《美國陸軍機器人與自主系統戰略》解讀

2017年3月，美國陸軍根據《2015年國家軍事戰略》發布了《美國陸軍機器人與自主系統戰略》（以下簡稱《機器人與自主系統戰略》）。《機器人與自主系統戰略》明確了機器人與自主系統在近期、中期和遠期階段優先發展的項目。這份文件與《2015年國家軍事戰略》共同構成了2040年前指導美國陸軍機器人與自主系統技術發展與建設的頂層規劃。

內容概要

《機器人與自主系統戰略》描述了陸軍如何利用人機協作來滿足參謀長聯席會議主席提出的為聯合部隊指揮官增加作戰選擇的目標，還指出了近期（2017～2020年）、中期（2021～2030年）和遠期（2031～2040年）3個階段的發展重點和優先項目，并闡述了對機器人與自主系統的愿景。其中，近期階段的目標在當前的預算中得到了部分資助；中期階段提交的優先研究項目和采辦資金預算正在審議中；在預算中為遠期階段優先任務制定的研發資金有限。

《機器人與自主系統戰略》明確指出，美國陸軍應該從增強態勢感知能力，減輕士兵的生理和認知負荷，通過增加分配、吞吐量和效率來支持部隊，促進運動與機動和保護部隊5個能力目標方面指導無人地面系統和無人機系統的技術開發與部署。

在這五項能力目標中，近期階段的優先任務是提高態勢感知能力和減輕士兵生理負荷，以提高下車部隊的作戰效能。中期階段的優先任務是通過自動化護衛行動來改善保障并提高士兵保護。自動化護衛行動的自主技術可轉移到許多未來其他應用中，比如無人戰車。遠期階段的優先任務是利用無人戰車促進部隊機動，這將增加旅級戰斗隊的能力。而要實現上述5個能力目標以及將機器人與自主系統集成到現有編隊中不僅需要時間，還要采用漸進式方法。美國陸軍當前主要是在投資中尋求技術機會以提供這些能力，如士兵可穿戴傳感器和與戰車及飛機相連的系留式或遙控系統，同時還學習機器人與自主系統集成中的經驗教訓，精煉概念和需求，以提高作戰效能。

美國陸軍發布《機器人與自主系統戰略》目的是利用機器人與自主系統來提高作戰有效性并在聯合兵種作戰中保持對敵優勢，主要通過優化機器人與自主系統能力與創新的方式實現其能力目標。《機器人與自主系統戰略》采取的手段是充分利用實現目標的資源，并分別從時間、投資和組織3個方面對其進行了闡述。另外，為了使《機器人與自主系統戰略》方式與手段建立連接，陸軍引入了“錫德拉開發過程”，按照維持現役系統、改進現有系統、開發新能力、替換老舊系統和評估新技術與系統5個發展階段作為實現現代化技術橋梁。

解析

美軍迫切尋求機器人與自主系統的原因

美軍迫切尋求機器人與自主系統的原因主要可以包括國防部和陸軍兩個層面。從國防部層面來看，美國國防科學委員會曾在2016年“自主性夏季研究”中明確指出機器人與自主系統能夠使國防部減少受傷士兵數量、提高關鍵時刻決策速度和執行人類不可能完成的任務。從陸軍層面來看，尋求機器人與自主系統能夠提高未來部隊的作戰效能。目前，為陸軍編隊開發的機器人與自主系統解決方案著重強調人機協作。集成了人機協作的部隊將能在不確定的情況下學習、適應、戰斗并贏得勝利。機器人與自主系統還能為部隊領導人員提供時間和空間信息支持其做出決策，實現戰術和作戰目的。

另外，機器人與自主系統的投資能夠幫助陸軍應對敵人行動速度加快（包括更大的間隔距離）、敵方機器人與自主系統使用數量的增加，以及密集城市環境中通信更加擁擠這3項挑戰。為了在推進機器人與自主系統發展的同時應對這些挑戰，《機器人與自主系統戰略》明確指出應該從增強態勢感知能力；減輕士兵的生理和認知負荷；通過增加分配、吞吐量和效率來支持部隊；促進運動與機動和保護部隊5個能力目標方面指導無人地面系統和無人機系統的技術開發與部署。

機器人與自主系統的應用對陸軍部隊參與聯合作戰具有重要指導意義

《機器人與自主系統戰略》能夠起到指導聯合作戰行動的作用，實現將地面和空中機器人與自主系統能力統一集成到陸軍組織中的目標。有效集成機器人與自主系統可提高美國部隊的能力，保持對敵人的優勢，使敵方無法有效應對；有助于未來陸軍部隊作為聯合部隊的一部分打敗敵人、控制地形、保證人員安全、鞏固作戰成果。機器人與自主系統能力還將允許未來陸軍部隊進行符合多域戰概念的行動，從地面向海上、太空和賽博空間領域投放兵力，以保持聯合部隊的機動與行動自由。執行該戰略需要陸軍領導思考清楚如何將機器人與自主系統集成到作戰行動中；通過嚴格的實驗進行學習；分析學習的重點和優先任務；在條令、組織、訓練、物資、領導和教育、人員、設施和政策方面實施機器人與自主系統使能的概念。由于機器人與自主系統是一個相對較新的能力領域，實現這種能力需要陸軍領導開放性地接受新的思想，鼓勵士兵和部隊在實驗和陸軍作戰評估中自下而上地學習。

自主性、人工智能和通用控制技術是實現機器人與自主系統能力目標的重要保障

未來25年，自主性、人工智能和通用控制這三項技術對于快速和高效費比的實現機器人與自主系統能力目標至關重要。為此，陸軍優先將自主性、人工智能和通用控制列為研究重點。同時，這些技術的進步也將貫穿整個《機器人與自主系統戰略》。

（1）自主性

對于地面車輛而言自主性最為重要，這是因為陸軍作為陸上部隊特別依賴地面戰車及其越野機動性，而這也是最具挑戰性的特定軍事需求。自主性是一項入門技術，一旦獲得，將被集成于所有地面車輛、戰斗或其他方面，其應用將影響所有作戰功能。具體而言，自主性是指人類賦予系統在規定環境中執行既定任務的獨立性水平。高水平的自主性將允許機器人與自主系統更長時間地執行作戰縱深和間隔距離更大的更高風險任務，增強的自主能力意味著機器人控制需要更少的士兵，使士兵能夠專注于執行最適合人類的任務。提高機器人與自主系統的自主性需要采用漸進式方法，從系留式系統開始，然后是無線電遙控系統、遠程控制系統、半自主系統，最后是全自主系統。截至2016年，大多數無人地面系統和無人機系統的自主水平處于遠程控制和半自主之間。受技術限制，仍有許多與自主性相關的技術能力仍比較落后，因此，陸軍必須考慮包括有人駕駛選項的系統，通過操作人員執行特定的、復雜的關鍵任務，直到自主技術成熟。陸軍可以通過在當前和未來機器人與自主系統中保持“人在回路中”或“人在回路上”來實現該目標。

（2）人工智能

人工智能是指用計算機系統執行人類智能任務的能力，如感知、談話和決策。隨著計算機推理和學習能力的發展，人工智能將在機器人與自主系統的開發中發揮關鍵作用。人工智能可以提高機器人與自主系統執行任務時的獨立工作能力，如越野駕駛、分析和管理大量數據，未來將會越來越多地考慮諸如任務參數、交戰規則和詳細地形分析等作戰因素。伴隨著人機協作的成熟，人工智能將有助于在5個領域做出更快和更好的決策：確定戰略指標和警告；推進敘事能力，對抗敵方宣傳；支持作戰/戰役級決策；使領導人員能夠使用有人-無人聯合編隊；加強特定防御任務的執行能力，其中速度、信息量和同步的功能可能優于人類決策。

（3）通用控制

通用控制是通用軟件包控制大量地面和空中系統的能力，對于最大限度地管理多樣化的機器人與自主系統至關重要。通用控制允許一名士兵用一個控制器控制多個機器人，減少士兵操作這些系統的生理和認知負荷。通用控制不僅克服了操作限制，同時通過通用的顯示器、電池和無線電設備等實現了成本節約和保障簡化。美國陸軍把列入優先使用的通用操作環境（COE）作為陸軍信息技術產品構建和部署的操作手冊，通過可促進任務指揮和簡化網絡的通用標準和技術來推進通用控制的發展。通用操作環境能夠在通用軟件基礎上為現有項目和新技術提供標準，簡化開發、集成、培訓和保障。為了支持機器人與自主系統的靈活應用，美國陸軍重點關注通用操作環境的移動、安裝，以及指揮所和傳感器組件的兼容性。

（4）其他

除了需要推動自主性、人工智能和通用控制的進步，陸軍還需要把政府特有架構、互操作性、通用平臺和模塊化有效載荷作為必要的附加軟件和硬件，以確保在節約成本、快速升級與開發，以及促進機器人與自主系統集成不同任務配置等方面的優勢。此外，賽博防護和任務保證對于開發和部署有效的機器人與自主系統也至關重要，原因是未來的機器人與自主系統將非常依賴賽博能力和網絡空間與電磁頻譜之間的數據鏈接，從而保證部隊能夠連接到受保護的網絡，提高任務成功率。為了完成《機器人與自主系統戰略》中的能力目標和關鍵的基礎技術，陸軍必要加快投資進度，調整轉型優先級，從而在未來25年內實現特定目標。

機器人與自主系統是陸軍未來城市作戰的關鍵

城市作戰將成為未來主要作戰樣式之一，激烈的城市作戰將不可避免的造成攻擊方和防御方大量的人員傷亡。無人作戰平臺的應用，將極大提高城市作戰能力，減少士兵危險，同時降低對后勤的需求，因此，城市作戰無人裝備的發展與應用已成為各國關注的焦點。

美國陸軍在《機器人與自主系統戰略》中描述了機器人與自主系統在“2025年城市作戰”中的應用構想。該構想指出班和排主要使用微小型機器人與自主系統，在城市地形條件下以它們自己的方式聯系，減少編制需求，攻擊與防御人員比例保持傳統城市作戰的6：1。班用多用途設備運輸車搭載補給和小型部隊使能器，諸如附加武器、發電機以及其他地面機器人。這些設備使士兵和戰術部隊避免威脅，有效機動并清除目標，在有利條件下啟動接觸。排和班將使用這些系統在三維環境執行偵察、監視和目標搜索任務并保護士兵，及時提供敵人活動的信息，完成偵察、監視和目標搜索任務，降低步兵的危險，提高部隊作戰效能。空中無人系統傳感器平臺在上方巡航，與地面上的無人地面系統一起工作，提供增強態勢感知，為小型部隊領導創建更好的戰術選擇。

結論

《機器人與自主系統戰略》是自美國國防部2011年發布《無人地面系統路線圖》之后，時隔6年，再一次主要針對軍用無人地面系統發布的一份頂層發展規劃。該戰略從陸軍對機器人與自主系統的軍事需求、能力目標、技術發展優先級等角度，詳盡闡述了將新興機器人與自主系統相關技術融入美國陸軍部隊未來組織結構、發展人機協同能力確保戰場優勢并滿足聯合作戰需求的方法，為美陸軍正在開展的各項機器人與自主系統工作提供了統一的認知框架，并為未來資源分配提供指導。機器人與自主系統能力將允許未來陸軍部隊進行符合多域戰概念的軍事行動，從地面向海上、太空和網絡空間投送兵力，以確保聯合部隊的活動與行動自由。陸軍機器人與自主系統戰略實施方法以及后續的機器人與自主系統作戰概念和部署概念的完善，也有助于機器人與自主系統能力整合。另外，該戰略同時也指引著機器人與自主系統的技術突破與創新，有助于重塑陸軍未來作戰。

（孫毅，北方科技信息研究所）