袁成

20世紀(jì)80年代，美軍在冷戰(zhàn)末期成功實(shí)施了著名的第二次“抵消戰(zhàn)略”，圍繞傳感器、網(wǎng)絡(luò)和精確制導(dǎo)武器打造的信息化部隊(duì)遏制了蘇聯(lián)機(jī)械化鋼鐵洪流，并在之后的海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中表現(xiàn)出了令人震驚的作戰(zhàn)能力，實(shí)現(xiàn)了以裝備的性能優(yōu)勢(shì)戰(zhàn)勝數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)。但是，目前美軍的高性能空中作戰(zhàn)裝備已經(jīng)接近發(fā)展極限，技術(shù)過(guò)于復(fù)雜、研制周期太長(zhǎng)、成本居高不下等問(wèn)題導(dǎo)致服役數(shù)量嚴(yán)重降低，例如美國(guó)空軍僅采購(gòu)了187架F-22第4代隱身戰(zhàn)斗機(jī)。而與此同時(shí)，其他軍事大國(guó)的空中力量也逐漸進(jìn)入了信息化時(shí)代，使美軍失去了信息化獨(dú)享特權(quán)。這讓美軍在海外局部戰(zhàn)場(chǎng)，以數(shù)量較少的高端信息化空中裝備較難在對(duì)手大量相對(duì)低端的信息化裝備面前取得壓倒性優(yōu)勢(shì)。例如，美國(guó)著名智庫(kù)蘭德公司在2008年開(kāi)展了一項(xiàng)研究，預(yù)測(cè)未來(lái)美國(guó)和中國(guó)在臺(tái)海地區(qū)發(fā)生空戰(zhàn)的結(jié)果。研究認(rèn)為，即使部署在關(guān)島的所有F-22都能參戰(zhàn)，受航程和滯空能力的限制，也只能有6架F-22持續(xù)參與臺(tái)海地區(qū)作戰(zhàn)。相反，中國(guó)能參戰(zhàn)的2、3代戰(zhàn)機(jī)可以達(dá)到72架。最終，占據(jù)戰(zhàn)機(jī)和導(dǎo)彈數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)的中國(guó)會(huì)贏得戰(zhàn)爭(zhēng)。因此，在當(dāng)前軍事信息化普及時(shí)期，美軍急需通過(guò)大幅擴(kuò)充裝備數(shù)量，對(duì)中、俄等大國(guó)繼續(xù)保持空中作戰(zhàn)優(yōu)勢(shì)。而這最終使無(wú)人機(jī)蜂群成為重要發(fā)展方向。

無(wú)人機(jī)蜂群概念及作戰(zhàn)優(yōu)勢(shì)

無(wú)人機(jī)蜂群由若干配備多種任務(wù)載荷的低成本小型無(wú)人機(jī)組成，它們參照蜜蜂等昆蟲(chóng)的集體行動(dòng)模式，在人類指揮或監(jiān)管下共同完成特定作戰(zhàn)任務(wù)。雖然被冠以“蜂群”，但無(wú)人機(jī)蜂群并非完全模仿真實(shí)的蜜蜂群設(shè)計(jì)。實(shí)際上其與無(wú)人機(jī)個(gè)體的數(shù)量、尺寸、類型和飛行間距無(wú)關(guān)，只要是一組參照自然界生物集體行動(dòng)模式遂行作戰(zhàn)的無(wú)人機(jī)便可稱為“蜂群”。

相比F-22等多功能高端戰(zhàn)機(jī)，無(wú)人機(jī)蜂群最大的特點(diǎn)是個(gè)體的分散。這既有好處，同時(shí)也帶來(lái)了不少挑戰(zhàn)。好處是：作戰(zhàn)時(shí)無(wú)人機(jī)蜂群可進(jìn)行專業(yè)化分工，由于每架無(wú)人機(jī)的功能相對(duì)單一，可大幅降低研發(fā)和采購(gòu)成本；無(wú)人機(jī)蜂群可增加戰(zhàn)場(chǎng)傳感器和攻擊武器數(shù)量，使美軍在局部戰(zhàn)場(chǎng)擁有了空中裝備數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)；由于每架無(wú)人機(jī)的功能不盡相同，因此無(wú)人機(jī)蜂群可以執(zhí)行多種任務(wù)；大量無(wú)人機(jī)可癱瘓敵人防空雷達(dá)，增加敵人確定目標(biāo)難度；可消耗敵人有限數(shù)量的高成本防空彈藥，即便損失部分無(wú)人機(jī)，無(wú)人機(jī)蜂群作為整體仍可共同完成任務(wù)。挑戰(zhàn)主要來(lái)自技術(shù)方面：無(wú)人機(jī)蜂群對(duì)協(xié)同和自主的要求更高，而且需要建立管理大規(guī)模蜂群的全新指揮控制模式，因此需要攻克協(xié)同作戰(zhàn)算法、集群個(gè)體間通信、遠(yuǎn)程指揮控制、空中發(fā)射/回收、降低成本、可損耗機(jī)體設(shè)計(jì)、小型高性能推進(jìn)系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)。

美軍無(wú)人機(jī)蜂群

發(fā)展歷程和態(tài)勢(shì)

美軍于20世紀(jì)90年代末率先提出無(wú)人機(jī)蜂群作戰(zhàn)概念，并開(kāi)展了一系列概念完善和技術(shù)積累工作。近幾年，在感知、數(shù)字化、組網(wǎng)和先進(jìn)人工智能等技術(shù)支持下，無(wú)人機(jī)蜂群進(jìn)入了發(fā)展快車道。

美空軍在2015年9月發(fā)布的《空軍未來(lái)作戰(zhàn)概念》頂層戰(zhàn)略文件中，提出了無(wú)人機(jī)蜂群配合高超音速空地導(dǎo)彈作戰(zhàn)的想定：2035年，美軍企圖利用高超音速導(dǎo)彈攻擊敵高能激光防御系統(tǒng)，并首先由4架運(yùn)輸機(jī)投放200架高亞音速小型無(wú)人機(jī)蜂群，抵近實(shí)施偵察和干擾。由于探測(cè)和火力通道被無(wú)人機(jī)蜂群飽和，敵激光防御系統(tǒng)未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)高超音速空地導(dǎo)彈，使其很容易被摧毀。

另外，美空軍還在2016年5月發(fā)布了首份專門(mén)針對(duì)小型無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的《2016-2036年小型無(wú)人機(jī)系統(tǒng)飛行規(guī)劃》，也提出了無(wú)人機(jī)蜂群的作戰(zhàn)概念：在低對(duì)抗環(huán)境下，無(wú)人機(jī)蜂群由C-130運(yùn)輸機(jī)投送，除執(zhí)行情報(bào)偵察、監(jiān)視任務(wù)外，還能配合中空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)實(shí)施動(dòng)能打擊和為AC-130空中炮艇提供目標(biāo)指示；而在強(qiáng)對(duì)抗環(huán)境中，無(wú)人機(jī)蜂群將由B-2隱身轟炸機(jī)投送，而且還新增加了對(duì)空/對(duì)地電子攻擊、壓制/摧毀敵防空火力等功能。

美軍無(wú)人機(jī)蜂群研究項(xiàng)目

當(dāng)前，除了編制戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃，美軍各技術(shù)研發(fā)機(jī)構(gòu)也啟動(dòng)了大量無(wú)人機(jī)蜂群項(xiàng)目。由于機(jī)構(gòu)定位不同，各項(xiàng)目的愿景也有所區(qū)別。例如戰(zhàn)略能力辦公室（SCO）聚焦近期應(yīng)用，發(fā)展由戰(zhàn)斗機(jī)空射的可執(zhí)行低空態(tài)勢(shì)感知和干擾任務(wù)的微型無(wú)人機(jī)蜂群；海軍研究辦公室（ONR）發(fā)展可在艦船或?yàn)┩堪l(fā)射的小型無(wú)人機(jī)蜂群，以設(shè)施偵察監(jiān)視或?qū)﹃?、?duì)海攻擊；而國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）發(fā)展可在強(qiáng)對(duì)抗環(huán)境中使用的高性能無(wú)人機(jī)蜂群，并定位其為戰(zhàn)場(chǎng)最前線與高端有人/無(wú)人平臺(tái)配合執(zhí)行任務(wù)的主戰(zhàn)裝備。

SCO在2014年啟動(dòng)了“無(wú)人機(jī)蜂群”項(xiàng)目，并選擇了麻省理工學(xué)院發(fā)展的全復(fù)合材料、鋰電池推進(jìn)的“灰山鶉”一次性微型無(wú)人機(jī)?！盎疑靳嚒遍L(zhǎng)約16.5厘米、翼展30厘米、投放重量約0.3千克、續(xù)航時(shí)間大于20分鐘、飛行速度75～110千米/時(shí)。自2014年9月首次配裝F-16戰(zhàn)斗機(jī)試投以來(lái)，“灰山鶉”共進(jìn)行了500多次飛行試驗(yàn)。2017年1月9日，美國(guó)防部披露了“無(wú)人機(jī)蜂群”項(xiàng)目最新一次試驗(yàn)情況：3架海軍F/A-18F戰(zhàn)斗機(jī)投放了103架“灰山鶉”，創(chuàng)下軍用無(wú)人機(jī)蜂群最大規(guī)模飛行紀(jì)錄。試驗(yàn)中，“灰山鶉”蜂群未預(yù)先編寫(xiě)飛行程序，而是在地面站指揮下自主實(shí)現(xiàn)協(xié)同，展現(xiàn)了集體決策、自修正和自適應(yīng)編隊(duì)飛行能力。試驗(yàn)的成功表明，美軍的空射無(wú)人機(jī)蜂群正朝實(shí)戰(zhàn)化方向穩(wěn)步邁進(jìn)，或許不久便會(huì)列裝。

ONR于2015年公布了“低成本無(wú)人機(jī)蜂群”（LOCUST）項(xiàng)目，發(fā)展在特定區(qū)域一起執(zhí)行掩護(hù)、巡邏和攻擊地面目標(biāo)任務(wù)的無(wú)人機(jī)蜂群，并選擇使用雷神公司的“郊狼”小型無(wú)人機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)?！敖祭恰睙o(wú)人機(jī)長(zhǎng)91厘米、翼展1.47米、重量5.9千克、最大飛行高度6096米、飛行速度110千米/時(shí)、續(xù)航時(shí)間1.5小時(shí)、可攜帶約0.9千克的載荷、配裝電動(dòng)推進(jìn)系統(tǒng)，每架約1.5萬(wàn)美元。2016年5月，LOCUST項(xiàng)目在陸上完成30秒內(nèi)發(fā)射30架“郊狼”小型無(wú)人機(jī)的試驗(yàn)，驗(yàn)證了無(wú)人機(jī)蜂群的編隊(duì)飛行、隊(duì)形變換、協(xié)同機(jī)動(dòng)能力?！敖祭恰睙o(wú)人機(jī)蜂群在迅速發(fā)射之后，可使用低功率無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)建立彼此之間的通信關(guān)系，共享位置信息和其它信息。而且所有無(wú)人機(jī)將形成“母子”關(guān)系，其中1架起領(lǐng)導(dǎo)作用，其余無(wú)人機(jī)則為下屬。飛行時(shí)，地面操作員不必對(duì)每架無(wú)人機(jī)進(jìn)行單獨(dú)控制，僅需對(duì)蜂群進(jìn)行整體控制。接下來(lái)，LOCUST項(xiàng)目計(jì)劃在墨西哥灣開(kāi)展艦基的無(wú)人機(jī)蜂群發(fā)射和飛行試驗(yàn)。

目前，DARPA正著眼于對(duì)抗環(huán)境中的無(wú)人機(jī)蜂群運(yùn)用，通過(guò)“小精靈”“拒止環(huán)境協(xié)同作戰(zhàn)”“體系集成技術(shù)和試驗(yàn)”“分布式作戰(zhàn)管理”和“進(jìn)攻性蜂群使能戰(zhàn)術(shù)”等項(xiàng)目分別攻克無(wú)人機(jī)蜂群各關(guān)鍵技術(shù)。

2015年DARPA推出“小精靈”項(xiàng)目，研究小型無(wú)人機(jī)蜂群的空中發(fā)射/回收和高速數(shù)字式飛行控制等關(guān)鍵技術(shù)。“小精靈”無(wú)人機(jī)的最優(yōu)性能目標(biāo)為：作戰(zhàn)半徑926千米，作戰(zhàn)半徑處可巡邏3小時(shí)，設(shè)計(jì)載重54.5千克，最大速度不小于馬赫數(shù)0.8，最大發(fā)射高度超過(guò)12192米，載荷所需功率1200瓦，設(shè)計(jì)壽命為使用20次，出廠單價(jià)（不包括載荷）低于70萬(wàn)美元。另外“小精靈”作戰(zhàn)系統(tǒng)的最優(yōu)性能目標(biāo)為：大型平臺(tái)能發(fā)射超過(guò)20架無(wú)人機(jī)，30分鐘以內(nèi)回收8架或更多無(wú)人機(jī)，成功回收率大于95%，回收后再次發(fā)射的時(shí)間不超過(guò)24小時(shí)。2016年3月，DARPA向Dynetics公司、通用原子公司、Kratos公司和洛克希德·馬丁公司授予總共價(jià)值1610萬(wàn)美元的第一階段合同。同年9月，通用原子公司在美國(guó)空軍協(xié)會(huì)年度會(huì)議上，展示了其“小精靈”全尺寸無(wú)人機(jī)方案。2017年3月，DARPA表示項(xiàng)目第一階段工作已順利完成，并選擇Dynetics公司和通用原子公司進(jìn)入第二階段。DARPA“小精靈”項(xiàng)目經(jīng)理Scott Wierzbanowski表示：“第一階段研究了無(wú)人機(jī)空中發(fā)射和回收系統(tǒng)的可行性，而在第二階段，項(xiàng)目將進(jìn)一步完善兩個(gè)公司的設(shè)計(jì)概念，為極大拓展美軍無(wú)人機(jī)蜂群的作戰(zhàn)范圍、靈活性和經(jīng)濟(jì)可承受性而努力。”根據(jù)當(dāng)前安排，“小精靈”項(xiàng)目的第二階段將持續(xù)一年，會(huì)完成全尺寸技術(shù)驗(yàn)證系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)，為單個(gè)系統(tǒng)部件開(kāi)展風(fēng)險(xiǎn)降低試驗(yàn)。DARPA計(jì)劃在2018年初選擇一家承包商進(jìn)入項(xiàng)目第三階段，研制出一套全尺寸技術(shù)驗(yàn)證系統(tǒng)，并在2019年開(kāi)展“小精靈”蜂群的空中發(fā)射和回收飛行試驗(yàn)。

“拒止環(huán)境中的協(xié)同作戰(zhàn)”項(xiàng)目通過(guò)發(fā)展先進(jìn)算法和軟件，探索分布式作戰(zhàn)無(wú)人機(jī)的自主和協(xié)同技術(shù)，使無(wú)人機(jī)群可在1名操作人員的管理下協(xié)作完成發(fā)現(xiàn)、跟蹤、識(shí)別和攻擊目標(biāo)等任務(wù)。2016年6月，DARPA向洛馬公司及雷神公司授予項(xiàng)目第二階段系統(tǒng)集成合同，開(kāi)展由1架或2架真實(shí)飛機(jī)和若干虛擬飛機(jī)組隊(duì)的飛行試驗(yàn)。

“體系集成技術(shù)試驗(yàn)”項(xiàng)目著重探索開(kāi)放式體系架構(gòu)技術(shù)，目標(biāo)是以美軍現(xiàn)有能力為基礎(chǔ)，把單一裝備的空戰(zhàn)能力分布在大量可互操作的有人和無(wú)人平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)各種先進(jìn)機(jī)載系統(tǒng)和機(jī)載武器的即插即用，極大提升分布式作戰(zhàn)的靈活性。2016年9月，DARPA向洛克希德·馬丁公司授予3640萬(wàn)美元的第二階段合同，繼續(xù)發(fā)展體系架構(gòu)，驗(yàn)證架構(gòu)的作戰(zhàn)效能和魯棒性。

“分布式作戰(zhàn)管理”項(xiàng)目通過(guò)發(fā)展先進(jìn)算法和軟件，提高任務(wù)自適應(yīng)規(guī)劃和態(tài)勢(shì)感知等能力，幫助履行戰(zhàn)場(chǎng)管理任務(wù)的飛行員進(jìn)行快速且合理的決策，以在強(qiáng)對(duì)抗環(huán)境中更好地執(zhí)行分布式空中作戰(zhàn)等復(fù)雜軍事任務(wù)。2016年5月，DARPA向洛克希德·馬丁公司授予1620萬(wàn)美元的項(xiàng)目第二階段合同，設(shè)計(jì)全功能決策輔助軟件原型，幫助策劃有人機(jī)和無(wú)人機(jī)參與的復(fù)雜空戰(zhàn)。

2017年1月27日，DARPA發(fā)布“進(jìn)攻性蜂群使能戰(zhàn)術(shù)”項(xiàng)目招標(biāo)書(shū)，研究新型蜂群戰(zhàn)術(shù)、人-蜂群交互、軟硬件集成等關(guān)鍵技術(shù)，目標(biāo)是每3個(gè)月產(chǎn)生超過(guò)10種蜂群戰(zhàn)術(shù)，評(píng)估新蜂群戰(zhàn)術(shù)的時(shí)間小于15分鐘，部署新蜂群戰(zhàn)術(shù)的時(shí)間小于1分鐘。項(xiàng)目最終將開(kāi)展100架以上規(guī)模的無(wú)人蜂群作戰(zhàn)試驗(yàn)，以提升美軍地面部隊(duì)的防御、火力、精確打擊，以及情報(bào)監(jiān)視偵察等能力。

結(jié) 語(yǔ)

無(wú)人機(jī)蜂群作戰(zhàn)與美軍當(dāng)前的作戰(zhàn)樣式大相徑庭，如果美軍未來(lái)實(shí)施這種作戰(zhàn)模式，空中作戰(zhàn)裝備發(fā)展思路也必將隨之產(chǎn)生改變。首先，美軍未來(lái)大型多功能有人平臺(tái)的裝備數(shù)量有可能減少；其次，與低成本無(wú)人機(jī)、巡飛彈、導(dǎo)彈等相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)將得到重視，航空裝備體系中將出現(xiàn)越來(lái)越多的低端平臺(tái)；再次，高性能小型機(jī)載設(shè)備和武器技術(shù)有可能成為未來(lái)航空裝備體系發(fā)展的重要抓手；最后，先進(jìn)的自主協(xié)同算法和軟件將為空中作戰(zhàn)能力的提升做出重要貢獻(xiàn)?？傊?，無(wú)人機(jī)蜂群將牽引未來(lái)空中作戰(zhàn)裝備呈現(xiàn)出機(jī)體廉價(jià)化、平臺(tái)自主化、載荷小型化等特點(diǎn)，可能對(duì)未來(lái)航空裝備體系的發(fā)展思路產(chǎn)生變革性影響。

責(zé)任編輯：劉靖鑫