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來源：軍事文摘
經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的形態(tài)已逐步完成從機(jī)械化向信息化的過渡，各軍事大國(guó)之間的差距逐漸減小。為保持軍事優(yōu)勢(shì)，世界主要軍事強(qiáng)國(guó)將目光轉(zhuǎn)向智能化戰(zhàn)爭(zhēng)，軍事智能在決定未來戰(zhàn)爭(zhēng)勝負(fù)方面扮演愈加關(guān)鍵的角色。
在軍事智能的各項(xiàng)指標(biāo)中，武器裝備的自主性無疑是判斷“智能”水平的核心指標(biāo)，其中尤以“集群智能”技術(shù)最為突出。高度自主的智能化集群武器裝備可在戰(zhàn)斗人員賦予任務(wù)后，依靠智能算法自動(dòng)尋找、識(shí)別甚至執(zhí)行攻擊任務(wù)，并具備造價(jià)低、生存強(qiáng)、效率高等諸多優(yōu)點(diǎn)。
美軍多年前就已經(jīng)開始著手發(fā)展“集群智能”裝備，其中具有自主能力的無人機(jī)集群技術(shù)是其發(fā)展的重點(diǎn)。早在2005年，美國(guó)國(guó)防部發(fā)布的《無人機(jī)系統(tǒng)路線圖2005-2030》中，將無人機(jī)的全自主集群作為最終發(fā)展目標(biāo)。在2015年9月發(fā)布的《空軍未來作戰(zhàn)概念》頂層戰(zhàn)略文件、2016年5月發(fā)布的《2016—2036年小型無人機(jī)系統(tǒng)飛行規(guī)劃》中，都提出了無人機(jī)集群的作戰(zhàn)概念。在2019年2月12日，美國(guó)國(guó)防部公布的《2018年國(guó)防部人工智能戰(zhàn)略摘要》對(duì)這一問題再次進(jìn)行了強(qiáng)調(diào)。
美軍各研發(fā)部門也正在著力發(fā)展這一顛覆性技術(shù)，以便擴(kuò)充傳統(tǒng)威懾，掌控未來戰(zhàn)爭(zhēng)局勢(shì)。美軍國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）作為美軍軍事裝備技術(shù)研發(fā)的先驅(qū)，在無人機(jī)集群技術(shù)方面也投入了大量精力，并已取得一些初步成果，開展了“小精靈”“拒止環(huán)境協(xié)同作戰(zhàn)”“快速量輕自主”和“集群使能攻擊戰(zhàn)術(shù)”等多個(gè)無人機(jī)集群研發(fā)項(xiàng)目。
美國(guó)DARPA無人機(jī)集群技術(shù)研究進(jìn)展
“小精靈”項(xiàng)目致力于實(shí)現(xiàn)無人機(jī)集群的空中發(fā)射與回收，進(jìn)而促進(jìn)空中作戰(zhàn)概念的轉(zhuǎn)變。該項(xiàng)目的作戰(zhàn)想定是無人機(jī)在沒有可靠陸基或?；扅c(diǎn)時(shí)，通過空基（如運(yùn)輸機(jī)）平臺(tái)在防區(qū)外發(fā)射攜帶有偵察或電子戰(zhàn)載荷的無人機(jī)集群，通過集群內(nèi)部的信息共享與協(xié)同，突破敵方防御系統(tǒng)，執(zhí)行偵察與電子攻擊任務(wù)，并在任務(wù)完成后對(duì)幸存的無人機(jī)進(jìn)行回收。
“小精靈”項(xiàng)目以C-130運(yùn)輸機(jī)為運(yùn)載平臺(tái)，回收無人機(jī)時(shí)，在C-130下方遠(yuǎn)離機(jī)體的地方部署一個(gè)類似于空中加油系統(tǒng)的拖曳式穩(wěn)定捕獲設(shè)備?；厥諘r(shí)，無人機(jī)與對(duì)接裝置相連，通過絞車和線纜從C-130的貨艙門由機(jī)械爪將其捕獲并收回機(jī)艙。預(yù)計(jì)每30分鐘完成4架無人機(jī)回收工作。地面人員會(huì)對(duì)其進(jìn)行維護(hù)，以便在24小時(shí)內(nèi)進(jìn)行下一次使用。盡管目前“小精靈”項(xiàng)目采用C-130作為演示平臺(tái)，但它的模塊化設(shè)計(jì)使美軍可以輕松修改其他運(yùn)輸機(jī)或主要武器運(yùn)載系統(tǒng)與之配合。
項(xiàng)目使用的無人機(jī)作戰(zhàn)半徑可達(dá)900千米，巡航時(shí)間最長(zhǎng)3小時(shí)，最大速度馬赫數(shù)0.8，最大載荷約68千克，出廠單價(jià)（不包括載荷）低于70萬美元，預(yù)計(jì)使用壽命為20次飛行。這些無人機(jī)將配備多種不同載荷，具有數(shù)量大、尺寸小、廉價(jià)、可重復(fù)使用等特點(diǎn)。“小精靈”項(xiàng)目項(xiàng)目涉及眾多技術(shù)領(lǐng)域，包括：無人機(jī)發(fā)射和回收技術(shù)；低成本、有限壽命的機(jī)身設(shè)計(jì)；高保真分析；精確數(shù)字飛行控制；相對(duì)導(dǎo)航和站點(diǎn)保持等。
“小精靈”項(xiàng)目始于2015年9月，項(xiàng)目分為3個(gè)階段實(shí)施：第一階段重點(diǎn)研究了無人機(jī)空中發(fā)射和回收系統(tǒng)的可行性，并于2017年3月順利完成，選擇Dynetics公司和通用原子公司進(jìn)入第二階段工作。第二階段主要進(jìn)行了全尺寸技術(shù)驗(yàn)證系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)，為單個(gè)系統(tǒng)部件開展風(fēng)險(xiǎn)降低試驗(yàn)，2018年4月順利完成。第三階段，2018年5月展開，計(jì)劃研制出一套全尺寸技術(shù)驗(yàn)證系統(tǒng)，并在2019年開展“小精靈”集群的空中發(fā)射和回收飛行試驗(yàn)，研究與潛在合作伙伴的不同傳感器集成的可能性。
美國(guó)DARPA無人集群技術(shù)研究進(jìn)展
“小精靈”項(xiàng)目的無人機(jī)集群作戰(zhàn)樣式既可解決作戰(zhàn)前沿區(qū)域部署機(jī)動(dòng)性的現(xiàn)實(shí)需求，也可以為解決日益復(fù)雜的A2/AD戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境提出可靠的突防方案。雖然這些“小精靈”無人機(jī)群無法都在復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)突防作戰(zhàn)中生存下來，但考慮到其相比一般防空導(dǎo)彈而言較低的造價(jià)，這使得使用防空導(dǎo)彈防御“小精靈”無人機(jī)群作戰(zhàn)得不償失。此外，低成本使得“小精靈”無人機(jī)群可以利用數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)過飽和攻擊，同時(shí)有效避免后續(xù)美軍大型戰(zhàn)機(jī)的損失?？傮w而言，“小精靈”無人機(jī)群投入作戰(zhàn)的規(guī)?？烧{(diào)、作戰(zhàn)效應(yīng)多樣、經(jīng)濟(jì)可行性高，而且還能在各種沖突環(huán)境中提高作戰(zhàn)資源利用效率，具有很高的軍事應(yīng)用前景。
“拒止環(huán)境協(xié)同作戰(zhàn)”（CODE）項(xiàng)目希望搭建一個(gè)模塊化的軟件架構(gòu)，旨在發(fā)展先進(jìn)的自主協(xié)同算法和監(jiān)控技術(shù)，保障無人機(jī)集群能在抗“帶寬限制”以及“通信中斷”等拒止環(huán)境下保持態(tài)勢(shì)感知并完成發(fā)現(xiàn)、跟蹤、識(shí)別和攻擊目標(biāo)等任務(wù)，從而提高無人機(jī)在高對(duì)抗環(huán)境中的自主性和協(xié)同作戰(zhàn)能力，同時(shí)降低對(duì)操作人員數(shù)量及成本的要求。
CODE項(xiàng)目于2015年發(fā)布。2018年1月，完成了開放架構(gòu)、自主協(xié)同等指標(biāo)的驗(yàn)證。2018年11月，完成在拒止環(huán)境下，應(yīng)對(duì)突發(fā)威脅能力的驗(yàn)證。實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)在低通信量時(shí)，可高效共享態(tài)勢(shì)，協(xié)同規(guī)劃和分配任務(wù)，制定戰(zhàn)術(shù)決策，應(yīng)對(duì)動(dòng)態(tài)高威脅環(huán)境。目前該項(xiàng)目已經(jīng)進(jìn)入第二階段，第三階段將驗(yàn)證單人控制最多6架無人機(jī)的能力。
CODE項(xiàng)目將改變目前單個(gè)無人機(jī)需要多人操作的情況，使得無人機(jī)在未來戰(zhàn)場(chǎng)上執(zhí)行情報(bào)、監(jiān)視和偵察及戰(zhàn)術(shù)打擊等各種任務(wù)時(shí)的能力大為拓展。具有自治能力的無人機(jī)群可在單人的監(jiān)督控制下協(xié)同工作，任務(wù)中不斷評(píng)估自身的狀態(tài)和環(huán)境，并向任務(wù)主管提出協(xié)調(diào)無人機(jī)行動(dòng)的建議。任務(wù)主管可以混合和匹配具有特定能力的不同系統(tǒng)，以適應(yīng)各個(gè)任務(wù)，并指導(dǎo)任務(wù)變更。支持CODE的無人機(jī)通過協(xié)作和自治，僅需要很少的監(jiān)督就能根據(jù)既定的接戰(zhàn)規(guī)則找到目標(biāo)并酌情參與其中，并及時(shí)對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)的各種動(dòng)態(tài)情況做出反應(yīng)。這種靈活性的任務(wù)執(zhí)行方式可以顯著提高現(xiàn)有裝備的效益，并有望實(shí)現(xiàn)新的部署理念。
FLA項(xiàng)目所用的四軸飛行器
現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，GPS導(dǎo)航技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各種武器裝備與作戰(zhàn)行動(dòng)中，但其易受欺騙和干擾，進(jìn)而導(dǎo)致災(zāi)難性軍事后果的問題也逐漸暴露。為解決這一問題，DARPA發(fā)起了“快速輕量自主”（FLA）項(xiàng)目，旨在研究新的感知和自主控制方法，并開發(fā)一種先進(jìn)的算法，使小型無人機(jī)或無人車輛在沒有人類操作、GPS導(dǎo)航或任何外部數(shù)據(jù)鏈引導(dǎo)的情況下自主運(yùn)行，執(zhí)行復(fù)雜條件下的威脅任務(wù)，如在敵對(duì)城市環(huán)境中進(jìn)行任務(wù)偵察或在地震后的受損建筑中搜尋幸存者。
FLA項(xiàng)目始于2015年。2017年6月，DARPA在佛羅里達(dá)州中部利用小型四軸無人機(jī)開展了第一階段飛行實(shí)驗(yàn)，主要驗(yàn)證項(xiàng)目的可行性，因此在無人機(jī)平臺(tái)上裝載了各種不同的傳感器來分析相關(guān)環(huán)境信息。項(xiàng)目進(jìn)行了一系列障礙飛行試驗(yàn)，測(cè)試飛行試驗(yàn)為期4天，試驗(yàn)取得了重大突破。先進(jìn)的軟件算法和傳感器使該無人機(jī)可以通過有障礙的航路找到目標(biāo)物體。
2018年6月至7月間，DARPA在佐治亞州進(jìn)行了第二階段飛行測(cè)試，測(cè)試小型無人機(jī)在緊湊的室內(nèi)空間，城市戶外環(huán)境和雜亂自然場(chǎng)景的自主飛行能力。研究人員改進(jìn)了無人機(jī)的軟件系統(tǒng)，小型無人機(jī)僅攜帶一個(gè)攝像機(jī)，總重量減少為約原來的一半。測(cè)試驗(yàn)證了FLA項(xiàng)目無人機(jī)的多種能力，如在多層建筑及狹窄過道中快速飛行同時(shí)確認(rèn)目標(biāo)、穿過窄窗進(jìn)入屋內(nèi)搜索及構(gòu)建3D態(tài)勢(shì)以及識(shí)別樓梯并沿其飛出建筑物等。
FLA項(xiàng)目小型無人機(jī)的預(yù)計(jì)飛行速度為20米/秒（45英里/小時(shí)），它使用傳感器快速探索和導(dǎo)航未知環(huán)境中的障礙物時(shí)，會(huì)不斷創(chuàng)建地圖，記錄已探測(cè)過的地點(diǎn)，最后可自行返回起點(diǎn)。操控人員只需制定任務(wù)目標(biāo)，如所要搜尋的目標(biāo)圖形以及大概的目標(biāo)方向及距離等。無人機(jī)收集的數(shù)據(jù)可與稱為Android Tactical Assault Kit（ATAK）的手持應(yīng)用程序同步，該應(yīng)用程序目前已經(jīng)部署到美軍部隊(duì)。使用來自飛機(jī)的可選Wi-Fi鏈路（可以根據(jù)需要打開或關(guān)閉），飛行器可以發(fā)送所需對(duì)象的實(shí)時(shí)圖像。
目前，F(xiàn)LA項(xiàng)目已經(jīng)在重量?jī)H為5磅（約2.3千克）、有限電池電量和計(jì)算處理能力的輕型四軸飛行器上得到了驗(yàn)證。該項(xiàng)目的下一步工作是將更多的計(jì)算能力集成到更小的平臺(tái)上，并逐步轉(zhuǎn)移到陸軍研究實(shí)驗(yàn)室，以進(jìn)一步開發(fā)潛在的軍事應(yīng)用。未來亦可用于其他輕質(zhì)小型地面車輛。
未來戰(zhàn)爭(zhēng)中，F(xiàn)LA的無人機(jī)群應(yīng)用非常廣泛，如可以在軍隊(duì)進(jìn)入作戰(zhàn)區(qū)域之前安全、快速地掃描建筑物內(nèi)的威脅，或在茂密叢林等偵察機(jī)無法對(duì)地面情況進(jìn)行探知的區(qū)域搜尋被擊落的飛行員或敵方人員。此外，配備FLA算法的無人系統(tǒng)由于無需外部通信鏈路，因此指戰(zhàn)員在戰(zhàn)爭(zhēng)中暴露的可能性降低，人員安全性得到大幅提高。
OFFSET項(xiàng)目軟件交互界面
為顯著提升小型地面部隊(duì)在城市環(huán)境下的作戰(zhàn)效能，DARPA在2016年12月啟動(dòng)了“集群使能攻擊戰(zhàn)術(shù)”（OFFSET）項(xiàng)目，旨在快速生成集群戰(zhàn)術(shù)，評(píng)估集群戰(zhàn)術(shù)的有效性，并將最佳集群戰(zhàn)術(shù)整合到野外作戰(zhàn)中。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，項(xiàng)目尋求構(gòu)建一個(gè)支持開放式系統(tǒng)架構(gòu)的活躍集群戰(zhàn)術(shù)開發(fā)生態(tài)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括3個(gè)部分。
第一，先進(jìn)的人員集群界面，使操作人員能夠同時(shí)對(duì)數(shù)百個(gè)無人平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和指揮。該計(jì)劃旨在利用正在興起的沉浸式直觀交互技術(shù)（例如增強(qiáng)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，基于語音、手勢(shì)和觸控的技術(shù)等）來創(chuàng)建具有沉浸式態(tài)勢(shì)感知和決策呈現(xiàn)能力的新型指控界面。界面還將包含一個(gè)集群交互語法，實(shí)現(xiàn)集群戰(zhàn)術(shù)的“自由式”設(shè)計(jì)，以便實(shí)現(xiàn)基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)條件的動(dòng)態(tài)行動(dòng)和反應(yīng)。
第二，一套實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)虛擬環(huán)境，用以保障實(shí)際的集群戰(zhàn)術(shù)演練。在演練中，操作人員可以在現(xiàn)實(shí)世界中使用各種無人系統(tǒng)或在虛擬系統(tǒng)中探索創(chuàng)新的合成技術(shù)快速探索、開發(fā)和評(píng)估集群戰(zhàn)術(shù)，并從中選擇最佳戰(zhàn)術(shù)。此外，操作人員可以通過該系統(tǒng)提交集群戰(zhàn)術(shù)進(jìn)行排名，以鼓勵(lì)競(jìng)爭(zhēng)和協(xié)作。
第三，社區(qū)驅(qū)動(dòng)的集群戰(zhàn)術(shù)交流。該項(xiàng)目還為參與人員提供撰寫集群算法甚至改進(jìn)其他現(xiàn)有集群戰(zhàn)術(shù)的工具，這可以為最終用戶生成集群戰(zhàn)術(shù)提供可擴(kuò)展的架構(gòu)，并幫助創(chuàng)建一個(gè)持久的社區(qū)來創(chuàng)新和培養(yǎng)更為有效的戰(zhàn)術(shù)。
OFFSET項(xiàng)目包括5個(gè)核心領(lǐng)域：集群戰(zhàn)術(shù)、集群自主、人員-集群協(xié)同，虛擬環(huán)境和物理測(cè)試平臺(tái)，項(xiàng)目通過對(duì)各種無人空中和地面平臺(tái)的頻繁實(shí)時(shí)試驗(yàn)來展示其技術(shù)。大約每6個(gè)月，項(xiàng)目的總體復(fù)雜性就需要隨著集群大小、空間操作規(guī)模和任務(wù)持續(xù)時(shí)間等的增加而不斷增長(zhǎng)，因此平均每6個(gè)月，項(xiàng)目會(huì)著力推動(dòng)某一核心領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展。未來，希望通過直觀的用戶界面實(shí)現(xiàn)對(duì)上百個(gè)集群目標(biāo)的戰(zhàn)術(shù)操作，應(yīng)用于無人機(jī)和/或地面無人車輛集群，配備地面的班級(jí)等小型步兵部隊(duì)。
2018年3月，項(xiàng)目開始第二階段“集群沖刺”，著力發(fā)展“集群戰(zhàn)術(shù)”核心領(lǐng)域，關(guān)注戰(zhàn)術(shù)開發(fā)與評(píng)估以及增強(qiáng)自主性算法研究，加強(qiáng)平臺(tái)自主性。項(xiàng)目選擇雷錫恩公司作為承包商之一，該公司正在研發(fā)一種單人控制大量無人機(jī)的VR接口，并已在50架無人機(jī)上進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試時(shí)，參與人員通過HTCViveVR設(shè)備和兩個(gè)控制器與環(huán)境交互，使用數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)決策，可對(duì)兩個(gè)城市街區(qū)內(nèi)的城市目標(biāo)進(jìn)行持續(xù)時(shí)間15～30分鐘的偵查。VR接口僅能完成簡(jiǎn)單的指控操作，包括選擇集群子集并為其分配簡(jiǎn)單任務(wù)，如移動(dòng)到指定區(qū)域、原地盤旋，以及獲得周圍環(huán)境視圖。
集群使能攻擊戰(zhàn)術(shù)”項(xiàng)目擁有先進(jìn)的人員集群界面進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和指揮
2018年10月，項(xiàng)目開始第三階段“集群沖刺”，集中討論“人員-集群協(xié)同”和“集群戰(zhàn)術(shù)”核心領(lǐng)域，同時(shí)授予8家公司第二波集群沖刺合同。“人員-集群協(xié)同”是為增強(qiáng)人類與自主集群交互設(shè)計(jì)，開發(fā)和演示新的框架，試圖解決集群系統(tǒng)本身的復(fù)雜性，以及人類或指戰(zhàn)員在進(jìn)行城市作戰(zhàn)時(shí)的認(rèn)知需求。集群戰(zhàn)術(shù)是為操作人員提供集群作戰(zhàn)的戰(zhàn)術(shù)或者方法的存儲(chǔ)庫，主要針對(duì)任務(wù)持續(xù)時(shí)間1～2小時(shí)、面積為4個(gè)方形城市街區(qū)的“城市突襲”的任務(wù)，利用異構(gòu)集群的空中和地面機(jī)器人，設(shè)計(jì)和實(shí)施的復(fù)雜集群戰(zhàn)術(shù)。
2019年4月，開始征求第四次沖刺的創(chuàng)意，包括為OFFSET在虛擬環(huán)境中開發(fā)合成技術(shù)以及應(yīng)用人工智能（AI）以探索和學(xué)習(xí)新的集群戰(zhàn)術(shù)兩個(gè)方面。以便為基于演練的集群模擬器開發(fā)合成技術(shù)和人工智能應(yīng)用。對(duì)于合成技術(shù)，主要指分布式“墻體透視”傳感器，無源集群通信或增強(qiáng)型傳感器/計(jì)算陣列，以實(shí)現(xiàn)和演示新的集群戰(zhàn)術(shù)。并利用人工智能加速集群戰(zhàn)術(shù)設(shè)計(jì)，操作人員將通過OFFSET的虛擬環(huán)境，利用人工智能框架來發(fā)現(xiàn)、學(xué)習(xí)和強(qiáng)化新型集群戰(zhàn)術(shù)。近期最重要的進(jìn)展是在6月成功進(jìn)行了第二次外場(chǎng)試驗(yàn)，試驗(yàn)中空中和地面機(jī)器人團(tuán)隊(duì)測(cè)試了以隔離城市目標(biāo)的相關(guān)戰(zhàn)術(shù)，任務(wù)執(zhí)行時(shí)間達(dá)到30分鐘。
OFFSET項(xiàng)目未來計(jì)劃實(shí)現(xiàn)多達(dá)250架協(xié)作自主的無人系統(tǒng)集群，執(zhí)行任務(wù)時(shí)間15～30分鐘，最終延長(zhǎng)到6小時(shí)，并很有可能實(shí)現(xiàn)通過語音指令為集群發(fā)布任務(wù)的功能。待列裝后，OFFSET項(xiàng)目集群可為地面部隊(duì)解決城市作戰(zhàn)中遇到的高層建筑、狹小空間和有限視線等多種問題。
隨著各軍事強(qiáng)國(guó)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，美軍試圖通過發(fā)展新作戰(zhàn)概念及智能技術(shù)，重塑自身的“不對(duì)稱”優(yōu)勢(shì)。無人集群技術(shù)正是美國(guó)“第三次抵消戰(zhàn)略”的關(guān)鍵一招，它利用人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)無人裝備在未來日趨復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)中自主突防、自主規(guī)避及自主任務(wù)生成，使各作戰(zhàn)平臺(tái)、作戰(zhàn)系統(tǒng)緊密配合，通過體系級(jí)攻擊謀取戰(zhàn)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，將從戰(zhàn)略層面改變未來戰(zhàn)爭(zhēng)的作戰(zhàn)方式，并對(duì)軍隊(duì)未來的作戰(zhàn)理念、組織形態(tài)、裝備體系產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。
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