以直升機(jī)為載機(jī)的無(wú)人機(jī)集群作戰(zhàn)研究

陳帥 張春義 鄒旻杲

憑借成本低、數(shù)量多、可消耗等優(yōu)勢(shì)，無(wú)人機(jī)集群在作戰(zhàn)運(yùn)用中嶄露頭角。但是，航程短、任務(wù)載荷重量輕的短板在一定程度上限制了無(wú)人機(jī)集群發(fā)揮作戰(zhàn)效能。而直升機(jī)具有機(jī)動(dòng)性高、航程遠(yuǎn)、隱蔽突防能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，無(wú)人機(jī)集群以直升機(jī)為載機(jī)，二者協(xié)同作戰(zhàn)可優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)“1+1遠(yuǎn)大于2”的作戰(zhàn)效果。

相關(guān)概念

集群是指擁有共同目標(biāo)的多個(gè)個(gè)體組成的群體。

當(dāng)生物個(gè)體組成群體來(lái)履行職能時(shí)，時(shí)間效率和資源利用率將大幅提高。例如，鳥(niǎo)群在遷徒過(guò)程中保持特定隊(duì)形飛行，能順利到達(dá)棲息地；魚(yú)群相較單條魚(yú)更能抵抗掠食者；蟻群分工明確地合作覓食。生物集群行為是群體中的個(gè)體之間利用簡(jiǎn)單規(guī)則、信息共享，形成強(qiáng)魯棒性、高適應(yīng)性、高擴(kuò)展性的自組織行為。

無(wú)人機(jī)集群是指大量單機(jī)在保留自主能力的前提下，通過(guò)信息共享，形成合力，產(chǎn)生群體效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)具有自主協(xié)同作戰(zhàn)。近年，在第四次工業(yè)革命浪潮的推動(dòng)下，基于無(wú)人機(jī)、人工智能等一系列技術(shù)融合發(fā)展的無(wú)人機(jī)集群凸顯了諸多優(yōu)勢(shì)，例如數(shù)量多、成本低、功能豐富、無(wú)中心節(jié)點(diǎn)等，必然成為未來(lái)主要作戰(zhàn)模式之一，也是未來(lái)作戰(zhàn)必不可少的新質(zhì)力量，在軍事領(lǐng)域?qū)l(fā)揮更重要的作用。

無(wú)人機(jī)集群載機(jī)是指搭載無(wú)人機(jī)集群的平臺(tái)，是無(wú)人機(jī)集群充分發(fā)揮作戰(zhàn)效能的重要組成要素。根據(jù)實(shí)際環(huán)境和臨機(jī)任務(wù)綜合分析，無(wú)人機(jī)集群選用一個(gè)合適的載機(jī)，不僅可以節(jié)約飛行成本，提高任務(wù)成功率，還能充分發(fā)揮技戰(zhàn)術(shù)優(yōu)勢(shì)，保證飛行安全，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程運(yùn)輸和前進(jìn)指揮中心控制。

以直升機(jī)為載機(jī)的無(wú)人機(jī)集群作戰(zhàn)是指直升機(jī)作為無(wú)人機(jī)集群的搭載平臺(tái)，直升機(jī)與無(wú)人機(jī)集群協(xié)同完成目標(biāo)任務(wù)。它能彌補(bǔ)無(wú)人機(jī)集群遠(yuǎn)程機(jī)動(dòng)性弱的短板，充分發(fā)揮直升機(jī)和無(wú)人機(jī)集群的優(yōu)勢(shì)。

無(wú)人機(jī)集群載機(jī)發(fā)展與應(yīng)用

國(guó)外無(wú)人機(jī)集群載機(jī)發(fā)展較為迅速，種類(lèi)繁多，不僅有有人直升機(jī)、有人戰(zhàn)斗機(jī)、有人運(yùn)輸機(jī)，甚至還有無(wú)人機(jī)。

直升機(jī)是一種由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)旋翼旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力，可以完成垂直起降、懸停、原地轉(zhuǎn)彎以及其他飛行動(dòng)作的飛行器，自誕生以來(lái)，在軍事、民用領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。在軍事領(lǐng)域，直升機(jī)既可作為載人平臺(tái)，快速機(jī)動(dòng)地運(yùn)送大量人員，又可以作為載貨平臺(tái)，將各種裝備、補(bǔ)給物資等貨物快速準(zhǔn)確地送達(dá)作戰(zhàn)地域和海上艦隊(duì)。在民用領(lǐng)域，當(dāng)各種自然災(zāi)害、特殊情況突發(fā)時(shí)，直升機(jī)可以快速便捷地執(zhí)行任務(wù)，滿足貨物運(yùn)輸、搜救等應(yīng)急需求。目前，國(guó)內(nèi)外直升機(jī)發(fā)展非常迅速，眾多國(guó)家不斷積極探索直升機(jī)搭載無(wú)人機(jī)集群展開(kāi)戰(zhàn)斗的模式，不斷升級(jí)技術(shù)。直升機(jī)技術(shù)正在向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和信息化方向發(fā)展。

作為目前重要的無(wú)人機(jī)集群載機(jī)，固定翼有人機(jī)具有飛行速度快、穩(wěn)定性高、抗干擾能力強(qiáng)等突出優(yōu)點(diǎn)。

以直升機(jī)為載機(jī)的無(wú)人機(jī)集群作戰(zhàn)需求

無(wú)人機(jī)具有機(jī)上無(wú)操控員等優(yōu)勢(shì)，可有效保證空中平臺(tái)無(wú)人員傷亡。但是，單架無(wú)人機(jī)任務(wù)載荷重量輕、尺寸小、數(shù)量少、續(xù)航時(shí)間短、作戰(zhàn)半徑有限、信息感知與處理能力相對(duì)較弱，難以飛抵前沿陣地實(shí)施長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)的偵察、監(jiān)視、打擊等作戰(zhàn)任務(wù)，更難以深入敵軍縱深執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)。基于此，無(wú)人機(jī)集群應(yīng)運(yùn)而生，并逐漸成為未來(lái)智能化戰(zhàn)爭(zhēng)的重要力量。當(dāng)面臨越來(lái)越復(fù)雜的對(duì)抗環(huán)境、越來(lái)越強(qiáng)的對(duì)抗手段，大規(guī)模無(wú)人機(jī)集群高效完成作戰(zhàn)任務(wù)需要一種載機(jī)作為指揮控制中心，以解決面臨的問(wèn)題。這種載機(jī)應(yīng)具備搭載無(wú)人機(jī)集群能力，同時(shí)具有與無(wú)人機(jī)集群相同的指揮控制系統(tǒng)，才能作為核心來(lái)指揮整個(gè)無(wú)人機(jī)集群作戰(zhàn)。基于上述需求，直升機(jī)是無(wú)人機(jī)集群載機(jī)的絕佳方案之一。

在戰(zhàn)場(chǎng)上，人員零傷亡是指揮官們一直追求的目標(biāo)。無(wú)人機(jī)通過(guò)操控員實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程作戰(zhàn)，有效完成各種高危任務(wù)。但是“一人一機(jī)”模式在高強(qiáng)度對(duì)抗中，操控員數(shù)量的增加將對(duì)指揮控制中心和通信系統(tǒng)造成很大負(fù)擔(dān)，因此有人機(jī)/無(wú)人機(jī)集群協(xié)同作戰(zhàn)模式應(yīng)運(yùn)而生。有人機(jī)上的操控員根據(jù)任務(wù)需要，控制單架集群無(wú)人機(jī)或部分集群無(wú)人機(jī)，通過(guò)指揮控制系統(tǒng)分發(fā)任務(wù)信息后，無(wú)人機(jī)集群依靠協(xié)同控制系統(tǒng)完成操控員下達(dá)的命令。該作戰(zhàn)模式可顯著減輕指揮控制中心和通信系統(tǒng)的負(fù)荷，大幅提升作戰(zhàn)效能。

以直升機(jī)為載機(jī)的無(wú)人機(jī)集群作戰(zhàn)優(yōu)勢(shì)

戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知到作戰(zhàn)決策下達(dá)的速度提升

有人直升機(jī)反應(yīng)速度快、突擊能力強(qiáng)、使用范圍廣、航程遠(yuǎn)、飛行高度低，但防護(hù)能力弱。而無(wú)人機(jī)集群規(guī)模大、成本低、可消耗、功能多樣，可彌補(bǔ)直升機(jī)防護(hù)能力弱的短板，為直升機(jī)提供實(shí)時(shí)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知信息，提高直升機(jī)綜合信息處理能力和及時(shí)準(zhǔn)確的決策能力，有效提升戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知到作戰(zhàn)決策下達(dá)的速度。

同時(shí)，直升機(jī)先進(jìn)機(jī)載飛行控制系統(tǒng)、武器控制系統(tǒng)、智能化設(shè)備可作為無(wú)人機(jī)集群前進(jìn)指揮中心，提高無(wú)人機(jī)集群作戰(zhàn)的智能化水平。此外，直升機(jī)作為綜合信息處理平臺(tái)，用于多架無(wú)人機(jī)各種機(jī)載傳感器信息融合與處理，形成戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)信息，根據(jù)作戰(zhàn)需求，視情在空中對(duì)無(wú)人機(jī)集群進(jìn)行指揮控制，向集群無(wú)人機(jī)分配目標(biāo)，完成航線規(guī)劃和參數(shù)裝訂等操作。

超低空低空飛行和突防能力強(qiáng)

在超低空低空作戰(zhàn)時(shí)，相較于固定翼飛機(jī)，直升機(jī)更適合無(wú)人機(jī)集群作戰(zhàn)。直升機(jī)可超低空懸停，飛行靈活機(jī)動(dòng)，起降不受場(chǎng)地限制，低空隱蔽性強(qiáng)，瞬時(shí)機(jī)動(dòng)性優(yōu)異，這些特點(diǎn)決定了直升機(jī)能與無(wú)人機(jī)集群實(shí)現(xiàn)協(xié)同作戰(zhàn)。

直升機(jī)采取超低空隱蔽突防方式抵近作戰(zhàn)區(qū)域后，發(fā)射無(wú)人機(jī)集群。無(wú)人機(jī)集群在超低空低空飛行，甚至以無(wú)線電靜默方式飛行，盡可能抵近敵方前沿陣地，充分發(fā)揮群體作戰(zhàn)優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，集群?jiǎn)螜C(jī)尺寸較小，雷達(dá)截面積小，能夠有效躲避敵方預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)，誘騙敵方探測(cè)預(yù)警系統(tǒng)開(kāi)機(jī)，實(shí)施抵近突防、奇襲作戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)，取得出其不意的作戰(zhàn)效果。直升機(jī)應(yīng)盡可能躲避敵方雷達(dá)系統(tǒng)探測(cè)，實(shí)現(xiàn)突然奇襲的作戰(zhàn)效能。

集群任務(wù)載荷種類(lèi)多樣、功能全面

根據(jù)實(shí)際任務(wù)的需要，無(wú)人機(jī)集群能非常靈活地配置不同任務(wù)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)多種功能，拓寬作戰(zhàn)任務(wù)范圍。

續(xù)航時(shí)間延長(zhǎng)，作戰(zhàn)半徑增大

相較于集群無(wú)人機(jī)，直升機(jī)續(xù)航時(shí)間和航程相對(duì)較長(zhǎng)，可以顯著增大集群無(wú)人機(jī)的作戰(zhàn)半徑，延長(zhǎng)集群無(wú)人機(jī)的續(xù)航時(shí)間，將無(wú)人機(jī)集群有限的航程高效地用于任務(wù)區(qū)的作戰(zhàn)行動(dòng)，進(jìn)一步提升直升機(jī)/無(wú)人機(jī)集群協(xié)同作戰(zhàn)效能。

作戰(zhàn)成本低

集群?jiǎn)螜C(jī)多以微小型無(wú)人機(jī)為主。該類(lèi)無(wú)人機(jī)制造成本和維修成本低，回收后可重復(fù)使用，成本優(yōu)勢(shì)顯著。以直升機(jī)為載機(jī)的無(wú)人機(jī)集群作戰(zhàn)，可以有效減小人員傷亡率，顯著消耗敵方對(duì)空武器，特別是微小型無(wú)人機(jī)成本低，經(jīng)得起消耗，作戰(zhàn)成本優(yōu)勢(shì)非常突出。

集群智能特性潛力大、戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新

無(wú)人機(jī)集群采用智能群體技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自主協(xié)同控制、自組網(wǎng)通信、有序分布，具備極強(qiáng)的群體作戰(zhàn)能力。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，集群?jiǎn)螜C(jī)和集群智能化水平將同步發(fā)展。無(wú)人機(jī)集群具有巨大的智能發(fā)展?jié)摿Γ虼艘灾鄙龣C(jī)為載機(jī)的無(wú)人機(jī)集群戰(zhàn)術(shù)，可滿足不同作戰(zhàn)環(huán)境的需求，實(shí)現(xiàn)不斷發(fā)展、不斷創(chuàng)新。

以直升機(jī)為載機(jī)的無(wú)人機(jī)集群技術(shù)瓶頸

以直升機(jī)為載機(jī)的無(wú)人機(jī)集群作戰(zhàn)具備諸多優(yōu)勢(shì)，但仍有許多技術(shù)難題亟待解決。

智能態(tài)勢(shì)感知技術(shù)仍需攻克

正確可靠的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知與認(rèn)知是無(wú)人機(jī)集群完成作戰(zhàn)任務(wù)的基本前提。未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)具有復(fù)雜化、復(fù)合化、隱蔽化等特點(diǎn)，因此無(wú)人機(jī)集群作戰(zhàn)體現(xiàn)了雙刃劍的兩面性，敵我雙方都極大地提高綜合對(duì)抗能力、戰(zhàn)場(chǎng)目標(biāo)感知難度。以直升機(jī)為載機(jī)的無(wú)人機(jī)集群作戰(zhàn)需要攻克分布式協(xié)同感知、多源信息融合與處理、智能化目標(biāo)識(shí)別和跟蹤、目標(biāo)導(dǎo)引等一系列技術(shù)。

協(xié)同控制技術(shù)的穩(wěn)定性與可靠性需要進(jìn)一步提高

美國(guó)無(wú)人機(jī)集群協(xié)同控制技術(shù)目前處于領(lǐng)先地位，美軍現(xiàn)役無(wú)人機(jī)自主控制等級(jí)已達(dá)到3級(jí)或4級(jí)，中高端無(wú)人機(jī)初步具備機(jī)上航線再規(guī)劃能力。但是，無(wú)人機(jī)集群協(xié)同控制技術(shù)與作戰(zhàn)實(shí)際需求仍存在一定差距。未來(lái)，面對(duì)復(fù)雜、不斷變化的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，無(wú)人機(jī)集群協(xié)同控制技術(shù)的穩(wěn)定性、可靠性等指標(biāo)都需要通過(guò)智能化技術(shù)進(jìn)行有效解決。

無(wú)人機(jī)集群自主性需進(jìn)一步提升

單機(jī)和集群自主性是戰(zhàn)爭(zhēng)制勝的關(guān)鍵要素，是確保任務(wù)執(zhí)行不脫節(jié)、既定作戰(zhàn)目標(biāo)達(dá)成的必要保證，是未來(lái)發(fā)展需重點(diǎn)研究的內(nèi)容。因?yàn)椋倏卣邿o(wú)法為每架集群無(wú)人機(jī)預(yù)設(shè)程序來(lái)控制集群飛行，而集群通過(guò)分布式指揮控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)群體決策，每架單機(jī)之間都有必要的通信和協(xié)作，以形成具有強(qiáng)適應(yīng)性、高彈性的群體。以直升機(jī)為載機(jī)的無(wú)人機(jī)集群作戰(zhàn)方式對(duì)單機(jī)和集群的自主性提出了較高要求。集群無(wú)人機(jī)數(shù)量越多，自主性要求越高，協(xié)同效果和智能化技術(shù)要求更高。未來(lái)，無(wú)人機(jī)集群在執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中，將根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)變化和作戰(zhàn)需要，自主規(guī)劃待戰(zhàn)空域和臨機(jī)航線，自主應(yīng)對(duì)干擾和威脅。