基于MOTE的智能隱身無人機作戰概念研究

李大喜， 李小喜， 陳士濤， 孫 鵬， 張 航

(1. 空軍工程大學防空反導學院， 陜西 西安 710051； 2. 空軍研究院系統工程所，北京 100076；3. 空軍工程大學裝備管理與無人機學院， 陜西 西安 710051；4.軍事科學院系統工程研究院， 北京 100091； 5. 66137部隊， 北京 100010)

人工智能(Artificial Intelligence，AI)在軍事領域的快速發展，開啟了智能化作戰的新篇章?；贏I的隱身無人機將是下一代“空中主宰”力量，結合AI的智能隱身無人機(Intelligent Stealth Unmanned Air Vehicle,ISUAV)應是具有自主飛行、任務規劃和決策能力、具備“4S”(Super stealth,Super information perception,Super maneuver,Supersonic cruise,超隱身、超信息感知、超機動和超聲速巡航)能力的無人作戰平臺。

與四代機F-22、F-35和傳統無人機RQ-4相比，ISUAV的作戰優勢體現在以下3方面：1) 無人化作戰，大大提高了飛機的機動性和航程；2) 隱身化作戰，提高了特殊條件下的突防和前置作戰能力；3) 智能化作戰，提升了無人平臺的自主作戰能力。

基于上述優勢，未來戰爭將賦予ISUAV奪取制空權、對地打擊、偵察監視和防空反導等多重任務。但作戰對抗是復雜的，作戰進程也是瞬息萬變的，更是不可預測的，即使是具備人工智能的無人機仍然存在對作戰想定、作戰程序的依賴性，一旦遇到特殊情況，無人機將可能出現“呆滯”，難以根據戰場實際情況進行即時處理。因此，通過探索ISUAV的作戰概念，可對ISUAV在未來作戰體系中的定位及作戰使用提供重要依據，且作戰概念研究也是牽引ISUAV裝備發展技術預研方向的導向器。

1 ISUAV概念設計框架

從武器裝備發展的歷史沿革可以看出：各代戰斗機都是在威脅驅動、技術推動和需求牽引三者交互影響下發展的。作戰能力需求既可能來源于提升能力的要求，也可能來源于消除威脅的要求，需求的明確又牽引了技術的進步。筆者針對ISUAV作戰能力需求，提出了基于MOTE(Mission,Operation,Technique,Equipment)作戰概念描述方法[1-2]，即通過任務概念(mission concept)、作戰概念(operation concept)、技術概念(technique concept)和裝備概念(equipment concept)對ISUAV的頂層作戰概念和需求進行描述。該方法通過任務概念、作戰概念和技術概念逐層聚焦裝備概念，再由裝備概念、任務概念、作戰概念和技術概念之間相互映射與迭代，從總體上對ISUAV的作戰概念進行描述。基于MOTE的ISUAV概念設計框架如圖1所示。

由圖1可以看出：ISUAV的任務概念、作戰概念、裝備概念以及技術概念相互之間是相輔相成的關系，任務和作戰概念是對裝備和技術概念的牽引，裝備和技術概念是對任務和作戰概念的支撐，而任務概念、作戰概念以及技術概念既決定了裝備概念，同時又由裝備概念來集中反映[2]。

2 ISUAV概念設計

2.1 ISUAV任務概念設計

在未來的空天一體作戰中，無人機主要執行預警偵察、信息支援[3]，以及對地(海)攻擊任務和對空作戰任務[4]。因此，ISUAV的作戰概念應突出隱身能力和壓制突防能力，以壓制防空為主,以深入敵縱深區域打擊關鍵軍事目標為優勢發展方向。首先，ISUAV任務概念應突出空中封鎖能力和空防壓制能力，壓制防空系統將是其核心任務。其次，依據2009年美國空軍參謀長施瓦茨曾向導彈防御局提出的將X-47B作為理想的反導作戰平臺發展空基導彈防御計劃[5]，ISUAV還可作為助推段反導的空基平臺；同時，施瓦茨還指出X-47B應注重電子偵察、欺騙、干擾等電子戰的能力，因此電子戰、導彈預警及攔截將是其主要任務。最后，考慮到在空戰對抗中，ISUAV的人工智能還難以替代經驗豐富的飛行員，因此近距空中支援和空戰任務僅作為一般任務和拓展任務。綜上所述，ISUAV任務概念設計如表1所示。

表1 ISUAV任務概念設計

2.2 ISUAV作戰概念設計

由近幾次局部戰爭和地區沖突可以看出：未來的無人機將是一種具有強隱身、高感知、自主決策能力的高度智能化飛機，可在敵方領土上空飛行，但不被敵方防空系統察覺，且能攜帶精確制導武器對目標實施攻擊。因此，ISUAV必須具有較大的航程、持續的戰場突防能力、良好的低空作戰能力，以及對目標的快速發現、識別和攔截能力。ISUAV攻擊空中和地面目標作戰關鍵節點概念如圖2所示。圖中：Lkt、Lkd、Lkg(Ldt、Ldd、Ldg)分別代表ISUAV攻擊普通空中(或地面)目標的探測、定位和攻擊距離[6]。

圖2 ISUAV作戰關鍵節點概念

在戰術和戰役使用上，ISUAV應具備作戰靈活性，既可獨立執行作戰任務，也可與有人機一起集群執行火力壓制、對空(對地)打擊等作戰任務，還可作為空基平臺攜帶攔截武器對助推段飛行的彈道導彈或者高超聲速武器進行攔截。以ISUAV執行“防空壓制與封鎖”的核心任務，以及“助推段反導攔截”的主要任務為例，針對ISUAV的作戰運用，ISUAV持續壓制作戰概念和助推段反導作戰概念描述如下。

2.2.1 持續壓制作戰概念

持續壓制作戰概念是指ISUAV利用其極具優勢的隱身性能、危險識別和規避能力，悄悄突防到目標附近，采用精確制導武器對敵方目標進行突擊和持續壓制。

ISUAV持續壓制作戰概念如圖3所示。首先，ISUAV突防敵雷達站的探測和跟蹤，如果被敵方雷達站發現，ISUAV實施干擾使其無法穩定跟蹤，并對敵防空導彈系統及部署的位置進行識別和定位，規避前沿防空導彈陣地；其次，對重點區域的防空導彈系統進行攻擊，使其喪失防空作戰能力，若受到防空導彈的攻擊，ISUAV施放誘餌進行干擾；最后，對重點區域和目標實施持續壓制和攻擊，達到既定作戰目標后返航[7]。

圖3 ISUAV持續壓制作戰概念

2.2.2 助推段反導作戰概念

助推段反導作戰概念[5]是指由ISUAV搭載動能攔截彈或激光武器，利用其隱身性能突前部署在敵方領空內，對敵方的彈道導彈發射活動進行監控，并在彈道導彈助推段對其實施預警、識別和攔截[8]。在某些情況下，還可對敵方彈道導彈發射陣地(車)實施攻擊。

ISUAV助推段反導作戰概念如圖4所示。ISUAV作為空基平臺，在整個反導預警和指控體系的指揮下遂行助推段攔截作戰任務，由空天地一體的導彈預警網提供預警信息支持，在戰區反導作戰管理與指控(Battle Management and Command，Control，BM/C2)系統以及戰術反導BM/C2系統的指控下遂行作戰任務[9]。

圖4 ISUAV助推段反導作戰概念

2.3 ISUAV技術概念設計

ISUAV技術概念主要描述未來ISUAV具備的典型技術特征，以及支撐其作戰運用所需的關鍵技術?，F有無人機的作戰使用環境具有持續時間長、危險性或損傷性高等特點。為了滿足表1中提出的ISUAV的任務需求，并將其轉化為技術需求，需要提高平臺續航時間、危險規避能力和生存能力。除了采用一些通用技術外，還將采用一些獨特的技術，并具備一些典型的技術特征。

綜合現有先進無人機(以X-47B、RQ-4為例)和隱身飛機(以F-22、F-35為例)的主要系統技術特征和下一代主戰飛機關鍵的技術方面，從飛行器系統設計技術上給出ISUAV技術概念設計，如表2所示。

具體來說，ISUAV技術概念設計有以下5個方面：

1) 在總體結構上，應采用開放式系統架構和飛翼式構型，采用智能蒙皮、一體化分布式孔徑、機翼內埋式彈艙和隱身進氣道(S形、蚌式等)技術。

2) 在動力和飛控技術方面，應具有遠航程和持久滯空能力、超聲速巡航和超機動能力，具有推力矢量功能和直接側向力控制系統，可實施瞬間直接側向機動，并具有穩定和迅捷的控制特性，采用智能光傳飛控系統，以及多電和全電技術，具備自主飛行能力。

表2 ISUAV技術概念設計

3) 在航電和武器系統方面，應具有分布式雷達孔徑，實現寬頻、多波形掃描，具有綜合一體化航電，實現傳感器孔徑綜合、管控綜合，以及網絡數據綜合和融合能力，具有動能和定向能武器，實現瞬間"閃"殺。

4) 在電磁頻譜戰領域，應能依托高靈敏傳感器生成戰場電磁圖譜，具備高靈敏威脅探測和告警、微功率靈巧干擾、智能頻譜控制和高功率燒穿干擾能力。

5) 在智能作戰上[8]，應具有戰場環境下的深度自主學習和多屬性決策能力，具備智能信息感知、危險識別、規避和自主集群攻擊能力等。

2.4 ISUAV裝備概念設計

裝備概念主要描述ISUAV的裝備形態，裝備組成、功能關系、戰術技術性能、關鍵技術以及技術發展預期等[9]。ISUAV以防空壓制、縱深精確打擊為核心任務的概念設計，需具備高隱身性、高機動性、強突防攻擊能力和高自主飛行控制能力。根據現有無人機的技術水平和發展預期，預想未來ISUAV裝備概念設計，如表3所示。

根據圖3所示的裝備概念，對比現有先進無人機X-47B、RQ-4和四代機F-22，可初步設想ISUAV的作戰概念設計指標，如表4所示。

表3 未來ISUAV裝備概念設計

表4 ISUAV作戰概念設計指標

3 ISUAV關鍵技術分析

ISUAV將涉及如下8項關鍵技術：

1) 下一代隱身技術[10]。ISUAV的核心任務是壓制敵防空系統，要接近敵防空陣地并實施有效攻擊，ISUAV必須具備強隱身能力以規避防空雷達的探測和跟蹤。

2) 飛翼式氣動結構技術[11]。采用無尾飛翼式構型提高隱身能力和機動能力。無尾布局戰斗機需要解決的技術包括：先進的氣動技術、非常規操縱技術、推力矢量及先進的發動機噴口，為飛機提供偏航和俯仰操縱力矩。

3) 動力推進技術[11]。高推重比的發動機可降低飛機的尺寸和重量，高的燃燒室溫度將取消發動機的加力燃燒室，而變循環發動機可將紅外信號降到最小。

4) 具有重構的自適應飛行控技術[11]。航空電子設備的高度集成、光傳操縱技術革新及動力電傳操縱、高功率的電力作動器、先進的控制系統等，使智能無人戰斗機可以隨飛行動態行為的改變進行自適應調整，在飛機出現不可預知的損傷和動作失效時，可重構飛行控制系統。

5) AI和群體智能理論技術[12-13]。采用AI和群體智能理論技術可自動尋找、識別目標，確定攻擊目標的優先順序，選擇恰當的武器，并做出戰術決策，執行必要的攻擊機動動作。

6)無人平臺協同作戰組網技術[14]。無人平臺之間以及無人平臺與有人平臺之間在C4ISR(Command,Control,Communication,Computer,Intelligence Surveillance,Reconnaissance)系統的支持下，要實現多平臺協同作戰，就必須組成網絡將各個分散的平臺聯結成為一個有機的整體，才能充分發揮其作戰效能。

7) 通信與數據鏈技術。無人平臺對數據傳輸的容量、帶寬、作用距離、數據傳輸的“強壯”性、抗干擾性和安全性均提出了更高要求。新型數據鏈技術主要包括：高效、遠距離光學通信，用于抗干擾通信的多波束天線，數據融合技術，以及自動目標識別等。

8) 綜合電子系統技術[11]。包括對無人平臺的遙控、遙測、定位、運動控制、通信導航，電磁頻譜管理和電子戰，以及作戰任務載荷管理等技術。

4 結論

新型裝備概念探索是牽引武器裝備發展技術預研方向的導向器，概念探索描繪未來裝備的概念、作戰能力特性和技術結構框架。智能無人戰斗機是未來空中力量發展的重要方向，筆者對ISUAV進行了概念研究，設計了ISUAV的任務概念、作戰概念、技術概念和裝備概念，提出了MOTE概念設計方案，對未來ISUAV的發展和研制具有一定的借鑒意義。