美《空軍雜志》2019年4月號刊文，詳細介紹和展望了美空軍未來無人機蜂群的發(fā)展應用。我中心特將此文要點編譯如下，以饗讀者。

雖然最初的作戰(zhàn)能力有限，但無人機蜂群技術(shù)很可能會在未來幾年進入戰(zhàn)場。然而，把人工智能和自主技術(shù)有機結(jié)合以應對高端作戰(zhàn)可能還需要一段時間。美空軍負責采辦、技術(shù)和后勤的助理部長威爾·羅珀在談到無人機蜂群時認為：“我喜歡蜂群技術(shù)，我認為這就是未來戰(zhàn)爭的樣子。”

“灰山鶉”無人機蜂群

羅珀在2018年2月進入空軍之前，曾在美國防部國防部戰(zhàn)略能力辦公室任職6年并推動了“灰山鶉”項目的發(fā)展。

可消耗的“灰山鶉”微型無人機蜂群可以在低空執(zhí)行情報監(jiān)視偵察任務以及其他短時間的作戰(zhàn)任務。它們可以在空中、海上或地面發(fā)射，能以小型或大型的蜂群形式執(zhí)行任務(美空軍圖片)

“灰山鶉”是一種可消耗的微型無人機，可從各種軍用飛機上發(fā)射，并在更大、更昂貴的遠程遙控飛機(注：如MQ-9等高端無人機)或有人駕駛飛機之前飛行，執(zhí)行情報監(jiān)視偵察任務。2016年，戰(zhàn)略能力辦公室與美國海軍航空系統(tǒng)司令部合作，測試了這種先進的無人機蜂群：3架F/A-18在加州中國湖海軍航空武器站空射了100多架微型無人機。

羅珀認為：“考慮到戰(zhàn)爭的復雜性，‘灰山鶉’蜂群無人機在協(xié)同時沒有預編程，而是通過分布式大腦的決策形成了有機的整體，并能像自然界中的蜂群那樣適應彼此。由于每架‘灰山鶉’都能與其他‘灰山鶉’通信和合作，所以蜂群中沒有領(lǐng)導者，單架無人機可以自然地進入或離開編隊。”

無人機蜂群發(fā)展困境

但是，今年2月羅珀對記者說，目前甚至很難找到進行無人機蜂群試驗的靶場。他認為國防部在發(fā)展這種技術(shù)時必須調(diào)整思路。

“我去找他們說，‘我想讓戰(zhàn)斗機空射100架微型無人機，’他們說，‘好吧，告訴我每架無人機的飛行計劃，’我說‘我沒有。它們會做它們自己的事情，但是我可以畫一個確保它們不會離開的空域范圍’。我們必須從‘你需要一個飛行計劃’轉(zhuǎn)變?yōu)椤唬阈枰粋€飛行邊界’，這就可以了。”

但他補充說，在無人機蜂群進入型號研制之前，確實需要回答一些問題：“如何證明它的能力？如何測試和評估？誰將裝備它?它是武器系統(tǒng)嗎？平臺是否擁有自主集群和協(xié)同能力，還是各種平臺都有自主集群和協(xié)同的程序？

美空軍負責試驗與評價、作戰(zhàn)試驗和適航的專家必須創(chuàng)造性地找出答案。國防高級研究計劃局(DARPA)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)辦公室“小精靈”項目經(jīng)理斯科特·韋爾茨巴諾夫斯基(Scott Wierzbanowski)表示，研究人員目前仍在思考無人機蜂群如何作戰(zhàn)，如何加入人工智能算法和自主能力。但是他同時認為，無人機蜂群從根本上講仍是有效的作戰(zhàn)裝備。

DARPA“小精靈”和CODE無人機蜂群項目

無人機蜂群在戰(zhàn)爭的各個領(lǐng)域都有應用。高端作戰(zhàn)方面，在反介入/區(qū)域拒止(A2/AD)環(huán)境中，實力匹敵的對手會部署多套綜合防空系統(tǒng)，使得空域進入變得極其困難。這種情況下，大量小型、價格低廉的無人機可飽和敵雷達系統(tǒng)，降低有人機和昂貴無人機的風險。

韋爾茨巴諾夫斯基表示，低成本無人機可以分享傳感器數(shù)據(jù)并一起作戰(zhàn)，如果被擊落的話，損失一架無人機在成本上也是可以接受的。“我們真的相信這種威脅環(huán)境是十分危險的，但是我們必須盡可能地接近敵人，以確定威脅到底是什么”。

現(xiàn)在，考慮在寬松作戰(zhàn)環(huán)境下進行的一次秘密行動，C-130從空中發(fā)射2到4架小型無人機，部署傳感器或拓寬C-130等飛機執(zhí)行任務的路徑。

在這種作戰(zhàn)場景中，韋爾茨巴諾夫斯基說：“他們不需要‘死神’‘全球鷹’或戰(zhàn)斗機壓制敵防空。實際上，他們可以自己解決問題，而且方式可能更加簡單，這也和作戰(zhàn)中隊的目標相一致。可以應對不同復雜度的作戰(zhàn)場景是無人機蜂群擁有的關(guān)鍵優(yōu)勢之一，而傳統(tǒng)作戰(zhàn)裝備很難提供這種能力。”

2018年4月，DARPA授予Dynetis公司一份為期21個月價值3860萬美元的“小精靈”項目第三階段合同。該項目聚焦于發(fā)展可支持這種分解式作戰(zhàn)行動的無人機蜂群技術(shù)。具體來說，“小精靈”項目的目的是證明多架無人機可以從一架遠離敵防區(qū)的C-130上安全發(fā)射和回收。“小精靈”無人機長4.267米，加滿油重725.75千克。這比羅珀的“灰山鶉”無人機要大很多，韋爾茨巴諾夫斯基表示“小精靈”無人機的尺寸和巡航導彈差不多。

DARPA“小精靈”項目概念圖。該項目設想了轟炸機、運輸機和戰(zhàn)斗機在防區(qū)外空射一群無人機并共同攻擊目標(美國防部國防高級研究計劃局圖片)

在“小精靈”無人機蜂群完成預設的作戰(zhàn)任務后，C-130將使用類似于空中加油對接裝置的“水平對接站”在空中回收無人機。Dynetics公司首席工程師、“小精靈”項目副經(jīng)理蒂姆·基特(Tim Keeter)表示，與回收籃不同，對接裝置可以通過機械機構(gòu)牢固地鎖定“小精靈”無人機。

在第三階段，DARPA計劃于2020年1月進行第一次大規(guī)模的演示驗證：在30分鐘內(nèi)回收4架“小精靈”無人機。未來，一架C-130根據(jù)作戰(zhàn)需求最多可以回收16架無人機。另外，“小精靈”無人機也可從F-16戰(zhàn)斗機、B-52轟炸機和其他飛機上發(fā)射，而且還不需要對載機進行大規(guī)模改裝。這可能會顯著提升無人機蜂群的規(guī)模。

2019年2月初，Dynetics公司團隊在中國湖開展了“水平對接站”的飛行試驗，試驗中并沒有使用實際的“小精靈”無人機。在4月初，公司計劃在有人駕駛的利爾噴氣飛機上試驗“小精靈”無人機的航電系統(tǒng)。肯特表示：“航電系統(tǒng)是無人機的大腦，在試驗過程中如果出現(xiàn)任何問題，飛行員可以接管飛機的控制權(quán)。”

2019年夏天，“小精靈”無人機將開展第一次飛行試驗，以便在與有人機進行協(xié)同試驗之前證明自身能力。不像羅珀的“灰山鶉”，“小精靈”無人機至少目前沒有使用人工智能或者自主行為系統(tǒng)。

然而，韋爾茨巴諾夫斯基在DARPA負責的另一個項目，即“拒止環(huán)境協(xié)同作戰(zhàn)”(CODE)項目正在研發(fā)無人機蜂群的自主技術(shù)。他說：“自主對無人機蜂群協(xié)同作戰(zhàn)十分重要，因為在這種情況下，作戰(zhàn)人員將更多地處于戰(zhàn)略或監(jiān)管層面。作戰(zhàn)人員將提供指揮官的想法，而蜂群系統(tǒng)能夠基于該想法制定行動方案。”

2018年年底，DARPA在亞利桑那州尤馬試驗場測試了CODE無人機在反介入/區(qū)域拒止環(huán)境中適應和響應未知威脅的能力。無人機最初可以和任務指揮官交互，但是在通信降級或失去時，無人機蜂群證明了在沒有作戰(zhàn)人員控制下仍然可以完成任務。

韋爾茨巴諾夫斯基表示：“試驗中的蜂群行為是自主編隊的基石，編隊可以協(xié)同并適應任務需求和不斷變化的環(huán)境。”

在空中不斷做出改變。CODE項目將使多架裝備有CODE系統(tǒng)的無人機實現(xiàn)協(xié)同感知、適應和應對意外的威脅和新目標。系統(tǒng)可以共享信息和計劃以及分配任務目標，做出協(xié)調(diào)的戰(zhàn)術(shù)決策，并在高威脅環(huán)境中擁有反應能力(美國防部國防高級研究計劃局圖片)

在2019年4月之前，DARPA將繼續(xù)領(lǐng)導CODE項目，之后其將轉(zhuǎn)化到海軍航空系統(tǒng)司令部。然而，韋爾茨巴諾夫斯基表示，他真心希望把“小精靈”和CODE項目放在一起。“雖然這兩個項目是分別設計的，但是如果把它們相結(jié)合并進行演示驗證將是很有價值的，可以看看無人機蜂群真正可以執(zhí)行什么任務。”

韋爾茨巴諾夫斯基目前每周都與國防部相關(guān)機構(gòu)對話，一些人對項目表示出了興趣，但是興趣尚未變?yōu)橥顿Y。

人道主義援助

無人機蜂群也可以用于人道主義援助，例如災難救援。美空軍研究實驗室(AFRL)正在和懷特兄弟研究所以及代頓大學研究所聯(lián)合開展“蜂群和搜索AI挑戰(zhàn)”項目。該項目將與英國的一個類似的競賽項目同時進行。

2018年4月，英國國防科學和技術(shù)實驗室的代表到懷特兄弟實驗室訪問時提出了上述想法。當時野火正在加州肆虐，而另一場野火也為英國造成了嚴重損失。為了進行人道主義挑戰(zhàn)賽，兩個實驗室接觸了非傳統(tǒng)的小型企業(yè)和大學。希區(qū)柯克表示：“因為他們并不想?yún)⑴c軍事任務。”

挑戰(zhàn)賽要求參賽人員研究在繪制火場地圖時如何規(guī)劃和控制小型無人機蜂群。研究團隊必須使用基于AFRL平臺的無人機設計和傳感器工具以及人工智能技術(shù)，并提出完成任務的最有效方式。AFRL小型企業(yè)高級技術(shù)顧問米克·希區(qū)柯克(Mick Hitchcock)表示，英國林業(yè)局將為所有團隊發(fā)布問題描述的視頻。“挑戰(zhàn)雖然聚焦人道主義救援，但是事實上與空軍感興趣的點也十分契合”。

挑戰(zhàn)賽的第一個任務場景讓團隊熟悉了軟件。之后的場景隨著挑戰(zhàn)的進行而不斷增加難度，并在3月29-31的“最終決戰(zhàn)”活動中達到了高潮。

人工智能組件

羅珀承認美空軍需要更多的人工智能，同時讓跨系統(tǒng)的軟件和聯(lián)網(wǎng)技術(shù)適應傳統(tǒng)的采辦規(guī)則也是一項挑戰(zhàn)。

羅珀表示，目前為止維護任務已被證明是人工智能工作的“沃土”，但在能夠影響任務和生命系統(tǒng)中，人工智能的使用風險越來越高。

不過，研究人員正在取得進展。韋爾茨巴諾夫斯基說：“這已經(jīng)不是10到15年后的事情了。這是一項可以在未來一兩年內(nèi)實施的計劃，并與我們現(xiàn)有的武器系統(tǒng)或其改型一起使用。”

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