智能化對(duì)未來空中作戰(zhàn)的重塑
——有人無人協(xié)同空中作戰(zhàn)制勝機(jī)理

李 飛 王世梅 呂永健 胡 榮

近年來，人工智能技術(shù)不斷突破技術(shù)瓶頸，迎來了從“不能用、不好用”到“可以用”的質(zhì)變，在眾多領(lǐng)域都取得了前所未有的重大成果，如機(jī)器翻譯、語音識(shí)別、圖像識(shí)別等，正在引領(lǐng)新一輪產(chǎn)業(yè)革命。恩格斯曾鮮明指出，“技術(shù)上一旦進(jìn)步到可以用于軍事目的并且已經(jīng)用于軍事目的，它們便立即幾乎強(qiáng)制性地、且往往是違背指揮官意志地引起作戰(zhàn)方式上的改變甚至變革”。

受戰(zhàn)爭(zhēng)需求和軍事斗爭(zhēng)準(zhǔn)備的強(qiáng)力牽引，軍事領(lǐng)域智能化進(jìn)程步伐加快，態(tài)勢(shì)感知、信息處理、指揮控制、輔助決策、無人作戰(zhàn)等發(fā)展如火如荼。空中作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)復(fù)雜、節(jié)奏緊湊、對(duì)抗性強(qiáng)，對(duì)智能化的需求尤為迫切。通過采用人工智能和群體智能技術(shù)，無人機(jī)自主能力、協(xié)同能力可得到極大提升。2020年8月，DARPA曾舉辦“阿爾法狗斗試驗(yàn)”（Alpha Dogfight）決賽，AI算法在虛擬空戰(zhàn)中以5:0的壓倒性優(yōu)勢(shì)擊敗了駕駛虛擬F-16戰(zhàn)斗機(jī)的飛行員。當(dāng)然，我們也要清醒的認(rèn)識(shí)到，在目前弱智能時(shí)代，即智能化系統(tǒng)的通用性、自主性還未完全突破，智能系統(tǒng)只能完成某一類特定任務(wù)，基于人工智能技術(shù)的無人機(jī)及其作戰(zhàn)運(yùn)用在短時(shí)間內(nèi)難以全面取代有人機(jī)作戰(zhàn)。

美空軍于2015年啟動(dòng)“忠誠(chéng)僚機(jī)”項(xiàng)目，可以看作是在無人機(jī)高度智能化、具備完全自主空中作戰(zhàn)能力之前，基于現(xiàn)有人工智能和戰(zhàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)化水平，實(shí)施的過渡性質(zhì)、依然需要“人在回路中”的作戰(zhàn)概念。該項(xiàng)目通過有人機(jī)與無人機(jī)取長(zhǎng)補(bǔ)短、高效協(xié)同與有效集成，實(shí)現(xiàn)態(tài)勢(shì)感知多元，攻擊方式多樣以及“挨刀你來、好處我占”的低死傷效果。目前，該項(xiàng)目已經(jīng)由第一階段“飛行控制的技術(shù)突破”轉(zhuǎn)向第二階段“任務(wù)能力生成”。2020年12月，美空軍的F-22、F-35和克拉托斯公司研制的XQ-58A無人機(jī)在亞利桑那州的尤馬試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行了飛行試驗(yàn)。2021年11月，美國(guó)克拉托斯公司表示其已完成XQ-58A無人機(jī)向美空軍的交付。

智能化有人無人協(xié)同空中作戰(zhàn)概念

空中協(xié)同作戰(zhàn)一般是指一定規(guī)模數(shù)量和功能的多種有人機(jī)之間的協(xié)同，而隨著無人機(jī)任務(wù)能力的提升和規(guī)模化運(yùn)用，有人機(jī)與無人機(jī)之間協(xié)同進(jìn)行空中作戰(zhàn)已經(jīng)成為未來空中作戰(zhàn)的必然趨勢(shì)。傳統(tǒng)的有人機(jī)與無人機(jī)相協(xié)同的空中作戰(zhàn)是按照預(yù)定規(guī)劃的協(xié)同，即無人機(jī)以配合、支援有人機(jī)空中作戰(zhàn)為目的，在地面站的控制下，按照預(yù)先規(guī)劃的空域、航線和時(shí)間，執(zhí)行預(yù)先偵察、箔條撒播、通信中繼、定向電子干擾等戰(zhàn)術(shù)任務(wù)。通過資源的充分配置和任務(wù)的合理分配實(shí)現(xiàn)減少人員投入、降低作戰(zhàn)成本、提高作戰(zhàn)效能的目的。

美空軍XQ-58A、MQ-20等無人機(jī)與有人機(jī)智能化協(xié)同作戰(zhàn)的核心支撐是美空軍正在開發(fā)的天空博格人（Skyborg）自主核心系統(tǒng)。天空博格人系統(tǒng)將賦予無人機(jī)更高的智能化水平和基于人工智能的輔助決策能力，使無人機(jī)具備自主化、智能化以及與有人機(jī)實(shí)施高水平自適應(yīng)、可重構(gòu)、可擴(kuò)充的協(xié)同作戰(zhàn)能力。

在2020年的“阿爾法狗斗試驗(yàn)”中，AI算法戰(zhàn)勝了飛行員

智能時(shí)代的有人無人協(xié)同空中作戰(zhàn)，則是在信息化的空戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下，以高效協(xié)同為主要形式，具有相當(dāng)智能化水平的無人機(jī)與有人機(jī)之間進(jìn)行互補(bǔ)增效，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)感知戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)、優(yōu)化配置作戰(zhàn)資源、智能分解作戰(zhàn)任務(wù)、高效達(dá)成作戰(zhàn)目標(biāo)、動(dòng)態(tài)精確評(píng)估效果的空中作戰(zhàn)樣式。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，在無人機(jī)智能化水平尚無法支撐完全自主空戰(zhàn)的階段，有人無人協(xié)同空中作戰(zhàn)目前還處在“半自主”階段，即以有人機(jī)為主干，無人機(jī)為配合，美空軍“忠誠(chéng)僚機(jī)”項(xiàng)目是該階段的典型代表。

從目的上看，智能化有人無人協(xié)同作戰(zhàn)，一方面繼承了當(dāng)前有人無人協(xié)同作戰(zhàn)“無人”和“協(xié)同”的優(yōu)勢(shì)。“無人”優(yōu)勢(shì)即以低成本無人機(jī)替代或掩護(hù)高價(jià)值有人作戰(zhàn)平臺(tái)，降低戰(zhàn)場(chǎng)損失和作戰(zhàn)成本并且能夠消耗對(duì)手作戰(zhàn)資源，“協(xié)同”優(yōu)勢(shì)即通過合理配置作戰(zhàn)資源和分配作戰(zhàn)任務(wù)，增加作戰(zhàn)體系能力冗余和結(jié)構(gòu)彈性，通過提高任務(wù)效率提升作戰(zhàn)效能；另一方面則是智能時(shí)代空中作戰(zhàn)領(lǐng)域“技術(shù)決定戰(zhàn)術(shù)”規(guī)律的體現(xiàn)，隨著無人機(jī)智能化和自主作戰(zhàn)能力的不斷提升，有人機(jī)與無人機(jī)之間的協(xié)同將逐步弱化有人機(jī)的控制地位，進(jìn)一步提升作戰(zhàn)體系的戰(zhàn)場(chǎng)生存能力和協(xié)同作戰(zhàn)能力，通過群體智能實(shí)現(xiàn)空中作戰(zhàn)能力的“躍升”。

隨著智能技術(shù)的不斷突破，有人無人協(xié)同作戰(zhàn)并不會(huì)被無人機(jī)獨(dú)立自主空戰(zhàn)所完全取代，戰(zhàn)爭(zhēng)的根本屬性是政治性，還是要有人的參與和主導(dǎo)。在大規(guī)模、強(qiáng)對(duì)抗、瞬息變化的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下，面向不同作戰(zhàn)任務(wù)生成適用的作戰(zhàn)規(guī)則會(huì)受到倫理、道德等因素的制約。在高度智能化時(shí)代，有人無人協(xié)同作戰(zhàn)將進(jìn)入到“去中心化”和“全自主”階段，即有人機(jī)與無人機(jī)都可以作為戰(zhàn)場(chǎng)空間的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，作戰(zhàn)流程的“驅(qū)動(dòng)者”可以在不同平臺(tái)之間切換或分配，在全域多維空間實(shí)現(xiàn)有人機(jī)與無人機(jī)的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)和分工協(xié)作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)空中作戰(zhàn)體系效能的最優(yōu)。

智能化有人無人協(xié)同空中作戰(zhàn)支撐技術(shù)

智能化有人無人協(xié)同空中作戰(zhàn)的實(shí)質(zhì)是在大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、信息組網(wǎng)、機(jī)器學(xué)習(xí)等智能技術(shù)的支撐下，實(shí)現(xiàn)有人機(jī)與無人機(jī)的動(dòng)態(tài)協(xié)同，生成空中新質(zhì)作戰(zhàn)力量體系，高效完成協(xié)同偵察感知，協(xié)同指揮控制，協(xié)同火力打擊、壓制和電磁干擾協(xié)同制空作戰(zhàn)等任務(wù)。以人工智能技術(shù)為核心的一系列技術(shù)創(chuàng)新和突破將是智能化有人無人協(xié)同空中作戰(zhàn)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。

通過感知戰(zhàn)場(chǎng)時(shí)間、空間等態(tài)勢(shì)信息，進(jìn)而通過數(shù)據(jù)分析、挖掘和評(píng)估得到戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境狀態(tài)、對(duì)手企圖以及對(duì)態(tài)勢(shì)發(fā)展趨勢(shì)的理解，為作戰(zhàn)方案制定和任務(wù)分配提供依據(jù)。其中，多源異構(gòu)信息融合技術(shù)和延遲丟包條件下的信息融合技術(shù)是空中戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)生成和快速評(píng)估的關(guān)鍵技術(shù)。有人無人協(xié)同空中作戰(zhàn)，傳感器信息具有多源、異構(gòu)特性。在強(qiáng)電磁對(duì)抗特征明顯的空中戰(zhàn)場(chǎng)，各平臺(tái)之間難以做到實(shí)時(shí)、可靠連通，因此，不確定、大延遲、數(shù)據(jù)丟包條件下的信息融合尤為關(guān)鍵。

數(shù)據(jù)鏈技術(shù)是實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸、交換和共享的關(guān)鍵，是實(shí)現(xiàn)協(xié)同的前提和基礎(chǔ)。空中戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的高動(dòng)態(tài)性和強(qiáng)對(duì)抗性以及作戰(zhàn)目標(biāo)的高價(jià)值和高時(shí)間敏感性，使有人無人協(xié)同空中作戰(zhàn)過程中各平臺(tái)飛行航跡的動(dòng)態(tài)規(guī)劃的精度和效率要求越來越高。合理分配作戰(zhàn)任務(wù)是協(xié)同作戰(zhàn)的關(guān)鍵，在智能化有人無人協(xié)同空中作戰(zhàn)過程中，分布式?jīng)Q策技術(shù)是在有人機(jī)與無人機(jī)之間進(jìn)行任務(wù)分配的使能技術(shù)，目的在于既能夠最大限度發(fā)揮無人機(jī)的自主作戰(zhàn)能力，又要充分發(fā)揮有人機(jī)能動(dòng)指揮控制的作用。

XQ?58A無人機(jī)

從態(tài)勢(shì)感知、情報(bào)處理到編隊(duì)協(xié)同自主控制和分布式?jīng)Q策都需要人工智能技術(shù)的不斷突破和支撐。隱身和高超聲速是未來空中作戰(zhàn)主干平臺(tái)的主要技術(shù)特征，弱智能時(shí)代無人機(jī)作為空中協(xié)同作戰(zhàn)的“僚機(jī)”和“配角”，其隱身、速度以及機(jī)動(dòng)能力將在很大程度上決定整個(gè)編隊(duì)的相關(guān)突防能力。隨著一系列顛覆性技術(shù)的快速發(fā)展與應(yīng)用，將對(duì)空中對(duì)抗力量與裝備建設(shè)、空中作戰(zhàn)理論創(chuàng)新等產(chǎn)生廣泛而深遠(yuǎn)的影響，也是發(fā)揮有人無人協(xié)同作戰(zhàn)“1+1＞2”的關(guān)鍵。

有人無人協(xié)同空中作戰(zhàn)的制勝機(jī)理

有人機(jī)與無人機(jī)以及多無人機(jī)協(xié)同化、集群化作戰(zhàn)，是無人機(jī)智能化水平不斷提高的背景下空中作戰(zhàn)樣式發(fā)展的必然趨勢(shì)。智能時(shí)代的有人無人協(xié)同空中作戰(zhàn)行動(dòng)既體現(xiàn)傳統(tǒng)空中作戰(zhàn)強(qiáng)勝弱敗、以快制慢等一般規(guī)律，又呈現(xiàn)出智能化、網(wǎng)絡(luò)化、體系化作戰(zhàn)行動(dòng)所賦予的特殊制勝規(guī)律。

未來的有人無人空中作戰(zhàn)必將是體系層面的整體對(duì)抗，作戰(zhàn)要素是否齊全、任務(wù)分配是否合理、信息流動(dòng)是否順暢賦能將成為達(dá)成空中作戰(zhàn)目標(biāo)的物質(zhì)基礎(chǔ)和前提。基于分布式任務(wù)決策和高效協(xié)同控制等智能技術(shù)，可以將部分大型、高端、昂貴的有人機(jī)功能分解到大量無人機(jī)平臺(tái)上，通過體系化思想和智能化技術(shù)，將少量有人機(jī)和大量無人機(jī)形成統(tǒng)一的空戰(zhàn)整體。具有分布式協(xié)同作戰(zhàn)能力的智能化無人機(jī)可大幅降低任務(wù)成本，提高作戰(zhàn)靈活性，而且大量的目標(biāo)可使敵方防御系統(tǒng)產(chǎn)生“飽和”而無法全部應(yīng)對(duì)，或達(dá)成部分消耗對(duì)手防空火力的目的。

MQ-20無人機(jī)

在有人無人協(xié)同空中作戰(zhàn)力量體系中，硬殺傷武器系統(tǒng)對(duì)信息的依賴性日益增大，指揮控制、情報(bào)綜合、信息處理等的建設(shè)水平直接影響武器裝備效能的發(fā)揮。這就要求力量編成上必須注重軟硬兼?zhèn)洌皇谴_保硬打擊能力有效使能，二是可以實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)能力硬打擊與軟殺傷兼具。目前，美軍以有人無人協(xié)同化空中作戰(zhàn)任務(wù)能力為牽引，立項(xiàng)研制了F-16改型無人機(jī)QF-16、UTAP-22灰鯖鯊、XQ-58A女戰(zhàn)神以及小精靈等蜂群無人機(jī)。

美國(guó)空軍《2030年空中優(yōu)勢(shì)飛行規(guī)劃》提出了穿透性制空的概念，并將其描述為，“飛機(jī)能夠進(jìn)入，并在由包括陸基導(dǎo)彈和飛機(jī)在內(nèi)的不斷增強(qiáng)的精密空防系統(tǒng)保護(hù)的敵方空域內(nèi)作戰(zhàn)”。穿透性制空將是未來有人無人協(xié)同空中作戰(zhàn)的重要場(chǎng)景。

傳統(tǒng)隱身突防突擊注重利用高端隱身有人機(jī)平臺(tái)及其攜帶的精確制導(dǎo)武器載荷突破對(duì)手防空體系，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)“踹門”的效果。有人無人協(xié)同空中作戰(zhàn)通過隱身高端有人機(jī)平臺(tái)與電子戰(zhàn)能力、火力打擊及消耗能力和隱身突防能力等任務(wù)能力軟硬兼?zhèn)涞臒o人機(jī)平臺(tái)之間的高效協(xié)同，在人工智能、協(xié)同控制、分布式?jīng)Q策等關(guān)鍵技術(shù)的支撐下，在基于隱身能力制空和突防突襲的基礎(chǔ)上，形成高效制空、低風(fēng)險(xiǎn)穿透打擊編隊(duì)，以順利實(shí)現(xiàn)情報(bào)監(jiān)視偵察和目標(biāo)打擊的雙重穿透任務(wù)。

無人機(jī)具有零人員傷亡、持續(xù)作戰(zhàn)能力強(qiáng)、任務(wù)功能多樣化等優(yōu)點(diǎn)，為了應(yīng)對(duì)體系化、信息化、強(qiáng)對(duì)抗的未來戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，無人機(jī)作戰(zhàn)運(yùn)用呈現(xiàn)出從單機(jī)向多機(jī)、從單一類型組合向多機(jī)種協(xié)同編隊(duì)、從純無人機(jī)向有人無人協(xié)同方向發(fā)展的趨勢(shì)。通過飛行控制、態(tài)勢(shì)感知、目標(biāo)分配和智能決策，實(shí)現(xiàn)能力互補(bǔ)擴(kuò)展和行動(dòng)協(xié)調(diào)高效。

智能化有人無人協(xié)同空中作戰(zhàn)一方面可以通過高端有人機(jī)的功能分解和智能化無人機(jī)的能力集成，實(shí)現(xiàn)小兵力投入、小人員傷亡代價(jià)達(dá)成超預(yù)期作戰(zhàn)效果；另一方面通過空、天、電磁空間以及硬打擊、軟殺傷、擾認(rèn)知等多維多域能力的有效集成，可以在有限時(shí)間內(nèi)快速放大作戰(zhàn)效果，達(dá)成制空、突擊、震懾以及支撐后續(xù)行動(dòng)等作戰(zhàn)目標(biāo)，通過大體系支撐下的小行動(dòng)，實(shí)現(xiàn)以點(diǎn)破面，小戰(zhàn)而屈人之兵。

結(jié)語

隨著無人機(jī)平臺(tái)智能化水平的不斷提升，有人無人協(xié)同作戰(zhàn)將是高強(qiáng)度、快節(jié)奏和復(fù)雜化戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下空中作戰(zhàn)的主要發(fā)展趨勢(shì)。可以認(rèn)為，以人工智能技術(shù)為代表的一系列智能化技術(shù)正在重塑未來的空中作戰(zhàn)。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，有人無人協(xié)同空中作戰(zhàn)已經(jīng)不是單純的作戰(zhàn)概念，其在關(guān)鍵技術(shù)、典型裝備和作戰(zhàn)行動(dòng)中進(jìn)入到實(shí)踐層面，成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。本文從無人裝備發(fā)展和智能技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)出發(fā)，研究了智能化時(shí)代有人無人協(xié)同作戰(zhàn)概念內(nèi)涵，提出了支撐智能化有人無人協(xié)同空中作戰(zhàn)的關(guān)鍵技術(shù)，系統(tǒng)分析了有人無人協(xié)同空中作戰(zhàn)的制勝機(jī)理。