美軍自主無人系統發展及啟示*

孫浩亮 梁海軍 張東順

（1.陸軍工程大學 南京 210007）（2.陸軍指揮學院 南京 210045）（3.國防大學 北京 102200）

1 引言

自主無人系統是指在無人工干預的情況下，能夠利用先進算法實現與環境的交互，從而獨立執行一項或多項任務的無人系統。2015年，美國發布了新的“國防創新計劃”（也被稱為“第三次抵消戰略”），將人工智能和自主無人系統的發展和應用上升為戰略層面，各類自主無人車、自主無人艇、自主無人機、自主無人潛航器、巡飛武器等得到較大發展，并廣泛應用于戰場。

2 美軍發展自主無人系統的重要考量

自主無人系統是未來美軍戰略能力的重要組成。通過研究世界主要武器生產國的官方國防戰略出版物發現，無人系統自主化發展是世界主要軍事強國國防戰略的重要組成。美國于2015年提出的第三次抵消戰略尋求創新發展顛覆性技術，以保持其戰略優勢，其中人工智能和自主化將是美軍戰略能力的關鍵組成［1］。

自主無人系統將對未來戰爭產生顛覆性影響。自主無人系統具有以下作戰優勢：一是自主無人系統降低了與作戰人員持續通信的需求，反應速度是人類的成千上百倍，能夠更快地執行觀察、調整、決策、行動；二是自主無人系統具備強大信息解析能力，能夠獲得對敵決策和行動優勢；三是自主化可以提高無人系統的打擊精度，從而降低附帶損傷；四是自主無人系統能夠代替人類長時間執行枯燥、惡劣、危險及縱深任務，減少作戰人員的認知生理負荷及傷亡，從而提升作戰持久性，擴大軍隊作戰范圍［2］。基于此，自主無人系統逐漸融入聯合作戰體系后，網絡信息體系的偵察預警效能將大大提高，態勢信息共享更加實時高效；武器裝備體系和部隊規模結構將加快重塑，人機融合特征日益凸顯；聯合作戰行動轉換頻繁、動態調整，呈現多維一體的并行性與無序性；聯合打擊更加精確快速，作戰進程大大加快；保障需求快速響應，物資投送精確直達并自主避開敵威脅區域，后裝保障行動更加安全高效［3］。

自主無人系統能有效節約大量成本。一是相比于載人平臺，自主無人系統對于重量、動力、防護能力及其他需求的減少，直接導致平臺制造成本的降低；二是無人系統自主性的提高能夠降低操控無人裝備所需的人員數量，從而顯著節約人員成本，如美空軍曾設想裁減50%以上人員，計劃一名飛行員能夠同時控制多架飛機；三是無人系統自主性能的提升減少了人員培訓的需求，從而降低了培訓成本，如駕駛飛機在移動的航母上降落，對于飛行員來說需要大量的訓練和實踐，而具備自主起降功能的X-47B無人機則能輕松做到。

3 美軍自主無人系統裝備現狀及發展規劃

3.1 美軍當前裝備的典型自主無人系統

3.1.1 地面自主無人車

美陸軍自主無人車發展十分迅速，功能也不斷增強，已逐漸形成系列化，其中較為典型的是美軍第三步兵已經開始裝備的具備一定自主功能的新型無人駕駛武器系統SWORDS。SWORDS具備自主導航功能，能夠在復雜的城市環境中自主行動，也可以在沙地、水面和厚度為0.3m的雪面行駛，同時還可以沿著樓梯升降。此外，美軍現投入使用的典型自主無人車還有R-Gator智能化軍用無人地面車、龍騰無人自主車、“壓碎機”無人地面戰車、“瑪提爾達”小型無人車等。

3.1.2 空中自主無人機

為提升無人機作戰速度和效率，美軍正加緊研制更高自主水平的無人機，其中較為典型的就是X-47B。X-47B飛行性能較高，作戰半徑長，可在航母上自主起降，并有自主空中加油能力。X-47B無人駕駛飛機具備高度智能的空戰系統，可以為美軍執行全天候的作戰任務提供作戰支持。此外，美軍現投入使用的典型自主無人機還有MQ-9“死神”、Robocopter無人駕駛戰斗攻擊直升機、“沙漠鷹”等。

3.1.3 自主無人水面艇

隨著制導技術和控制技術取得巨大進步，美軍無人水面艇迎來了高速發展階段，其自主作戰能力也得到了較大提升。反潛艇追蹤無人水面艇（ACTUV）是由美國DARPA主持的一項重點水面無人艇項目，其目的是研發一次可在海面數千平方公里范圍內自主追蹤地方低噪聲柴電潛艇的無人艦艇，重點關注無人駕駛、超長續航和自主跟蹤搜索這三個方面功能。此外，美軍現投入使用的典型自主無人水面艇還有ACTUV“海上獵人”、“斯巴達偵察兵”、“幽靈衛士”、“藍色騎士”等。

3.1.4 自主無人潛航器

自主無人潛航器是一個水下高技術儀器設備俄集成體，可用于執行反潛戰、水雷戰、情報偵察、巡邏監視、后勤支援及水下施工等領域。經過多年發展，美海軍無人潛航器的自主化水平得到較大提升，其中具有代表性的有REMUS系列自主無人潛航器，包括REMUS 100、REMUS 600、REMUS 6000三型，主要用于美海軍深海作戰任務。此外，美軍現投入使用典型自主無人潛航器還有“游騎兵”、“海爪”、“金槍魚-21”、“海馬”、“海神”等。

3.1.5 智能制導彈藥

智能制導彈藥是一種爆炸性的彈藥，在點燃、釋放或發射后，通過自動瞄準目標或瞄準點來主動修正初始瞄準以及隨后出現的錯誤［4］。當前，美軍絕大多數制導彈藥的自主化僅用于發現、跟蹤和打擊目標或人類預先指定的目標位置，并不支持目標選擇。美軍擁有一定目標選擇自主權的智能制導彈藥只有遠程反艦導彈LRASM，是當前美軍最新型的可多平臺發射的隱身遠程反艦導彈，可智能識別、自主決策與捕捉海上移動目標。

3.1.6 巡飛彈

巡飛彈是一種混合類型的武器系統，結合了制導彈藥的攻擊方式與無人機的機動性，可以長時間巡飛來尋找和打擊地面上的目標［5］。“彈簧刀”巡飛彈是美軍最具代表性且技術較為成熟的巡飛彈，通常被用于針對高價值目標等，于2012年起被用于阿富汗實戰的數量已達數千枚，頗具戰果。除此之外，美軍還發展了其他可由各種平臺攜帶的不同類型的巡飛彈，具有代表性的有Altius600小型巡飛彈、Vintage Racer高超音速隱身巡飛彈、“雀鷹”巡飛彈等。

3.2 美軍自主無人系統發展規劃

美國自2016年以來，先后發布了《機器人與自主系統戰略》、《自主地平線：未來發展方向》、《智能自主系統科技戰略》等多部白皮書或報告，詳述了自主無人系統的發展現狀、影響、規劃及具體舉措。

3.2.1 《機器人與自主系統戰略》勾畫陸軍無人系統自主化發展藍圖

2017年3月，美陸軍發布《機器人與自主系統戰略》，這是美陸軍第一份關于機器人與自主系統長遠發展的戰略性文件。該戰略確立了機器人與自主系統未來發展的五個能力目標，即增強態勢感知能力、減輕士兵體力和認知負擔、增強部隊后勤保障、提高行動與機動能力、保護士兵。為實現以上能力目標，該戰略明確了機器人與自主系統在近期（2017年～2020年）、中期（2021年～2030年）和遠期（2031年～2040年）的優先發展事項與投資重點［6］。

3.2.2 《自主地平線：未來發展方向》引領空軍自主無人系統發展

2019年3月，美國空軍發布《自主地平線：未來發展方向》。該文件闡述了自主無人系統的應用前景及對空軍作戰的影響；確立了人與自主無人系統協同發展的方向；從體系化的角度對自主無人系統的開發和應用做出了戰略規劃。該文件有兩個主要目標：一是為空軍高層領導人指明自主無人系統潛力以及它們如何改變各級作戰的愿景；二是向科技界提供總體框架和路線圖，并推動系統發展［7］。

3.2.3 《智能自主系統科技戰略》描繪海軍智能自主系統未來愿景

美海軍于2021年7月發布《智能自主系統（IAS）科技戰略》，旨在融合自主性、無人系統和人工智能，使無人系統成為海軍力量結構中可信賴和可持續的一部分。該戰略概述了IAS相較于傳統武器系統的關鍵優勢；其次分析了美海軍IAS愿景、戰略目標及影響；最后就如何在未來成功應用IAS提出五方面舉措建議。近期內，美海軍將把無人系統能力集成到全域作戰力量中，來推動海軍部隊人機編隊發展。

4 美軍自主無人系統發展模式特點

長期以來，美軍把無人系統自主化發展作為謀求軍事競爭優勢新的戰略增長點，不斷加大經費投入，著力提升自主無人系統建設發展效益。由美軍自主無人系統發展歷程可見，除注重頂層設計、重視預研螺旋漸進、突出采購競爭機制之外，還具有以下突出特點。

4.1 以作戰能力需求為牽引

作戰對手和環境的變化以及作戰概念的創新對美軍提出了新的作戰能力需求，進而為無人系統自主化發展明確了方向和重點。

4.1.1 應對強大作戰對手的能力需求提出發展要求

美國于2018年公布的《國家安全戰略》指出，過去美軍長期進行以阿富汗、伊拉克等國為作戰對象的非對稱性反恐戰爭，未來則要轉向與中俄等與美國實力相稱的強大對手的較量［9］。美軍認為，要在與中俄的對抗中獲勝，必須擁有更快的反應速度和更強大的信息決策優勢，僅僅依靠有人武器平臺或單人操作多個無人系統的模式已經無法適應未來戰爭節奏，必須提高無人系統的自主作戰能力，發揮人機融合優勢。

4.1.2 基于復雜作戰環境的能力需求明確發展重點

當前越來越多國家擁有先進的傳感器、低噪聲潛艇、超聲速和高超聲速反艦導彈、無人平臺等系統，美軍保持海上優勢的難度加大［11］。未來美軍將在復雜的拒止環境下遂行作戰任務，因此必須具備快速投放及精確打擊能力、復雜作戰環境應對能力、裝備自主協同作戰能力。基于以上能力需求，美軍認為需重點研發的自主技術包括：自主目標識別、自主學習與決策、自主控制、自主故障檢測與修復等單機智能技術，集群自組織、抗干擾通信等多機協同自主技術等［12］。

4.1.3 面向全新作戰概念的能力需求指明發展路徑

美陸軍于2018年11月發布了《機器人與自主系統支持多域作戰》白皮書，明確了陸軍機器人與自主系統需具備的能力，為其建設發展指明了方向路徑。2017年8月，美國DARPA戰略技術辦公室首次提出“馬賽克戰”概念。為滿足“馬賽克戰”作戰能力需求，美空軍構建了一套無人機相關技術架構，并在此技術架構基礎上開展了大量自主化發展項目，重點發展無人系統自主決策、自主協同、自主避障、自主任務規劃、自主態勢感知等能力［13］。

4.2 以關鍵技術突破為基礎

近年來，美軍無人自主系統相關項目快速發展，致力于關鍵技術攻關，進行了多項演示驗證，并加速推進無人自主技術投入武器裝備研制。

4.2.1 開展核心通用技術研究，增強無人系統自主性

美國DARPA正在開展大量無人自主系統核心通用技術和基礎性技術研究，如“快速輕量自主”（FLA）項目旨在開發一種新的導航、感知、規劃和控制算法，使無人系統能夠在未知、雜亂的環境中實現自主、高速運行。2018年7月，FLA項目完成第二階段飛行試驗，演示了最新FLA軟件在模擬城市環境中，在沒有人類幫助的情況下執行現實世界的任務。

4.2.2 推動蜂群技術發展，強化自主集群作戰能力

為降低作戰成本，提升系統抗毀能力、突防能力和作戰靈活性，美軍積極探索蜂群技術以實現自主集群作戰。如“小精靈”（Gremlins）項目是美軍無人機蜂群技術領域的典型研究項目，最終目標是進行一次有效的概念驗證飛行，設想讓現有大型飛機發射成群的小型無人機，任務結束后由C-130運輸機回收。2021年11月，該項目兩架X-61A“小精靈”無人機成功驗證安全功能和自主編隊飛行技術，其中一架被C-130成功回收。

4.2.3 增進人機協同技術，提高自主協同作戰能力

為有效結合有人機和無人機兩者特有的作戰優勢，美軍正廣泛征集自主協同技術，增強無人機與有人機的協同作戰能力。如美空軍“忠誠僚機”（LW）項目旨在將有人駕駛戰斗機與具備自主作戰能力的無人機實現有效集成，完成協同作戰。2020年12月，美空軍首次開展了F-22/F-35A有人機同XQ-58A無人僚機的編隊飛行數據共享測試，預示著有人無人協同向實戰化應用邁出重要一步。

4.3 以研發生態構建為支撐

為促進自主無人系統良性發展，提高建設效益，美軍構建了軍方研究機構、大學研究實驗室和私營企業研究機構三類組織機構為主體的研發生態。

4.3.1 軍方研究機構是自主無人系統發展的主要引領者

軍方研究機構通常致力于自主無人系統相關的基礎研究和應用研究。從歷史角度來看，政府和軍方研究機構在顛覆性技術的發展中扮演了至關重要的角色。相關機構主要有美國國防部高級研究計劃局、美國空軍研究實驗室、美國陸軍研究實驗室、美國海軍研究實驗室等。

4.3.2 大學研究實驗室是自主智能技術進步的有力推動者

大學研究實驗室的主要任務是通過基礎性研究推動科學技術的發展。在美國，大學實驗室接受軍隊資助開展軍事項目研發的情況并不少見，但其工作很少超出應用研究階段。當前，在機器人和自主系統研究領域較為領先的大學有卡內基梅隆大學、華盛頓大學、斯坦福大學、麻省理工學院和加州大學伯克利分校等。

4.3.3 私營企業研究機構是自主無人系統開發的重要參與者

私營企業研究機構的重點主要集中在研發工作的開發部分。其中，民用公司需要在研發上斥巨資以保持競爭力，通過創新吸引顧客以增加或保持市場份額；國防公司則是在一個具有壟斷性質的市場中運行，其研發工作在很大程度上是由政府需求的變化所決定的。當前，美國從事自主無人系統技術和裝備研發的私營企業研究機構主要有谷歌公司、德事隆公司、洛克希德·馬丁公司、波音公司、雷神公司、通用動力公司等。

5 結語

“他山之石，可以攻玉”。美軍自主無人系統發展帶給我們很多有益啟示，我們應結合自身實際加以吸收借鑒，在自主無人系統領域形成我軍獨具特色的發展路徑。同時，應立足軍事斗爭準備這個基點，形成切實有效的反制措施，以制衡強敵、制勝疆場。

一是制定完善自主無人系統發展路線圖，提高建設指導的計劃性、主動性和積極性。明確發展使命任務、能力需求、發展目標、實現路徑和環境支撐，并根據自主無人系統建設環境和軍事斗爭準備的需要，對路線圖進行動態修正。

二是從我軍實際出發，確立“總體把握、由上至下、融入全局”的發展模式。首先，從無人化智能化發展趨勢中把握自主無人系統發展的目標定位；其次，從聯合全域作戰能力要求中整體謀劃自主無人系統的結構規模；再次，從我軍發展戰略全局中系統規劃自主無人系統的發展途徑。

三是堅持走科技自主自立道路，發揮軍民融合優勢，加速推進人工智能技術體系建設。在基礎層，重點突破芯片技術；在基礎層，聚焦算法、自然語言處理、機器學習等技術發展；在應用層，加快機器人技術和無人駕駛技術創新升級。其次，同步推進與人工智能緊密相關的生物學、心理學和語言學等學科的研究。

四是著眼軍事斗爭準備，制定“軟硬兼備”的反制措施。如開發激光、電磁軌道炮等低射擊成本武器對抗敵自主武器集群；爭鋒相對，研發比對手更加經濟有效的自主無人系統；通過電子戰手段，破壞敵自主無人系統間的通信網絡，使其陷入混亂；通過虛假數據實施欺騙，使敵自主無人系統做出錯誤決策，甚至采取網絡攻擊或篡改算法程序控制敵自主無人系統。