智能導彈武器系統發展綜述*

宗凱彬，張承龍，卓志敏

(北京電子工程總體研究所，北京 100854)

0 引言

隨著人工智能技術的不斷發展，相關成果已經開始逐步應用于生產生活中的多個領域和場景，并在很大程度上改變了原有系統的運作模式，甚至帶來了顛覆效應[1]。鑒于人工智能技術表現出來的能力和巨大潛力，其發展已經引起了世界主要國家的高度重視，各國爭相將人工智能技術的開發與應用納入其未來發展戰略。目前，世界各國已陸續開發出多種不同類型的智能化武器裝備，且有些已投入實際使用[2]。為此，本文梳理了國外在這一領域的最新進展和研究成果，對不同智能化裝備的性能與特點進行了總結，并對智能導彈武器系統的發展趨勢進行了討論。

1 智能科技及其發展現狀

1.1 智能科技的定義

智能科學是一門主要研究智能本質和實現技術的學科，是一門涉及數學、計算機科學、信息學、控制論、系統科學、人工生命、腦科學、心理學、認知學、哲學等學科的交叉邊緣學科[3]，而人工智能技術又是智能科學的典型代表。

人工智能就其本質而言，是對人思維信息過程的模擬。從研究內容上講，人工智能是研究開發用于模擬、延伸和擴展人類智能的理論、方法、技術及應用系統的一門新技術科學，它企圖了解智能的本質，并產生出一種新的能以人類智能相似的方式做出反應的智能機器[4]。2016年美國國家科學委員會提出“人工智能是指一個不管在真實環境下遭遇何種情況，都能合理解決復雜問題或者采取合理行動以達成目標的系統”。該領域當前的研究內容包括機器人學、語音識別與合成、圖像識別、自然語言處理和博弈對抗等。

從發展歷史來看，人工智能先后經歷了3次飛躍發展階段：第1次飛躍出現在20世紀50～70年代，這一階段的發展以符號學派為主導，力圖實現問題的自動求解，代替人類完成部分邏輯推理工作；第2次飛躍出現在20世紀80～90年代，專家系統在這一階段被廣泛接受，而人工神經網絡也在這一時期興起，使智能系統能夠通過與外界環境的交互獲取信息，并代替人類完成包括處理不確定性在內的部分思維工作；第3次飛躍始于20世紀90年代末，以IBM“深藍”戰勝人類國際象棋冠軍為關鍵點，標志著智能系統開始呈現出類人的認知和思維能力，不但能完成賦予的任務，同時還可能發現新的知識。

經過近70年的發展，人工智能領域已經取得長足進展[5-8]，以硅谷為代表的科技巨頭早年就看好人工智能技術的發展前景，紛紛投入巨資進行研發和并購，為占領該領域制高點提前布局。隨著被Google收購的DeepMind公司所研發的AlphaGo圍棋軟件在比賽中相繼戰勝李世石、柯潔等世界頂級高手，以深度學習為代表的人工智能技術再次受到全世界的廣泛關注，成為當下時代發展的標志之一[9-12]。

1.2 智能科技的發展現狀

新一輪人工智能浪潮同樣也受到了各國政府的高度關注，美國、俄羅斯等國近年來紛紛出臺多項計劃，積極推動人工智能發展，并將其逐步上升為國家戰略[13]。俄羅斯總統普京曾說：“誰能成為人工智能領域的領導者，誰就將成為世界的統治者”。

2014年，美國防部推出“第3次抵消”戰略，旨在通過發展創新型顛覆性技術，抵消中、俄等國迅速增長的軍事能力，而人工智能被列為其重點發展領域之一。此后，美國白宮于2016年5月宣布成立“人工智能和機器學習委員會”，用于協調全美各界在人工智能領域的行動。同年6月，美國國防科學委員會在《智能化夏季研究報告》中強調，智能化能夠帶來巨大的行動優勢，五角大樓必須強化對智能化的作戰牽引。2017年4月26日，美國國防部正式發布名為“Project Maven”的備忘錄，旨在通過成立“算法戰跨職能小組”，進一步推動人工智能、大數據和機器學習等“戰爭算法”關鍵技術研究。經過半年的發展建設，該小組已成功開發出首批4套智能化算法，標志著美軍在智能算法研究領域取得初步成果[12,14]。2019年6月，特朗普政府公布了新版《國家人工智能研究與發展戰略計劃》，對奧巴馬時期制定的舊版戰略(2016版)進行了更新，該計劃從八大領域著手，全面搭建了美國人工智能戰略的實施框架，闡述了人工智能發展及其影響，并通過設立專職機構，推動人工智能相關工作落地。

另一方面，作為軍事大國的俄羅斯，近年來同樣高度重視人工智能技術在國防現代化建設上的應用，并積極推動國防領域的智能化轉型。在其發布的《2025年前發展軍事科學綜合體構想》報告中，人工智能被視為決定未來戰爭成敗的關鍵要素。在發展方向上，俄羅斯將無人作戰系統視為軍事智能化的重要體現。2014年，俄國防部頒布了《2025年先進軍用機器人技術裝備研發專項綜合計劃》，要求到2025年，無人作戰系統在俄軍武器裝備中的占比達到30%[15]。在2017年制定的《2018—2025年國家武器發展綱要》中，研究并發展智能化武器裝備同樣被列為重點內容，其范圍涵蓋空天防御、戰略核力量、通信、偵察、指揮控制、電子戰、網絡戰、無人機、機器人、單兵防護等方向[16]，以確保俄軍能在未來軍事智能化變革中始終保持優勢。

我國近年來同樣持續關注人工智能領域發展，并針對人工智能制定了多項國家級戰略。在2015年7月發布的《國務院關于積極推進“互聯網+”行動的指導意見》中，人工智能被列為重點布局的11個領域之一。2016年3月，國務院發布《國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要(草案)》，其中指出將重點突破以人工智能技術等為代表的新興領域。同年5月，發改委、科技部等4部門又聯合印發《“互聯網+”人工智能三年行動實施方案》，提出將打造人工智能基礎資源與創新平臺，實現基礎核心技術有所突破、總體技術和產業發展與國際同步、應用及系統級技術局部領先的發展目標。2017年7月，國務院印發《新一代人工智能發展規劃》，其中明確到2030年前將采取三步走戰略，使中國在人工智能理論、技術與應用方面總體達到世界領先水平，并成為世界主要的人工智能創新中心，充分體現出國家對人工智能領域發展的關注與重視。

2 智能科技在導彈武器系統中的應用

武器系統智能化的基礎就是人工智能技術，通過發展智能算法和與之匹配的計算平臺，使武器系統能夠模擬人的思維信息過程，能夠依據外部環境變化自動做出正確且恰當的反應，從而具備自主感知、準確判斷、智能決策和行動控制等自主性行為能力。

隨著軍事技術的不斷發展，未來戰爭必然呈現出博弈強對抗性、信息不完整性、狀態不確定性、過程高動態性等基本特征，從而使武器系統在空間、時間、頻譜、網絡等多個維度(領域)面臨巨大挑戰。若不能依托智能化技術完成信息的自動處理，將導致武器系統無法時實、有效的應對各類不確定性，進而延長OODA環閉合時間，最終形成戰場上的被動態勢。

到目前為止，真正具備完全自主能力的智能導彈武器系統還沒有出現，但是隨著技術進步，一些導彈正朝這個方向發展，特別是一些飛航式導彈已經具備了部分自主能力，像發射后不管、自動目標識別等技術已經在導彈武器系統中應用。因此，本文將以智能導彈武器系統為例，對智能科技在武器裝備建設中的應用情況展開討論，并系統闡述該領域的最新進展。

2.1 “戰斧”巡航導彈

“戰斧”導彈是美國于20世紀70年代開始研制的一種模塊化、系列化、多平臺發射的遠程亞聲速巡航導彈。該導彈可從水面艦艇或潛艇發射，用于攻擊陸上及海上的戰術或戰略目標。1997年，由于原來的“戰斧”Block Ⅳ升級計劃中止，美國海軍啟動了戰術“戰斧”研制項目，以滿足對海上火力支援的短期需求，并將其作為新一代“戰斧”對陸攻擊導彈。該導彈自2004年開始正式服役，代號為BGM-109E Block Ⅳ。

相較于此前版本，戰術“戰斧”在任務規劃、戰術應用和數據傳輸等方面都做出了重大改進。在“戰斧”Block Ⅲ之前，其任務規劃都是在戰區任務規劃中心完成的，在導彈發射后，導彈將依靠其搭載的導航與制導系統，按照既定航路飛行，從而具備“發射后不管”的能力。但這種程序化設計同時也意味著，導彈一旦發射就無法在飛行過程中再次變更航路，只能按照預先裝訂的軌跡前進，當使用多枚導彈共同攻擊同一目標時，有可能出現重復打擊的情況，從而浪費價值百萬美元的武器。同時，由于不支持航跡的在線更新，因此當目標位置發生變化或發現更具威脅的目標時，導彈也無法針對環境變化做出反應，從而導致對戰場高動態環境的適應能力降低，影響了“戰斧”導彈的作戰效能。

而在戰術“戰斧”導彈(“戰斧”Block Ⅳ)中，其新的任務規劃系統將使導彈具備空中巡邏能力。該任務規劃系統采用了新的計算機處理技術，可進行低空地形跟蹤、威脅規避和綜合航跡分析。基于這些功能，戰術“戰斧”將能實現航跡的在線更新，通過在飛行過程中對導彈進行重新編程，使其能夠在發射后再次改變飛行方向，從而具備對備選目標或臨時發現的高價值/高威脅目標的打擊能力。在飛行過程中，規劃系統還將時實監測導彈與目標狀態，若在任一航跡點處確定導彈不能以規定精度擊中目標，則可按任務規劃人員編制的程序，飛往安全區域自毀。

除此之外，戰術戰斧還采用了新的數據鏈技術，使導彈在具備上述能力的同時，還擁有了瞄準點選擇和毀傷評估功能。具體而言，戰術戰斧采用了2條數據傳輸線，即雙向衛星數據傳輸線和視頻數據傳輸線。其中，雙向衛星數據傳輸線可用于傳輸導彈/目標位置和當前狀態，以顯示導彈的航向偏差；而視頻數據傳輸線則可實時下傳導彈獲取的探測數據，以便作戰飛機或其他控制平臺能夠觀察導彈攻擊的當前目標，并精確選擇瞄準點，確保完成預定任務。以反水面作戰為例，依托視頻數據傳輸線，將使導彈能夠從中立艦艇中分辨出所要攻擊的目標，從而準確打擊港內艦艇。在初始裝訂目標被摧毀或發生變化時，導彈可根據指令在戰場上空盤旋2 h，待預警機等指揮平臺確認備選目標后，通過雙向衛星數據傳輸線完成目標信息更新，引導導彈對新目標實施打擊。基于新型任務規劃系統和數據鏈技術的戰術戰斧導彈作戰概念如圖1所示。

圖1 “戰斧”導彈任務規劃系統概念圖Fig.1 Conceptual graph of mission planning system of the tactical Tomahawk missile

此外，基于視頻數據傳輸線，戰斧導彈還擁有了毀傷評估能力，通過將打擊末段的視頻數據實時回傳指控中心，構建了基于彈載傳感器的瞬時毀傷評估能力，有助于減少在一次特定攻擊任務中所需導彈的數量。

從戰斧導彈的發展和使用可以看出，不斷應用新技術、提高導彈自主能力、增強使用靈活性、降低作戰成本是其發展的主要方式，而這種方式也正是導彈武器系統智能化、漸進式發展的一個范本。

2.2 遠程反艦導彈

遠程反艦導彈(LRASM)項目于2009年正式啟動，由美國國防部高級研究計劃局(DARPA)和美國海軍合作開發，旨在研發新一代高性能反艦導彈，為美國海軍提供可進行遠程目標打擊的先進反水面作戰能力，并可在網絡信息切斷條件下自主進行目標搜索與識別，實現對敵防御區域的有效突防。

2012年5月，洛馬公司成功完成彈載傳感器系統的首次載飛試驗，標志著LRASM項目取得順利進展。在2013年8月27日進行的首次空射飛行試驗中，LRASM導彈即在飛行任務后半段，依靠彈載傳感器實現了對目標的自主探測與跟蹤，并實時完成航跡規劃。相較于其他導彈，LRASM導彈能夠在無法得到衛星定位和攜載平臺指控信息的情況下自主完成上述任務，從而減少對精確ISR信息源、數據鏈和GPS系統的依賴，同時具備一定的抗干擾能力。在攻擊末段，LRASM導彈還可自主鎖定攻擊目標，并確定打擊點位置，充分體現出未來智能化導彈的作戰特點。LRASM導彈的智能打擊過程如圖2所示。

若LRASM項目發展的在無中繼條件下的全自主導航制導技術取得突破并得以應用，將切實推進反艦導彈的智能化進程。在此基礎上，全自主導航制導技術必將在更大范圍內應用到其他現役和在研型號上，從而有效提升各類導彈的作戰效能，全面推動導彈武器的智能化發展。

圖2 LRASM導彈的智能打擊過程Fig.2 Intelligent strike process of LRASM missile

2.3 “小精靈”無人機蜂群項目

隨著國防實力的不斷增強，美軍認為目前中、俄等大國的防御系統對其現役空中裝備威脅極大，即使是B-2隱身轟炸機，到2020年左右也將在“反介入/區域拒止”環境中面臨生存威脅[17]。因此，美國防部從2014年底開始推行“第三次抵消戰略”，以新型作戰概念重塑武器系統，通過發展低成本、高效能的武器裝備，來彌補傳統大型綜合平臺存在的缺陷，確保美軍能在國防預算受限背景下，依然保持對其他國家的絕對軍事優勢。

為了實現這一目標，美國國防部高級研究計劃局(DARPA)于2015年9月啟動了“小精靈(Gremlin)”項目，旨在研發出大量低成本、可回收、可重復使用的無人機系統，從而可在空中組建無人攻擊集群，用于執行偵查、電子戰等作戰任務。按照美軍設想，“小精靈”無人機可依托C-130運輸機(或轟炸機)進行防區外遠程投放，釋放的“小精靈”將依托其小RCS優勢迅速開展區域滲透，并通過壓制敵防空系統、切斷通信，甚至利用電腦病毒注入等方式，實現對敵防御系統的非動能毀傷。在任務完成后，幸存無人機可由另一架運輸機從另一地點回收，并由地面人員進行維修保養，24 h內便可執行另一個任務，一架“小精靈”無人機預計可重復使用20次。由于采用了有限壽命設計方案，因此“小精靈”無人機既無需像傳統導彈那樣，在一次任務后就丟棄整套機身、引擎和電子設備；也無需像通常設計壽命10年以上的傳統裝備那樣，面臨高昂的成本負擔。與傳統裝備相比，因惡劣天氣或被擊落而損失一架“小精靈”無人機的代價幾乎微不足道，從而可為美國空軍節省大量成本，并顯著改善項目的可負擔性和使用效費比。“小精靈”無人機蜂群項目作戰概念如圖3所示。

圖3 “小精靈”無人機蜂群項目作戰概念Fig.3 Operational concept of the “Gremlin” program

圖4 “小精靈”項目的分布式設計理念Fig.4 Distributed design concept of the “Gremlin” program

不同于傳統武器系統采用的多功能、集成化發展思路，“小精靈”項目采用了分布式設計理念(如圖4所示)，將傳統上昂貴的多任務平臺分解為不同的功能單元。在此模式下，雖然單架無人機的有效載荷質量受限、功能也相對單一，但當數量眾多、功能各異、尺寸更小、成本更低的分布式平臺組成協同作戰網絡時，系統的整體作戰效能和魯棒性卻將得到顯著提升。由于無人機集群的戰斗力是分散的，其能力形成依賴于眾多無人機的相互配合，因此不會像傳統作戰平臺那樣，可能被單發精確制導武器直接摧毀；即使有部分無人機被摧毀，只要仍有足夠的數量和種類，系統就仍能發揮一定的作戰效能，從而使戰損條件下的戰斗力損失，由傳統平臺的陡然下降轉變為協同作戰的逐步降低，同時也使敵方達成防御目標的耗彈量顯著增長，體現出良好的生存能力和系統魯棒性。此外，由于無人機集群具備數量優勢，使其能夠直接飽和敵防御系統，令敵方無法對全部來襲目標實施有效攔截，從而為強對抗場景下的成功突防和有效毀傷創造有利條件。

雖然“小精靈”項目所研制的裝備被稱為無人機，表面上與本文討論的智能導彈武器系統并無直接關聯，但仔細觀察其作戰概念圖可以發現，美軍研制的“小精靈”無人機其實與導彈在外形上非常相似，從本質上反映出當前無人機發展的總體思路之一(一種是以傳統航空飛行器為基礎發展無人機，如美軍的RQ-4A全球鷹無人機和X-47B艦載無人機等；另一種是以飛航式導彈為基礎發展無人機，如本文提及的“小精靈”無人機等)。因此，雖然目前美軍計劃主要利用“小精靈”無人機開展情報、偵查與監視活動，但未來不排除將某些無人機載荷換為戰斗部，使其成為真正的巡飛彈，進而形成察打一體的分布式蜂群作戰網絡，為未來智能化導彈的協同作戰與聯合打擊奠定基礎。

3 智能導彈武器系統的特點及發展趨勢

通過上述討論可見，當前的智能導彈武器系統具有鮮明的時代特點，并正在朝以下幾個方向發展：

(1) 由“發射后不管”向“發射后可變”轉換

傳統導彈屬于自動化導彈，在輸入必要信息并完成初始化參數裝訂后，導彈可在導航、制導與控制系統幫助下，完成自主飛行和自動尋的，實現對目標的精確打擊，從而具備“發射后不管”的作戰能力。但傳統導彈的問題在于，相關參數設定在導彈發射后即無法更改，無論初始目標在任務過程中是否被摧毀，導彈都將執行預定計劃或按程序自毀；另一方面，即使任務過程中出現更具威脅的臨時目標，導彈也無法實現打擊對象的在線切換，只能對新目標再發射一枚導彈，從而顯著降低作戰效費比。與傳統導彈不同，戰術“戰斧”導彈通過構建任務規劃系統，具備了在線航跡更新和空中巡邏能力，可實現任務執行過程中的打擊目標調整，并同步完成在線航路規劃。在此基礎上，“戰斧”導彈還將具備先發射后設定的“空白”初始化功能，在進一步縮短發射準備時間的同時，顯著增強使用靈活性，令戰斧導彈展現出相當的智能化水平。

(2) 由“程序化”向“自主化”轉變

由于傳統導彈主要面向“發射后不管”的作戰需求進行設計，因此其各項功能的實現更多依賴于針對特定場景設計的預編制程序，若實際場景與預設場景基本匹配，則導彈將能較好發揮作戰效能；但若兩者之間差異較大，則最終結果將面臨較大不確定性。因此，能否面向各類場景構建出相對統一、通用的處理模型，就成為導彈能力進一步提升的關鍵所在，而人工智能技術的發展為解決此類問題提供了潛在方案。從LRASM導彈可以看出，通過部署智能化技術，導彈可以在拒止環境下自主完成目標探測跟蹤，并可依據感知結果自主選擇攻擊目標和打擊點位置，從而使導彈能針對外部環境變化實時調整自身狀態，確保始終采用最佳策略。通過這種方式，不但使導彈呈現出良好的復雜環境適應性和自主決策能力，同時也實現了作戰過程由程序化向自主化的有效轉變。

(3) 由“個體獨立”向“集群協同”轉變

在傳統模式下，即使采用多枚導彈共同完成打擊任務，各發導彈間通常也相對獨立，一般按各自設定的程序完成任務，彼此間不具備協同能力。在智能化時代，隨著通信/數據鏈技術的不斷發展，以及自主能力的不斷提升，使不同裝備間的協同作戰成為可能，進而呈現出由“個體獨立”向“集群協同”的演化趨勢，而這一思想也在“小精靈”項目中得到充分體現。

在“集群協同”場景下，集群中的不同裝備可通過數據鏈路進行組網，從而使單個裝備轉變為網絡中的某個節點，而不同節點又可代表不同裝備類型，從而演化出無人機蜂群(如“小精靈”項目)、有人-無人協同(如“忠誠僚機”項目)等多種項目。在協同方式上，以“小精靈”項目為例，不同“小精靈”無人機可搭載不同類型載荷(如偵查載荷或電子戰載荷)，而偵查型“小精靈”又可搭載不同類型傳感器(如無線電、可見光、紅外等)，從而可為系統提供多模、多視角、多分辨率的感知數據；通過構建協同網絡，使得當某些無人機由于干擾或故障出現性能下降時，可通過鏈路獲取其他無人機的探測信息，從而可繼續執行當前任務，展現出集群節點間的協同探測能力。當偵查型“小精靈”與電子戰“小精靈”相互協同時，偵查型“小精靈”可作為感知節點隱蔽前出，并通過廣域部署實現戰場頻譜的實時監測。當發現潛在威脅時，偵查型“小精靈”可為電子戰“小精靈”提供指示信息，使其能夠動態調整部署位置和干擾策略，確保對敵形成有效壓制。

對于已完成組網的無人機集群，其可依據集群當前狀態，實時動態調整網絡拓撲結構，從而使系統始終保持最佳的通信鏈路和抗干擾性能；而當無人機集群面對多個潛在威脅時，還可依據作戰任務進行智能網絡分化，形成多個相互獨立的子網，使無人機集群具備同時應對多方向/多任務的并行處理能力，展現出相當的使用靈活性和智能化水平，充分體現出智能集群協同的優勢所在。

綜上所述，以上3個方面即說明了智能導彈武器系統的顯著特點，也代表著其在未來一段時期內的發展方向。

4 結束語

隨著人工智能時代的到來，武器系統智能化已成為未來武器系統發展的必然趨勢。針對這一趨勢，本文對國外智能導彈武器系統的發展情況進行了綜述。首先，本文介紹了智能科技的定義及其發展現狀；隨后以智能導彈為例，探討了智能科技在導彈武器系統建設中的應用，并著重分析了美軍研制的幾種典型的智能化武器裝備；最后對智能導彈武器系統的特點及發展趨勢進行了總結。