即將到來的無人機(jī)蜂群作戰(zhàn)

袁成

無人機(jī)蜂群技術(shù)是當(dāng)前熱點(diǎn)，也是美國空軍研發(fā)重點(diǎn)之一。美國《空軍雜志》2019年4月號刊文，詳細(xì)介紹和展望了美空軍未來無人機(jī)蜂群的發(fā)展應(yīng)用。

雖然最初的作戰(zhàn)能力有限，但無人機(jī)蜂群技術(shù)很可能會在未來幾年進(jìn)入戰(zhàn)場。然而，把人工智能和自主技術(shù)有機(jī)結(jié)合以應(yīng)對高端作戰(zhàn)可能還需要一段時間。美空軍負(fù)責(zé)采辦、技術(shù)和后勤的助理部長威爾·威爾·羅珀在談到無人機(jī)蜂群時認(rèn)為：“我喜歡蜂群技術(shù)，我認(rèn)為這就是未來戰(zhàn)爭的樣子。”

“灰山鶉”無人機(jī)蜂群

威爾·威爾·羅珀在2018年2月進(jìn)入空軍之前，曾在美國防部國防部戰(zhàn)略能力辦公室任職6年并推動了“灰山鶉”項(xiàng)目的發(fā)展。

“灰山鶉”是一種可消耗的微型無人機(jī)，可從各種軍用飛機(jī)上發(fā)射，并在更大、更昂貴的遠(yuǎn)程遙控飛機(jī)（注：如MQ-9等高端無人機(jī)）或有人駕駛飛機(jī)之前飛行，執(zhí)行情報(bào)、監(jiān)視與偵察任務(wù)。2016年，戰(zhàn)略能力辦公室與美國海軍航空系統(tǒng)司令部合作，測試了這種先進(jìn)的無人機(jī)蜂群：3架F/A-18在加州中國湖海軍航空武器站空射了100多架微型無人機(jī)。

威爾·羅珀認(rèn)為：“考慮到戰(zhàn)爭的復(fù)雜性，‘灰山鶉’蜂群無人機(jī)在協(xié)同時沒有預(yù)編程，而是通過分布式大腦的決策形成了有機(jī)的整體，并能像自然界中的蜂群那樣適應(yīng)彼此。由于每架‘灰山鶉’都能與其他‘灰山鶉’通信和合作，所以蜂群中沒有領(lǐng)導(dǎo)者，單架無人機(jī)可以自然地進(jìn)入或離開編隊(duì)。”

無人機(jī)蜂群發(fā)展困境

但是，今年2月威爾·羅珀對記者說，目前甚至很難找到進(jìn)行無人機(jī)蜂群試驗(yàn)的靶場。他認(rèn)為國防部在發(fā)展這種技術(shù)時必須調(diào)整思路。

“我去找他們說，‘我想讓戰(zhàn)斗機(jī)空射100架微型無人機(jī)，’他們說，‘好吧，告訴我每架無人機(jī)的飛行計(jì)劃，’我說‘我沒有。它們會做它們自己的事情，但是我可以畫一個確保它們不會離開的空域范圍’。我們必須從‘你需要一個飛行計(jì)劃’轉(zhuǎn)變?yōu)椤唬阈枰粋€飛行邊界’，這就可以了。”

但他補(bǔ)充說，在無人機(jī)蜂群進(jìn)入型號研制之前，確實(shí)需要回答一些問題：“如何證明它的能力？如何測試和評估？誰將裝備它？它是武器系統(tǒng)嗎？平臺是否擁有自主集群和協(xié)同能力，還是各種平臺都有自主集群和協(xié)同的程序？

美空軍負(fù)責(zé)試驗(yàn)與評價、作戰(zhàn)試驗(yàn)和適航的專家必須創(chuàng)造性地找出答案。美國國防部預(yù)研局（ DARPA）戰(zhàn)術(shù)技術(shù)辦公室“小精靈”項(xiàng)目經(jīng)理斯科特·斯科特·韋爾茨巴諾夫斯基（ ScottWierzbanowski）表示，研究人員目前仍在思考無人機(jī)蜂群如何作戰(zhàn)，如何加入人工智能算法和自主能力。但是他同時認(rèn)為，無人機(jī)蜂群從根本上講仍是有效的作戰(zhàn)裝備。

DARPA“小精靈”和CODE無人機(jī)蜂群項(xiàng)目

無人機(jī)蜂群在戰(zhàn)爭的各個領(lǐng)域都有應(yīng)用。高端作戰(zhàn)方面，在反介入/區(qū)域拒止（A2/AD）環(huán)境中，實(shí)力匹敵的對手會部署多套綜合防空系統(tǒng)，使得空域進(jìn)入變得極其困難。這種情況下，大量小型、價格低廉的無人機(jī)可飽和敵雷達(dá)系統(tǒng)，降低有人機(jī)和昂貴無人機(jī)的風(fēng)險。

斯科特·韋爾茨巴諾夫斯基表示，低成本無人機(jī)可以分享傳感器數(shù)據(jù)并一起作戰(zhàn)，如果被擊落的話，損失一架無人機(jī)在成本上也是可以接受的。“我們真的相信這種威脅環(huán)境是十分危險的，但是我們必須盡可能地接近敵人，以確定威脅到底是什么”。

現(xiàn)在，考慮在寬松作戰(zhàn)環(huán)境下進(jìn)行的一次秘密行動，C-130從空中發(fā)射2到4架小型無人機(jī)，部署傳感器或拓寬C-130等飛機(jī)執(zhí)行任務(wù)的路徑。

在這種作戰(zhàn)場景中，斯科特·韋爾茨巴諾夫斯基說：“他們不需要‘死神…全球鷹’或戰(zhàn)斗機(jī)壓制敵防空。實(shí)際上，他們可以自己解決問題，而且方式可能更加簡單，這也和作戰(zhàn)中隊(duì)的目標(biāo)相一致。可以應(yīng)對不同復(fù)雜度的作戰(zhàn)場景是無人機(jī)蜂群擁有的關(guān)鍵優(yōu)勢之一，而傳統(tǒng)作戰(zhàn)裝備很難提供這種能力。”

2018年4月，DARPA授予Dynetis公司一份為期21個月價值3860萬美元的“小精靈”項(xiàng)目第三階段合同。該項(xiàng)目聚焦于發(fā)展可支持這種分解式作戰(zhàn)行動的無人機(jī)蜂群技術(shù)。具體來說，“小精靈”項(xiàng)目的目的是證明多架無人機(jī)可以從一架遠(yuǎn)離敵防區(qū)的C-130上安全發(fā)射和回收。“小精靈”無人機(jī)長4.267m，加滿油重725.75kg。這比“灰山鶉”無人機(jī)要大很多，斯科特·韋爾茨巴諾夫斯基表示“小精靈”無人機(jī)的尺寸和巡航導(dǎo)彈差不多。

在“小精靈”無人機(jī)蜂群完成預(yù)設(shè)的作戰(zhàn)任務(wù)后，C-130將使用類似于空中加油對接裝置的“水平對接站”在空中回收無人機(jī)。Dynetics公司首席工程師、“小精靈”項(xiàng)目副經(jīng)理蒂姆·基特（ TimKeeter）表示，與回收籃不同，對接裝置可以通過機(jī)械機(jī)構(gòu)牢固地鎖定“小精靈”無人機(jī)。

在第三階段，DARPA計(jì)劃于2020年1月進(jìn)行第一次大規(guī)模的演示驗(yàn)證：在30分鐘內(nèi)回收4架“小精靈”無人機(jī)。未來，一架C-130根據(jù)作戰(zhàn)需求最多可以回收16架無人機(jī)。另外，“小精靈”無人機(jī)也可從F-16戰(zhàn)斗機(jī)、B-52轟炸機(jī)和其他飛機(jī)上發(fā)射，而且還不需要對載機(jī)進(jìn)行大規(guī)模改裝。這可能會顯著提升無人機(jī)蜂群的規(guī)模。

2019年2月初，Dynetics公司團(tuán)隊(duì)在中國湖開展了“水平對接站”的飛行試驗(yàn)，試驗(yàn)中并沒有使用實(shí)際的“小精靈”無人機(jī)。在4月初，公司計(jì)劃在有人駕駛的利爾噴氣飛機(jī)上試驗(yàn)“小精靈”無人機(jī)的航電系統(tǒng)。蒂姆·肯特表示：“航電系統(tǒng)是無人機(jī)的大腦，在試驗(yàn)過程中如果出現(xiàn)任何問題，飛行員可以接管飛機(jī)的控制權(quán)。”

2019年夏天，“小精靈”無人機(jī)將開展第一次飛行試驗(yàn)，以便在與有人機(jī)進(jìn)行協(xié)同試驗(yàn)之前證明自身能力。不像威爾·羅珀的“灰山鶉”，“小精靈”無人機(jī)至少目前沒有使用人工智能或者自主行為系統(tǒng)。

然而，斯科特·韋爾茨巴諾夫斯基在DARPA負(fù)責(zé)的另一個項(xiàng)目，即“拒止環(huán)境協(xié)同作戰(zhàn)”（ CODE）I頁目正在研發(fā)無人機(jī)蜂群的自主技術(shù)。他說：“自主對無人機(jī)蜂群協(xié)同作戰(zhàn)十分重要，因?yàn)樵谶@種情況下，作戰(zhàn)人員將更多地處于戰(zhàn)略或監(jiān)管層面。作戰(zhàn)人員將提供指揮官的想法，而蜂群系統(tǒng)能夠基于該想法制定行動方案。”

2018年年底，DARPA在亞利桑那州尤馬試驗(yàn)場測試了CODE無人機(jī)在反介入/區(qū)域拒止環(huán)境中適應(yīng)和響應(yīng)未知威脅的能力。無人機(jī)最初可以和任務(wù)指揮官交互，但是在通信降級或失去時，無人機(jī)蜂群證明了在沒有作戰(zhàn)人員控制下仍然可以完成任務(wù)。

斯科特·韋爾茨巴諾夫斯基表示：“試驗(yàn)中的蜂群行為是自主編隊(duì)的基石，編隊(duì)可以協(xié)同并適應(yīng)任務(wù)需求和不斷變化的環(huán)境。”

在2019年4月之前，DARPA將繼續(xù)領(lǐng)導(dǎo)CODE項(xiàng)目，之后其將轉(zhuǎn)化到海軍航空系統(tǒng)司令部。然而，斯科特·韋爾茨巴諾夫斯基表示，他真心希望把“小精靈”和CODE項(xiàng)目放在一起。“雖然這兩個項(xiàng)目是分別設(shè)計(jì)的，但是如果把它們相結(jié)合并進(jìn)行演示驗(yàn)證將是很有價值的，可以看看無人機(jī)蜂群真正可以執(zhí)行什么任務(wù)。”

斯科特·韋爾茨巴諾夫斯基目前每周都與國防部相關(guān)機(jī)構(gòu)對話，一些人對項(xiàng)目表示出了興趣，但是興趣尚未變?yōu)橥顿Y。

人道主義援助

無人機(jī)蜂群也可以用于人道主義援助，例如災(zāi)難救援。美空軍研究實(shí)驗(yàn)室（ AFRL）正在和懷特兄弟研究所以及代頓大學(xué)研究所聯(lián)合開展“蜂群和搜索Al挑戰(zhàn)”項(xiàng)目。該項(xiàng)目將與英國的一個類似的競賽項(xiàng)目同時進(jìn)行。

2018年4月，英國國防科學(xué)和技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的代表到懷特兄弟實(shí)驗(yàn)室訪問時提出了上述想法。當(dāng)時野火正在加州肆虐，而另一場野火也為英國造成了嚴(yán)重?fù)p失。為了進(jìn)行人道主義挑戰(zhàn)賽，兩個實(shí)驗(yàn)室接觸了非傳統(tǒng)的小型企業(yè)和大學(xué)。希區(qū)柯克表示：“因?yàn)樗麄儾⒉幌雲(yún)⑴c軍事任務(wù)。”

挑戰(zhàn)賽要求參賽人員研究在繪制火場地圖時如何規(guī)劃和控制小型無人機(jī)蜂群。研究團(tuán)隊(duì)必須使用基于AFRL平臺的無人機(jī)設(shè)計(jì)和傳感器工具以及人工智能技術(shù)，并提出完成任務(wù)的最有效方式。AFRL小型企業(yè)高級技術(shù)顧問米克·希區(qū)柯克（ Mick Hitchcock）表示，英國林業(yè)局將為所有團(tuán)隊(duì)發(fā)布問題描述的視頻。“挑戰(zhàn)雖然聚焦人道主義救援，但是事實(shí)上與空軍感興趣的點(diǎn)也十分契合”。

挑戰(zhàn)賽的第一個任務(wù)場景讓團(tuán)隊(duì)熟悉了軟件。之后的場景隨著挑戰(zhàn)的進(jìn)行而不斷增加難度，并在3月29-31的“最終決戰(zhàn)”活動中達(dá)到了高潮。

人工智能組件

威爾·羅珀承認(rèn)美空軍需要更多的人工智能，同時讓跨系統(tǒng)的軟件和聯(lián)網(wǎng)技術(shù)適應(yīng)傳統(tǒng)的采辦規(guī)則也是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

威爾·羅珀表示，目前為止維護(hù)任務(wù)已被證明是人工智能工作的“沃土”，但在能夠影響任務(wù)和生命系統(tǒng)中，人工智能的使用風(fēng)險越來越高。

不過，研究人員正在取得進(jìn)展。斯科特·韋爾茨巴諾夫斯基說：“這已經(jīng)不是10-15年后的事情了。這是一項(xiàng)可以在未來一兩年內(nèi)實(shí)施的計(jì)劃，并與我們現(xiàn)有的武器系統(tǒng)或其改型一起使用。”