基于系統論的無人機蜂群再認識

丁 凡，王勁松，湯紅飛

（國防科技大學電子對抗學院，安徽 合肥 230037）

0 引言

近年來，無人機蜂群是軍事技術的前沿熱點，也是電子戰攻防領域重點研究的對象。美國先后出臺《無人系統一體化路線圖（2013-2038 財年）》、《2016-2036 年小型無人機系統飛行規劃》等一系列發展規劃，加快“小精靈”“灰山鶉”“郊狼”等項目演示驗證，無人機蜂群進入實戰指日可待。和傳統單個無人機作戰平臺相比，無人機蜂群的最大特點在于其系統結構，以及由此帶來的功能涌現。因此，以系統論方法探討無人機蜂群的本質、優勢、運用和應對，是深化無人機蜂群研究的重要視角。

1 無人機蜂群的本質是智能化技術支撐的復雜作戰系統

無人機蜂群作為一種新生事物，是隨著無人系統、智能化等技術的發展，在特定軍事需求刺激下產生的。因此，理解無人機蜂群的本質，應當從系統演變的角度出發，立足智能化技術發展背景，并注意把握無人機蜂群和相近概念、事物的區別。

1.1 智能化、復雜系統是無人機蜂群的兩大核心內涵

當前，關于無人機蜂群的概念并沒有權威定義。2020 年5 月，美國空軍戰略威懾研究中心發布的《無人機蜂群是大規模殺傷性武器嗎？》將無人機蜂群定義為：為實現共同目標而部署的多個無人平臺和武器，之間可以相互通信，并自主改變行為。有的學者認為：無人機蜂群是以智能化無人控制技術和網絡信息系統為支撐的集群式作戰武器。還有的學者認為：無人機蜂群是指具備一定思維能力，可自主協調對敵展開行動的低成本中小型無人機集群。從以上定義可以看出，盡管無人機蜂群的概念表述千變萬化，但均包含兩點核心要義：一是無人機蜂群的技術基礎在于智能化技術所帶來的自主作戰能力，對傳統單個無人機作戰平臺的控制屬于“人在回路中”的指揮控制模式，而無人機蜂群則具備智能特點，能夠自主感知戰場環境，自主做出最佳決策和采取行動，對其控制屬于“人在回路上”的指揮控制模式；二是無人機蜂群是一個復雜作戰系統，盡管蜂群中單個無人機的作戰性能有限，但在智能化技術的支持下，一定數量的無人機組成的蜂群系統卻遵循“結構決定功能”的系統規律，涌現出新的功能和特性，這就決定了研究無人機蜂群必須關注其系統特性。

1.2 不能將無人機群等同于無人機蜂群

無人機群和無人機蜂群是兩個相近概念，但有本質不同，應加以區別。無人機群更多強調要素個體的數量，個體與個體之間沒有相互聯系，其作用機理在于數量疊加帶來的“飽和攻擊”優勢；無人機蜂群更多強調系統內部各要素之間的自主協同，作用機理在于系統結構帶來的涌現性，這也是引用“蜂群”一詞的本意。但在實際研究中，將兩者混為一談的情況經常存在。例如，2018 年1 月俄羅斯駐敘利亞赫梅米姆空軍基地和塔爾圖斯海軍基地遭13 架無人機襲擊，2019 年9 月沙特阿美石油公司的一處油田遭胡賽武裝10 架無人機襲擊。這兩起事件中的主角就是無人機群，而不是無人機蜂群，主要原因就在于這兩次事件中的無人機之間并沒有相互的協調和配合，而是“一窩蜂”地攻擊目標。需要強調的是，這種集群攻擊會收到一定效果，但這種效果多半是“飽和攻擊”所造成的，美國海軍也曾開展過類似的試驗，證明了“飽和攻擊”的效果。而無人機蜂群作戰除了有這種“飽和攻擊”效果，還可通過個體之間的自主協調配合，大幅提升作戰效果和效率。

1.3 不能將無人機蜂群的個體簡單認為都是旋翼無人機

從目前國內開展的無人機蜂群演示驗證項目來看，所使用無人機大多是簡單的民用旋翼無人機，無人機蜂群通常是由數百架四旋翼無人機組成的群體，但不能就據此認為所有的無人機蜂群都是這個樣子。實際中，由于無人機蜂群通常在高威脅環境下作戰，其飛行高度、巡航能力、任務載荷都有嚴格要求，必須滿足一定軍用標準。如從目前美軍披露的“小精靈”無人機X-61A 來看，該型無人機長4.2 m、寬0.75 m、翼展3.47 m，總質量680 kg，最大有效載荷質量為65.7 kg，最大巡航速度數為0.6，最大任務半徑為555.6 km。這與質量幾十千克、續航幾十分鐘的旋翼無人機有重大區別。此外，軍用無人機的導航系統、信息傳輸鏈路等電子信息系統也是軍用級別的，不像民用旋翼無人機具有公開性，難以被截獲、破解和控制。

2 無人機蜂群的最大優勢在于群結構的涌現性

無人機蜂群的優勢并不是無人機系統和集群作戰模式的簡單線性疊加，而是體現在蜂群特定結構所組成作戰系統的整體特性上。因此，從系統涌現的角度可以更加深刻理解無人機蜂群的新功能和新特點。

2.1 靈活結構涌現的多功能

結構決定功能，是系統論的基本觀點，也是無人機蜂群優勢的理論基石。無人機蜂群由眾多無人機個體組成，不同功能載荷、不同類型無人機、不同的組合方式可以形成不同的蜂群結構，從而完成不同作戰環境下的偵察監視、干擾和攻擊任務，這是單個無人機通常所不能完成的。因此，從個體組成的角度來看：無人機蜂群既可以是同構型無人機蜂群，即蜂群內部的無人機個體和載荷都是一樣的，用來執行單一作戰任務；也可以是異構型無人機蜂群，即蜂群內部的無人機個體或載荷是不同的，用來執行多樣化作戰任務。從作戰的綜合對抗屬性來看，執行多樣化作戰任務的異構型無人機蜂群有可能是未來技術裝備發展的重點。

2.2 智能算法支撐的分布化

傳統作戰強調以平臺為中心，由此帶來了功能集中化，從而使大型、高價值作戰平臺成為對方的打擊重點。無人機蜂群和傳統“飽和攻擊”“狼群”的最大特點在于其智能內核支持，帶來的最大變化就是通過自身網絡化結構和智能化算法，使作戰平臺實現“去中心化”，功能上“化整為零”，將傳統單個平臺的偵察、干擾和打擊功能分布到大量的、小型化、低成本平臺上。對于進攻一方來說，無人機蜂群的分布化特點提供了更加多樣的作戰運用方式選擇，既降低了進攻成本，又提高了進攻效率。對于防御一方來說，無人機蜂群的分布化特點使得防御重心和重點目標難以確定，防御難度大大增加。

2.3 動態重組形成的高抗毀

復雜系統的典型特點之一就是能夠根據環境演化，并產生新的結構和功能，從而更好地適應環境。無人機蜂群借助智能算法的支撐，可以在高度變化的威脅環境中動態調整自身結構，或在不同作戰時節采用不同結構，或在蜂群部分無人機被毀的情況下調整結構，從而適應作戰環境，完成作戰任務。動態重組的特點使得無人機蜂群具有很大的結構彈性，即使在少部分無人機被毀的情況下，也能夠在高風險作戰環境下通過動態重組來執行作戰任務，而不至于像當前的單個高價值平臺一樣，一旦被擊毀就會導致作戰任務無法完成。

2.4 大量運用促成的低成本

無人機蜂群使得數量再次成為決定作戰勝負的主要因素，成本成為衡量無人機蜂群作戰運用效費比的重要因素。從目前美軍無人機蜂群演示驗證項目來看，無人機蜂群的數量少則十幾或幾十架，多則上百架，大量運用使得蜂群無人機大規模批量生產成為可能，其造價相對有人平臺也更加低廉。數據顯示，1架“全球鷹”無人機的單價超過了1 億美元，有人偵察/干擾飛機的造價甚至更高，而1 架“小精靈”無人機的價格大約在100 萬美元左右。因此，從作戰成本的角度來考慮，無人機蜂群的成本更低，效費比更高。

3 無人機蜂群的最佳運用領域是在電磁空間

當前對無人機蜂群的運用討論很多，大體包括滲透偵察、誘騙干擾、察打一體、集群攻擊等，很多分析是對傳統單個無人機運用的移植套用。結合無人機蜂群的個體性能和系統特點來看，電磁空間才是無人機蜂群未來作戰運用的主要戰場。

3.1 火力打擊可能并不是無人機蜂群的強項

2020 年9 月的納卡沖突中，無人機對地火力打擊大放異彩，但這并不意味著無人機蜂群可以執行同樣的任務，無人機蜂群執行火力打擊任務受諸多條件限制。從個體性能來看，蜂群無人機受機體、載荷、速度、航程等諸多因素限制，單機性能遠低于傳統大中型察打一體無人機，不太可能攜帶滿足毀傷要求的彈藥量。從作戰效率來看，在目標已被準確定位的情況下，常規精確打擊火力完全可以滿足任務需求。因此，用無人機蜂群去遠距離大規模執行常規火力打擊任務，在實際運用中顯得不切實際。從目前發展來看，用無人機蜂群執行有限地域范圍內的小規模暗殺行動的可能性則較大。

3.2 無人機蜂群在電磁空間遂行偵察、干擾、誘騙任務具有獨特優勢

技術決定戰術，無人機蜂群在電磁空間的作戰優勢主要體現在以下幾個方面：一是電子信息技術的小型化、集成化、智能化發展，為無人機蜂群的單機性能提升奠定了基礎；二是和火力作戰相比，電磁波傳播速度快、距離遠的特點，以及電磁波輻射控制、功率合成技術的發展，可以使無人機蜂群在電磁空間作戰布勢上具備更大優勢；三是無人機蜂群的動態結構變化，可以在作戰陣位上具有更多選擇性，從而形成對敵方電子信息系統的最佳偵察、干擾和誘騙效果。

3.3 有人/無人協同是未來無人機蜂群的主要運用方式

現代戰爭的智能化特征日益凸顯，無人機蜂群技術加速發展，但受戰爭倫理限制、開火權控制、關鍵技術等因素制約，無人機蜂群完全獨立作戰可能尚需時日。從目前各國的演示驗證項目來看，有人/無人協同編組將是無人機蜂群未來作戰的主要方式。通常，為降低風險和控制成本，可由有人機攜帶無人機蜂群協同作戰，無人機蜂群在有人機前方高威脅區域進行編組，執行感知、偵察、干擾、誘騙和攻擊任務，有人機則在后方擔任指揮控制，這可能會成為未來作戰新方式。

4 無人機蜂群的對抗措施應基于三個層面統籌考慮

尋求抗擊無人機蜂群的有效方法一直是軍事理論研究的重點，有分析認為應當發揮火力射擊優勢，有的提出應當利用電磁攻擊和網絡入侵，也有的提出“搗毀蜂巢”、“蜂群對抗”等方法。以上方法大多是從單個要素角度考慮，對于系統特點明顯的無人機蜂群，對抗措施應當從以下三個層面統籌考慮。

4.1 物理層面的火力打擊

無人機蜂群一旦受到火力摧毀，將失去物質載體，體系功能自然難以發揮。當前有很多探討運用地面或空中火力抗擊無人機方法，但蜂群中的無人機由于體積較小，且大比例采用復合材料，雷達反射截面積極小，紅外輻射特征不明顯，探測難、識別難、預警難和跟蹤難從根本上制約了火力防空系統的效能。近幾年，敘利亞戰場上不時傳出俄羅斯利用“鎧甲”防空系統擊落無人機情況，但這和擊落無人機蜂群有根本區別，不應混淆。況且，和數量龐大、造價低廉的無人機蜂群相比，高昂的精確制導彈藥消耗也難以維持。2018 年7 月，以色列使用“愛國者”導彈擊落了1架敘利亞無人機，美國陸軍訓練和教育部戴維·伯金斯將軍開玩笑地說：“如果我是敵人，就會去大量購買這種無人機，然后把對方的“愛國者”導彈全部耗光。”因此，從現實情況來看，火力打擊無人機蜂群盡管具有徹底性，但也面臨較多局限，需要發展新的高效率低成本手段。

4.2 信息層面的網電對抗

電子設備和網絡信息系統是支撐無人機蜂群作戰的關鍵支撐。無人機蜂群之間的動態協同需要高精度的定位導航授時系統，無人機蜂群內部以及與“母機”之間的信息通聯需要各種數據傳輸鏈路，無人機蜂群作戰功能發揮則依賴于自身偵察、干擾、制導等載荷，這都為開展信息層面的網電對抗奠定了基礎，這也是當前對抗無人機蜂群的最具費效比和最有效途徑。當前針對無人機蜂群的網電對抗措施還主要集中在通信干擾、導航干擾等“軟對抗”層面，隨著高功率微波武器、電磁脈沖武器等電磁硬摧毀手段的發展，利用網電對抗手段抗擊無人機蜂群將呈現出“軟硬結合”的新局面。

4.3 算法層面的智能對抗

無人機蜂群之所以能夠在高威脅環境下靈活變化，核心是算法支撐，而算法的核心是各種作戰規則的程序設計。從當前技術水平來看，人工智能還不能達到自主思考的程度，人類也不會將“扣動扳機”的權利完全交于無人作戰系統，這就為利用無人機蜂群算法程序設計的缺陷和漏洞，開展算法層面的智能對抗提供了可能。以面部識別為例，其算法核心是利用面部的若干關鍵點來進行精準比對，從而實現識別的目的。在國外一次演示中，打印有若干黑點的紙張或若干照片就成功轉移了無人機的面部識別跟蹤。無人機蜂群能夠自主調整結構，核心就是對戰場環境和威脅目標的感知學習。從智能對抗的角度考慮，可以充分來用其算法弱點，在戰場環境上設置各種“虛假迷霧”，從而使無人機蜂群在錯誤環境中學習錯誤樣本，改變其對戰場的正確認知，誘導其做出錯誤判斷、決策和行動。

5 結束語

隨著認知電子戰、網電一體復合攻擊、高功率微波等技術和裝備的日趨成熟，尤其是智能對抗理論技術的發展，以無人機蜂群對抗為代表的智能群體對抗必將成為未來戰場對抗新形態。從系統論視角進行研究，既可以客觀揭示無人機蜂群的本質，也有利于尋求對抗無人機蜂群的最佳手段，應作為研究無人機蜂群乃至智能群體的一種重要途徑。■