國外無人機蜂群技術發展態勢

袁成

“蜂群能力”列為無人系統的15項關鍵技術之一。本文概述了無人機蜂群作戰的概念、特點與研發現狀，綜述了各國無人機蜂群技術的發展現狀和特點，指出了無人機蜂群技術發展中的關鍵技術和作戰運用前景。

2018年8月，美國防部發布《2017 - 2042財年無人系統綜合 路線圖》，其中又將“蜂群能力”列為無人系統的15項關鍵技術之一。從外軍發展和應用態勢看，無人系統蜂群技術研究基本集中于無人機蜂群，原因是具有組群平臺成本低、可大量組網、覆蓋范圍大、使用靈活、抗損能力強等優點。隨著機動組網、編隊控制、自主協同等關鍵技術不斷突破，無人機蜂群將逐步具備對地、對海、對空情監偵甚至攻擊能力，將對未來航空裝備體系構成和作戰樣式產生重大影響。

概念、特點與研發現狀

按美空軍2016年在《小型無人機系統飛行規劃2016 - 2036》文件中的定義和描述，無人機蜂群是指在操控人員（空中或地面）的指揮或監督下，通過自主組網遂行統一作戰任務的一群小型無人機;構成蜂群的無人機可以是相同的（同構），也可以是不同的（異構）;組群方式可以是主從型的，也可以是無中心的。無人機蜂群相比F-22等傳統作戰飛機具有許多優勢：群中無人機數量多，通過大范圍分布，具備較強態勢感知和壓制或摧毀敵防空系統能力;抗毀能力強，部分無人機損失后，蜂群仍可完成任務;單架無人機的成本遠低于傳統防空導彈，可增加敵防御成本;作戰靈活性強，可與多種

飛機和武器協同。

國內外已經或計劃開展飛行驗證的蜂群平臺，按美國防部的劃分標準屬于1-3等級無人機（分別對應：重0-9、9.5 - 25、小于600kg，飛行高度小于370m、1100m、5500m，空速，J、于185km/h、463 km/h、463 km/h）。

國外正積極推動無人機蜂群技術發展，目前處于關鍵技術飛行驗證階段。國外驗證的蜂群都是同構的，未來經過技術發展也可能出現異構無人機蜂群。美軍積極布局，整體領先

美軍近年來提出了2025 - 2035年形成無人機蜂群作戰能力的目標，全面開展了頂層設計和關鍵技術攻關，多個項目推進至飛行演示驗證，如美國防部戰略能力辦公室2014年啟動了“無人機蜂群”項目，試驗平臺為“灰山鶉”一次性微型無人機，其長16.5cm、重0.3kg、續航時間大于20min、時速75 - 110km/h。2016年，項目演示了103架“灰山鶉”空中快速投放和按指令組群飛行，創下國外軍用無人機蜂群最大規模飛行紀錄。試驗中，“灰山鶉”蜂群未預先編寫飛行程序，展現了集體決策、自修正和自適應編隊自主協同飛行能力;海軍研究辦公室2015年實施了“低成本無人機技術蜂群”項目，試驗平臺為雷神公司“郊狼”小型無人機，其長91cm、重5.9kg、時速110km/h。2016年，項目完成在30秒內投放30架“郊狼”的試驗，驗證了“郊狼”蜂群的自主編隊飛行、隊形變換、協同機動能力。2018年6月，美海軍授予雷神公司2968萬美元合同，生產“低成本無人機蜂群技術創新海軍原型機”;美國國防部預研局（ DARPA ）2015年推出“小精靈”項目，研究小型無人機蜂群的空中投放/回收等關鍵技術。空中投放/回收系統設計參考了成熟的空中加油系統，由絞車、線纜、線纜末端的對接裝置、機械爪等部件組成。回收時無人機與對接裝置在空中對接，之后由機械爪抓進機艙。項目將在2019年開展C-130運輸機空中投放和回收多架機的試驗。另外，DARPA還通過“體系集成技術試驗”、“分布式作戰管理”、“進攻蜂群戰術”、“拒止環境協同作戰”和“協奏曲”項目，發展無人機蜂群體系架構、作戰管理、蜂群戰術、自主協同和小型多功能傳感器等多項關鍵技術。

歐盟、英國開展了關鍵技術：研發

歐洲防務局于2016年1 1月啟動“歐洲蜂群”項目，發展無人機蜂群的任務自主決策、協同導航等關鍵技術;英國國防部于2016年9月發起獎金達300萬英鎊的無人機蜂群競賽，參賽的蜂群完成了信息中繼、通信干擾、跟蹤瞄準人員或車輛、區域繪圖等任務。

英國國防部長加唯恩·威廉姆森2月11日在皇家聯合部隊研究所（RoyalUnited Services Institute）發表講話時宣布，英國準備在2019年底前研制和部署無人機蜂群。

據英國國防部網站2019年3月28日報道，英國國防部國防和安保加速器（ DASA）機構在“很多無人機使作戰輕松”項目中授予藍熊系統研究公司250萬英鎊，研究無人機蜂群技術。這是DASA迄今為止授出的金額最高的單個項目。這筆資金將使大約20個無人機系統進入最后的開發階段。該項目最終將由國防科學技術實驗室（DSTL）管理。

無人機系統目前在全世界范圍內使用廣泛，而組織一群無人機針對同一目標開展協同行動將使國防領域收益。無人機蜂群可以降低作戰成本、提高系統效率同時在以下領域增加彈性：

●態勢感知

●醫療救援

●后勤補給

●爆炸物檢測和處置

●迷惑和欺騙

英國國防采購部長斯圖爾特安德魯表示：“無人機蜂群技術可以變革情報收集、人道主義援助、爆炸物處理以及后勤補給的方式。”

DASA領導露西·梅森表示：“令我高興的是，防務領域的資金使跨行業部門建立了合作關系，將評估無人機蜂群系統的最新思想。我們致力于通過建立伙伴關系和合作來推動創新，為英國國防和安保使用最好的思想和創新思維。藍熊系統研究有限公司是自主系統解決方案的全球領導者，將作為聯合研究團隊的領導方和系統集成商。研究團隊其他成員包括IQHQ公司、Plextex公司、空中客車公司和杜倫大學。在為期18個月的‘綜合概念評估’階段，每個成員都將為帶來一些關鍵技術和技能，最終將向軍方進行真實的飛行演示驗證。”

藍熊系統公司常務董事伊恩·威廉姆斯一韋恩表示：“目前，英軍正在積極尋找機器人解決方案，以為部隊提供能力倍增器，而蜂群正是解決方案之一。低成本自主蜂群系統為作戰帶來了全新的樣式。在項目中，我們將使用下一代自主技術、機器學習和人工智能，降低人類控制人員的數量、培訓時間和認知負擔。有了這些技術，蜂群便能夠以快速和高效的方式針對單一目標或多個目標同時開展非常復雜的作戰任務。項目的未來階段將尋求建立一個更加‘自給自足’的無人機蜂群，使軍方在日益復雜和對抗環境下中具有強大的作戰能力。有效的人機協作將仍然是本項目研究的核心，以確保人類能夠控制無人機系統。”

DSTL項目技術主管安東尼·格拉漢姆表示：“第三階段的競爭要求非常具有挑戰性，因為我們希望推動快速創新，并鼓勵富有想象力的解決方案。獲勝的團隊真正顯示了英國工業的精華，展示如何利用我們世界領先的中小型企業公司來實現軍事能力的轉型。通過開放式系統架構方法，研究團隊專注于開發一個基礎的指揮控制和信息管理架構，以最大限度提高無人機蜂群收集和共享能夠贏得戰斗的信息的能力。在DASA授出本合同之前，英國國防大臣加文·威廉姆森專門為研究新型微型無人機撥款了3100萬英鎊。該資金來自全新1.6億英鎊的轉型基金。該基金也將發展聯網的無人機蜂群中隊，以迷惑和壓制敵人的防空系統。通過與F-35和臺風戰斗機一起作戰，無人機蜂群將允許飛行員進行更精確和更具毀傷力的作戰，同時也會更加高效和安全。”

如果真的是這樣，將是軍用無人機領域的重要事件。無人機蜂群基于自主軟件，可自主或在人類監督下相互溝通，將為無人機領域帶來重要的變化，即飛行過程中僅需少量監督，自己能夠執行大部分任務。目前，無人機蜂群主要應用在娛樂領域，但世界各地的軍隊都對無人機蜂群非常感興趣。美國五角大樓多年來一直對無人機蜂群進行試驗，例如2017年的“灰山鶉”無人機蜂群，以及2016年海軍的“蝗蟲”無人機蜂群。今年早些時候，美國國防部和英國國防部宣布聯合展開競賽，開發無人機蜂群技術，用于自主飛行和繪制野火圖。但這只是漫長無人機蜂群開發項目的開始。那么，威廉姆森建議英國部署的是什么類型的蜂群呢？讓我們看一下完整的引述。威廉姆森在講話中說：“而且，為了補充F-35的領先優勢技術，我決定使用轉化基金開發能夠擾亂和壓倒敵防空的無人機蜂群中隊，我們期待在今年年底之前部署這些裝備。”

這聽起來并不像一個獨立的無人機蜂群，而是設計與有人機伴飛的無人僚機。最接近這一設想的無人機是美國飛機制造商克拉托斯制造的飛行器，包括一種適合戰斗角色的無人機靶機和一種特別設計的作戰無人機。類似于克拉托斯公司這樣的無人機，可能是部署蜂群最簡單的方法，也是最有可能伴隨F-35執行任務的方法。至于時間表，國防部向《英國防務雜志》澄清說，盡管英國皇家空軍今年將開發這一概念，但找到供應商并解決無人機本身的技術問題將是一個為期三年的過程。雖然考慮到其他國家遇到的蜂群無人機從概念到部署的障礙，但英國可能仍然是第一個這樣做的國家，只是它極不可能發生在2022年之前的任何時候。

俄、韓等國披露了作戰概念

俄無線電電子技術集團在2017年透露：俄未來戰斗機可采用1架機或2架機與20 - 30架蜂群無人機協同作戰樣式，執行空空作戰、對地打擊、空中偵察等任務。韓國陸軍也在2017年透露正以朝鮮的彈道導彈陣地和核試驗設施為目標，大力發展無人機蜂群技術，首先用于偵察，后續用于打擊。關鍵技術

無人機蜂群技術實用化需攻克作戰管理、蜂群自主編隊控制、低成本平臺等多項關鍵技術，蜂群的規模越大、作戰環境越復雜，對技術的要求也越高。綜合外軍近年的規劃文件和技術發展來看，其關鍵技術可歸納為如下三大方面。

蜂群與裝備體系協同技術

該關鍵技術主要包括以下3個方面：（1）體系架構。根據任務合理規劃和配置無人機和有人機的種類、數量、性能、功能等，需研究開放式體系架構和開放式任務系統等。（2）作戰管理。由預警機或地面站對無人機蜂群進行監督管控，需解決統一作戰場景構建、編隊控制與調整等問題。（3）協同戰術。為充分發揮無人機蜂群效能，必須結合部隊需求制定出戰術。需解決虛擬和真實試驗臺建設、人機交互等問題。

蜂群內部協同技術

該關鍵技術主要包括以下4個方面：（1）蜂群組網。通過數據鏈實現蜂群間的互聯互通是實現群內協同的基礎，需要針對強電磁干擾，研究抗毀網絡、低可截獲技術、抗干擾、身份識別等技術。（2）蜂群自主編隊控制。需控制蜂群的自主形成，使之保持特定幾何構型。（3）蜂群協同態勢感知與共享。為利用蜂群中的各類任務載荷搜集、分析信息數據。需研究協同目標探測、目標識別和融合估計、信息理解和共享等問題。（4）協同任務規劃與決策。為提高任務成功率和執行效率，降低風險和成本。需研究蜂群自主規劃與決策技術，其核心是自主任務分配算法。蜂群無人機平臺技術

該關鍵技術主要包括以下3個方面：（1胝成本無人機。無人機蜂群概念要求其中的無人機成本低，可以是一次性或有限壽命。在滿足需要的前提下，需通過低成本材料、制造工藝及發動機等降低成本。例如“小精靈”項目要求無人機的單價低于70萬美元。（2）空中快速投放回收。空中投放蜂群無人機，需在載機和無人機上設計相應機構，根據投放和回收迅速、低成本、對無人機性能影響小、可迅速再次投放等要求開展相關技術研究。（3）小型多功能載荷。應采用輕便、綜合、開放式射頻架構，使蜂群中的無人機擁有雷達、電子戰、通信等多種功能。需研究射頻調節與數字變換、功放和天線/機體集成、混合式射頻處理等技術。

應用前景

總體來看，目前外軍無人機蜂群整體上還處在技術研發與演示驗證階段，綜合國外情報資料，未來無人機蜂群將在多種作戰任務中發揮重要作用。

對地對海作戰主要有6種運用設想。（1）情報、監視與偵察。蜂群可攜帶各類傳感器同時執行任務，通過多源信息融合提高情監偵能力0（2）壓制防空。飽和攻擊敵防空雷達跟蹤和瞄準通道，癱瘓敵防空系統。（3）誘餌。形成與有人機相似的信號特征，消耗敵防空導彈。（4）對面攻擊。安裝戰斗部或攜帶彈藥，多角度同時發起對地對海攻擊;（5）對地電子干擾。攜帶電子對抗裝置，干擾敵地面電子設備;（6）戰毀評估。完成敵關鍵目標的損傷評估。對空作戰主要有2種運用設想。（1）反無人機蜂群。目前外軍普遍把無人機蜂群識別為反制敵無人機蜂群的有效手段。（2劂空電子壓制。蜂群可在空中組成一面廣闊的電子對抗陣列，對敵來襲軍機或武器實施電子戰。

城市戰主要有3種運用設想。（1）發現敵人。蜂群可飛臨每棟建筑，觀察、發現狙擊手等目標。（2）掩護地面部隊。蜂群可攜帶煙霧發生器，通過煙霧掩護地面友軍前進。（3）保護地面部隊。蜂群可在友軍地面部隊周圍形成“無人機墻”，抵御敵來襲火力。

其他運用設想包括：執行彈藥、醫療物品空投補給和戰場氣象監測等支援任務;以大批量同時突然飛臨戰場，對敵造成極大震撼，形成心理戰效果。

影響分析

一是無人機蜂群將成為未來航空裝備體系中的重要裝備。無人機蜂群可在對地、對空等任務中與少量高性能有人/無人平臺組成體系作戰編隊，作為主戰裝備群執行任務。二是帶動軍用航空技術變革。發展無人機蜂群將帶動低成本有限壽命機體、發動機及人工智能等技術發展，特別是將使算法和軟件成為提升未來航空作戰能力的關鍵技術因素。三是促進軍民融合。無人機蜂群可以更多地使用模塊化、小型傳感器等商用成果，促進軍民融合，加速技術迭代。四是影響未來空中作戰樣式。無人機蜂群將進一步推動空中作戰從隱身單平臺或小編隊作戰轉向網絡化、分布式、體系化作戰。蜂群將與高性能有人機/無人機配合，形成更豐富、更靈活的空中作戰樣式。