duì)提供多樣化的解決方案，當(dāng)前第一階段重點(diǎn)搭建蜂群技術(shù)開(kāi)放架構(gòu)，開(kāi)發(fā)“小型自主空中和地面車輛蜂群”指揮和控制技術(shù)，以促進(jìn)無(wú)人機(jī)與不同類型車輛聯(lián)合集群作戰(zhàn)。參照“攻擊性蜂群使能戰(zhàn)術(shù)”項(xiàng)目競(jìng)賽方式，我國(guó)空軍也于2018年4月征集開(kāi)展智能無(wú)人機(jī)集群系統(tǒng)競(jìng)賽活動(dòng)。

其他無(wú)人機(jī)蜂群相關(guān)項(xiàng)目

美軍國(guó)防部預(yù)研局還開(kāi)展了“體系集成技術(shù)試驗(yàn)”（SoSITE）、“拒止環(huán)境中的協(xié)同作戰(zhàn)”（CODE）等項(xiàng)目，從多個(gè)角度共同推進(jìn)微小型無(wú)人機(jī)集群技術(shù)。SoSITE項(xiàng)目著重探索分布式作戰(zhàn)體系架構(gòu)，使用開(kāi)放式系統(tǒng)架構(gòu)在各種有人和無(wú)人平臺(tái)上分散各種關(guān)鍵任務(wù)功能，如電子戰(zhàn)、傳感器、武器、導(dǎo)航等功能，實(shí)現(xiàn)各平臺(tái)不同任務(wù)模塊即裝即用、無(wú)縫連接，可滿足無(wú)人機(jī)蜂群靈活搭配、協(xié)同組網(wǎng)需求；CODE項(xiàng)目通過(guò)發(fā)展協(xié)同算法和軟件，探索分布式作戰(zhàn)無(wú)人機(jī)的自主和協(xié)同技術(shù)，支撐集群無(wú)人機(jī)的協(xié)同作戰(zhàn)。

美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展了“編群戰(zhàn)術(shù)空間”計(jì)劃、“忠誠(chéng)僚機(jī)”（Loyal Wingman）項(xiàng)目。“編群戰(zhàn)術(shù)空間”計(jì)劃重點(diǎn)研究無(wú)人機(jī)間的協(xié)同作戰(zhàn)，演示了12架無(wú)人機(jī)的自主協(xié)同飛行、搜索和模擬打擊；“忠誠(chéng)僚機(jī)”項(xiàng)目重點(diǎn)研究無(wú)人機(jī)與有人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)，其理念是在作戰(zhàn)環(huán)境中無(wú)人機(jī)由有人機(jī)指揮控制，在前承擔(dān)突防、偵察、攻擊任務(wù)。

美軍無(wú)人機(jī)蜂群發(fā)展趨勢(shì)

綜合上述研究重點(diǎn)和方向，無(wú)人機(jī)蜂群發(fā)展呈現(xiàn)量級(jí)系列化、功能多樣化和使用靈活化的特點(diǎn)和趨勢(shì)。

無(wú)人機(jī)蜂群量級(jí)系列化

已公開(kāi)無(wú)人機(jī)可按十克級(jí)（“蟬”無(wú)人機(jī)）、百克級(jí)（“山鶉”無(wú)人機(jī)）、千克級(jí)（“郊狼”無(wú)人機(jī)）、十千克級(jí)、百千克級(jí)（“小精靈”無(wú)人機(jī)）形成量級(jí)系列。不同量級(jí)無(wú)人機(jī)根據(jù)動(dòng)力裝置、發(fā)射方式區(qū)別，速度涵蓋從亞音速到自主滑翔飛行，作戰(zhàn)半徑從500～900km到幾千米不等，飛行時(shí)間從1～3h到十幾分鐘不等；根據(jù)載荷重量區(qū)別，可配備多種模塊化載荷設(shè)備。

無(wú)人機(jī)蜂群功能多樣化

雖然單架微小型無(wú)人機(jī)載荷有限、功能單一，但無(wú)人機(jī)蜂群借助數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)組合多種載荷，可以實(shí)現(xiàn)包括但不限于預(yù)警探測(cè)、廣域監(jiān)視、前沿偵察、電子對(duì)抗、飽和攻擊、戰(zhàn)術(shù)誘餌、主動(dòng)防御、網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)等多種功能；無(wú)人機(jī)蜂群自身靈活性加上任務(wù)載荷的多樣性，戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用具有很大創(chuàng)新空間，例如，若在任務(wù)載荷中配備目標(biāo)特征模擬裝置可以模擬假目標(biāo)實(shí)施誘騙干擾，配備電磁干擾裝置或定向能武器可具備攔截能力，已有公開(kāi)報(bào)道美軍特種作戰(zhàn)司令部計(jì)劃借助蜂群無(wú)人機(jī)開(kāi)展心理戰(zhàn)。

無(wú)人機(jī)蜂群組織智能化

無(wú)人機(jī)蜂群通過(guò)有限智能個(gè)體的協(xié)同合作體現(xiàn)為集體智能，可實(shí)現(xiàn)自主編隊(duì)甚至分組壁障，即使在部分毀傷條件下也可重構(gòu)編隊(duì)，如“山鶉”無(wú)人機(jī)可集體決策、自修正和自適應(yīng)編隊(duì)飛行。目前蜂群無(wú)人機(jī)多采用鏈路控制飛行或GPS導(dǎo)航飛行，隨著圖像導(dǎo)航、自主重構(gòu)等技術(shù)成熟應(yīng)用，無(wú)人機(jī)蜂群將會(huì)更加智能化，抗摧毀性、抗干擾性更強(qiáng)。

無(wú)人機(jī)蜂群使用靈活化

由于無(wú)人機(jī)蜂群可從地面車輛、海面艦艇、空中載機(jī)等多平臺(tái)發(fā)射，功能多樣、可應(yīng)用場(chǎng)景多樣，可供飛機(jī)編隊(duì)空中攻擊使用，也可供班/排地面戰(zhàn)術(shù)使用；可人/蜂群、有人機(jī)/蜂群協(xié)同使用，可與地面無(wú)人系統(tǒng)配合使用，也可與水面無(wú)人艦艇、水下無(wú)人潛艇配合使用；可用于各種軍事用途，也可用于海上搜救、氣象監(jiān)測(cè)等民事任務(wù)；非正規(guī)軍事力量、組織乃至個(gè)人也有能力使用以實(shí)現(xiàn)偵察、攻擊等意圖，2018年1月俄羅斯駐敘利亞赫梅明空軍基地、塔爾圖斯海軍基地分別遭受恐怖分子10架、3架無(wú)人機(jī)蜂群襲擊。

無(wú)人機(jī)蜂群生產(chǎn)高效化

微小型無(wú)人機(jī)制造生產(chǎn)效率高，自身成本低，戰(zhàn)時(shí)可大量消耗、補(bǔ)充，如“郊狼”、“山鶉”、“蟬”等無(wú)人機(jī)采用3D打印制造部件，組裝生產(chǎn)速度快，“郊狼”無(wú)人機(jī)僅為“魚(yú)叉”導(dǎo)彈成本的1/80，“蟬”成本僅250美元甚至可進(jìn)一步降低，可滿足戰(zhàn)場(chǎng)高損耗、高消耗要求，快速消耗敵方防空導(dǎo)彈，高效摧毀敵方雷達(dá)等高價(jià)值武器裝備，具有非對(duì)稱作戰(zhàn)成本優(yōu)勢(shì)。

結(jié)束語(yǔ)

美軍無(wú)人機(jī)蜂群研究起步較早，在一些關(guān)鍵領(lǐng)域取得了較大突破，整體進(jìn)展走在前列；關(guān)注美軍無(wú)人機(jī)蜂群的發(fā)展對(duì)我軍相關(guān)裝備的發(fā)展具有借鑒意義，且對(duì)于防御和反制無(wú)人機(jī)蜂群也有現(xiàn)實(shí)價(jià)值。■

（參考文獻(xiàn)：略。如有需要，請(qǐng)聯(lián)系編輯部。編輯：李悅霖）