第四代戰(zhàn)機(jī)T-50上裝有號稱“幾乎擁有人類智能”的“電子飛行員”。雖然這很顯然是種夸張說法，但從中反映出T-50上安裝有高度人工智能的事實(shí)。所謂的“電子飛行員”實(shí)際上是一套程序，其能在整合全機(jī)信息后審時度勢并參考數(shù)據(jù)庫中儲存的專家經(jīng)驗(yàn)，給予飛行員以建議，就彷佛是一個思考速度遠(yuǎn)超過人類的隨機(jī)專家，這在新一代戰(zhàn)機(jī)上已是必備系統(tǒng)，在俄羅斯這種系統(tǒng)被稱做BOSES，是“機(jī)上執(zhí)行與建議專家系統(tǒng)”的俄文縮寫。本文旨在簡單介紹專家系統(tǒng)的用途及其在俄羅斯的發(fā)展。

為什么需要專家系統(tǒng)

飛行員駕機(jī)升空后所做的事可大致分為兩類，一類是“執(zhí)行任務(wù)”，如攔截來襲目標(biāo)、攻擊敵方據(jù)點(diǎn)等：另一類是“操縱飛機(jī)”，如控制油門、操作電子設(shè)備、使用武器等。

現(xiàn)代化的飛機(jī)都要盡可能將“操縱飛機(jī)”一事變得大幅自動化，好讓飛行員可以將絕大部分精力用于執(zhí)行任務(wù)，而不是操縱飛機(jī)。這是因?yàn)椤安倏v飛機(jī)”的過程往往非常繁雜而死板，因此較適合自動化，而自動化以后不但可以減輕飛行員的負(fù)擔(dān)還可以減少錯誤操作的可能。例如飛機(jī)在不同速度、酬載等條件下的氣動力會對其產(chǎn)生不同的俯仰力矩，這意味著在沒有計算機(jī)輔助的情況下，飛行員必須時時調(diào)整操縱桿以配平力矩才能維持平飛。又例如在有迎角的情況下施加滾轉(zhuǎn)命令，飛機(jī)在滾轉(zhuǎn)與升力的耦合作用下出現(xiàn)不必要的動作。有了飛控計算機(jī)協(xié)助微調(diào)，就可以在計算機(jī)的工作范圍內(nèi)讓飛行員更簡單地做出想要的動作，而不需費(fèi)心于那些多余的調(diào)整工作，這在電傳飛控系統(tǒng)問世以后已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。此外，飛機(jī)在機(jī)動過程中往往需要不同的發(fā)動機(jī)推力，僅僅一個簡單的爬升動作，飛行員可能就要多次調(diào)整油門，比較新型的戰(zhàn)機(jī)則將推力控制也編入飛控系統(tǒng)內(nèi)，使飛行員不需人為調(diào)整推力。航電系統(tǒng)的操作其實(shí)也類似。航電系統(tǒng)越來越復(fù)雜，本該給飛行員造成很大的負(fù)擔(dān)，但在一些既定操作過程實(shí)現(xiàn)自動化后，飛行員的負(fù)擔(dān)就可以顯著減輕。

但并非所有過程都適合自動化，例如飛行員想要回旋，他可以視情況選擇最大過載值回旋，也可選擇較不浪費(fèi)能量的低回轉(zhuǎn)率回旋。在使用武器時，飛行員可以選擇在較大射程發(fā)射但命中率較低，或是在較近距離發(fā)射以提高命中率。這些過程當(dāng)然也可以自動化，但那樣一來就失去了很多操作彈性，在這方面“自動化”對飛行員而言反而顯得束手束腳。飛行員此時更喜歡一個提供建議的“助手”，而不是一個處處自己來的“獨(dú)裁飛機(jī)”。因此在協(xié)助飛行員“操縱飛機(jī)”方面，一方面要將機(jī)械式的過程自動化，而在一些需要人為決定的部分則需能提供建議的人工智能來協(xié)助飛行員。

在“執(zhí)行任務(wù)”方面，隨著科技的日新月異，戰(zhàn)場情況越來越復(fù)雜，飛行員也就要接收越來越多的信息，這些信息可能來自管制中心、僚機(jī)或飛機(jī)本身。飛行員往往要在很短的時間內(nèi)從大量信息中理清并做出決定（例如知道被敵機(jī)鎖定，從主動干擾、釋放誘餌、戰(zhàn)術(shù)機(jī)動等措施中擇其一加以反制），這些倉促的決定往往不是最佳決定，甚至可能是致命的錯誤決定。據(jù)研究，空戰(zhàn)時飛行員在同時考慮3-5個參數(shù)的情況下需要數(shù)秒時間才能做出決定，如果同時有10個參數(shù)需要考慮，則即使是很熟悉的情況，考慮時間也遠(yuǎn)高于此，這種時間對瞬息萬變的空中作戰(zhàn)來說不算短。因此現(xiàn)代戰(zhàn)機(jī)的設(shè)計者開始寄望以人工智能來協(xié)助飛行員執(zhí)行任務(wù)。由于戰(zhàn)場情況瞬息萬變，不像姿態(tài)微調(diào)、推力控制那樣容易自動化，甚至根本不可能實(shí)現(xiàn)自動化，例如戰(zhàn)機(jī)可能間接地發(fā)現(xiàn)空域中有敵機(jī)存在但只能知道其概略位置（例如附近友機(jī)莫名被擊落），這時該繼續(xù)執(zhí)行既定任務(wù)，還是前往搜索可疑目標(biāo)，就很難由計算機(jī)做決定。另外，一架開啟加力燃燒室的遠(yuǎn)離我方的隱身戰(zhàn)機(jī)可能被紅外探測器發(fā)現(xiàn)，但卻可能無法測出其距離，這時是否要對其發(fā)射導(dǎo)彈或做其他處置，也需要由人來決定。因此在這方面需要的主要是提供建議的人工智能。

基于此，從3+～4代戰(zhàn)機(jī)開始，在考慮飛行員的需要與習(xí)慣后，將一些機(jī)械化操作過程自動化，而在一些不適合或不可能實(shí)現(xiàn)自動化的環(huán)節(jié)則建立一個能整理信息并為飛行員提供有用建議的人工智能，也就是所謂的專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)簡單來說就是將各種相關(guān)專家（空戰(zhàn)精英、航空工程師等）的意見與經(jīng)驗(yàn)編寫成計算機(jī)程序，從而在繁雜的信息中能夠依據(jù)情況實(shí)時給予飛行員最有用的建議，也最大程度上減少飛行員忙中出錯的可能。相當(dāng)重要的是，空戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)表明，不論在哪個年代，絕大多數(shù)的擊落記錄都是由相對少數(shù)的精英飛行員所創(chuàng)下?？紤]這些精英飛行員的意見與經(jīng)驗(yàn)的專家系統(tǒng)被認(rèn)為能讓絕大多數(shù)的飛行員都發(fā)揮出接近精英飛行員的戰(zhàn)力。

專家系統(tǒng)的架構(gòu)

專家系統(tǒng)大致由三個部分組成：數(shù)據(jù)庫、公式庫（數(shù)學(xué)模型庫）、知識庫。

“數(shù)據(jù)庫”匯集了各種原始數(shù)據(jù)以及被整理過的數(shù)據(jù)，如雷達(dá)探測所得資料、飛機(jī)狀況等?！皵?shù)學(xué)模型庫”里存放著用于分析各種情況的數(shù)學(xué)公式，計算機(jī)能依據(jù)情況選用需要的公式（當(dāng)然，計算機(jī)如何“依情況”選用公式也是專家系統(tǒng)的工作范圍），然后從數(shù)據(jù)庫中擷取需要的數(shù)據(jù)代入公式分析，求出分析結(jié)果后由“知識庫”咨詢專家經(jīng)驗(yàn)，最后將得到的建議呈現(xiàn)給飛行員。

例如，當(dāng)預(yù)警系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)遭受導(dǎo)彈攻擊時，專家系統(tǒng)就將所知的來襲導(dǎo)彈參數(shù)、我方戰(zhàn)機(jī)飛行狀況、自衛(wèi)系統(tǒng)性能等數(shù)據(jù)代入相關(guān)公式，從而得到各種反制措施的可行性，然后再將可行措施列出，或是直接指示飛行員應(yīng)該怎么做。至于專家系統(tǒng)如何給予飛行員建議，還牽涉到設(shè)計理念，以及設(shè)計時與飛行員的溝通等。

專家系統(tǒng)處理整個分析與建議的周期必須與人類反應(yīng)時間相當(dāng)甚至更少，這樣即使飛行員在專家系統(tǒng)開始分析后又做出新的操作，專家系統(tǒng)重新分析后所呈現(xiàn)的建議仍然是最實(shí)時的。

俄羅斯開發(fā)的專家系統(tǒng)范例

盡管俄第四代戰(zhàn)機(jī)的發(fā)展因經(jīng)濟(jì)問題而落后，但四代戰(zhàn)機(jī)所需的專家系統(tǒng)卻已有成果，這是因?yàn)閷＜蚁到y(tǒng)很多時候可以在計算機(jī)上進(jìn)行驗(yàn)證，研發(fā)成本較低廉。俄羅斯一些研究單位已在計算機(jī)上完成了不同功能的專家系統(tǒng)的研發(fā)與測試，甚至開始用于改進(jìn)型戰(zhàn)機(jī)。

針對空中攔截作戰(zhàn)，可將作戰(zhàn)過程概分為三個階段，針對不同階段研發(fā)相應(yīng)的專家系統(tǒng)。這三個階段分別為“導(dǎo)航”、“團(tuán)隊接戰(zhàn)”、“1對1遠(yuǎn)程空戰(zhàn)”。

“導(dǎo)航”專家系統(tǒng)

“導(dǎo)航”專家系統(tǒng)負(fù)責(zé)未接戰(zhàn)狀況下的飛行階段，其以油料管理為核心，藉由分析燃油儲量與任務(wù)中的油耗狀況進(jìn)行路徑規(guī)劃與飛行限制。

正常情況下，飛機(jī)所攜帶的燃料中有一部分屬于安全儲油，用于緊急狀況如臨時更換降落機(jī)場等，剩余的才用于執(zhí)行任務(wù)。在實(shí)際情況下，真實(shí)的大氣條件（溫度、濕度）或是臨時的行動（突然遇到敵機(jī)而做出反應(yīng)）都會讓油耗偏離默認(rèn)值，專家系統(tǒng)便時時監(jiān)控這些變化，重新估計油料的使用狀況以及接下來的剩余航程，目的在于確保飛機(jī)不會因?yàn)槎嘤嗟牟僮鞫鴽]有足夠油料安全降落。例如，團(tuán)隊中的一架戰(zhàn)機(jī)可能因?yàn)榕R時遭遇敵機(jī)，而在應(yīng)對過程中消耗了過多燃油，以至無法按既定計劃與友機(jī)完成任務(wù)。此時專家系統(tǒng)便會權(quán)衡狀況后給予建議，例如“允許減少安全儲油，以便繼續(xù)進(jìn)行任務(wù)”、“繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)，之后選擇較近的機(jī)場降落”、“脫離機(jī)群反航”等。除此之外，專家系統(tǒng)也在飛行員選定航線以后為飛機(jī)設(shè)定最佳飛行路徑。

“導(dǎo)航”專家系統(tǒng)給予飛行員的信息可能是：

1）指示或建議：如“提升高度”、“進(jìn)入超聲速”、“提高許可的風(fēng)險等級以便進(jìn)入危險區(qū)域”等：

2）提示：如“燃油足夠返回原來的機(jī)場”、“只能降落在鄰近的機(jī)場”等：

3）協(xié)助：如“建議降落在某某機(jī)場”等。

據(jù)介紹，蘇-30MKK便有“精確計算燃油儲量，規(guī)劃最佳飛行路徑”的功能，可能就是由于應(yīng)用了“導(dǎo)航”專家系統(tǒng)。

“團(tuán)隊接戰(zhàn)”專家系統(tǒng)

當(dāng)機(jī)群發(fā)現(xiàn)目標(biāo)或已逼近預(yù)設(shè)戰(zhàn)區(qū)時，“團(tuán)隊接戰(zhàn)”專家系統(tǒng)將開始運(yùn)作。如何共享信息、如何分配目標(biāo)、如何逼進(jìn)目標(biāo)等問題都在此專家系統(tǒng)的工作范圍內(nèi)。這種系統(tǒng)考慮了雙機(jī)、4機(jī)、16機(jī)乃至多個中隊的聯(lián)合作戰(zhàn)管理。

此種專家系統(tǒng)給予飛行員的信息可能是：

1）建議：

2）對所提出的建議做出解釋：

3）提醒：例如“請注意XX”。

此外，專家系統(tǒng)也整理出需要傳給友軍的必要信息，通過數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行傳遞。

“1對1遠(yuǎn)程空戰(zhàn)”專家系統(tǒng)

任何作戰(zhàn)過程最終都無可避免地涉及單機(jī)操作，例如按照長機(jī)指揮逼近目標(biāo)到最后發(fā)射武器，或是中途被突如其來的對手打亂而必須進(jìn)行應(yīng)對等。這便是“1對1遠(yuǎn)程空戰(zhàn)”專家系統(tǒng)的處理范圍，俄羅斯文獻(xiàn)將一種開發(fā)出來的空戰(zhàn)專家系統(tǒng)稱為“決斗”很是貼切，以下便沿用此稱呼。

“決斗”專家系統(tǒng)主要是以敵我導(dǎo)彈性能參數(shù)（制導(dǎo)方式、射程等）與敵我戰(zhàn)機(jī)飛行狀態(tài)（速度、高度等）的分析為核心，進(jìn)行雙方攻守能力的比較，進(jìn)而提出作戰(zhàn)建議，這之中也包括主被動干擾系統(tǒng)的使用等。

通過信息系統(tǒng)取得敵機(jī)的飛行狀態(tài)（高度、速度、動作等）的有關(guān)參數(shù)，專家系統(tǒng)可以推測敵機(jī)的可能意圖，推斷其發(fā)射導(dǎo)彈的有效性及反制我方導(dǎo)彈的有效性等。如果對方發(fā)射導(dǎo)彈，則可依據(jù)對方距離、接收到的相關(guān)信號推測來襲導(dǎo)彈可能的種類，并預(yù)估其射程等。同時，通過對我方戰(zhàn)機(jī)飛行狀態(tài)與配備武器性能的分析，并與上述敵方參數(shù)進(jìn)行對比，可估計出我方導(dǎo)彈的對敵射程以及敵方反制的可行性、我方反制敵導(dǎo)彈的成功率等。最后給予飛行員以建議。

例如，當(dāng)戰(zhàn)機(jī)擁有充足的導(dǎo)彈，任務(wù)設(shè)定又不要求保證摧毀目標(biāo)時，專家系統(tǒng)可能在最大射程處就建議發(fā)射導(dǎo)彈。當(dāng)戰(zhàn)機(jī)遭受攻擊卻不利于還擊時，建議飛行員作反制措施。當(dāng)遭受攻擊但本身也可反擊時，建議飛行員進(jìn)行反制措施并發(fā)射導(dǎo)彈等。由于空戰(zhàn)場合分秒必爭，“決斗”專家系統(tǒng)對“實(shí)時性”的要求非常高。在我方導(dǎo)彈發(fā)射前一旦出現(xiàn)任何新的事件（飛行員新的操縱命令、敵機(jī)有新的動作等），專家系統(tǒng)就必須重新分析并實(shí)時給予新的建議（這是任何一個正常飛行員甚至隨行專家都辦不到的）。

“決斗”專家系統(tǒng)提供給飛行員的信息包括：

1）建議：如“建議進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)回旋”（指回旋期間不丟失對戰(zhàn)場的監(jiān)視能力）、“建議使用被動干擾并降低高度”、“必須做最大過載值回旋，同時不可能使用假目標(biāo)干擾”、“必須施放干擾彈”、“主動干擾缺乏有效性”等：

2）對當(dāng)前建議的解釋：

3）提醒：如“擁有優(yōu)勢”、“以最大過載值回旋脫離導(dǎo)彈射程將具備可行性”、“無有效建議”等：

4）必要時，專家系統(tǒng)在提供建議時，還會說明不落實(shí)建議的可能后果。

“決斗”專家系統(tǒng)在設(shè)計時考慮了己方飛機(jī)使用R-27、R-27E、R-33，敵方使用AIM-7、AIM-54以及AIM-120的狀況。在使用100MHz處理器與600KB內(nèi)存（RAM）的情況下，分析問題并提出建議的全過程周期約0.25-0.35秒，已幾近實(shí)時。對于四代戰(zhàn)機(jī)的計算機(jī)，處理時間應(yīng)可小于人類的反應(yīng)時間，這也意味著可以使用更復(fù)雜的專家系統(tǒng)。據(jù)稱，這種專家系統(tǒng)已經(jīng)“以套件方式應(yīng)用于具備玻璃化坐艙的戰(zhàn)機(jī)”，對比蘇-30MKK可能已經(jīng)使用“導(dǎo)航”專家系統(tǒng)以及上述專家系統(tǒng)考慮R-33導(dǎo)彈，可推測該專家系統(tǒng)可能已用于蘇-30MKK、蘇-27SM、米格-31改進(jìn)型等戰(zhàn)機(jī)。

據(jù)俄羅斯文獻(xiàn)指出，在與“決斗”類似時期歐美開發(fā)中的遠(yuǎn)程空戰(zhàn)專家系統(tǒng)還有美國與以色列合作的“飛行員咨詢系統(tǒng)”（Pilot Advisory System.PADS）.GEC等公司合作的“任務(wù)管理助手”（MissionManagement Aid.MMA）。與西方相比，“決斗”的功能更多。例如，PADS考慮沒有干擾的1對1空戰(zhàn)：MMA考慮含機(jī)動反制的1對1空戰(zhàn)：“決斗”則同時考慮含干擾措施與機(jī)動反制的1對1空戰(zhàn)。而在PADS只完成交戰(zhàn)雙方在相同高度各發(fā)射1枚以下導(dǎo)彈的計算機(jī)仿真試驗(yàn)時，“決斗”系統(tǒng)已完成交戰(zhàn)雙方在三維空間內(nèi)各發(fā)射多枚導(dǎo)彈且進(jìn)行干擾的戰(zhàn)況下的計算機(jī)仿真。

需注意的是，專家系統(tǒng)不只在信息齊全的情況下進(jìn)行分析，其更大的幫助是在信息不齊全的情況下也可以進(jìn)行分析。空戰(zhàn)時，飛機(jī)所能取得的目標(biāo)信息有些是充分的，例如通過雷達(dá)的追蹤，可以得到目標(biāo)的位置、航向、速度等，這種信息就相當(dāng)充分，對這種目標(biāo)發(fā)動攻擊甚至可以高度自動化。然而，當(dāng)目標(biāo)信息無法由雷達(dá)追蹤而獲得時（例如目標(biāo)太遠(yuǎn)或是遇到隱身目標(biāo)等），其信息可能不夠全面，這時，目標(biāo)種類、威脅程度、處置方式等就需要參考其他信息，甚至加上經(jīng)驗(yàn)來處理?！皼Q斗”專家系統(tǒng)便考慮到了在信息不齊全的情況下的作戰(zhàn)狀況。例如，在被敵方雷達(dá)照射時，為得到目標(biāo)距離，戰(zhàn)機(jī)需在水平面或垂直面上進(jìn)行一些特殊機(jī)動，并在機(jī)動過程中持續(xù)與目標(biāo)接觸，經(jīng)10-20秒累積足夠的信息而定出目標(biāo)距離，以供被動雷達(dá)制導(dǎo)導(dǎo)彈火控之用（這稱為“動態(tài)測距法”）。專家系統(tǒng)可將這些經(jīng)驗(yàn)納入，遇到類似狀況時就建議飛行員該怎么做，以便飛機(jī)取得所需信息。筆者推測這在與隱身戰(zhàn)機(jī)的對抗中是相當(dāng)重要的功能。

上述在模糊信息情況下仔細(xì)分析狀況的邏輯不僅可用于提供建議，其也能大幅提升現(xiàn)代戰(zhàn)機(jī)的火控能力。一般來說，戰(zhàn)機(jī)必須在探測概率高達(dá)80%以上時才能穩(wěn)定追蹤并進(jìn)行火控，而在使用多信息來源以及復(fù)雜邏輯后，即使探測概率只有50%以下也可以進(jìn)行火控。

做個簡單的比較就可以更輕易地了解專家系統(tǒng)的功效。在最早的儀表式坐艙中，飛行員必須從雷達(dá)顯示屏上取得敵機(jī)的相關(guān)信息，從電子戰(zhàn)系統(tǒng)顯示面板上得知是否遭受攻擊以及攻擊的概略方位，除此之外飛行員還要讀取迎角指示器、過載值指示器等儀表來了解座機(jī)狀態(tài)，然后依據(jù)教范或經(jīng)驗(yàn)甚至隨機(jī)“創(chuàng)作”來決定應(yīng)該怎么攻擊敵人或進(jìn)行防御。進(jìn)入“玻璃化坐艙”以后，許多信息都可以更簡單清晰地顯示出來，例如有關(guān)坐機(jī)的飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)可以在一個顯示畫面中就完整呈現(xiàn)，省略了許多讀取資料的時間。但飛行員依舊要自行整理這些數(shù)據(jù)，然后依教范或經(jīng)驗(yàn)做出反應(yīng)。在這個環(huán)節(jié)中，飛行員的經(jīng)驗(yàn)、天分、心理狀態(tài)對作戰(zhàn)效果將產(chǎn)生非常大的影響。而在引入專家系統(tǒng)后，戰(zhàn)機(jī)甚至是直接“告訴”飛行員，可以采取哪些處置措施，這樣不僅可以大幅減輕飛行員的負(fù)擔(dān)，也讓飛行員的心智可以用于更宏觀的思考。

結(jié)語

以上只具體說明了專家系統(tǒng)的運(yùn)作方式與所提供的協(xié)助的范例，這當(dāng)然不是全部。例如這里的“1對1空戰(zhàn)”只考慮到遠(yuǎn)程作戰(zhàn)，而尚未涉及纏斗。此外，進(jìn)行對地攻擊時，戰(zhàn)機(jī)會面臨多種防空武器的威脅，如何安全地接近目標(biāo)？如何反制威脅？方法又與空戰(zhàn)有所不同，這當(dāng)然也需要相關(guān)的專家系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)助。在一份關(guān)于俄第四代戰(zhàn)機(jī)機(jī)載計算機(jī)運(yùn)算能力需求的文獻(xiàn)中，其所需的數(shù)據(jù)總處理能力約每秒25億次，其中專家系統(tǒng)就占了15億次，可見比例之高。蘇-35BM的EKVS-E計算機(jī)的總數(shù)據(jù)處理能力恰好為每秒25-30億次，而T-50的中央計算機(jī)僅通用數(shù)據(jù)處理能力便高達(dá)每秒120億次以上。