高度關(guān)注集群智能發(fā)展應(yīng)對無人作戰(zhàn)對現(xiàn)代戰(zhàn)爭的深刻改變

中國航空規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院有限公司 佟京昊

2020 年7 月23 日，習(xí)近平總書記在視察空軍航空大學(xué)無人機(jī)實(shí)驗(yàn)室時指出：“現(xiàn)在各類無人機(jī)系統(tǒng)大量出現(xiàn)，無人作戰(zhàn)正在深刻改變戰(zhàn)爭面貌。要加強(qiáng)無人作戰(zhàn)研究，加強(qiáng)無人機(jī)專業(yè)建設(shè)，加強(qiáng)實(shí)戰(zhàn)化教育訓(xùn)練，加快培養(yǎng)無人機(jī)運(yùn)用和指揮人才。”

一、境外集群智能無人機(jī)發(fā)展情況

無人機(jī)自20 世紀(jì)七八十年代正式投入戰(zhàn)爭以來，一直以無傷亡、多用途、小巧靈活等優(yōu)勢活躍在現(xiàn)代軍事行動當(dāng)中。在著名的“貝卡谷地空戰(zhàn)”中，以色列正是通過釋放大量誘餌無人機(jī)，成功誘騙敘利亞防空部隊(duì)的雷達(dá)開機(jī)并發(fā)射防空導(dǎo)彈。在預(yù)警機(jī)等電子戰(zhàn)裝備的支援下，以色列的美式空戰(zhàn)體系成功使敘利亞耗資數(shù)十億美金開發(fā)的蘇式防空戰(zhàn)術(shù)瞬間失靈，貝卡谷地內(nèi)的薩姆（SAM）系列防空導(dǎo)彈系統(tǒng)被悉數(shù)擊毀，大量戰(zhàn)機(jī)被擊落，成就了西方軍事屆吹噓多年的82∶0 的輝煌空戰(zhàn)戰(zhàn)果，并將世界空中戰(zhàn)爭從“平臺對平臺”時代推入“體系對體系”時代。

作為世界軍事革命的領(lǐng)跑者，美國近年來在人工智能軍事化發(fā)展方面持續(xù)發(fā)力，已取得足以改變未來戰(zhàn)爭模式的巨大技術(shù)進(jìn)展。美國陸海空三軍均發(fā)展了一系列智能化裝備項(xiàng)目，并列裝了數(shù)以萬計(jì)的無人化智能武器系統(tǒng)平臺，無人武器裝備作戰(zhàn)方式正由傳統(tǒng)的配合軍事人員的人-機(jī)協(xié)同模式向武器裝備間自主協(xié)同的智能集群作戰(zhàn)模式過渡。

美國國防部高級研究計(jì)劃局（DARPA）作為引導(dǎo)美軍技術(shù)變革的核心力量，自20 世紀(jì)后期開始就資助了一系列人工智能領(lǐng)域的技術(shù)研究，其中將集群智能（Swarm Intelligence）應(yīng)用于軍事領(lǐng)域一直是其重點(diǎn)研究方向之一，并在近幾年間逐步取得突破。2014 年，DARPA 提出在拒止環(huán)境中實(shí)現(xiàn)機(jī)器協(xié)同作戰(zhàn)（CODE）項(xiàng)目，主要內(nèi)容就是研究無人機(jī)集群智能作戰(zhàn)體系架構(gòu)和開發(fā)相關(guān)算法軟件。該項(xiàng)目進(jìn)展順利，整個項(xiàng)目的3 個階段已于2018 年底結(jié)束。除DARPA 外，美國國防部戰(zhàn)略能力辦公室（SCO）和海陸空三軍研究機(jī)構(gòu)都開展了各自的無人裝備集群智能項(xiàng)目研究。

美國空軍分別在2014 年和2016 年公布了《遙控駕駛無人機(jī)飛機(jī)指導(dǎo)：愿景與賦能概念2013—2038》與《2016—2036 小型無人機(jī)系統(tǒng)飛行規(guī)劃》，根據(jù)起飛質(zhì)量不同對中高端遙控?zé)o人機(jī)（RPA）和小型無人機(jī)系統(tǒng)（SUAS）進(jìn)行了分類，并提出了完全不同的應(yīng)用設(shè)想和技術(shù)要求。美軍在中東和阿富汗戰(zhàn)場應(yīng)用了一系列戰(zhàn)術(shù)，使得以“全球鷹”和“捕食者”為代表的RPA 類無人機(jī)被公眾所熟知，但是使未來作戰(zhàn)方式和戰(zhàn)場環(huán)境改變更大的卻可能是尚不為大眾所了解的SUAS 類小型智能無人機(jī)集群。

好萊塢電影《天使陷落》中展示了一種尚未在實(shí)戰(zhàn)中應(yīng)用的全新戰(zhàn)法——無人機(jī)集群自主攻擊，由數(shù)百架無人機(jī)組成的集群自主進(jìn)行飛行編隊(duì)、戰(zhàn)術(shù)突防、追蹤攻擊目標(biāo)，只需得到擊殺許可，就可自行擊殺目標(biāo)，而遠(yuǎn)程控制者只需審查批準(zhǔn)被攻擊對象是否可被擊殺即可。需要指出，這一戰(zhàn)法并不是來源于編導(dǎo)的腦洞大開，而是基于共識主動性（stigmergy）的自主協(xié)同集群智能無人機(jī)（SUAS）典型的戰(zhàn)法應(yīng)用之一[1]。

圖1 美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室（AFRL）的無人系統(tǒng)自主性技術(shù)發(fā)展情況

二、共識主動性與集群智能

集群智能是一項(xiàng)足以改變戰(zhàn)爭模式和戰(zhàn)爭規(guī)則的顛覆性技術(shù)，也是美軍無人軍事裝備的風(fēng)向標(biāo)領(lǐng)域。集群智能本質(zhì)上屬于仿生學(xué)領(lǐng)域，來源于人類對動物集群行為（Swarm behaviour）的觀察，包括蜂群、蟻群的活動和候鳥的遷移等。1959 年，法國生物學(xué)家PierrePaul Grasse 在研究昆蟲的群體行為模式時發(fā)現(xiàn)，大群落昆蟲之間存在高度結(jié)構(gòu)化組織和行為方式，可以使昆蟲群體完成遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出個體能力的復(fù)雜任務(wù)，使無智能生物通過集群行為展現(xiàn)出具有組織性、協(xié)調(diào)性等特點(diǎn)的智能化行為特征。蟻群的工作模式就是這種智能集群的典型代表，美國有專門的團(tuán)隊(duì)歷時數(shù)年觀察和研究行軍蟻和阿塔切葉蟻之間復(fù)雜的攻防戰(zhàn)爭。這些無智能昆蟲通過個體之間簡單的信息傳遞，在大規(guī)模集群（百萬級）作戰(zhàn)中表現(xiàn)出能夠根據(jù)環(huán)境情況和對手行為而進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)轉(zhuǎn)換和戰(zhàn)法配合的典型智能行為特征。

顯然集群智能技術(shù)如能應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，將帶來顛覆性變革。近年來，美軍一直在不斷加強(qiáng)軍事領(lǐng)域集群智能應(yīng)用的研究。美國國防部于2007 年將原無人機(jī)發(fā)展路線圖更名為無人系統(tǒng)路線圖，開始統(tǒng)籌推進(jìn)各種智能武器裝備的發(fā)展。2018 年10 月，美國雷神公司公布了其開發(fā)的使無人機(jī)群無需依賴地面控制站就能進(jìn)行自行定位、自主決策的無人機(jī)集群控制技術(shù)。美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室（AFRL）的無人系統(tǒng)自主性技術(shù)發(fā)展情況如圖1 所示。

實(shí)現(xiàn)集群智能的關(guān)鍵在于共識主動性的建立。共識主動性是一種集群內(nèi)個體根據(jù)集群信息而采取相應(yīng)行為的群體行為機(jī)制。螞蟻?zhàn)鳛橐环N簡單的無智商昆蟲，雖然只是通過其他成員遺留在環(huán)境上的信息素來相互交流，但卻讓它們的大集群行動具備智能化特點(diǎn)，可以完成多種復(fù)雜協(xié)同工作。共識主動性是集群內(nèi)成員根據(jù)集群環(huán)境信息確定行為方式的一種行為機(jī)制，因此群體行為不需要存在具備指揮、控制功能的超級個體，就能產(chǎn)生復(fù)雜的行為方式。因此，共識主動性是一種以去中心化為特點(diǎn)、自組織的系統(tǒng)性行為方式，使得集群行動不需要任何集中規(guī)劃、控制，甚至也不需要個體之間的直接通信，而是基于一種復(fù)雜的行為模式和集群結(jié)構(gòu)，使得低智能的個體之間保持高效協(xié)作，不需要個體具備復(fù)雜的存儲、邏輯、通信能力，甚至在彼此不能感知的情況下，也能完成復(fù)雜的群體行動任務(wù)。

基于共識主動性的集群智能技術(shù)就是一種典型的去中心化技術(shù)，而去中心化也正是集群智能技術(shù)的優(yōu)勢所在。只要智能集群中不存在控制中心，任意一臺智能集群武器平臺的損毀對整個集群而言就無法產(chǎn)生整體性影響；同時，不論增加多少武器平臺進(jìn)入集群，都不會對集群造成指揮、通信或算力負(fù)擔(dān)。事實(shí)上，昆蟲的作戰(zhàn)模式就是去中心化的，其作戰(zhàn)反而比具備高等智能的其他生物更堅(jiān)決、更統(tǒng)一、更具大集群優(yōu)勢，這就是集群智能這一技術(shù)應(yīng)用于戰(zhàn)爭的根本優(yōu)勢所在。

但是去中心化并不意味著沒有分工，在螞蟻的戰(zhàn)斗行動中，不同體型的螞蟻也有完全不同的職責(zé)分工，因此只要在同一集群智能體系中，各裝備根據(jù)自身特點(diǎn)進(jìn)行職能分工，甚至是根據(jù)重要性進(jìn)行排序，同樣可以組成復(fù)雜的作戰(zhàn)體系。基于集群智能的自主協(xié)同武器裝備體系一旦投入戰(zhàn)爭，將在戰(zhàn)術(shù)層面對所有以人類智能為基礎(chǔ)的部隊(duì)形成壓倒性優(yōu)勢；其擁有完美的戰(zhàn)斗技巧和極其成熟的團(tuán)隊(duì)合作模式，卻毫無個人意識，完全沒有恐懼、猶豫甚至榮譽(yù)感，始終極端冷靜地分析周圍環(huán)境、戰(zhàn)場變化和團(tuán)隊(duì)需求，并且一直保持100%的戰(zhàn)斗熱情，隨時準(zhǔn)備為達(dá)成戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)而犧牲。

三、集群智能作戰(zhàn)帶來的挑戰(zhàn)

強(qiáng)進(jìn)攻、難防御是集群智能機(jī)器作戰(zhàn)的主要特點(diǎn)。美國海軍研究院曾以無人機(jī)集群為假想敵攻擊具備最先進(jìn)的“宙斯盾”防空系統(tǒng)的航母艦隊(duì)。多次模擬試驗(yàn)表明，只要有8 架無人機(jī)通過集群行為攻擊，就會有2.8 架無人機(jī)能躲過攔截，命中目標(biāo)。即使“宙斯盾”系統(tǒng)按照現(xiàn)有最先進(jìn)的技術(shù)來升級，8 架無人機(jī)中至少也有1 架無人機(jī)可突防成功。如果無人機(jī)的數(shù)量增至10 架以上，則“宙斯盾”系統(tǒng)只能攔截前面的7 架左右。集群智能的優(yōu)勢就是大規(guī)模協(xié)同，伴隨著進(jìn)攻無人機(jī)數(shù)量的提升，這種優(yōu)勢將進(jìn)一步加大。

廉價(jià)可損傷將成為未來智能武器的另一個重要特征之一。機(jī)器作戰(zhàn)與人類作戰(zhàn)在本質(zhì)上是不同的，機(jī)器作戰(zhàn)中通過犧牲和損失部分武器裝備平臺以達(dá)成目標(biāo)將是常規(guī)戰(zhàn)術(shù)之一，因此可損傷、低成本的武器平臺將成為未來智能武器裝備平臺區(qū)別于當(dāng)前載人武器平臺的重要特點(diǎn)之一。目前，美國空軍已經(jīng)公開征集下一代低成本可損傷航空器的設(shè)計(jì)方案。

智能集群裝備對戰(zhàn)將使戰(zhàn)爭重回以量取勝時代，在傳統(tǒng)大集群戰(zhàn)爭中，參戰(zhàn)個體數(shù)量與指揮效率是負(fù)相關(guān)的。但是在集群智能作戰(zhàn)狀態(tài)下，參展個體數(shù)量的增加將同時提升作戰(zhàn)集群的戰(zhàn)斗力和運(yùn)算能力，戰(zhàn)法選擇也更多樣，所以數(shù)量上的優(yōu)勢將成為關(guān)鍵性優(yōu)勢。而由于人工智能的訓(xùn)練程度與智能化程度是集群智能的核心技術(shù)，平臺自身的性能差距造成的戰(zhàn)力區(qū)別將可能被縮小。

目前，伴隨著5G、星鏈、大運(yùn)載火箭等先進(jìn)技術(shù)的不斷突破，大規(guī)模智能集群系統(tǒng)投入實(shí)戰(zhàn)的技術(shù)環(huán)境正在迅速成熟。自主協(xié)同的智能集群武器裝備的出現(xiàn)顛覆了傳統(tǒng)高性能載人武器在戰(zhàn)場的優(yōu)勢地位，這種顛覆性軍事技術(shù)的突破與成功，將有可能使軍事強(qiáng)國幾十年來積累的軍事霸權(quán)優(yōu)勢被抵消，的確需要在戰(zhàn)略層面加以重視。