人工智能技術對未來空戰武器的變革與展望

鮮 勇，李 揚

(1.海軍裝備部駐洛陽地區軍事代表室，河南 洛陽 471009；2.中國空空導彈研究院，河南 洛陽 471009)

0 引 言

目前，人工智能(Artificial Intelligence，AI)技術的研究正在全球范圍內如火如荼地開展，其將深刻改變人類社會和世界的面貌。人工智能在武器裝備上的應用也愈來愈多，被稱為戰爭史上繼火藥、核武器之后的“第三次革命”，正在加速叩開未來智能化戰爭的大門。世界各個軍事強國都將人工智能技術提升到了國家戰略層次，從頂層設計、基礎研究、科研預算等諸方面給予了海量的支持。在未來，誰掌握了更高的人工智能化武器，誰就將從根本上改變未來作戰模式以及戰爭的理論。

未來戰爭的智能化發展在空戰領域表現尤為突出，其中，無人作戰飛機的不斷升級開發、分布式蜂群作戰體系、有人/無人協同作戰等新概念的預先研究、智能化指揮所等都將引發未來空戰的變革，也必將引起未來空中對抗的進一步演進。本文從國外最新空戰的發展和演變出發，結合了目前人工智能技術的軍事應用，分析了對未來空戰武器發展的影響，提出了在未來空戰武器變革中的一些借鑒[1-3]。

1 美軍空戰體系發展

1.1 美國空軍智能化作戰概念

根據美軍“武庫機”、“穿透型制空”、“忠誠僚機”、“分布式空戰”等作戰概念，其未來的空戰體系如圖1所示[4]。有人/無人機群組成空中“航母編隊”體系，以大型運輸機/轟炸機攜帶大量的中小型無人機或空空導彈作為“母艦”，以空中預警機、多功能有人戰斗機、無人作戰飛機(含無人偵察機、無人電子戰飛機和無人攻擊機等)等作為“編隊成員”[5]。交戰中，運輸機/轟炸機部署在最后，承擔射手的角色；預警機/多功能戰機居中，承擔前線指揮、控制、通信中繼的角色；最前方是前突的無人作戰飛機，承擔戰場偵察、電子干擾、誘餌欺騙和火力攻擊等角色；必要時，運輸機/轟炸機大批量施放中小型無人機或空空導彈，由多功能戰機指揮，以飽和攻擊的形式對空中/地面目標進行打擊，奪取制空權[6-7]。

美國的國防高級研究計劃局(DARPA)在2014年提出“體系集成技術和試驗”(So SITE)項目，最終的目標是將作戰飛機的作戰能力分散到大量的小型平臺上，通過各個平臺間的數據共享、多機組網、協同配合以及不同任務模塊的裝用、連接，形成多域協同的空中作戰體系。DARPA 設計了未來基于SoSITE體系空戰的經典模式，其中作戰飛機僅充當指控平臺，在敵防空火力外指揮。該空中平臺配備有情報、監視、偵察、干擾系統的無人機/導彈集群，這些作戰武器可以突入敵防空區，并向己方平臺發回目標信息，同時進行近距干擾；機載計算機處理這些信息，提出作戰方案，供飛行員決策；然后，大量低成本的武器展開“蜂群”式攻擊，突破防御，摧毀雷達，打開通道，讓己方之后的空中力量得以通過，完成對既定目標的精確打擊任務[8],如圖2所示。

圖1 美國未來空戰體系[7]Fig.1 Future American air combat conception map[7]

美國空軍研究實驗室(AFRL)于2017 年12 月授予承包商合同開發灰狼(Gray-wolf)巡航導彈實驗項目，研發蜂群、自主巡航導彈，導彈平臺可以配裝動力學打擊、電子攻擊和情報監聽偵察等各類載荷。DARPA 的小精靈(Gremlins)項目中攜帶不同載荷的無人飛行器平臺進行集群組網協同作戰。

圖2 SoSITE項目協同架構Fig.2 SoSITE project collaborative architecture

據DARPA 設想，美軍在敵防區外發射小精靈(Gremlins)無人機集群，滲透到敵防區內后，針對特定目標共同進行偵察、攻擊或空間定位等作戰任務。蜂群作戰是美軍著眼于未來強對抗環境而探討的全新作戰樣式。與目前作戰樣式相比，集群作戰采用大量具有分布式協同能力的小型無人機，任務成本大幅降低，提高了作戰靈活性，而且憑借自身數量優勢可使敵方防御系統“飽和”而無法全部應對，即使無人機群受到部分損失，作為整體仍可以完成作戰任務[9]。部分蜂群項目列表如表1所示。

表1 美國空軍典型蜂群技術項目Table 1 American air force typical bee colony technology project

1.2 美國空軍智能化作戰武器的關鍵技術

美軍一直在推進單個武器以及武器體系的智能化自主作戰，利用與分析復雜戰場大量的多維度的信息數據，快速、準確地進行感知、處理、傳輸和決策。在對未來空戰的仿真中，例如模式識別、深度學習和運動控制等諸多人工智能的關鍵技術方面都引領了時代前進的步伐，值得借鑒學習:

(1)模式識別技術。彈載計算機利用神經網絡對傳感器數據進行分類、識別，從復雜背景里選取要打擊的目標，賦予武器裝備智能自動目標識別的能力，從而提高了制導武器的制導精度。

(2)深度學習技術。基于神經網絡模型，不斷迭加運算，分析目標特征，完成自主目標任務。將深度學習技術應用于作戰武器的目標辨識和定位，可實現作戰武器的目標自動識別。

(3)運動控制技術。集人工智能感知、反饋和決策于一體，其包括單體控制和群體控制。單體控制通過自我學習，可以不斷積累經驗，智能前進，具備在復雜戰場環境下的運動能力；群體控制通過加裝戰術數據鏈，實現各個單元間的信息共享，從而實現群體移動打擊，完成戰斗目的。

目前整體來看，美軍空戰制導武器智能化水平已經實現了由精確化向智能化的過渡，后續隨著人工智能技術的快速發展，將逐步進入自動適應環境，未來最終實現能夠自主學習的高級智能作戰能力。

2 人工智能空戰武器的發展設想

人工智能技術在軍事領域得到了廣泛應用，從人工智能技術未來的發展水平來看，空戰制導武器的智能化發展可能需要經歷認知、適應和自主三個階段。認知階段:空戰制導武器具有自主感知、交互、決策和執行能力，能夠基于預先存儲設定好的作戰任務；適應階段:空戰制導武器具有自主感知、交互、學習、決策和執行能力，能夠適應一般戰場變化并處理未預先設定的作戰任務；自主階段:空戰制導武器具有自主進化能力，在未知的領域自學習、自適應，并處理未知事件。

美國空軍實驗室定義了自主控制等級(Auto-nomous Control Level,ACL)，作為標準衡量人工智能機器在自主控制方面的水平，如圖3所示。由圖3可以看出，ACL1～3 等級代表著個體性能的逐步提升與完善，ACL4 等級代表單個機器的最高性能，ACL5～10 等級代表智能機器的群體特性[10]。

圖3 美國人工智能機器的發展路線圖Fig.3 Development road-map of US AI

參考圖3人工智能機器的自主等級分類標準，結合人工智能技術和空戰武器技術發展現狀，本文初步給出空戰武器智能化的發展設想:

第一階段，武器遠程打擊各子系統的智能化。該階段主要是將最新的人工智能算法應用到各個子系統上，提高子系統的智能化水平[11]。以制導導彈為例，其子系統包括制導與控制系統、戰斗部系統、推進系統、彈體以及電氣系統，如表2所示。

表2 制導導彈各子系統智能化技術Table 2 Sub-system intelligent technology of guided missile

第二階段，單位作戰武器的智能化。該階段武器的目標是從獲取戰場信息、處理信息、對態勢進行分析判斷、目標決策到執行由作戰武器自主完成[12]，如圖4所示。

第三階段，空戰武器集群智能化。本階段的目標是實現多武器、多平臺之間的協同綜合作戰，如圖5所示。

該階段需要解決各個空戰武器之間以及武器與平臺之間的協作問題，包括:執行空戰任務時單個飛行武器的匹配問題、各個武器間協同行動的能力、各個武器與平臺間操控的能力。其中，需要重點突破的技術包括協同態勢感知生成與評估技術、協同指揮控制技術、協同路徑規劃技術等，實現武器之間、武器和平臺之間的高度協同。

圖4 基于人工智能的空戰武器示意圖Fig.4 Diagram of air combat weapon based on AI

圖5 集群化空戰武器協同作戰示意圖[13]Fig.5 Cooperative operation of cluster air combat weapons[13]

3 未來空戰武器的變革方向

針對上述作戰方式，隨著人工智能化水平的提升，未來空戰武器在以下幾個方面將會發生階躍式的變革性發展。

3.1 更快:天下武功唯快不破

諸如傳統空戰武器最貼近實戰的空空導彈，所面臨的就是如何打擊未來超聲速飛行的戰機。突破高超聲速的飛行，所有圖像的傳輸與處理、飛行與控制都將伴隨人工智能的深度學習才能有進一步的發展。由此看來，對抗的不斷升級加劇了單個武器技術的進步，而單個武器系統的進步需求又訴求于人工智能技術的發展。仿生學、動力學、機電一體化等學科將會在人工智能技術的推進下更付諸于武器應用，這便是變革的開始。

3.2 更準:精確點穴遠程打擊

從點源到面陣，從128×128到1 280×1 280,從單色到雙色，從單一波段到寬頻多光譜，紅外探測器的發展已經使紅外導彈發生了巨變，而深度學習所帶來的人工智能圖像處理又將把紅外導彈發展到新的紀元——超高的識別能力、抗干擾能力、大視場的全捷聯系統等。人工智能模塊的嵌入將大大加速越肩發射，以及發射后截獲的成功概率。

激光智能武器將會走向輕量級、低功耗，作為未來智能防御網的最為關鍵一環，將狙擊來襲空域武器使其致盲，高能激光將成為變革中那濃墨重彩的一筆。

3.3 更精:智能千慮萬無一失

智能化的武器將伴隨人工智能技術水平的提高，能夠適應環境的復雜變化，實現目標的偽裝辨識等智能分析。武器的智能化將從仿生進化到類人，最后超越人類判斷決策。這必將掀起未來空戰變革的帷幕——以機器大腦推演未來戰爭的對局與走向，以及下達每一個戰斗決策的后果與代價，如表3所示。

表3 空戰武器伴隨智能化發展的變革Table 3 Autonomous levels of intelligent air combat weapons

隨著人工智能飛速發展，空戰武器的變革迫在眉睫，以前想都不敢想，甚至神話小說中幻想的情節，都將可能出現在未來作戰中。

4 結 束 語

人工智能技術與空戰武器的結合將會成為未來空戰武器的重點研制方向。誰能夠在智能化的空戰對抗中勝出，誰必將主導未來空域的話語權。人無遠慮必有近憂，不僅要搶先掌握人工智能未來發展的關鍵技術，開展人工智能技術對相關武器的深度開發與研究，提升整軍智能化作戰水平，還要加快智能化在未來空戰武器變革中的主導作用，超前布局人工智能技術在空戰裝備、空戰指揮以及作戰方式等多方面需突破的核心技術，才能更好地適應未來戰爭的發展，掌握未來戰爭的主動權。