袁成

2018年4月18日，美國代奈提克斯公司擊敗通用原子航空系統(tǒng)公司，獲得了美國國防部預(yù)研局“小精靈”項(xiàng)目價(jià)值3860萬美元、為期21個(gè)月的第三階段合同?！靶【`”項(xiàng)目旨在探索小型無人機(jī)蜂群的空中發(fā)射和回收等關(guān)鍵技術(shù)，為此代奈提克斯公司計(jì)劃2019年下半年在C-130運(yùn)輸機(jī)上實(shí)施多架“小精靈”無人機(jī)的發(fā)射和安全試驗(yàn)。相比傳統(tǒng)多功能、高性能航空裝備，無人機(jī)蜂群在可在降低作戰(zhàn)成本的同時(shí)提高作戰(zhàn)能力，具備深刻變革未來裝備發(fā)展模式的潛力。

美軍無人機(jī)蜂群的研發(fā)背景

以F-35等戰(zhàn)斗機(jī)為代表的美軍最新一代高性能航空裝備，研制周期長、成本過高、升級(jí)和維護(hù)困難、故障頻發(fā)，在其國防預(yù)算削減和中俄防空能力快速提升背景下，難以取得壓倒性優(yōu)勢。故美軍當(dāng)前正尋找研制周期短、成本低、技術(shù)更新迅速的新型航空裝備，希望與高性能裝備在強(qiáng)對(duì)抗環(huán)境中配合作戰(zhàn)。這使無人機(jī)蜂群技術(shù)及作戰(zhàn)概念成為關(guān)注重點(diǎn)。

無人機(jī)蜂群由數(shù)十至成百上千架小尺寸、低成本、有限功能、任務(wù)相同的無人機(jī)構(gòu)成。蜂群可選擇使用情監(jiān)偵、電子戰(zhàn)或武器等載荷，借鑒蜂群、鳥群等群體行為模式，在人類指揮或監(jiān)督下協(xié)同開展搜索、干擾或攻擊等行動(dòng)。無人機(jī)蜂群作戰(zhàn)具備諸多優(yōu)勢：一是無人機(jī)數(shù)量多、覆蓋面積大，態(tài)勢感知能力強(qiáng)，可壓制或干擾敵防空火力;二是損傷冗余度較大，即便損失部分無人機(jī)，蜂群作為整體仍可完成任務(wù);三是單架無人機(jī)成本遠(yuǎn)低于防空導(dǎo)彈，增加敵防御成本;四是作戰(zhàn)靈活性強(qiáng)，可與各型高性能有人/無人航空裝備配合作戰(zhàn)。

據(jù)公開信息，目前國外系統(tǒng)性研究無人機(jī)蜂群技術(shù)和作戰(zhàn)概念的國家只有美國。另外，韓國陸軍去年表示正在也在研發(fā)搭載爆炸物的無人機(jī)蜂群。美國在上世紀(jì)90年代開始探索無人機(jī)蜂群技術(shù)，開展了大量作戰(zhàn)概念研究、仿真驗(yàn)證和室內(nèi)編隊(duì)飛行工作。目前，隨著無人機(jī)領(lǐng)域感知、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)、人工智能等技術(shù)的不斷發(fā)展，美軍的無人機(jī)蜂群正處于關(guān)鍵技術(shù)飛行驗(yàn)證階段。戰(zhàn)略能力辦公室2016年底開展了面向空地任務(wù)的蜂群試驗(yàn)，103架微型無人機(jī)已實(shí)現(xiàn)空中快速發(fā)射和按照指令集成編隊(duì);海軍研究辦公室2016年5月實(shí)施了面向空海任務(wù)的蜂群試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了30s發(fā)射30架小型無人機(jī)，驗(yàn)證了編隊(duì)飛行、隊(duì)形變換、協(xié)同機(jī)動(dòng)等能力。

美軍無人機(jī)蜂群的關(guān)鍵技術(shù)

無人機(jī)蜂群的實(shí)戰(zhàn)化應(yīng)用需要攻克編隊(duì)飛行算法、蜂群協(xié)同作戰(zhàn)算法、有人機(jī)/蜂群協(xié)同算法、蜂群快速發(fā)射與國收、小型多功能載荷、蜂群作戰(zhàn)體系架構(gòu)和蜂群作戰(zhàn)管理等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。蜂群的規(guī)模越大、作戰(zhàn)環(huán)境越復(fù)雜，對(duì)自主水平、協(xié)同能力和傳感器性能等也會(huì)提出更高要求。目前，美軍實(shí)施了大量無人機(jī)蜂群項(xiàng)目，對(duì)上述關(guān)鍵技術(shù)開展研究。

編隊(duì)飛行算法。無人機(jī)蜂群作戰(zhàn)需要具備多無人機(jī)的自主編隊(duì)能力，面臨編隊(duì)構(gòu)成與重構(gòu)、隊(duì)形保持、避免碰撞等問題。在戰(zhàn)略能力辦公室“無人機(jī)蜂群”項(xiàng)目中，103架微型“山鶉”無人機(jī)在空中被依次發(fā)射，并按指揮人員的指令環(huán)繞電子地圖中的某點(diǎn)飛行，或圍繞一條直線飛行。另外，通過人為墜毀一架無人機(jī)驗(yàn)證了“山鶉”蜂群的編隊(duì)重構(gòu)與保持能力。

協(xié)同作戰(zhàn)算法。無人機(jī)蜂群在編隊(duì)飛行的基礎(chǔ)上，還需研究協(xié)同作戰(zhàn)算法，以具備實(shí)際作戰(zhàn)能力。為此，美國國防部預(yù)研局實(shí)施了“拒止環(huán)境協(xié)同作戰(zhàn)”項(xiàng)目，通過發(fā)展先進(jìn)算法和軟件，探索無人機(jī)蜂群的自主和協(xié)同技術(shù)，使蜂群在一名操作人員的管理下合作完成發(fā)現(xiàn)、跟蹤、識(shí)別和攻擊目標(biāo)等任務(wù)。該項(xiàng)目的研究方向?yàn)樘嵘裏o人機(jī)自主作戰(zhàn)能力、發(fā)展使指揮官保持態(tài)勢感知的人機(jī)界面、發(fā)展蜂群等級(jí)的自主能力、發(fā)展蜂群協(xié)同開放式架構(gòu)等。目前，美國國防部預(yù)研局已選擇雷神公司進(jìn)行項(xiàng)目軟件的最終研發(fā)。

快速發(fā)射和回收。美國國防部預(yù)研局認(rèn)為，在沒有可靠陸基或?；扅c(diǎn)時(shí)，空基發(fā)射和回收將是小型、大作戰(zhàn)半徑無人機(jī)蜂群最簡易后勤和最低成本的解決方案，同時(shí)還具有對(duì)無人機(jī)性能影響最小和再次發(fā)射迅速等優(yōu)勢。因此在該局“小精靈”項(xiàng)目中，代奈提克斯公司的空中發(fā)射和回收系統(tǒng)參考了空中加油系統(tǒng)，其由絞車、線纜、線纜末端的對(duì)接裝置和機(jī)械爪等部件組成。發(fā)射時(shí)，無人機(jī)與對(duì)接裝置相連，通過絞車和線纜從C-130的貨艙門向外投放，到達(dá)安全距離后與對(duì)接裝置分離，使用自身動(dòng)力向前飛行?；厥諘r(shí)，無人機(jī)與對(duì)接裝置在空中對(duì)接。之后發(fā)動(dòng)機(jī)停車，無人機(jī)由線纜拖至C-130貨艙門附近，由機(jī)械爪捕獲并放回機(jī)艙。

小型多功能載荷。目前的雷達(dá)、電子戰(zhàn)和通信射頻系統(tǒng)使用分離且專用的硬件、軟件和天線，使空間和電功率受限的小型無人機(jī)很難擁有全部三種功能。為此，美國國防部預(yù)研局面向無人機(jī)蜂群發(fā)起“射頻任務(wù)操作中融合的合作式單元”項(xiàng)目，研發(fā)融合、輕便、規(guī)?？勺兊纳漕l架構(gòu)，使射頻系統(tǒng)擁有雷達(dá)、電子戰(zhàn)和通信等多種功能，關(guān)鍵技術(shù)包括射頻調(diào)節(jié)與數(shù)字變換、功放和天線/機(jī)體集成、混合式射頻處理等。2017年，BAE系統(tǒng)公司獲得540萬美元的項(xiàng)目合同。

作戰(zhàn)體系架構(gòu)。無人機(jī)蜂群作戰(zhàn)需根據(jù)不同的使命任務(wù)合理規(guī)劃、配置無人機(jī)的種類、數(shù)量和功能，以及有人機(jī)數(shù)量和功能。為此美國國防部預(yù)研局實(shí)施了“體系集成技術(shù)試驗(yàn)”項(xiàng)目，著重探索開放式體系架構(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，極大提升蜂群作戰(zhàn)的靈活性。項(xiàng)目的研究方向?yàn)榧軜?gòu)開發(fā)和集成技術(shù)開發(fā)，前者聚焦無人機(jī)蜂群架構(gòu)的概念，后者聚焦開發(fā)工具，使異構(gòu)任務(wù)系統(tǒng)快速集成至不同類型飛機(jī)。洛馬公司將在2019年10月完成項(xiàng)目第二階段研究。

作戰(zhàn)管理。無人機(jī)蜂群作戰(zhàn)時(shí)小型平臺(tái)數(shù)量較多，雖有自主和協(xié)同等技術(shù)支撐，但仍需要有人機(jī)對(duì)蜂群開展監(jiān)督和管理，以在強(qiáng)對(duì)抗環(huán)境中更好地執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)。美國國防部預(yù)研局的“分布式作戰(zhàn)管理”項(xiàng)目將研發(fā)決策輔助原型軟件，幫助作戰(zhàn)管理員保持態(tài)勢感知、推薦任務(wù)、生成詳細(xì)作戰(zhàn)計(jì)劃和保持飛行控制，以更好執(zhí)行無人機(jī)蜂群作戰(zhàn)等復(fù)雜軍事任務(wù)。該項(xiàng)目正在研發(fā)兩種軟件，即“網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗環(huán)境態(tài)勢理解系統(tǒng)”和“反介入實(shí)時(shí)任務(wù)管理系統(tǒng)”，前者構(gòu)建可分享至每個(gè)平臺(tái)的統(tǒng)一作戰(zhàn)場景，后者以該場景為基礎(chǔ)為編隊(duì)中的每架飛機(jī)制定合適的任務(wù)和飛行路徑。2018年3月，BAE系統(tǒng)公司獲得項(xiàng)目第三階段合同，7月將進(jìn)行空對(duì)地任務(wù)模擬演習(xí)。

美軍無人機(jī)蜂群的未來應(yīng)用前景

根據(jù)美空軍2015年發(fā)布的《空軍未來作戰(zhàn)概念》、2016年推出的《小型無人機(jī)系統(tǒng)飛行規(guī)劃2016-2036》，以及美國國防部預(yù)研局的各項(xiàng)目構(gòu)想，可預(yù)見無人機(jī)蜂群將在空對(duì)面、空對(duì)空、城市戰(zhàn)和作戰(zhàn)支援等領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景。

在空對(duì)面作戰(zhàn)方面，由于目前的防空系統(tǒng)主要針對(duì)傳統(tǒng)多功能戰(zhàn)斗機(jī)設(shè)計(jì)，因此無人機(jī)蜂群將擁有非對(duì)稱作戰(zhàn)優(yōu)勢。一是執(zhí)行區(qū)域情監(jiān)偵。無人機(jī)蜂群中的大量小型無人機(jī)可在某一區(qū)域同時(shí)開展針對(duì)敵坦克、指揮所等目標(biāo)的情報(bào)、監(jiān)視和偵查任務(wù)。各無人機(jī)可分別搭載雷達(dá)、光電、紅外甚至激光傳感器，通過多源信息融合提高捕獲目標(biāo)的速度和準(zhǔn)確性。另外，無人機(jī)蜂群也可從多個(gè)角度同時(shí)觀察同一地面目標(biāo)，進(jìn)一步提升了情監(jiān)偵能力。二是壓制敵一體化防空系統(tǒng)。大量的小型無人機(jī)可飽和敵防空雷達(dá)的跟蹤和瞄準(zhǔn)信道，使敵暫時(shí)失去防空能力。這樣即可保證美戰(zhàn)機(jī)快速通過敵防區(qū)，又可為美導(dǎo)彈打擊敵防空系統(tǒng)提供支持。三是充當(dāng)誘餌。無人機(jī)蜂群可組成與有人機(jī)雷達(dá)反射截面類似的誘餌，浪費(fèi)敵昂貴的防空導(dǎo)彈。四是實(shí)施對(duì)地攻擊。除了裝載各類傳感器，無人機(jī)蜂群也可安裝動(dòng)能戰(zhàn)斗部，在發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后從各角度開展自殺式攻擊。五是遂行對(duì)地電子壓制。蜂群中的部分無人機(jī)可攜帶電子對(duì)抗裝置，干擾敵地面電子設(shè)備，保障蜂群或其他空戰(zhàn)裝備順利執(zhí)行任務(wù)。六是損傷評(píng)估。在強(qiáng)對(duì)抗環(huán)境中，可利用無人機(jī)蜂群損傷冗余度較大的優(yōu)勢，深入敵防區(qū)執(zhí)行關(guān)鍵目標(biāo)損傷評(píng)估任務(wù)。

在空對(duì)空作戰(zhàn)方面，無人機(jī)蜂群也可發(fā)揮一定作用。一是執(zhí)行反無人機(jī)蜂群任務(wù)。隨著無人機(jī)蜂群研究的不斷深入，各類反無人機(jī)蜂群技術(shù)也開始浮出水面，例如利用激光和高功率微波等定向能武器。無人機(jī)蜂群也是反制敵無人機(jī)蜂群的有效手段，目前美空軍和高校都在研究無人機(jī)蜂群間的對(duì)抗技術(shù)。二是遂行對(duì)空電子壓制。無人機(jī)蜂群可在空中組成一面廣闊的電子對(duì)抗陣列，對(duì)敵來襲戰(zhàn)機(jī)實(shí)施電子作戰(zhàn)。

在城市戰(zhàn)方面，美小規(guī)模地面部隊(duì)目前有大量使用無人機(jī)蜂群以提高復(fù)雜環(huán)境作戰(zhàn)能力的需求。美軍認(rèn)為，無人機(jī)蜂群有三種城市戰(zhàn)作戰(zhàn)樣式。一是在城市中確認(rèn)敵人和平民。在高強(qiáng)度城市戰(zhàn)中，蜂群可飛臨每棟建筑，觀察窗口或門廊的狙擊手等目標(biāo)，擾亂其作戰(zhàn)計(jì)劃，降低為掩護(hù)美軍部隊(duì)前進(jìn)而向建筑射擊的耗彈量。二是為美軍地面部隊(duì)提供掩護(hù)。城市戰(zhàn)中進(jìn)攻部隊(duì)時(shí)刻都處于被發(fā)現(xiàn)和瞄準(zhǔn)的狀態(tài)。這時(shí)無人機(jī)蜂群可攜帶煙霧發(fā)生器，通過產(chǎn)生大量煙霧掩護(hù)攻擊部隊(duì)前進(jìn)。三是為美軍地面部隊(duì)提供保護(hù)。無人機(jī)蜂群可在進(jìn)攻部隊(duì)前方或周圍形成“無人蜂群墻”，幫助美軍地面部隊(duì)擋住來襲子彈。

除此之外，無人機(jī)蜂群也可執(zhí)行彈藥、小型作戰(zhàn)裝備、醫(yī)療物品的空投補(bǔ)給以及戰(zhàn)場氣象監(jiān)測等作戰(zhàn)支援任務(wù)。最后，規(guī)模龐大的無人機(jī)蜂群同時(shí)突然飛臨戰(zhàn)場，勢必對(duì)敵作戰(zhàn)人員造成極大震撼，有助于美軍贏得心理戰(zhàn)爭。