美軍無(wú)人空戰(zhàn)裝備智能化發(fā)展動(dòng)態(tài)及啟示*

董康生，胡偉波，沈雁鳴，唐上欽

（1.中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心 計(jì)算空氣動(dòng)力研究所，四川 綿陽(yáng) 621000；2.空軍工程大學(xué) 航空工程學(xué)院，陜西 西安 710038）

0 引言

縱觀近幾場(chǎng)信息化條件下的局部戰(zhàn)爭(zhēng)，從2001年美軍首開(kāi)利用MQ-1B“捕食者”無(wú)人機(jī)發(fā)射精確制導(dǎo)武器攻擊地面目標(biāo)［1］，到2020 年1 月運(yùn)用MQ-9“死神”無(wú)人機(jī)刺殺伊朗伊斯蘭革命衛(wèi)隊(duì)指揮官蘇萊曼尼［2］，軍用無(wú)人裝備憑借其零人員傷亡、飛行包線寬廣、費(fèi)效比低等優(yōu)勢(shì)，展現(xiàn)出愈發(fā)強(qiáng)大的軍事潛力和廣闊的發(fā)展前景，并對(duì)現(xiàn)代空軍作戰(zhàn)樣式產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，已經(jīng)成為世界各主要軍事強(qiáng)國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的空中軍事裝備和力量［3-5］。得益于近年來(lái)人工智能技術(shù)的蓬勃發(fā)展，世界各國(guó)大力推進(jìn)人工智能技術(shù)在無(wú)人裝備上的應(yīng)用［6-8］，如2016 年美軍實(shí)驗(yàn)室人工智能空戰(zhàn)系統(tǒng)Alpha AI 控制無(wú)人機(jī)擊敗有人駕駛戰(zhàn)機(jī)［9］。美軍國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局

DARPA（American defense advanced research projects agency）僅在2019 年就投入了34.4 億美元研究人工智能技術(shù)的軍事化應(yīng)用［10-11］。人工智能技術(shù)為無(wú)人裝備的發(fā)展注入了新的血液，并將打破世界現(xiàn)有軍力平衡，變革戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)，加速推動(dòng)無(wú)人智能化戰(zhàn)爭(zhēng)的到來(lái)。

當(dāng)前，美軍在無(wú)人裝備智能化空戰(zhàn)發(fā)展戰(zhàn)略、作戰(zhàn)樣式、裝備研發(fā)、技術(shù)創(chuàng)新以及局部作戰(zhàn)行動(dòng)中不斷進(jìn)行探索嘗試，積累了豐富的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)和前沿技術(shù)，已在無(wú)人智能化作戰(zhàn)力量建設(shè)和實(shí)踐運(yùn)用方面形成了優(yōu)勢(shì)局面［12］，對(duì)我軍克敵制勝帶來(lái)嚴(yán)峻的威脅與挑戰(zhàn)。同時(shí)，為繼續(xù)搶占未來(lái)無(wú)人智能化戰(zhàn)場(chǎng)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，美軍在新型無(wú)人化裝備、技術(shù)和項(xiàng)目方面進(jìn)行了大量探索和布局，對(duì)未來(lái)無(wú)人智能化作戰(zhàn)力量建設(shè)和實(shí)踐運(yùn)用具有重要的借鑒和啟示意義。

本文首先深入分析了當(dāng)前美軍現(xiàn)役無(wú)人機(jī)裝備的優(yōu)缺點(diǎn)，接著梳理了美軍正在發(fā)展的智能化無(wú)人裝備項(xiàng)目，介紹了其發(fā)展動(dòng)態(tài)、關(guān)鍵技術(shù)和研究目標(biāo)，隨后總結(jié)了未來(lái)美軍無(wú)人智能化裝備的發(fā)展趨勢(shì)，最后提出了應(yīng)對(duì)未來(lái)智能化空戰(zhàn)的策略建議，為無(wú)人裝備發(fā)展和作戰(zhàn)行動(dòng)運(yùn)用提供有益參考。

1 美軍現(xiàn)役無(wú)人機(jī)裝備特點(diǎn)分析

從20 世紀(jì)60 年代起，美國(guó)空軍與國(guó)家偵察辦公室（national reconnaissance office，NPO）合作，秘密開(kāi)展了大量無(wú)人機(jī)項(xiàng)目［13］，如今已經(jīng)形成了包括偵察、電子對(duì)抗、攻擊等多層次多種類的無(wú)人機(jī)作戰(zhàn)體系，投入使用的各類無(wú)人機(jī)超過(guò)75 種，總數(shù)量超過(guò)6 000 架（不包括20 kg 以下的微小型無(wú)人機(jī)）［14-15］。作為無(wú)人智能化空中作戰(zhàn)裝備的主體，無(wú)人機(jī)的智能化主要體現(xiàn)在其自主能力方面，即無(wú)人機(jī)依據(jù)自身知識(shí)以及對(duì)環(huán)境的感知，獨(dú)立確定行動(dòng)方案的能力。美國(guó)國(guó)防部《2005-2035 無(wú)人機(jī)系統(tǒng)路線圖》將無(wú)人機(jī)自主能力劃分為10 個(gè)等級(jí)，主要包括遠(yuǎn)程控制、自動(dòng)控制、自主控制3 個(gè)層級(jí)［16］，如圖1 所示。當(dāng)前，以“捕食者”、“死神”和“全球鷹”等為代表的美軍現(xiàn)役無(wú)人機(jī)基本都屬于遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)控制2 個(gè)較低層次，盡管這些無(wú)人機(jī)智能化程度尚處在初級(jí)階段，但是已在現(xiàn)代多次局部戰(zhàn)爭(zhēng)和軍事行動(dòng)中廣泛應(yīng)用。

圖1 無(wú)人機(jī)自主能力等級(jí)參考示意圖Fig.1 Level of autonomous ability for unmanned aerial vehicle（UAV）

1.1 主要優(yōu)點(diǎn)

美軍在科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)、海灣戰(zhàn)爭(zhēng)、阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)等軍事沖突和數(shù)次斬首行動(dòng)中大量使用了無(wú)人機(jī)，并應(yīng)用于戰(zhàn)略偵察與監(jiān)視、空中對(duì)抗與打擊、信息支援與保障等多種軍事任務(wù)中［17］。表1 列出了美軍歷次軍事行動(dòng)中投入使用的無(wú)人機(jī)型號(hào)及其智能化特點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中，一半以上的目標(biāo)毀傷信息是由無(wú)人機(jī)提供的，任務(wù)完成率達(dá)到76.6%。從美軍現(xiàn)役無(wú)人機(jī)的這些作戰(zhàn)應(yīng)用和實(shí)戰(zhàn)情況來(lái)看，主要有以下幾方面的優(yōu)勢(shì)。

表1 美軍無(wú)人機(jī)投入的軍事行動(dòng)及其智能化特點(diǎn)Table 1 UAVs of US army deployed in various military operations and their intelligent features

（1）全天候?qū)崟r(shí)偵察能力

美軍現(xiàn)役無(wú)人機(jī)大多安裝了多種先進(jìn)的傳感器，例如，高分辨率紅外系統(tǒng)、彩色攝像機(jī)和合成孔徑雷達(dá)等，能夠?qū)崟r(shí)全天候大范圍偵察監(jiān)視，同時(shí)具有可變焦距和高分辨率的特點(diǎn)。以“死神”MQ-9為例，其可在3 200 m 外識(shí)別行駛中的車輛牌照［18］。

（2）良好的隱身性能

美軍新投入使用的無(wú)人機(jī)機(jī)身大量采用復(fù)合材料，雷達(dá)發(fā)射面積小，隱身性能大幅提高。以美軍保密級(jí)別較高的隱身偵察無(wú)人機(jī)RQ-180 為例，其機(jī)身采用飛翼布局，后緣構(gòu)型簡(jiǎn)潔，蒙皮覆蓋新型隱身材料，使得其行動(dòng)很難被探測(cè)到。

（3）優(yōu)異的遠(yuǎn)程作戰(zhàn)能力

以“全球鷹”為代表的美軍無(wú)人機(jī)具有長(zhǎng)航程和高航時(shí)的特點(diǎn)，最大航程達(dá)到26 000 km，能連續(xù)飛行40 h 以上，可實(shí)現(xiàn)從美國(guó)本土飛往全球任何地區(qū)執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)，是該類型無(wú)人機(jī)中最長(zhǎng)單次飛行時(shí)間和最大航程記錄保持者［19］。

（4）快速精確打擊能力

以MQ-9 為代表的美軍無(wú)人機(jī)可以攜帶多種打擊武器，包括“地獄火”導(dǎo)彈、“響尾蛇”導(dǎo)彈、GBU-12激光制導(dǎo)炸彈和GB-38 聯(lián)合直接攻擊彈藥炸彈。配合先進(jìn)的偵察和制導(dǎo)設(shè)備，具備全方位和全天候攻擊能力，可實(shí)現(xiàn)多次精確打擊能力，常被用于定點(diǎn)斬首行動(dòng)，如2020 年1 月對(duì)伊朗少將蘇萊曼尼的獵殺（圖2）。同時(shí)得益于MQ-9 先進(jìn)的衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈天線，其作戰(zhàn)反應(yīng)靈敏，從美軍克里奇基地發(fā)出指令到萬(wàn)里之外的無(wú)人機(jī)做出反應(yīng)，其間隔不會(huì)超過(guò)1.2 s［20］。

圖2 MQ-9 獵殺伊朗蘇萊曼尼過(guò)程示意圖Fig.2 Schematic of hunting Soleimani by MQ-9

1.2 主要缺點(diǎn)

面對(duì)未來(lái)無(wú)人智能化的軍事作戰(zhàn)需求，當(dāng)前美軍主戰(zhàn)無(wú)人機(jī)也存在較為明顯的缺點(diǎn)。

（1）機(jī)動(dòng)性不足

當(dāng)前，軍用現(xiàn)役無(wú)人機(jī)出于續(xù)航和隱身雙重考慮，大多采用大展弦比固定翼和飛翼布局，導(dǎo)致機(jī)動(dòng)性能不足，不適合近距空戰(zhàn)和制導(dǎo)武器規(guī)避。僅在中東地區(qū)，美軍就有5 架MQ-1、4 架MQ-9、1 架RQ-4 無(wú)人機(jī)被擊落。

（2）抗干擾能力不足

美軍無(wú)人機(jī)發(fā)生過(guò)多次因敵方電磁干擾而被俘獲的事例，如2019 年伊朗曾利用電磁干擾設(shè)備捕獲了美軍部署在其周邊的MQ-1“捕食者”無(wú)人機(jī)，伊朗還曾利用干擾技術(shù)俘獲了美軍保密程度極高、技術(shù)極為先進(jìn)的RQ-170 無(wú)人機(jī)［21］。

（3）自主性不足

由于人工智能發(fā)展水平的限制，現(xiàn)役軍用無(wú)人機(jī)只能實(shí)現(xiàn)自主定點(diǎn)巡航、自主起降以及一定程度的自主加油等基本任務(wù)，其他諸如目標(biāo)打擊、空中格斗等復(fù)雜軍事任務(wù)難以獨(dú)立完成，自主執(zhí)行任務(wù)能力較差。

（4）協(xié)同性不足

當(dāng)前，無(wú)人機(jī)主要依賴地面控制站進(jìn)行操作指揮，且通常一個(gè)操作員只能操控一架無(wú)人機(jī)，無(wú)法同時(shí)控制多架無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)協(xié)同編隊(duì)飛行，而且無(wú)人機(jī)與有人機(jī)和其他無(wú)人機(jī)之間直接信息共享不足，不具有執(zhí)行編隊(duì)協(xié)同作戰(zhàn)的能力。

2 美軍無(wú)人智能化空戰(zhàn)前沿技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)

美軍已經(jīng)明確，大力發(fā)展無(wú)人機(jī)裝備是應(yīng)對(duì)當(dāng)今大國(guó)軍事競(jìng)爭(zhēng)的重要措施［17］。立足未來(lái)智能化空戰(zhàn)的需求牽引，美軍提出了許多新式作戰(zhàn)樣式和作戰(zhàn)理論，美國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局、國(guó)防部戰(zhàn)略能力辦公室和各軍種都積極開(kāi)展了許多新質(zhì)作戰(zhàn)力量的研究和技術(shù)驗(yàn)證，如“小精靈”、“山鶉”、“低成本無(wú)人機(jī)蜂群”、“拒止環(huán)境協(xié)同作戰(zhàn)”和“空中博格”［22-25］等。除這些已經(jīng)較為熟知的項(xiàng)目，美軍近年來(lái)軟硬件并重發(fā)展，又提出了以下新質(zhì)作戰(zhàn)項(xiàng)目，包括側(cè)重硬件層面的無(wú)人機(jī)空中加油、“忠誠(chéng)僚機(jī)”［26］和彈群協(xié)同［27］；側(cè)重軟件層面的算法戰(zhàn)［28-29］和先進(jìn)戰(zhàn)場(chǎng)管理［30］，不斷促進(jìn)無(wú)人機(jī)作戰(zhàn)概念向集群化、智能化、協(xié)同化發(fā)展，積極推動(dòng)無(wú)人機(jī)向空中主戰(zhàn)裝備邁進(jìn)。

2.1 無(wú)人機(jī)空中加油

無(wú)人機(jī)空中加油可以是有人機(jī)對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行空中授油，也可以是無(wú)人機(jī)對(duì)有人機(jī)實(shí)施空中加油。美國(guó)海軍于2007 年公布了“無(wú)人作戰(zhàn)航空系統(tǒng)驗(yàn)證機(jī)”，同年，諾格公司開(kāi)始了艦載隱身無(wú)人機(jī)X-47B 的研制工作，X-47B 先后完成了自主著艦以及觸艦復(fù)飛、與有人機(jī)編隊(duì)飛行、自主空中受油等復(fù)雜試驗(yàn)。2015 年，美海軍在此基礎(chǔ)上啟動(dòng)了“艦載空中加油系統(tǒng)”項(xiàng)目，開(kāi)始驗(yàn)證無(wú)人機(jī)對(duì)有人機(jī)的空中加油技術(shù)。

美國(guó)海軍以CBARS（carrier based aerial refueling system）項(xiàng)目為依托，研發(fā)了專用艦載空中無(wú)人加油機(jī)“黃貂魚(yú)”MQ-25。從2019 年MQ-25 首次試飛以來(lái)，已經(jīng)開(kāi)展了近30 次飛行試驗(yàn)，其中包括2021 年6 月對(duì)F/A-18F 艦載戰(zhàn)斗機(jī)的空中加油試驗(yàn)，2021 年8 月對(duì)E-2D“鷹眼”預(yù)警機(jī)的空中加油試驗(yàn)以及2021 年9 月對(duì)F-35C 隱身戰(zhàn)斗機(jī)的空中加油測(cè)試，驗(yàn)證了加油機(jī)的空中對(duì)接/分離技術(shù)、主動(dòng)流動(dòng)控制技術(shù)等。未來(lái)，MQ-25 無(wú)人機(jī)自主空中加油技術(shù)的成熟應(yīng)用可極大緩解美海軍現(xiàn)役艦載戰(zhàn)斗機(jī)作戰(zhàn)半徑偏小的問(wèn)題，使航母戰(zhàn)斗群能夠擴(kuò)大作戰(zhàn)范圍，降低戰(zhàn)時(shí)被發(fā)現(xiàn)和突襲的風(fēng)險(xiǎn)。此外，艦載無(wú)人加油機(jī)在提升艦載機(jī)聯(lián)隊(duì)作戰(zhàn)出勤率、實(shí)施前線偵察/監(jiān)視、掩護(hù)有人作戰(zhàn)飛機(jī)等方面也能發(fā)揮重要作用。

2.2 忠誠(chéng)僚機(jī)

“忠誠(chéng)僚機(jī)”是指將無(wú)人機(jī)與有人機(jī)進(jìn)行編組，有人機(jī)通過(guò)編組任務(wù)系統(tǒng)下達(dá)指控命令，無(wú)人機(jī)依據(jù)命令執(zhí)行相應(yīng)作戰(zhàn)任務(wù)，充當(dāng)有人機(jī)僚機(jī)的一種新型作戰(zhàn)概念。2015 年，美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室啟動(dòng)了“忠誠(chéng)僚機(jī)”的概念研究，早期的驗(yàn)證平臺(tái)為F-16戰(zhàn)斗機(jī)改裝后的無(wú)人靶機(jī)QF-16。2018 年，美國(guó)空軍實(shí)驗(yàn)室與克瑞托斯防務(wù)公司聯(lián)合提出了XQ-58A“女武神”無(wú)人機(jī)忠誠(chéng)僚機(jī)項(xiàng)目。

XQ-58A 無(wú)人機(jī)主要負(fù)責(zé)戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視、偵察和遠(yuǎn)程作戰(zhàn)任務(wù)。從2019 年3 月到2020 年1 月期間，XQ-58A 總共進(jìn)行了4 次飛行試驗(yàn)，先后驗(yàn)證了其高空飛行能力、火箭輔助發(fā)射和降落傘著陸技術(shù)。2020 年12 月，XQ-58A 與F-22 和F-35完成了首次編隊(duì)飛行，XQ-58A 充當(dāng)通訊節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了2 款戰(zhàn)斗機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信。2021 年3 月，XQ-58A 完成了首次內(nèi)埋式彈艙空射小型無(wú)人機(jī)試驗(yàn)。現(xiàn)代空戰(zhàn)中，無(wú)人機(jī)受限于智能化水平無(wú)法完全自主應(yīng)對(duì)，采用“忠誠(chéng)僚機(jī)”的概念，既可以充分發(fā)揮現(xiàn)有裝備的軍事潛力，又可以利用飛行員的智力優(yōu)勢(shì)，與無(wú)人機(jī)的人工智能形成互補(bǔ)，提高無(wú)人機(jī)的威脅評(píng)估、任務(wù)規(guī)劃、戰(zhàn)術(shù)決策等方面能力，增強(qiáng)作戰(zhàn)任務(wù)的適應(yīng)性和可靠性。

2.3 彈群協(xié)同

彈群協(xié)同是智能化自主彈藥集群一個(gè)新的發(fā)展方向。美空軍于2016 年啟動(dòng)了“灰狼”項(xiàng)目，旨在開(kāi)發(fā)低成本的巡航導(dǎo)彈并驗(yàn)證彈藥網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同打擊技術(shù)。為加快機(jī)載精確制導(dǎo)彈藥聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，2019 年3 月“灰狼”項(xiàng)目被自主彈藥集群技術(shù)演示驗(yàn)證項(xiàng)目“金帳汗國(guó)”（Golden Horde）取代，美軍轉(zhuǎn)而在成熟現(xiàn)役裝備上進(jìn)行彈群協(xié)同驗(yàn)證。

美國(guó)空軍計(jì)劃在“小直徑炸彈”、AGM-158 和ADM-160 導(dǎo)彈上測(cè)試彈群協(xié)同技術(shù)，“金帳汗國(guó)”項(xiàng)目在2020 年經(jīng)歷了數(shù)次推遲和失敗后，于2021 年2月順利發(fā)射了4 枚“合作型小直徑炸彈”，并同時(shí)命中4 個(gè)不同的目標(biāo)（如圖3 所示），驗(yàn)證了彈間聯(lián)網(wǎng)、目標(biāo)合作識(shí)別和目標(biāo)自主協(xié)同打擊等技術(shù)。2021年5 月又完成了2 架F-16 協(xié)同發(fā)射6 枚導(dǎo)彈的試驗(yàn)。后續(xù)“金帳汗國(guó)”將被“羅馬競(jìng)技場(chǎng)”項(xiàng)目替代，并融入數(shù)字工程技術(shù)，以加速美空軍武器向合作式自主組網(wǎng)技術(shù)轉(zhuǎn)型。隨著精確制導(dǎo)彈藥聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成熟，在未來(lái)作戰(zhàn)中，協(xié)同運(yùn)用不同類型的制導(dǎo)武器進(jìn)行突防打擊，可在復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境和目標(biāo)動(dòng)態(tài)改變條件下，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)役機(jī)載精確制導(dǎo)武器自主規(guī)劃任務(wù)、自主規(guī)劃航跡、自主攻擊目標(biāo)、自主信息反饋，確保對(duì)指定區(qū)域的可靠彈藥投送和有效毀傷，全維度提升對(duì)敵突防能力，是摧毀敵方一體化防空系統(tǒng)的有效手段。

圖3 “金帳汗國(guó)”試驗(yàn)中四枚導(dǎo)彈協(xié)同命中4 個(gè)不同目標(biāo)Fig.3 Four missiles cooperatively hitting four different targets in the flight test of Golden Horde

2.4 算法戰(zhàn)

“算法戰(zhàn)”是從軟件層面出發(fā)，利用圖像識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)、尋優(yōu)決策等先進(jìn)智能算法，挖掘人工智能算法在態(tài)勢(shì)感知、情報(bào)分析、指揮決策和火力打擊等方面的巨大潛力，用算法方式破解戰(zhàn)爭(zhēng)攻防問(wèn)題，從而達(dá)到在戰(zhàn)爭(zhēng)中制勝的目的。美軍“算法戰(zhàn)”概念于2017 年提出，同年4 月美國(guó)防部簽發(fā)了名為“Project Maven”的備忘錄項(xiàng)目，并組建了“算法戰(zhàn)”跨職能小組，統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)美軍“算法戰(zhàn)”相關(guān)概念及技術(shù)應(yīng)用研究活動(dòng)。

“算法戰(zhàn)”跨職能小組的首項(xiàng)任務(wù)是利用機(jī)器視覺(jué)算法從戰(zhàn)術(shù)無(wú)人航空系統(tǒng)獲取的視頻圖像中自主識(shí)別感興趣的目標(biāo)，快速生成可用信息，提升軍事決策能力。2017 年底，該計(jì)劃開(kāi)發(fā)的算法已經(jīng)在中東某秘密地點(diǎn)部署應(yīng)用，可對(duì)“全球鷹”無(wú)人機(jī)所拍視頻進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別，對(duì)人員、車輛、建筑等物體的識(shí)別準(zhǔn)確率提升到80%。2020 年12 月，美國(guó)空軍將先進(jìn)算法部署在U-2 偵察機(jī)上，實(shí)現(xiàn)了人工智能自主偵察戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)、搜索戰(zhàn)斗目標(biāo)。“算法戰(zhàn)”作為一種新的作戰(zhàn)理念和技術(shù)手段，將加速海量戰(zhàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可用情報(bào)，代替或輔助作戰(zhàn)人員更加精準(zhǔn)、高效、可靠地完成作戰(zhàn)任務(wù)。

2.5 先進(jìn)作戰(zhàn)管理

為了充分利用最新的云共享網(wǎng)絡(luò)和人工智能輔助技術(shù)，分散化裝備態(tài)勢(shì)感知能力和指揮控制能力，提高強(qiáng)對(duì)抗環(huán)境下的作戰(zhàn)管理與指控能力，美軍于2019 年啟動(dòng)了“先進(jìn)作戰(zhàn)管理系統(tǒng)”（advanced battle management system，ABMS）項(xiàng)目。圖4 給出了美軍ABMS 系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境組成圖。先進(jìn)戰(zhàn)場(chǎng)管理系統(tǒng)不僅是未來(lái)聯(lián)合全域指揮控制的關(guān)鍵，而且還是全域作戰(zhàn)中包括“動(dòng)態(tài)兵力運(yùn)用”（dynamic force employment，DFE）等新型作戰(zhàn)概念的基礎(chǔ)。

圖4 ABMS 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境組成圖Fig.4 Components of development environment for ABMS software

美軍于2019 年12 月至2020 年9 月開(kāi)展了3 次ABMS 聯(lián)合演示試驗(yàn)，完成了從少量平臺(tái)及作戰(zhàn)單元參與的小規(guī)模演練到多平臺(tái)、多作戰(zhàn)司令部參與的分散地域大跨度演練，再到美國(guó)本土外的大規(guī)模聯(lián)合演練。3 次演示試驗(yàn)分別測(cè)試了多軍種無(wú)縫連接及態(tài)勢(shì)共享、基于安全云的多域態(tài)勢(shì)共享和基于人工智能的指揮控制技術(shù)，測(cè)試了ABMS 應(yīng)對(duì)不確定復(fù)雜作戰(zhàn)環(huán)境下的適應(yīng)性及有效性。2021 年5月，ABMS 成功部署在KC-46 多用途加油機(jī)上，實(shí)現(xiàn)了F-22 和F-35 戰(zhàn)斗機(jī)之間的雙向通信。ABMS 系統(tǒng)不僅能支持美軍進(jìn)行全域聯(lián)合作戰(zhàn)指揮控制，而且還能為未來(lái)實(shí)現(xiàn)與盟國(guó)間的網(wǎng)絡(luò)互連和聯(lián)合全域指揮控制提供系統(tǒng)支持，能在更大跨度的聯(lián)合全域指控組織中發(fā)揮重要作用。

3 美軍無(wú)人智能化空戰(zhàn)裝備發(fā)展趨勢(shì)

從上述美軍在研智能空中作戰(zhàn)項(xiàng)目，可以總結(jié)概括出美軍未來(lái)無(wú)人智能化空中作戰(zhàn)裝備的發(fā)展趨勢(shì)及其主要支撐技術(shù)，如圖5 所示。

圖5 無(wú)人空戰(zhàn)裝備智能化發(fā)展趨勢(shì)及其支撐技術(shù)Fig.5 Trend of the intelligent unmanned aerial equipment and the corresponding supportive techniques

3.1 裝備成本低廉化

未來(lái)大規(guī)模無(wú)人機(jī)集群作戰(zhàn)需要形成規(guī)模效應(yīng)及飽和優(yōu)勢(shì)，為了提高作戰(zhàn)效費(fèi)比，必然要求參戰(zhàn)無(wú)人機(jī)具備低成本和可消耗的特點(diǎn)。美軍從氣動(dòng)結(jié)構(gòu)一體化、氣動(dòng)控制、輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料、陶瓷基復(fù)合材料等基礎(chǔ)氣動(dòng)和材料技術(shù)出發(fā)，嘗試從多個(gè)技術(shù)路線降低無(wú)人機(jī)的成本。一是無(wú)人機(jī)小型化。小型化的無(wú)人機(jī)不僅可以大幅降低生產(chǎn)和損傷成本，同時(shí)也能夠提高無(wú)人機(jī)的反偵察能力和戰(zhàn)場(chǎng)生存能力。二是無(wú)人機(jī)可回收技術(shù)。美軍“小精靈”項(xiàng)目將可回收性作為考察無(wú)人機(jī)集群作戰(zhàn)效能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，以期降低成本，并提高集群快速執(zhí)行2 次任務(wù)的能力。三是數(shù)字化技術(shù)，利用數(shù)字孿生技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)平臺(tái)快速迭代升級(jí)，是美軍實(shí)現(xiàn)大幅度降低無(wú)人機(jī)研制和生產(chǎn)成本的重要途徑。

3.2 任務(wù)功能模塊化

當(dāng)前，美軍大多無(wú)人機(jī)都屬于偵察或察打一體無(wú)人機(jī)，然而未來(lái)多樣化的作戰(zhàn)需求對(duì)無(wú)人機(jī)的性能提出了不同的要求，因此，可更換功能部件的模塊化設(shè)計(jì)將是未來(lái)無(wú)人機(jī)平臺(tái)的重要發(fā)展方向。模塊化以無(wú)人機(jī)平臺(tái)的核心機(jī)身和處理單元為基礎(chǔ)，采用面向功能的分解方法，將無(wú)人機(jī)平臺(tái)的各項(xiàng)任務(wù)能力劃分成不同的功能模塊，如載荷、動(dòng)力和軟件模塊。在執(zhí)行具體任務(wù)時(shí)，無(wú)人機(jī)可以根據(jù)需求選擇不同的任務(wù)載荷，甚至可更換發(fā)動(dòng)機(jī)，使得同一平臺(tái)適應(yīng)多種作戰(zhàn)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)“一機(jī)多用”的裝備發(fā)展理念。通過(guò)構(gòu)建開(kāi)放式系統(tǒng)構(gòu)架、建立標(biāo)準(zhǔn)化接口和協(xié)議、開(kāi)發(fā)系統(tǒng)互操作指南等方法，可以為實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)平臺(tái)模塊化提供重要技術(shù)支撐。波音的空中力量編組系統(tǒng)（airpower teaming system，ATS）項(xiàng)目正在將這種理念付諸實(shí)施，其設(shè)計(jì)的概念機(jī)可以靈活更換機(jī)頭，以及搭載不同的偵察設(shè)備或油箱（圖6）。此外，模塊化設(shè)計(jì)還能夠快速整合最新的成熟技術(shù)，減少開(kāi)發(fā)全新平臺(tái)所帶來(lái)的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和成本，拆解技術(shù)進(jìn)步的時(shí)間。

圖6 ATS 項(xiàng)目無(wú)人機(jī)更換機(jī)頭概念示意圖Fig.6 Schematic of changing UAV nose in ATS project

3.3 信息集成一體化

隨著無(wú)人機(jī)系統(tǒng)復(fù)雜性的不斷提高，無(wú)人機(jī)與其他作戰(zhàn)裝備協(xié)同作戰(zhàn)的難易程度以及自身操縱維護(hù)的難度也隨之相應(yīng)增加。在這種背景下，對(duì)無(wú)人機(jī)通信技術(shù)的聯(lián)通性和融合性提出了更高的要求。信息集成一體化技術(shù)是解決這一問(wèn)題的有效途徑，具體包括可靠數(shù)據(jù)鏈路、抗電磁干擾、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、動(dòng)態(tài)組網(wǎng)等技術(shù)。這一技術(shù)路線的基本思想是將無(wú)人機(jī)系統(tǒng)與分布在陸、海、空、天的各類偵察探測(cè)、指揮控制、打擊武器等平臺(tái)通過(guò)信息鏈路無(wú)縫地聯(lián)接成一個(gè)有機(jī)的整體，實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場(chǎng)信息的高效融合與共享。目前，以美國(guó)為主導(dǎo)的北約國(guó)家已經(jīng)成立了制定通用信息系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的工作小組，以期實(shí)現(xiàn)大多數(shù)武器系統(tǒng)或作戰(zhàn)平臺(tái)的信息綜合集成與互聯(lián)，為未來(lái)進(jìn)行多軍種聯(lián)合多域作戰(zhàn)奠定堅(jiān)實(shí)的通信基礎(chǔ)。

3.4 平臺(tái)個(gè)體智能化

充分發(fā)揮無(wú)人機(jī)的靈活優(yōu)勢(shì)、突襲優(yōu)勢(shì)和規(guī)模優(yōu)勢(shì)，需要利用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，提高無(wú)人機(jī)在復(fù)雜環(huán)境中的自主感知能力、協(xié)同能力和判斷能力。美軍的多個(gè)作戰(zhàn)項(xiàng)目都將提高單個(gè)無(wú)人機(jī)平臺(tái)的智能化水平作為重要研究目標(biāo)，如“小精靈”、“拒止環(huán)境中的協(xié)同作戰(zhàn)”、“空中博格”和“空戰(zhàn)演進(jìn)”等項(xiàng)目。大幅提升無(wú)人機(jī)的智能化水平需要重點(diǎn)關(guān)注多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)、復(fù)雜信息挖掘提取技術(shù)、動(dòng)態(tài)任務(wù)規(guī)劃技術(shù)、高效決策算法等基于人工智能方法的技術(shù)［31］。一旦未來(lái)人工智能技術(shù)和群體智能理論取得突破并在無(wú)人機(jī)系統(tǒng)上推廣應(yīng)用，無(wú)人機(jī)的實(shí)時(shí)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知與評(píng)估，目標(biāo)識(shí)別與跟蹤以及攻擊策略優(yōu)化與生成等自主水平將得到極大的改善，進(jìn)而使無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)能夠更加靈活地適應(yīng)復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下的多樣化作戰(zhàn)任務(wù)需求。

3.5 空戰(zhàn)運(yùn)用集群化

群體智能涌現(xiàn)的核心在于結(jié)構(gòu)和功能相對(duì)簡(jiǎn)單的個(gè)體通過(guò)協(xié)同配合展現(xiàn)出高智能程度的集群行為，這種集群協(xié)同既包括有人機(jī)-無(wú)人機(jī)之間的交互協(xié)同，也包括無(wú)人機(jī)編隊(duì)之間的自主協(xié)同控制。未來(lái)空戰(zhàn)中，為取得對(duì)敵方的壓倒性優(yōu)勢(shì)，集群規(guī)模必然不斷擴(kuò)大。在動(dòng)態(tài)復(fù)雜的作戰(zhàn)環(huán)境下，當(dāng)前集群協(xié)同控制算法的魯棒性和實(shí)時(shí)性難以滿足高強(qiáng)度作戰(zhàn)需求。為突破當(dāng)前集群協(xié)同算法的瓶頸，美軍“山鶉”項(xiàng)目將無(wú)人機(jī)集群的協(xié)同控制能力作為重要的評(píng)價(jià)內(nèi)容之一。未來(lái)美軍還將繼續(xù)開(kāi)展適用于大規(guī)模集群的高可靠性、高魯棒性、高實(shí)時(shí)性、無(wú)中心分布式的協(xié)同控制算法，解決無(wú)人機(jī)集群的編隊(duì)生成、編隊(duì)保持、編隊(duì)重組、編隊(duì)配合等問(wèn)題，推動(dòng)無(wú)人機(jī)集群空戰(zhàn)朝著實(shí)用化階段邁進(jìn)。

4 啟示與思考

在當(dāng)前及今后較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，美軍都將引領(lǐng)世界無(wú)人智能化空戰(zhàn)發(fā)展的新潮流，并朝著以智能無(wú)人裝備為支撐的空戰(zhàn)新樣式發(fā)展，人機(jī)協(xié)同、集群自主作戰(zhàn)等新型作戰(zhàn)樣式將逐步落地。這對(duì)我國(guó)未來(lái)無(wú)人智能化空戰(zhàn)理論、空戰(zhàn)能力和空戰(zhàn)裝備的發(fā)展與建設(shè)帶來(lái)諸多啟示。

4.1 加強(qiáng)理技融合研究，發(fā)展新型作戰(zhàn)理論樣式

軍事理論和軍事科技是推動(dòng)軍事進(jìn)步的雙引擎，如鳥(niǎo)之雙翼、車之雙輪，缺一不可，不可偏廢，而且應(yīng)該緊密配合，互為條件和支撐。一是適應(yīng)智能化作戰(zhàn)新特點(diǎn)開(kāi)發(fā)新式作戰(zhàn)理論，深入研究無(wú)人智能裝備的技術(shù)潛力和特點(diǎn)，探索無(wú)人智能化作戰(zhàn)的制勝機(jī)理，發(fā)展新式作戰(zhàn)理論和樣式，尋找充分發(fā)揮無(wú)人裝備效能和彌補(bǔ)其能力缺陷的戰(zhàn)術(shù)方法。二是以軍事理論創(chuàng)新為牽引，推動(dòng)軍事科技和軍事裝備發(fā)展。當(dāng)前，“馬賽克戰(zhàn)”、穿透性制空等新式作戰(zhàn)理論對(duì)未來(lái)裝備的無(wú)人化、智能化、集群化等指標(biāo)提出了更高的要求，指導(dǎo)著軍事裝備和科技的發(fā)展方向。因此加強(qiáng)對(duì)軍事理論的研究和創(chuàng)新，將有效促進(jìn)未來(lái)軍事技術(shù)、裝備形態(tài)和作戰(zhàn)樣式的變革。

4.2 提高平臺(tái)自主能力，強(qiáng)化以智馭智能力研究

隨著人工智能技術(shù)優(yōu)勢(shì)的凸顯和不斷在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用，反智能作戰(zhàn)已經(jīng)成為新的課題和挑戰(zhàn)。一是以智馭智，以新質(zhì)無(wú)人作戰(zhàn)平臺(tái)為支撐，通過(guò)構(gòu)建先進(jìn)算法架構(gòu)、算法模型進(jìn)行復(fù)雜作戰(zhàn)場(chǎng)景感知、決策智能訓(xùn)練，形成軟硬一體化高度融合作戰(zhàn)綜合體，遂行全域自主聯(lián)合、自主作戰(zhàn)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)以強(qiáng)智能對(duì)抗弱智能的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。二是以變應(yīng)不變，當(dāng)前，以機(jī)器學(xué)習(xí)為代表的人工智能方法，只對(duì)特定目標(biāo)、特定場(chǎng)景和確定規(guī)則具有很強(qiáng)的適應(yīng)能力。通過(guò)機(jī)體變形、變噴涂、模塊化組裝，以及集群等方式，極大增加戰(zhàn)場(chǎng)的復(fù)雜度和不確定性，致使敵機(jī)不能準(zhǔn)確識(shí)別戰(zhàn)場(chǎng)目標(biāo)和判別戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，導(dǎo)致攻擊決策失效。三是反智能算法，設(shè)計(jì)智能算法尋找敵機(jī)作戰(zhàn)規(guī)律和弱點(diǎn)，生成反智能作戰(zhàn)方法、策略，執(zhí)行反智能作戰(zhàn)行動(dòng)，例如，進(jìn)行無(wú)規(guī)則假機(jī)動(dòng)或戰(zhàn)術(shù)欺騙機(jī)動(dòng)。

4.3 培育反無(wú)人機(jī)力量，建立反無(wú)人機(jī)作戰(zhàn)體系

美俄不但重視無(wú)人機(jī)建設(shè)，更加重視反無(wú)人機(jī)建設(shè)。隨著無(wú)人機(jī)作戰(zhàn)能力的升級(jí)和大規(guī)模的部署運(yùn)用，加強(qiáng)反無(wú)人機(jī)作戰(zhàn)技術(shù)手段研究和任務(wù)部隊(duì)建設(shè)成為一項(xiàng)緊迫且重要的任務(wù)。反無(wú)人機(jī)力量建設(shè)必須從軟硬兩方面著手，以重大技術(shù)突破為依托，以實(shí)戰(zhàn)化需求為牽引。一是構(gòu)建網(wǎng)電攻擊手段，建立類“舒特”系統(tǒng)，對(duì)敵作戰(zhàn)指揮、通信鏈路、雷達(dá)預(yù)警等關(guān)鍵作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)實(shí)施網(wǎng)絡(luò)攻擊，癱瘓甚至控制敵作戰(zhàn)系統(tǒng)；二是構(gòu)建強(qiáng)激光、高功率微波、無(wú)人機(jī)等新型硬殺傷手段，建立嚴(yán)密的自主化反無(wú)人機(jī)作戰(zhàn)體系，對(duì)入侵的無(wú)人機(jī)實(shí)施快速有效反制與射殺；三是加強(qiáng)反無(wú)人機(jī)作戰(zhàn)演練演訓(xùn)，在實(shí)戰(zhàn)實(shí)訓(xùn)中加速錘煉和創(chuàng)新反無(wú)人機(jī)能力建設(shè)。

5 結(jié)束語(yǔ)

無(wú)人智能化裝備正在成為未來(lái)新型作戰(zhàn)樣式的主戰(zhàn)裝備，是大國(guó)新一輪軍事競(jìng)爭(zhēng)的重要著力點(diǎn)之一。美軍已在“忠誠(chéng)僚機(jī)”、無(wú)人機(jī)自主加油、彈群協(xié)同等新型作戰(zhàn)樣式方面完成了多次由無(wú)人智能裝備主導(dǎo)的試驗(yàn)，在該領(lǐng)域始終保持著快速領(lǐng)跑的優(yōu)勢(shì)。為有效應(yīng)對(duì)美軍在無(wú)人智能化戰(zhàn)場(chǎng)帶來(lái)的威脅與挑戰(zhàn)，應(yīng)以軍事理論創(chuàng)新為牽引，以人工智能技術(shù)為基礎(chǔ)，強(qiáng)化反智能和反無(wú)人機(jī)研究，加快我國(guó)未來(lái)無(wú)人智能化空中力量的發(fā)展與建設(shè)。