04.03 智能化升級:無人機與有人機協同作戰

智能化升級:無人機與有人機協同作戰

第一次世界大戰的1914年,無人機誕生。當時,英國的卡德爾和皮切爾兩位將軍向英國軍事航空學會提議研製一種無線電操縱的小型無人機,飛臨敵陣地上空投彈。該設想被採納後命名為“AT計劃”。1927年,英國終於研製出了“喉”式單翼無人機,並在海軍“海堡”號軍艦上成功試飛。美國的無人機研究最早是在1915年,當時的斯佩裡公司和德爾科公司曾研製出一架總重只有272千克,由一臺30千瓦活塞式發動機作為動力的小型無人機。如今,無人機系統(UnmannedAircraft System,UAS)作為一種典型的無人作戰力量,如今已逐漸滲透到戰爭各個環節,作戰效能日益凸顯,證明了其巨大的軍事價值,從而引發各軍事強國都在積極發展適應本國需求的無人機。

一、掃描全球軍用無人機

(一)美國

20世紀80年代初,以色列在貝卡谷地巧妙地採用無人機協同作戰的成功戰例,促使美軍對無人機產生了濃厚興趣,並加大了研發力度。作為現今無人系統的第一強國,美軍的無人機發展起步早,在研製、生產、裝備及使用等各方面都居領先地位,目前美軍投入使用的無人機種類很多,且大都經過實戰檢驗。其中,長航時的無人機包括RQ-4“全球鷹”、RQ-7“影子”、RQ-3“暗星”,以及同以色列合作研發的RQ-2“先鋒”等;微型無人機主要包括“微星”、“黑寡婦”等;無人作戰飛機主要包括MQ-1“捕食者”無人偵察/攻擊機、X-45C 以及美海軍最新的X-47B無人作戰飛機。值得一提的是,2013年11月20日,首次由兩架X-47B在同一艘航母上進行了試驗。2014年4月10日,X-47B首次夜航試驗。兩次試驗都引發了全球防務界廣泛關注,也進一步表明在環境惡劣的載體上操作大型無人機進行作戰的可行性。

不難發現,美軍已經形成了各個層面、梯次搭配的無人機作戰體系,涵蓋戰略、戰役及戰術級,以及中繼通信、電子對抗及攻擊等各個任務層面。2010年,五角大樓首次採購的無人機多於有人機。2011年,美國空軍培訓的無人機操作員數量,在歷史上首次超過培訓的戰鬥機飛行員和轟炸機飛行員數量總和。隨著近幾場局部戰爭中無人機的實戰檢驗,以及軍方對先進軍用無人機需求的提升,由美軍近期發佈的無人機發展路線圖來看,其正在描繪一個全球性無人作戰的宏偉藍圖。

按照美國五角大樓2005年8月4日簽署發佈的《2005-2030美國無人機系統發展路線圖》,當年對無人機的投資就達到20億美元,而整個20世紀90年代才只有30億美元。2016年,美國空軍和海軍分別發佈了《小型無人機系統飛行計劃:2016-2036》《海軍無人系統路線圖》兩大規劃。按照路線圖的規劃,美軍不僅要在未來二十年內開發出比“MQ-1捕食者”和“MQ-9死神”更小的新型多任務無人機作為空軍ISR的基石,以起到更好的監視偵查作用,還要開發出囊括空中無人機、地面無人機器人、無人潛艇及潛航器等無人系統的聯合作戰技術體系,以謀求全域作戰力量優勢。此外,一度曾在科幻電影中體現的無人集群作戰能力,也納入了美軍方的技術發展規劃之中。美國陸軍的無人機發展則另闢蹊徑,偏向於微型無人機的應用。前期發佈的《美國陸軍無人機系統路線圖(2010-2035)》已到中期階段,即2016-2025年。在此階段,美國陸軍要把最新的多用途無人機系統集成到陸軍的整體作戰行動之中。美國空軍的願景文件《美國空軍無人機系統飛行計劃體系(2009-2017)》提出,到2047年,包括重型運輸在內的每一項任務都將實現無人化。美國海軍也投入巨資開發多種類型的無人機系統,包括:廣域海洋監視(BAMS)無人機、無人戰鬥機驗證機(UCAS-D)、垂直起降戰術無人機(VTUAS),小型戰術無人機(STUAS)和航母搭載的非隱身無人機等。

縱觀美軍於2000年以後發佈的所有無人機發展路線圖,尤其是2007年第四版無人機發展路線圖發佈之後的規劃,不難發現,五角大樓對無人機的戰略規劃有了更為清晰的思路,對互用性和相關標準也提出了更高要求。

其一,執行情報、監視、偵察(ISR)任務的無人機。“全球鷹”偵察無人機擁有一萬八千米的飛行高度以及42小時的超長航時,令其他國家的無人機望塵莫及,這種戰略戰役無人機可在跑道起降,是典型的情報、監視及偵察(ISR)軍用無人機。當然,這樣的作戰能力過分依賴於“全球鷹”超大的體型以及超過七噸的機載燃料,如何讓小體型的新型無人機也擁有更多的續航時間,依然是美軍亟需解決的難題。目前,美國硅谷的UAVOS公司正在研製一種主動控制彎曲機翼的太陽能無人機,以實現最小阻力和最長航時,目前研製的天燕座-30的翼展已可達10.5米,而重量只有15千克,飛行高度可達15200米。

此外,在近年來的反恐戰爭中,察打一體的無人機發揮了重要作用,更加受到軍方青睞。如MQ-1“捕食者”/MQ-9“死神”。標誌性作戰案例是在2011年11月15日阿富汗境內對“塔利班”武裝的攻擊,當時MQ-1“捕食者”無人機發射了“海爾法”導彈命中目標,這次作戰行動之所以在戰爭史上有標誌性意義,原因就在於它通常被認為是完全意義上無人機直接對地攻擊作戰。當然,這種察打一體的無人機距離專用無人作戰飛機(UCAV)還有一定距離,美國的X-47B和“鬼怪鰩魚”、俄羅斯的“鰩魚”及歐洲的“神經元”和英國的“雷神”都是此種類型。

其二,艦載無人機的應用。艦載無人機在美國海軍的大力推進下,逐漸成為無人機的發展趨勢之一。2016年2月,美國海軍成立了 “海上加速能力辦公室”。3月,“艦載無人空中加油系統”最先進入計劃,並協助完成了X-47b無人機的航母起降,而脫胎於X-45的“鬼怪鰩魚”、“海上覆仇者”等戰鬥無人機的方案也已基本成熟。

其三,微型無人機的研發。美國陸軍對在戰場上具有極高靈活性和生存能力的微型無人機也關注很久。微型無人機作為士兵可攜帶的戰場偵查裝備,如何使其執行偵查跟蹤、通訊中繼及目標識別等多任務,是美國陸軍在無人機領域的一個關切點。由美國航空環境公司為美國陸軍研發的超小型無人機系統就是對這種關切的響應,這種名為“狙擊手”的超小型四旋翼無人機質量僅為130克,不僅能夠單兵攜帶,而且可以在晝夜及強風環境下飛行,能對周圍一公里範圍進行偵查,最大飛行速度為35.42公里每小時。

此外,近年來美軍還加大了高超聲速無人機的研發力度。2016年3月,洛克希德·馬丁公司宣稱已經更新了其大力發展的SR-72高超聲速無人機的概念方案,相關研製推進到新的階段。“SR-72由洛克希德·馬丁公司‘臭鼬’工作隊設計,利用渦輪基組合循環發動機加速到馬赫數1.5至2.0,然後動力轉換為超然衝壓發動機,推進飛行器速度達到馬赫數6。”[1]

(二)以色列

以色列的無人機起步較早,其無人機發展戰略聚焦於局部戰爭中的實戰應用,在戰術無人機和長航時無人機領域具有特色和優勢。在20世紀60至70年代引進美國“石雞”軍用無人機後,以色列通過仿製和改進,逐步發展起自己的無人機體系。尤其在以敘貝卡谷地空戰中,“偵察兵”和“猛犬”無人機發揮了重要,戰後以色列對於無人機的研製更加不遺餘力。

如今,以色列已經研製了三代無人機。第一代為“偵察兵”無人機;第二代為“先鋒”無人機;第三代為“獵人”無人機、“雲雀”無人機以及“蒼鷺”無人機。以色列的軍用無人機包括偵察、干擾、反輻射、誘餌及通信等多個領域。如在第五次中東戰爭中,以色列就使用“猛犬”無人機充當假目標誘餌,通過欺騙、迷惑或誘導敵方雷達開機,從而為己方偵察、定位和反輻射創作條件。1994年研製的大型高空長航時“蒼鷺”無人機,可用於實時監視、電子偵察和干擾、通信中繼和海上巡邏等任務,其最大續航時間達52小時,該機裝有大型監視雷達,可同時跟蹤32個目標,並根據任務需要換裝不同設備。

目前以色列正在研製的第四代無人機,重點在於提高無人機的攻防能力。此外,為發揮“哈比”攻擊機的作戰效能,以色列在該無人機上加裝了先進傳感器,使其成為多用途無人攻擊機。這種“哈比”攻擊機可在敵防區上空做較長時間的遊弋飛行,一旦搜索、識別並瞄準敵方的雷達站等目標,就可以向目標俯衝並引爆自身戰鬥部進行反輻射攻擊。由於以色列國內有多家防務公司可以自行研製大型、中型、小型及微型無人機,產品種類齊全、功能多樣、性能先進,因而其在近期、中期和遠期規劃中都有強烈的領先意識。以色列目前雖然尚未研發無人戰鬥機(UCAV )這樣的大型無人作戰平臺,但仍將繼續在機載傳感器和數據鏈研發上聚集力量,特別是研發一系列先進的電子戰(EW )系統,以滿足以色列國防軍的各種作戰需求。

此外,以色列的貨運無人機也比較先進,如“飛象”貨運無人機在技術性能上比美國卡曼航空公司研製的K-MAX貨運無人機還要先進。我們知道,美軍的K-MAX貨運無人機曾於2011年12月17日在阿富汗完成世界首次無人機貨運任務,該機自重2.5噸,可攜帶3.5噸重貨物可持續飛行400千米以上。

(三)歐洲各國

作為無人機的先行者,自英國人於1917年研製出世界上第一架無人機後,歐洲一些主要國家對於無人作戰的興趣便從未停歇過,法國達索飛機制造公司早已展示了多國合作的“神經元”無人作戰驗證機的全尺寸樣機,該機是由法國、意大利和瑞典聯手開發的,被稱為“戰場上最快的無人機”。該無人機除了能完成偵察、監視、通信中繼和電子干擾等任務外,還能像有人攻擊機那樣實施對地攻擊,控制敵方防空系統,攻擊固定或移動的敵方目標,支援地面作戰,還可以執行近距離空中支援。據參研廠商透露,“神經元”項目的目標之一就是研製一種可與美“聯合無人空戰系統”競爭的利器。

2016年9月,歐洲聯合軍備合作組織(OCCAR)正式向空客防務與空間公司、達索航空公司和萊奧納多公司發佈了為期兩年的“歐洲通用無人機項目”,參與國包括法國、德國、意大利及西班牙。主要任務是武裝情報、監視、目標獲取和偵察(ISTAR)。同年,丹麥成為歐洲第一個將無人機發展戰略提升到國家層面的國家,其政府在國家戰略中提出了六大宏偉目標,其中就包括:加強無人機技術的研發;建立具有國際吸引力的無人機技術試驗設施;推動無人機在公共部門的應用;加強有關無人機研發和使用方面的教育活動;國家參與無人機技術國際標準化進程;以及丹麥無人機研發活動和無人機工業系統的國家化。此外,該戰略規劃還提出了23項倡議以推動目標的達成。

總體而言,歐洲各國從本國的軍事技術實力和經濟等多方面考慮,在無人機研發上,大多傾向於多國聯合的方式,認為只有加強相互合作,才能保持在航空技術領域的領先地位。

二、無人機智能升級路在何方?

無人機本身就是一個智能化語境中的詞彙,倘若再談無人機的智能化升級,這是不是一種語義重複?換而言之,智能化無人機是不是一個偽概念?

無人機的自主性是個分級的概念。早在2005年,美國五角大樓和聯邦航空管理局在發佈的無人駕駛飛機系統路線圖中首次引入了無人機系統(Unmanned Aircraft System,UAS)這一概念,同時制定了UAS自主能力的十個等級,從最初的遙控引導到最高級的完全自主,列出了一個自主能力的譜系。在《2005-2030美國無人機系統發展路線圖》的規劃中,2025至2030年,無人機的能力預測是,將採用有1000個譜帶的高光譜成像設備,並在機載計算機中裝備與人腦的處理速度和記憶容量相當的處理器。

在以往美軍參與的局部戰爭中,無人機發揮了重要作用,作戰優勢十分突出。比如,在情報、監視和偵察(ISR)方面,美軍無人機在阿富汗戰爭中飛行了大約1300架次,在無人機支持下,共摧毀了700個目標。後在伊拉克戰爭中投入的無人機數量是阿富汗戰爭中的3倍,除“捕食者”“全球鷹”之外,還首次使用了“龍眼”“陰影”等新型無人機,用於組成中低空戰場感知網。儘管如此,在這些戰爭中也暴露了無人機的一些弱點,涉及對目標的敵我精準識別,獨立排除突發故障,與無人機操作員的高效交流等。為此,美軍啟動了一批諸如“自主智能網絡和系統”一樣的智能化項目,通過材料、裝備及指控系統的智能升級,整體提升無人機的智能化水平。

三、人機智能:無人機與有人機協同作戰

近年來,美國陸軍正在探索利用AH-64D“阿帕奇”BlockⅡ和OH-58D“基奧瓦勇士”直升機對其部分型號的無人機進行控制,以便展開無人機與有人機協同編隊作戰。美國空軍研究室2015年也開啟了“忠誠僚機”項目,探索F-16武裝無人機與F-35戰鬥機的協同作戰。法國也在探索將“陣風”戰鬥機改裝成無人機的控制機,構建無人機/有人機混編戰隊。這種“混搭”的作戰指導思想背後,是如何最大限度開發有人作戰平臺與無人作戰平臺作戰潛力的問題,是戰爭從平臺對抗向體系對抗演進的要求。

無人機和有人機各有優缺點,一般來說,無人機更能執行枯燥、汙染及危險的任務。如在1999年,在歷時34天的科索沃戰爭中,B-2轟炸機機組人員通常需要從密蘇里州飛往塞爾維亞實施轟炸,往返航程30個小時。由於人類飛行時間的生理極限是40小時,因此,儘管機組人員由平時的2人增加到3人,但仍無法有效根本解決飛行員的疲勞難題。當然,從近年來局部戰爭中暴露出的一些問題來看,無人機的缺點有時在戰爭中也是致命的,如缺少標準化的通信頻率和頻段;缺少標準化傳感器;缺少適合傳感器和平臺共用的標準化數據格式;缺少通用指揮系統等。此外,在訓練、後勤保障、空域協同及作戰概念理解等方面也存在一些協同問題。

針對美軍阿富汗戰爭和伊拉克戰爭中暴露出來的問題,五角大樓採取了一系列措施增強無人機與有人機的協同作戰。主要表現在三個方面:其一,技術整合。在為無人機制定統一的技術標準基礎上,努力實現無人和有人駕駛航空技術的通用化,如DARPA與和國防信息系統局曾委託有關科技公司研製的無人機和有人機共用的數據鏈;其二,戰術整合。如美國將“影子”“火力偵察兵”無人機與“阿帕奇”以及新型無人機混合編隊使用,通過在戰術層面的大量紮實細緻的工作,使有人機和無人機的混編編隊作戰有章可循。此外,有時無人機作戰也需要有人機適時進行威懾干預。一個典型的案例是,2013年3月,一架伊朗F-4“鬼怪”(Phantoms)戰鬥機試圖攔截一架在阿拉伯灣巡航的MQ-1“捕食者”無人機。伊朗飛行員很快就改變了主意,因為他們發現一架F-22“猛禽”戰鬥機突然出現在他們的編隊中,並且F-22戰機飛行員通過無線電警告他們“應當回家”;其三,力量整合。一方面是人員整合,即通過制定統一的飛行器或傳感器操作人員資格標準,經過專門的培訓學習、作戰訓練及實際飛行,讓專業化的人員更加熟練地操控無人機,形成有人機與無人機協同作戰能力。另一方面是平臺整合,即將無人機平臺與有人機平臺納入統一的作戰行動中。早在2003年,美國陸軍就對無人機和RAH-66“科曼奇”未來陸軍偵察直升機的能力進行了比較試驗。結果是,無人機只能有效完成:67%的戰場偵察任務,50%的軍隊警戒任務,25%的作戰摧毀任務。顯然,無人機應與陸航武裝直升機配合使用,才能更好地完成作戰任務。

在未來,無人機要真正形成作戰能力,除了實現與有人機的有效協同之外,還要增強與其他作戰力量的無縫連接與有機融合。比如,2016年11月,俄羅斯“軍工聯合體”網站就公佈了一種名為“斯瓦羅格”的新型頭盔。這種頭盔將成為俄軍首款虛擬現實(VR)頭盔。單兵穿戴這種頭盔,不僅能夠觀察來自無人機攝像機的戰場畫面,還能通過搖頭和轉動眼球來控制無人機。[2]此外,2016年5月,在西班牙英德拉(Indra)公司的領導下,兩架無人機首次與一架從西班牙機場起飛的有人飛機實現了共同飛行測試,試驗取得成功。測試分兩個階段開展。“第一階段用一架E300‘觀察者’固定翼無人機與MSA飛機共同進行一系列飛行,無人機自動採取機動措施。無人機操作員在地面監督無人機的運行,並通過‘自動相關監視-廣播’系統提供的數據提升對空中態勢的掌控。整個過程是在空管系統監視下進行的,

且有一名空管人員向無人機提供間隔控制指令。第二階段Logo無人直升機利用衛星導航數據執行了儀表進近和著陸。”[3]


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