美軍無人機蜂群技術發展現狀與趨勢

胡雷剛/陸軍航空兵學院無人機中心 張英偉/陸軍航空兵學院航空勤務系 梁成誠/中國人民解放軍61213部隊

無人機蜂群作戰技術日趨成熟，正逐步從概念走向現實。本文跟蹤美軍無人機蜂群項目發展，梳理了“小精靈”、“低成本無人機集群技術”、“微型無人機高速發射演示”、“近戰隱蔽一次性自主無人機”等項目進展和特點，分析了美軍蜂群無人機發展趨勢。

無人機蜂群以功能相對單一的低成本單元非對稱式抵消傳統大型多功能平臺的能力，獲得了各國軍方及各種軍事組織的廣泛關注。外軍特別是美軍對無人機蜂群進行了大量的研究、試驗和演示驗證，技術日趨成熟，無人機蜂群作戰逐步從概念走向現實。

無人機編隊、集群與蜂群

多架無人機共同使用時，通常用無人機編隊、集群和蜂群等不同概念描述，三者概念相近，涵義略有區別：

無人機編隊是指兩架以上無人機在空中按規定的間隔、距離和高度差組成的編隊，無人機也可與飛機、直升機等空中飛行器組成混合編隊。

無人機集群通常是由遂行同一任務、受統一指揮并保持視距聯系或戰術聯系的若干個無人機編隊、無人機組成無人機編隊。

無人機蜂群通常指遂行同一任務、由較多數量無人機組成、具有一定自主和協同能力的無人機編隊，多采用微小型無人機。

大中型無人機功能相對完備，即使編隊運用，同時出動數量也有限，少見幾十架共同執行任務；單架微小型無人機性能相對單一，采用編隊方式使用可以利用數量或組合彌補性能單一的短板，更重要的是可以利用低可探測和數量多等特點獲取非對稱優勢。因此，編隊協同多以大中型無人機研究為主，無人機蜂群則以微小型無人機為主，以較大數量規模集體行動。

微小型無人機初級編隊門檻較低，具有一定無人機技術能力和制作能力的組織或個人，利用消費級無人機就可組織一定規模的無人機蜂群，出于惡意方式使用越來越容易；但面向軍事用途的高標準無人機蜂群研發，仍以各國軍方為主。

美軍無人機蜂群技術發展現狀

美國軍方在大力發展大型隱身察打一體無人機的同時，著力發展蜂群無人機。美國國防部預研局、戰略能力辦公室、空軍研究實驗室和海軍研究局等機構和部門開展了多個項目試驗驗證，研究各有側重，體系互為補充。

“小精靈（Gremlins）”項目

2015年9月，美國國防部預研局發布“小精靈”項目，旨在發展一種載機發射、空中回收、執行偵察監視或電子攻擊任務的無人機蜂群系統，以提高無人機戰術靈活性，降低多用途、造價昂貴空中平臺的作戰風險。

“小精靈”無人機質量約320kg，最低指標為：作戰半徑556km、載荷27.3kg、最大速度0.7Ma、續航時間1h，最佳指標為：作戰半徑926km、續航時間3h、設計載荷54.5kg、最大速度不低于0.8Ma、最大發射高度12912m，每架約70～100萬美元，可由運輸機、轟炸機、戰斗機或無人機等空中平臺（如C-130運輸機，B-52、B-1轟炸機，MQ-9“死神”無人機）搭載、發射，可重復使用20次。無人機由空中平臺防區外發射，快速滲透進入敵防區，攜帶偵察、監視或電子戰載荷，分布式協同遂行任務，可壓制敵方導彈防御系統、切斷敵方通信、引導精確火力打擊，或入侵敵方數據網絡實施賽博攻擊，完成任務后撤離、空中回收。

項目分為系統與技術設計、初步設計、原型機飛行驗證三個階段，計劃2020年完成項目演示驗證；2017年3月進入第二階段，進行無人機560km外釋放、6100～9100m高度飛行、大于1h巡航技術驗證；計劃2018年第三季度進入第三階段，開發全尺寸技術演示驗證系統，2019年下半年進行無人機集群的空中發射和回收驗證。

“低成本無人機集群技術”項目

2015年4月，美國海軍研究局（ONR）公布“低成本無人機蜂群技術研究”（Low-Cost Unmanned Aerial Vehicle Swarming Technology，LOCUST，“蝗蟲”）項目，旨在利用艦船、車輛、飛機或無人機等平臺管狀發射器，快速連續發射低成本無人機，協同進攻或防御，以數量優勢壓制敵人，

項目所用的“郊狼”無人機其機翼和螺旋槳可折疊，長0.79m，高度0.3m，翼展1.47m，重5.4～6.4kg，載荷1.8～2.7kg，作戰半徑37km，續航時間1.5h，飛行高度150～365m，最大速度157km/h，續航速度111km/h，成本約1.5萬美元。有兩種發射方式：一種是空中平臺在6096m以下投放，自由下落中打開機翼轉入穩定飛行；一種是發射管發射，發射后打開降落傘，展開機翼和螺旋槳進入飛行模式。可按預定路線飛行，也可受視距鏈路控制飛行。2016年已實現40s發射30架“郊狼”無人機，理想目標是6s發射30架。

“郊狼”無人機采用模塊化設計，大部分零件可直接3D打印生產，成本低、可損耗，可搭載不同任務載荷，執行情報搜集、通信干擾、吸引火力等任務，消耗敵方作戰資源，也可掛載戰斗部作為武器直接攻擊目標。2015年完成9架無人機完全自主同步和編隊飛行技術驗證，2016年夏季進行了艦載快速發射30架規模的集群試驗。

“微型無人機高速發射演示”項目

2014年，美國戰略能力辦公室主導開展“微型無人機高速發射演示”項目，旨在通過有人機釋放微型無人機群執行態勢感知、情報偵察和電子干擾等任務。

項目所用“山鶉”（Perdix）無人機為全復合材料、鋰電池推進一次性微型無人機，長約16.5cm，翼展30cm，重0.3kg，續航時間大于20min，飛行速度75～110km/h；“山鶉”采用3D打印組裝，成本低、生產速度快，機翼可折疊，可由戰斗機搭載、發射，也可從地面或海上發射，空中自主編隊、協同作戰。

2014年9月開始配裝F-16戰斗機試投，已進行數百次試驗；2016年10月3架F/A-18F“超級大黃蜂”戰斗機在0.6Ma飛行中投放103架“山鶉”，演示了集體決策、自修正和自適應編隊飛行。目前，“山鶉”已發展至第七代，美國戰略能力辦公室僅對外提及其低空情報偵察能力，在發展升級中預計可搭載多種載荷，具有較強的飽和攻擊潛力。

“近戰隱蔽一次性自主無人機”

“小精靈”

“蟬”

2015年5月，美海軍研究實驗室對外公開自主研發的“近戰隱蔽一次性自主無人機”（CICADA，“蟬”），是一種低成本、GPS導航的一次性使用微型無人機，單機重65g或更輕，機身3D打印，主要組成部件（包括機翼）為電路板，亦稱“飛行電路板”，自身無動力裝置，滑翔比約3.5，可由空中平臺“布撒”投放，高空滑翔自主導航飛行到預定地點。無人機攜帶天氣、溫度、濕度、氣壓傳感器或聲學探測、生化探測等微型電子設備，降落地面后通過數據鏈互連成自組織網絡，在指定區域形成穩定的“無人探測蜂群”，開展軍用偵察、情報搜集。

該型無人機體積小、重量輕、成本低，每架成本約250美元，且采用3D打印制作，組裝量少、生產速度快，通過“布撒”方式投放，便于大量、高效部署，可快速建立指定區域范圍內的傳感器或通信網絡。2017年4月，美海軍利用P-3“獵戶座”偵察機投放最新型號無人機進行蜂群飛行測試，每個發射管可攜帶、釋放32架無人機。

“攻擊性蜂群使能戰術”項目

2016年12月，美國國防部預研局（DARPA）啟動“攻擊性蜂群使能戰術”（Offensive Swarm-Enabled Tactics，OFFSET）項目，重點關注蜂群自主性和人-蜂群編隊，旨在提高小單位作戰部隊在城市區域的作戰能力，目的是讓地面部隊有能力控制數十個甚至數百個無人機和地面無人系統，組成蜂群在復雜城市中執行防護、偵察、監視、精確打擊等任務，實現城市區域無人機蜂群作戰，計劃至少驗證100種戰術。

項目采取分階段“蜂群沖刺”推進，鼓勵中小企業、學術機構和團隊提供多樣化的解決方案，當前第一階段重點搭建蜂群技術開放架構，開發“小型自主空中和地面車輛蜂群”指揮和控制技術，以促進無人機與不同類型車輛聯合集群作戰。參照“攻擊性蜂群使能戰術”項目競賽方式，我國空軍也于2018年4月征集開展智能無人機集群系統競賽活動。

其他無人機蜂群相關項目

美軍國防部預研局還開展了“體系集成技術試驗”（SoSITE）、“拒止環境中的協同作戰”（CODE）等項目，從多個角度共同推進微小型無人機集群技術。SoSITE項目著重探索分布式作戰體系架構，使用開放式系統架構在各種有人和無人平臺上分散各種關鍵任務功能，如電子戰、傳感器、武器、導航等功能，實現各平臺不同任務模塊即裝即用、無縫連接，可滿足無人機蜂群靈活搭配、協同組網需求；CODE項目通過發展協同算法和軟件，探索分布式作戰無人機的自主和協同技術，支撐集群無人機的協同作戰。

美國空軍研究實驗室開展了“編群戰術空間”計劃、“忠誠僚機”（Loyal Wingman）項目。“編群戰術空間”計劃重點研究無人機間的協同作戰，演示了12架無人機的自主協同飛行、搜索和模擬打擊；“忠誠僚機”項目重點研究無人機與有人機協同作戰，其理念是在作戰環境中無人機由有人機指揮控制，在前承擔突防、偵察、攻擊任務。

美軍無人機蜂群發展趨勢

綜合上述研究重點和方向，無人機蜂群發展呈現量級系列化、功能多樣化和使用靈活化的特點和趨勢。

無人機蜂群量級系列化

已公開無人機可按十克級（“蟬”無人機）、百克級（“山鶉”無人機）、千克級（“郊狼”無人機）、十千克級、百千克級（“小精靈”無人機）形成量級系列。不同量級無人機根據動力裝置、發射方式區別，速度涵蓋從亞音速到自主滑翔飛行，作戰半徑從500～900km到幾千米不等，飛行時間從1～3h到十幾分鐘不等；根據載荷重量區別，可配備多種模塊化載荷設備。

無人機蜂群功能多樣化

雖然單架微小型無人機載荷有限、功能單一，但無人機蜂群借助數量優勢組合多種載荷，可以實現包括但不限于預警探測、廣域監視、前沿偵察、電子對抗、飽和攻擊、戰術誘餌、主動防御、網絡戰等多種功能；無人機蜂群自身靈活性加上任務載荷的多樣性，戰術應用具有很大創新空間，例如，若在任務載荷中配備目標特征模擬裝置可以模擬假目標實施誘騙干擾，配備電磁干擾裝置或定向能武器可具備攔截能力，已有公開報道美軍特種作戰司令部計劃借助蜂群無人機開展心理戰。

無人機蜂群組織智能化

無人機蜂群通過有限智能個體的協同合作體現為集體智能，可實現自主編隊甚至分組壁障，即使在部分毀傷條件下也可重構編隊，如“山鶉”無人機可集體決策、自修正和自適應編隊飛行。目前蜂群無人機多采用鏈路控制飛行或GPS導航飛行，隨著圖像導航、自主重構等技術成熟應用，無人機蜂群將會更加智能化，抗摧毀性、抗干擾性更強。

無人機蜂群使用靈活化

由于無人機蜂群可從地面車輛、海面艦艇、空中載機等多平臺發射，功能多樣、可應用場景多樣，可供飛機編隊空中攻擊使用，也可供班/排地面戰術使用；可人/蜂群、有人機/蜂群協同使用，可與地面無人系統配合使用，也可與水面無人艦艇、水下無人潛艇配合使用；可用于各種軍事用途，也可用于海上搜救、氣象監測等民事任務；非正規軍事力量、組織乃至個人也有能力使用以實現偵察、攻擊等意圖，2018年1月俄羅斯駐敘利亞赫梅明空軍基地、塔爾圖斯海軍基地分別遭受恐怖分子10架、3架無人機蜂群襲擊。

無人機蜂群生產高效化

微小型無人機制造生產效率高，自身成本低，戰時可大量消耗、補充，如“郊狼”、“山鶉”、“蟬”等無人機采用3D打印制造部件，組裝生產速度快，“郊狼”無人機僅為“魚叉”導彈成本的1/80，“蟬”成本僅250美元甚至可進一步降低，可滿足戰場高損耗、高消耗要求，快速消耗敵方防空導彈，高效摧毀敵方雷達等高價值武器裝備，具有非對稱作戰成本優勢。

結束語

美軍無人機蜂群研究起步較早，在一些關鍵領域取得了較大突破，整體進展走在前列；關注美軍無人機蜂群的發展對我軍相關裝備的發展具有借鑒意義，且對于防御和反制無人機蜂群也有現實價值。■

（參考文獻：略。如有需要，請聯系編輯部。編輯：李悅霖）