楊曉帥

無人機(jī)蜂群是指在操控人員的指揮或監(jiān)督下，參照自然界蜂群、蟻群等的集體行為方式，以自主組網(wǎng)方式遂行統(tǒng)一作戰(zhàn)任務(wù)的一組小型無人機(jī)集群。2016年，美國空軍首次明確了無人機(jī)蜂群概念，探索在寬松和對(duì)抗環(huán)境中運(yùn)用無人機(jī)蜂群實(shí)施多域作戰(zhàn)。2018年，美國國防部將無人機(jī)蜂群列為無人系統(tǒng)19大關(guān)鍵技術(shù)之一，并認(rèn)為2042年將實(shí)現(xiàn)高度自主的無人機(jī)蜂群作戰(zhàn)。無人機(jī)蜂群具有機(jī)上無人、回路有人特征，研制成本低、周期短、技術(shù)迭代快、維修性好，易于大量生產(chǎn)和儲(chǔ)備，越來越多國家開始布局發(fā)展無人機(jī)蜂群裝備技術(shù)。

通過梳理美軍在研無人機(jī)蜂群平臺(tái)，按照部署回收方式，可將其分為空射型、陸基型和艦基型無人機(jī)蜂群；按照平臺(tái)大小，可將其分為小型、中型和大型無人機(jī)蜂群平臺(tái)；按照任務(wù)類型，可將其分為偵察型、電子戰(zhàn)型、打擊型、誘餌型等。蜂群無人機(jī)為代表兼具機(jī)動(dòng)性、低成本、智能化等特征，裝備技術(shù)日趨成熟，任務(wù)能力持續(xù)提出，逐漸成為美軍裝備發(fā)展的一個(gè)重要方向。我們選取“小精靈”“灰山鶉”“西卡德”三類典型無人機(jī)，分析美軍蜂群作戰(zhàn)系統(tǒng)最新研究進(jìn)展。

“小精靈”無人機(jī)

無人機(jī)蜂群裝備通常存在“腿短”問題，即中小型蜂群無人機(jī)平臺(tái)小，續(xù)航時(shí)間短，遠(yuǎn)程跨域作戰(zhàn)能力有限，實(shí)戰(zhàn)化能力不足。通過空中大型載機(jī)投放平臺(tái)投放和回收蜂群無人機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)蜂群無人機(jī)快速部署回收和可重復(fù)使用，有效擴(kuò)展中蜂群無人機(jī)作戰(zhàn)范圍，提升任務(wù)效能。為此，美軍提出“小精靈”無人機(jī)設(shè)想，探索在敵防區(qū)外由包括運(yùn)輸機(jī)、轟炸機(jī)和戰(zhàn)斗機(jī)等多種載機(jī)平臺(tái)發(fā)射攜帶紅外、光電、電子戰(zhàn)等任務(wù)載荷的蜂群無人機(jī)，滲透到敵防區(qū)內(nèi)之后，針對(duì)特定目標(biāo)共同執(zhí)行情監(jiān)偵、電子攻擊或地理空間定位等作戰(zhàn)任務(wù)。任務(wù)完成后退出敵防區(qū)，并由載機(jī)完成空中回收。

2015年9月，美國國防預(yù)研局發(fā)布了X-61A“小精靈”項(xiàng)目跨部門公告，向工業(yè)部門尋找具備經(jīng)濟(jì)性的小型無人機(jī)空中發(fā)射和回收方案?！靶【`”項(xiàng)目計(jì)劃研制周期共計(jì)4年，分為三個(gè)研究階段。

第1階段，由國防預(yù)研局選定4家承包商分別設(shè)計(jì)和開發(fā)“小精靈”原型驗(yàn)證系統(tǒng)、制訂相關(guān)技術(shù)研發(fā)計(jì)劃；

第2階段，由國防預(yù)研局選定其中兩家承包商開展進(jìn)一步技術(shù)開發(fā)工作，并完成初步方案設(shè)計(jì)和風(fēng)險(xiǎn)測(cè)試，2017年3月，國防預(yù)研局選擇通用原子航空系統(tǒng)公司和戴內(nèi)提克斯公司進(jìn)入項(xiàng)目第2階段，項(xiàng)目通過了初步設(shè)計(jì)評(píng)審。

第3階段，選定確定供應(yīng)商，正式開展“小精靈”無人機(jī)驗(yàn)證系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)和制造，研制原型機(jī)，并同步開展試驗(yàn)驗(yàn)證。2018年4月，戴內(nèi)提克斯公司在競(jìng)標(biāo)中取勝，獲得價(jià)值3860萬美元、為期21個(gè)月的 “小精靈”項(xiàng)目研制合同，該公司曾完成GBU-43/B大型云爆彈和GBU-69/B“小型滑翔武器”研制工作，具有豐富研制經(jīng)驗(yàn)。項(xiàng)目研發(fā)團(tuán)隊(duì)由包含戴內(nèi)提克斯公司在內(nèi)的多家公司參與，涵蓋了機(jī)體設(shè)計(jì)制造，發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)制造，降落傘制造，C-130運(yùn)輸機(jī)支持保障等多項(xiàng)內(nèi)容。

2021年11月，美國國防預(yù)研局宣布成功使用C-130運(yùn)輸機(jī)在空中回收了“小精靈”無人機(jī)，證實(shí)了無人機(jī)空中回收技術(shù)的可行性。自2019年以來，美國國防預(yù)研局共完成四次空中無人機(jī)回收能力測(cè)試，前三次均以失敗告終。此次飛行試驗(yàn)中，兩架X-61A完成了自主編隊(duì)飛行，并抵近C-130運(yùn)輸機(jī)后方；后者打開機(jī)尾艙門，使用被稱為“子彈”的機(jī)械裝置捕獲到其中1架X-61A，并將其拖入貨艙完成回收。

在系統(tǒng)組成方面，“小精靈”系統(tǒng)主要由無人機(jī)平臺(tái)、載機(jī)和空中投放回收系統(tǒng)組成，每個(gè)載機(jī)可攜帶和發(fā)射超過20架無人機(jī)，并在30min以內(nèi)完成8架次無人機(jī)的回收工作，回收后再次完成準(zhǔn)備和發(fā)射時(shí)間不超過24h。成本控制方面，該機(jī)出廠單價(jià)（不包括載荷）低于70萬美元，發(fā)射或回收平臺(tái)的改裝成本（不包括指揮和控制系統(tǒng)）不超過200萬美元。

在機(jī)載系統(tǒng)方面，“小精靈”無人機(jī)設(shè)計(jì)載荷功率低于1200W，載荷采用了模塊化設(shè)計(jì)理念，可根據(jù)不同作戰(zhàn)任務(wù)快速更換，這也符合“小精靈”無人機(jī)空中回收和再次布放的作戰(zhàn)任務(wù)設(shè)定，可攜帶光電/紅外系統(tǒng)和電子戰(zhàn)設(shè)備等，執(zhí)行戰(zhàn)場(chǎng)情監(jiān)偵和電子戰(zhàn)任務(wù)。

在戰(zhàn)技指標(biāo)方面，美國國防預(yù)研局為“小精靈”無人機(jī)提出的性能目標(biāo)要求為：作戰(zhàn)半徑926km，作戰(zhàn)半徑處可待機(jī)3h，有效載重54kg，最大飛行速度Ma0.8，最大發(fā)射高度超過12000m，推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)壽命為20次。

“小精靈”項(xiàng)目是DARPA探索蜂群作戰(zhàn)裝備技術(shù)的重要抓手。結(jié)合其此前布局的體系架構(gòu)、編隊(duì)協(xié)同、作戰(zhàn)管理等項(xiàng)目工作，已基本打通了由技術(shù)攻關(guān)到原型驗(yàn)證流程，基本具備實(shí)戰(zhàn)化運(yùn)用能力。“小精靈”無人機(jī)屬于美軍“蜂群”裝備體系中的中型蜂群作戰(zhàn)平臺(tái)，由運(yùn)輸機(jī)空中投放后覆蓋的任務(wù)半徑超過900km，可進(jìn)入“反介入/區(qū)域拒止”作戰(zhàn)環(huán)境，為隱身戰(zhàn)斗機(jī)等提供態(tài)勢(shì)感知、目標(biāo)指示等支持?！靶【`”無人機(jī)與美軍最新發(fā)展的無人系統(tǒng)類似，采用了模塊化開發(fā)、即插即用設(shè)計(jì)等思路，結(jié)合先進(jìn)的算法軟件，可在有限操作人員的監(jiān)控下高效完成情監(jiān)偵、電子戰(zhàn)等作戰(zhàn)任務(wù)，提高集群化作戰(zhàn)能力，降低操控人員任務(wù)負(fù)擔(dān)。

結(jié)合美軍提出的蜂群和分布式作戰(zhàn)構(gòu)想，“小精靈”無人機(jī)可能成為其未來空戰(zhàn)體系的重要一環(huán)，具有多種作戰(zhàn)運(yùn)用潛力。第一，攜帶電子戰(zhàn)任務(wù)載荷的“小精靈”無人機(jī)由運(yùn)輸機(jī)投放后，在運(yùn)輸機(jī)、預(yù)警機(jī)、轟炸機(jī)等高價(jià)值空中作戰(zhàn)單元附近建立作戰(zhàn)巡邏圈，與戰(zhàn)斗機(jī)協(xié)同執(zhí)行空中護(hù)航任務(wù)；第二，攜帶情監(jiān)偵任務(wù)載荷的“小精靈”無人機(jī)由運(yùn)輸機(jī)投放后，可攜帶低可探測(cè)數(shù)據(jù)鏈深入敵縱深區(qū)域，作為探測(cè)和目標(biāo)指示節(jié)點(diǎn)，與F-22、F-35等隱身作戰(zhàn)平臺(tái)協(xié)同，遂行進(jìn)攻性制空作戰(zhàn)任務(wù)；第三，攜帶情監(jiān)偵任務(wù)載荷的“小精靈”無人機(jī)可與“遠(yuǎn)射”無人機(jī)協(xié)同，構(gòu)建閉合殺傷鏈，作為四代、五代戰(zhàn)斗機(jī)的“耳目”，協(xié)同遂行制空作戰(zhàn)任務(wù)。

“灰山鶉”無人機(jī)

2014年，戰(zhàn)略能力辦公室開始實(shí)施“無人機(jī)蜂群”項(xiàng)目，旨在快速發(fā)展和形成創(chuàng)新的空射微型無人機(jī)蜂群作戰(zhàn)能力，并選中麻省理工學(xué)院研發(fā)的鋰電池推進(jìn)、全復(fù)合材料的“灰山鶉”無人機(jī)。該無人機(jī)定位為可消耗無人機(jī)，可由各類作戰(zhàn)平臺(tái)發(fā)射，在更昂貴、更大型的戰(zhàn)斗機(jī)等裝備前執(zhí)行誘餌欺騙、情監(jiān)偵等任務(wù)。截至目前，項(xiàng)目開展大量空中投放和編隊(duì)飛行試驗(yàn)，創(chuàng)造了多項(xiàng)空射無人機(jī)編隊(duì)飛行紀(jì)錄。

在系統(tǒng)組成方面，“灰山鶉”無人機(jī)采用特殊氣動(dòng)布局，有前后兩副機(jī)翼，上翼為平直翼，下翼翼尖向上彎折，采用3D打印技術(shù)制造，能源模塊為內(nèi)置鋰電池，動(dòng)力系統(tǒng)為尾部螺旋槳推進(jìn)。通信鏈路方面，“灰山鶉”無人機(jī)具備一定自主能力，預(yù)先編程的個(gè)體同步飛行，而是一個(gè)有機(jī)集合體，共享一個(gè)分布式大腦進(jìn)行決策并相互適應(yīng)，以應(yīng)對(duì)戰(zhàn)斗的復(fù)雜性。在戰(zhàn)技指標(biāo)方面，“灰山鶉”無人機(jī)長16.5cm、翼展30cm、投放重量0.3kg，飛行速度75～110km/h，續(xù)航時(shí)間大于20min。

在作戰(zhàn)運(yùn)用方面，“灰山鶉”無人機(jī)可從戰(zhàn)斗機(jī)的干擾彈發(fā)射裝置投放，飛行高度低，可從特定角度觀察隱匿目標(biāo)，并通過無線電向母機(jī)回傳信息。該無人機(jī)單機(jī)采購價(jià)格約為1萬美元，較ADM-160B“微型空射誘餌”低90%。截至目前已完成500多次試驗(yàn)、試飛超過670架次，美軍計(jì)劃發(fā)展由1000架“灰山鶉”無人機(jī)組成的無人機(jī)集群，主要執(zhí)行區(qū)域偵察任務(wù)。

2015年6月，美國空軍在“北方利刃”演習(xí)中開展了由F-16戰(zhàn)斗機(jī)空中投放“灰山鶉”無人機(jī)的飛行試驗(yàn)。2016年10月，3架F/A-18F戰(zhàn)斗機(jī)在空中投放了103架“灰山鶉”無人機(jī)，驗(yàn)證了無人機(jī)自主編隊(duì)、集群決策和自適應(yīng)編隊(duì)能力?！盎疑靳嚒睙o人機(jī)重量輕、續(xù)航時(shí)間短，載荷能力有限，任務(wù)水平也受到多方面限制，目前官方提出的任務(wù)能力以情監(jiān)偵為主。未來，隨著微電子技術(shù)不斷發(fā)展，“灰山鶉”無人機(jī)可能搭載電子戰(zhàn)等載荷，執(zhí)行誘餌干擾、火力打擊等任務(wù)。

“西卡德”無人機(jī)

2005年，美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室（NRL）開發(fā)“西卡德”（CICADA）近戰(zhàn)隱蔽自主無人一次性飛行器無人機(jī)，以開發(fā)能夠大規(guī)模投放使用的蜂群無人機(jī)，美國海軍將其描述為“可飛行的印制計(jì)算機(jī)集成電路板”，經(jīng)數(shù)年發(fā)展，該機(jī)目前仍處于試驗(yàn)開發(fā)階段。美國國海軍提出該項(xiàng)目最終目標(biāo)是大量部署“西卡德”無人機(jī)，組建蜂群探測(cè)傳感器網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行偵察監(jiān)視作戰(zhàn)任務(wù)，該機(jī)目標(biāo)成本1000美元，批生產(chǎn)后可降至約250美元。此前，美國海軍提出發(fā)展“超級(jí)蜂群”計(jì)劃，提出由上百萬架無人機(jī)組成的超級(jí)蜂群，以執(zhí)行規(guī)?；M(jìn)攻和防御作戰(zhàn)行動(dòng)，西卡德無人機(jī)具有極高效費(fèi)比，成為該計(jì)劃的重要潛在平臺(tái)。

在系統(tǒng)組成方面，“西卡德”無人機(jī)主要由3D打印的電路板組成，除機(jī)翼結(jié)構(gòu)外，還包含一套自定義的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)。該無人機(jī)能源系統(tǒng)為內(nèi)置鋰電池，為控制系統(tǒng)及傳感器提供電力，同時(shí)可對(duì)機(jī)身內(nèi)電子設(shè)備加熱，以維持低溫環(huán)境下的正常運(yùn)行。

在通信鏈路方面，“西卡德”無人機(jī)可選多種無線數(shù)據(jù)傳輸模式，一是基于全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（GSM）標(biāo)準(zhǔn)的通信系統(tǒng)，該通信手段受限于地面基站對(duì)空覆蓋能力，通常只能在超低空或地面?zhèn)鬏敂?shù)據(jù)；二是使用XBee-Pro S2C 2.4GHz無線電模塊，采用點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，有效范圍約1200m。

在機(jī)載系統(tǒng)方面，“西卡德”無人機(jī)可以配備壓力、溫度和濕度傳感器，能夠準(zhǔn)確估算風(fēng)力和風(fēng)向，生成預(yù)期滑翔路徑。無人機(jī)還可攜帶GPS導(dǎo)航系統(tǒng)、WGS-84世界測(cè)地系統(tǒng)和雙軸陀螺儀，具備實(shí)時(shí)定位和導(dǎo)航能力，可將著陸精度控制在4.5m以內(nèi)。此外，無人機(jī)還可裝配聲學(xué)和生化探測(cè)設(shè)備，執(zhí)行危險(xiǎn)區(qū)域探測(cè)活動(dòng)。

在戰(zhàn)技指標(biāo)方面，“西卡德”無人機(jī)重約65g，無動(dòng)力裝置，可由9000m高空滑降，可在零下57℃溫度環(huán)境和75km/h的風(fēng)速下飛行，滑翔速度約為74km/h，滑翔距離可達(dá)17500m。

在作戰(zhàn)運(yùn)用方面，“西卡德”無人機(jī)可由UH-60直升機(jī)、P-3海上巡邏機(jī)直接投放，也可使用聲吶浮標(biāo)發(fā)射管進(jìn)行部署。根據(jù)美國海軍設(shè)想，該無人機(jī)可搭載麥克風(fēng)和振動(dòng)傳感器，降落后搜集降落點(diǎn)附近的聲學(xué)和震動(dòng)信息，還可攜帶生化探測(cè)載荷，進(jìn)行放射性污染區(qū)檢測(cè)。2019年，美國國家航空航天局蘭利研究中心使用4架大型無人機(jī)完成了100余架“西卡德”無人機(jī)投放試驗(yàn)。

結(jié)束語

美軍加速發(fā)展各種類型的無人機(jī)裝備，加速構(gòu)建有人無人協(xié)同的新型作戰(zhàn)體系，發(fā)揮有人機(jī)決策優(yōu)勢(shì)，無人機(jī)高機(jī)動(dòng)、成本低、可消耗等優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)有人機(jī)與無人機(jī)之間以及整個(gè)作戰(zhàn)體系的信息和資源共享，解決先進(jìn)有人機(jī)機(jī)隊(duì)規(guī)模與武器掛載能力有限的短板，增強(qiáng)有人機(jī)生存能力和作戰(zhàn)效能，同時(shí)獲得空戰(zhàn)場(chǎng)對(duì)抗的質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)和數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)。未來，美軍將構(gòu)建出以有人機(jī)為核心、各類無人機(jī)為支撐的先進(jìn)協(xié)同空戰(zhàn)體系，依托低成本可消耗、人機(jī)協(xié)同打擊、多輪持續(xù)火力等優(yōu)勢(shì)，可能顛覆傳統(tǒng)的“對(duì)等消耗”式作戰(zhàn)模式，形成“單向傷亡”的新型作戰(zhàn)模式，顛覆未來空中戰(zhàn)場(chǎng)形態(tài)。