高度關注集群智能發展應對無人作戰對現代戰爭的深刻改變

中國航空規劃設計研究總院有限公司 佟京昊

2020 年7 月23 日，習近平總書記在視察空軍航空大學無人機實驗室時指出：“現在各類無人機系統大量出現，無人作戰正在深刻改變戰爭面貌。要加強無人作戰研究，加強無人機專業建設，加強實戰化教育訓練，加快培養無人機運用和指揮人才?！?/p>

一、境外集群智能無人機發展情況

無人機自20 世紀七八十年代正式投入戰爭以來，一直以無傷亡、多用途、小巧靈活等優勢活躍在現代軍事行動當中。在著名的“貝卡谷地空戰”中，以色列正是通過釋放大量誘餌無人機，成功誘騙敘利亞防空部隊的雷達開機并發射防空導彈。在預警機等電子戰裝備的支援下，以色列的美式空戰體系成功使敘利亞耗資數十億美金開發的蘇式防空戰術瞬間失靈，貝卡谷地內的薩姆（SAM）系列防空導彈系統被悉數擊毀，大量戰機被擊落，成就了西方軍事屆吹噓多年的82∶0 的輝煌空戰戰果，并將世界空中戰爭從“平臺對平臺”時代推入“體系對體系”時代。

作為世界軍事革命的領跑者，美國近年來在人工智能軍事化發展方面持續發力，已取得足以改變未來戰爭模式的巨大技術進展。美國陸?？杖娋l展了一系列智能化裝備項目，并列裝了數以萬計的無人化智能武器系統平臺，無人武器裝備作戰方式正由傳統的配合軍事人員的人-機協同模式向武器裝備間自主協同的智能集群作戰模式過渡。

美國國防部高級研究計劃局（DARPA）作為引導美軍技術變革的核心力量，自20 世紀后期開始就資助了一系列人工智能領域的技術研究，其中將集群智能（Swarm Intelligence）應用于軍事領域一直是其重點研究方向之一，并在近幾年間逐步取得突破。2014 年，DARPA 提出在拒止環境中實現機器協同作戰（CODE）項目，主要內容就是研究無人機集群智能作戰體系架構和開發相關算法軟件。該項目進展順利，整個項目的3 個階段已于2018 年底結束。除DARPA 外，美國國防部戰略能力辦公室（SCO）和海陸空三軍研究機構都開展了各自的無人裝備集群智能項目研究。

美國空軍分別在2014 年和2016 年公布了《遙控駕駛無人機飛機指導：愿景與賦能概念2013—2038》與《2016—2036 小型無人機系統飛行規劃》，根據起飛質量不同對中高端遙控無人機（RPA）和小型無人機系統（SUAS）進行了分類，并提出了完全不同的應用設想和技術要求。美軍在中東和阿富汗戰場應用了一系列戰術，使得以“全球鷹”和“捕食者”為代表的RPA 類無人機被公眾所熟知，但是使未來作戰方式和戰場環境改變更大的卻可能是尚不為大眾所了解的SUAS 類小型智能無人機集群。

好萊塢電影《天使陷落》中展示了一種尚未在實戰中應用的全新戰法——無人機集群自主攻擊，由數百架無人機組成的集群自主進行飛行編隊、戰術突防、追蹤攻擊目標，只需得到擊殺許可，就可自行擊殺目標，而遠程控制者只需審查批準被攻擊對象是否可被擊殺即可。需要指出，這一戰法并不是來源于編導的腦洞大開，而是基于共識主動性（stigmergy）的自主協同集群智能無人機（SUAS）典型的戰法應用之一[1]。

圖1 美國空軍研究實驗室（AFRL）的無人系統自主性技術發展情況

二、共識主動性與集群智能

集群智能是一項足以改變戰爭模式和戰爭規則的顛覆性技術，也是美軍無人軍事裝備的風向標領域。集群智能本質上屬于仿生學領域，來源于人類對動物集群行為（Swarm behaviour）的觀察，包括蜂群、蟻群的活動和候鳥的遷移等。1959 年，法國生物學家PierrePaul Grasse 在研究昆蟲的群體行為模式時發現，大群落昆蟲之間存在高度結構化組織和行為方式，可以使昆蟲群體完成遠遠超出個體能力的復雜任務，使無智能生物通過集群行為展現出具有組織性、協調性等特點的智能化行為特征。蟻群的工作模式就是這種智能集群的典型代表，美國有專門的團隊歷時數年觀察和研究行軍蟻和阿塔切葉蟻之間復雜的攻防戰爭。這些無智能昆蟲通過個體之間簡單的信息傳遞，在大規模集群（百萬級）作戰中表現出能夠根據環境情況和對手行為而進行戰術轉換和戰法配合的典型智能行為特征。

顯然集群智能技術如能應用于軍事領域，將帶來顛覆性變革。近年來，美軍一直在不斷加強軍事領域集群智能應用的研究。美國國防部于2007 年將原無人機發展路線圖更名為無人系統路線圖，開始統籌推進各種智能武器裝備的發展。2018 年10 月，美國雷神公司公布了其開發的使無人機群無需依賴地面控制站就能進行自行定位、自主決策的無人機集群控制技術。美國空軍研究實驗室（AFRL）的無人系統自主性技術發展情況如圖1 所示。

實現集群智能的關鍵在于共識主動性的建立。共識主動性是一種集群內個體根據集群信息而采取相應行為的群體行為機制。螞蟻作為一種簡單的無智商昆蟲，雖然只是通過其他成員遺留在環境上的信息素來相互交流，但卻讓它們的大集群行動具備智能化特點，可以完成多種復雜協同工作。共識主動性是集群內成員根據集群環境信息確定行為方式的一種行為機制，因此群體行為不需要存在具備指揮、控制功能的超級個體，就能產生復雜的行為方式。因此，共識主動性是一種以去中心化為特點、自組織的系統性行為方式，使得集群行動不需要任何集中規劃、控制，甚至也不需要個體之間的直接通信，而是基于一種復雜的行為模式和集群結構，使得低智能的個體之間保持高效協作，不需要個體具備復雜的存儲、邏輯、通信能力，甚至在彼此不能感知的情況下，也能完成復雜的群體行動任務。

基于共識主動性的集群智能技術就是一種典型的去中心化技術，而去中心化也正是集群智能技術的優勢所在。只要智能集群中不存在控制中心，任意一臺智能集群武器平臺的損毀對整個集群而言就無法產生整體性影響；同時，不論增加多少武器平臺進入集群，都不會對集群造成指揮、通信或算力負擔。事實上，昆蟲的作戰模式就是去中心化的，其作戰反而比具備高等智能的其他生物更堅決、更統一、更具大集群優勢，這就是集群智能這一技術應用于戰爭的根本優勢所在。

但是去中心化并不意味著沒有分工，在螞蟻的戰斗行動中，不同體型的螞蟻也有完全不同的職責分工，因此只要在同一集群智能體系中，各裝備根據自身特點進行職能分工，甚至是根據重要性進行排序，同樣可以組成復雜的作戰體系?；诩褐悄艿淖灾鲄f同武器裝備體系一旦投入戰爭，將在戰術層面對所有以人類智能為基礎的部隊形成壓倒性優勢；其擁有完美的戰斗技巧和極其成熟的團隊合作模式，卻毫無個人意識，完全沒有恐懼、猶豫甚至榮譽感，始終極端冷靜地分析周圍環境、戰場變化和團隊需求，并且一直保持100%的戰斗熱情，隨時準備為達成戰術目標而犧牲。

三、集群智能作戰帶來的挑戰

強進攻、難防御是集群智能機器作戰的主要特點。美國海軍研究院曾以無人機集群為假想敵攻擊具備最先進的“宙斯盾”防空系統的航母艦隊。多次模擬試驗表明，只要有8 架無人機通過集群行為攻擊，就會有2.8 架無人機能躲過攔截，命中目標。即使“宙斯盾”系統按照現有最先進的技術來升級，8 架無人機中至少也有1 架無人機可突防成功。如果無人機的數量增至10 架以上，則“宙斯盾”系統只能攔截前面的7 架左右。集群智能的優勢就是大規模協同，伴隨著進攻無人機數量的提升，這種優勢將進一步加大。

廉價可損傷將成為未來智能武器的另一個重要特征之一。機器作戰與人類作戰在本質上是不同的，機器作戰中通過犧牲和損失部分武器裝備平臺以達成目標將是常規戰術之一，因此可損傷、低成本的武器平臺將成為未來智能武器裝備平臺區別于當前載人武器平臺的重要特點之一。目前，美國空軍已經公開征集下一代低成本可損傷航空器的設計方案。

智能集群裝備對戰將使戰爭重回以量取勝時代，在傳統大集群戰爭中，參戰個體數量與指揮效率是負相關的。但是在集群智能作戰狀態下，參展個體數量的增加將同時提升作戰集群的戰斗力和運算能力，戰法選擇也更多樣，所以數量上的優勢將成為關鍵性優勢。而由于人工智能的訓練程度與智能化程度是集群智能的核心技術，平臺自身的性能差距造成的戰力區別將可能被縮小。

目前，伴隨著5G、星鏈、大運載火箭等先進技術的不斷突破，大規模智能集群系統投入實戰的技術環境正在迅速成熟。自主協同的智能集群武器裝備的出現顛覆了傳統高性能載人武器在戰場的優勢地位，這種顛覆性軍事技術的突破與成功，將有可能使軍事強國幾十年來積累的軍事霸權優勢被抵消，的確需要在戰略層面加以重視。