有人-無人作戰飛機機隊自主性技術已趨成熟

龔倩，李悅霖/成都飛機設計研究所

據華盛頓智庫消息，通過將第五代有人戰斗機與原有四代機改裝而成的無人作戰飛機（UCAV）編隊，運用自主作戰技術將其作為忠誠僚機，將極大推升美國航空力量。美國空軍協會米切爾航空航天研究所的指導文件中稱，“部隊急需提高戰斗力，而有人-無人飛機編隊協同是一次必須被探索和研究的機遇”。

自主作戰技術的成熟度

米切爾航空航天研究所為實施有人-無人機編隊提出了一種“預算敏感”的分段途徑，即在研制特殊設計的無人作戰飛機前，對目前多余的庫存洛克希德·馬丁公司研制的F-16戰機進行改造。談及自主作戰技術的成熟性，該文件引用了BAE系統公司的研究成果，回溯了20多年以來包括21世紀早期美國國防部預研局（DARPA）引領的聯合無人空戰系統（J-UCAS）和無人戰斗武裝旋翼飛機（UCAR）項目，以及正在進行的分布式戰場管理（DBM）項目驗證。

據BAE公司自主性及評估小組戰略發展主任斯基普·斯托爾茲介紹，在波音公司開發X-45/X-46飛行器，諾斯羅普·格魯門公司開發X-47無人作戰飛機驗證機的同時，BAE為聯合無人空戰系統的常規作戰系統提供了自主飛行技術。聯合無人空戰系統在2006年就被取消了，但BAE公司仍然將自主作戰軟件運用到無人戰斗武裝旋翼飛機中，在有人駕駛仿真中，該程序演示了有人-無人飛機編隊時，AH-64阿帕奇武裝直升機飛行員成為無人武裝旋翼飛機指揮官實施“群狼戰術”的情況。無人戰斗武裝旋翼飛機在2004年被取消，但BAE公司自主作戰技術研發成果被繼承到了由諾斯羅普·格魯門公司主導的異構機載偵察隊（HART）項目里。異構機載偵察隊項目試圖通過多架無人機自主進行城市偵察，為用戶直接提供偵察圖像。

正在研發的分布式戰場管理項目中，BAE正在對兩種競爭環境中的作戰能力進行驗證：由軟件建立的協同作戰飛機之間共享的常規作戰場景，以及有人/無人機組的分布式自適應任務規劃及控制系統。斯基普·斯托爾茲稱這是一種靈活、開放、可靠并獨立于飛機的自主技術，這套軟件不管是應用于無人作戰飛機還是無人駕駛的F-16，都能橫向集成多架飛機，或縱向集成多項任務。

軟件的技術成熟度

BAE同時對“內環”自主和“外環”自主進行了開發，前者作為數字飛控系統一部分，而后者用于任務管理系統。對飛行至關重要的內環能力包含了自動地面防撞。對任務關鍵的外環功能包括自動路徑規劃、資源和任務管理，以及傳感器融合。這樣飛控系統和任務管理系統就可以建立一套完整的端對端自主功能。斯基普·斯托爾茲稱，關鍵在于可靠性，如何做才能避免只用6周來進行集成卻要耗費一年半來完成全部工作的回歸測試，可靠性會縮短這一進程。在BAE的這項自主技術里，開放性是由如未來機載能力環境（FACE）和空軍開放式任務系統（OMS）這類軟件標準規范實現的，并且引入了美國國防部預研局的高保障網絡軍事系統（HACMS）以保證可靠性，并試圖消除軟件缺陷。這樣做的目的在于，當對任務系統軟件做出更改時，可以計算并檢驗這一更改并未影響到軟件運行中任務系統的其他部分。這樣便能減少大量回歸測試和耐飛性試驗，從而省去對數百萬行復雜代碼進行測試，僅需要對更改部分進行測試即可。

米切爾航空航天研究所文件同時還指出，近期的有人-無人機編隊不會把重點放在最繁忙的戰場環境中。相反，在近、中程增加無人機能力可以將有人機解放出來從而去執行更有價值的任務。文件中稱，并不用將所有功能都自主化，第一代自主飛機可以獨立執行大部分任務，但還是需要由人來進行武器操作。有人-無人機協同編隊最開始可以執行情報、監視偵察任務，進行空對地打擊和離岸空對空交戰，同時也可以由無人作戰飛機攜帶傳感器和武器以擴充有人飛機能力。

斯基普·斯托爾茲表示，很多軟件都已經處于高技術成熟度狀態，在不久的將來即可將部分軟件模塊進行應用。因為是成熟技術，所以并不存在挑戰性，可以直接應用于當前的有人-無人編隊概念里。

戰術和飛行員信任機制的成熟度

近期技術使用面臨的挑戰還有戰術和信任度，有人-無人機編隊方式將大大有別于有人機-有人機編隊。因此，首先需要對戰術進行重新研究，其次還要建立飛行員信任機制。斯基普·斯托爾茲建議對無人駕駛的F-16進行自主性技術改裝，并且由空軍422測試評估中隊挑選安全飛行員在內華達州內利斯空軍基地進行有規律的常規有人飛行。讓飛行員來操縱無人駕駛僚機，以研究戰術并建立信任度。通過安全飛行員對無人駕駛F-16進行機上操作飛行，也可以避免采用新設計無人作戰飛機和保證其在真實環境下測試所帶來的“痛苦且昂貴”的代價。安全飛行員可以每天駕駛飛機飛行，而不局限于每月2次。并且，由于自主性技術是獨立于飛機的，當出現了新平臺時，該軟件也可以應用于除無人駕駛的F-16以外的其他諸如F-117或無人作戰飛機。

自主性技術得到試驗檢驗

洛克希德·馬丁公司臭鼬工廠在有人/無人編隊試驗中成功驗證了無人作戰飛機的自主性，為美空軍研究實驗室（AFRL）“忠誠僚機”項目提供了支持。為期兩周的“海弗-空襲者”II（Have Raider II）測試在加州愛德華茲空軍基地進行，測試包括一架美空軍試飛員學校的F-16 Vista飛行模擬器，由卡爾斯潘公司（Calspan）操縱飛機，作為一架無人作戰飛機（UCAV）驗證機。

臭鼬工廠“忠誠僚機”項目經理肖恩·惠特科姆表示，2015年的“海弗-空襲者”I驗證機聚焦先進飛行器控制的自主性，“海弗-空襲者”II則重點集中在“從作戰管理角度定義的自主性”，希望無人機本身實現任務規劃，而不是像以前那樣將此能力鎖定在地面站上。在“海弗-空襲者”I測試中，以Vista驗證機為無人作戰飛機，與F-16第50批作為有人/無人攻擊包中的長機，驗證了自主編隊飛行、航線跟隨、重新加入編隊和空中防撞，推動了飛行器層面的自主性，以及長機對無人平臺的指令和控制的自主性。肖恩·惠特科姆稱“海弗-空襲者”II驗證了Vista驗證機自主規劃地面攻擊任務的能力，它必須基于操作員和飛機給出的優先級來確定任務優先性以實現全部任務目標。此外，還評估了系統的動態再規劃能力，并正在尋求自適應任務執行能力。當飛機發現有突發性的地面威脅時，該系統將自動重新規劃任務，在實現任務目標的同時盡量避免自己暴露于威脅中。這些測試著眼于出現意外情況如無人機在任務關鍵節點丟失通信時，任務應急管理系統如何接管飛行控制，并按事先計劃執行，以及當通信接通時如何重新接入網絡。驗證試驗還關注當失去某種特定的武器時，無人機系統將如何重新規劃整個任務以實現目標。

對于“海弗-空襲者”I，飛行的自動控制能力能被集成到Vista驗證機中。對“海弗-空襲者”II來說，臭鼬工廠采用了OMS軟件標準將備用處理器集成到Vista驗證機中來主導控制自主作戰管理算法。該處理器上集成了所有能自適應執行任務的能力。在備用處理器和Vista驗證機的飛控計算機之間有一個通信網關，該通信網關能與“海弗-空襲者”I上先進的飛機控制能力結合起來工作。在首批測試中采用了一批F-16，在第二批測試中Vista驗證機被連接到地面的虛擬長機上。“海弗-空襲者”I測試了不同類型的指令與控制模式，包括通過F-16的前方控制器使長機飛行員可直接控制無人作戰飛機，飛行員還能選擇預先規劃的任務，無人作戰飛機將執行該任務，進行作戰損傷評估并再次加入編隊。

臭鼬工廠也考慮了非語音提示。通常，當飛行員進入無線電靜默時會使用一種“閃翼”的方式（滾轉90?再恢復）來指示僚機改變位置。臭鼬工廠將這一方式編入程序，這樣無人作戰飛機便能并根據任務階段理解這一機動方式執行相應操作，例如從戰術編隊到戰斗聯合編隊（從并排到更近的梯形編隊）。“海弗-空襲者”II把來自長機的指揮與控制（C2）與無人指揮與控制主動性（OMS UCI）協議相集成。臭鼬工廠正在對第五代座艙人機接口進行測試，將相對簡單的飛行員意圖編譯成可以獨立于無人機的UCI信息結構，并開始在“海弗-空襲者”II上進行評估。據臭鼬工廠任務系統路線圖主任芮妮·帕斯曼稱，目前正在評估從觸屏到語音識別的多個不同方案，目的是評估對飛行員意圖進行編譯的有效性和減少飛行員識別負荷。