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即將到來的無人機蜂群

2019-04-26 09:01 性質:轉載 作者:袁成 來源:中國航空報
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  據美國《空軍雜志》網站報道, 盡管最初的作戰能力有限,但無人機蜂群技術很可能會在未來幾年進入戰場。然而,把人工智能和自主技術有機結合...

  據美國《空軍雜志》網站報道, 盡管最初的作戰能力有限,但無人機蜂群技術很可能會在未來幾年進入戰場。然而,把人工智能和自主技術有機結合以應對高端作戰可能還需要一段時間。美國空軍負責采辦、技術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,我認為這就是未來戰爭的樣子。”

  “灰山鶉”無人機蜂群

  羅珀在2018年2月進入空軍之前,曾在國防部戰略能力辦公室任職6年并推動了“灰山鶉”項目的發展。

  “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,執行情報監視偵察任務。2016年,戰略能力辦公室與美國海軍航空系統司令部合作,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:“考慮到戰爭的復雜性,‘灰山鶉’蜂群無人機在協同時沒有預編程,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。他認為國防部在發展這種技術時必須調整思路。

  “我去找他們說,‘我想讓戰斗機空射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’轉變為‘你需要一個飛行邊界’,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?它是武器系統嗎?平臺是否擁有自主集群和協同能力,還是各種平臺都有自主集群和協同的程序?

  空軍負責試驗與評價、作戰試驗和適航的專家必須創造性地找出答案。國防高級研究計劃局(DARPA)戰術技術辦公室“小精靈”項目經理斯科特·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,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裝備。

  DARPA“小精靈”和CODE無人機蜂群項目

  無人機蜂群在戰爭的各個領域都有應用。高端作戰方面,在反介入/區域拒止(A2/AD)環境中,實力匹敵的對手會部署多套綜合防空系統,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,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據并一起作戰,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”。

  現在,考慮在寬松作戰環境下進行的一次秘密行動,C-130從空中發射2~4架小型無人機,部署傳感器或拓寬C-130等飛機執行任務的路徑。

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

  去年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。該項目聚焦于發展可支持這種分解式作戰行動的無人機蜂群技術。具體來說,“小精靈”項目的目標是證明多架無人機可以從一架遠離敵防區的C-130上安全發射和回收。“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。

  在“小精靈”無人機蜂群完成預設的作戰任務后,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月進行第一次大規模的演示驗證:在30分鐘內回收4架“小精靈”無人機。未來,一架C-130根據作戰需求最多可以回收16架無人機。另外,“小精靈”無人機也可從F-16戰斗機、B-52轟炸機和其他飛機上發射,而且還不需要對載機進行大規模改裝。這可能會顯著提升無人機蜂群的規模。

  今年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。基特表示:“航電系統是無人機的大腦,在試驗過程中如果出現任何問題,飛行員可以接管飛機的控制權。”

  今年夏天,“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同試驗之前證明自身能力。不同于羅珀的“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。

  然而,韋爾茨巴諾夫斯基在DARPA負責的另一個項目,即“拒止環境協同作戰”(CODE)項目正在研發無人機蜂群的自主技術。他說:“自主對無人機蜂群協同作戰十分重要,因為在這種情況下,作戰人員將更多地處于戰略或監管層面。作戰人員將提供指揮官的想法,而蜂群系統能夠基于該想法制定行動方案。”

  去年年底,DARPA在亞利桑那州尤馬試驗場測試了CODE無人機在反介入/區域拒止環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聯絡時,無人機蜂群證明了在沒有作戰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,編隊可以協同并適應任務需求和不斷變化的環境。”

  在今年4月之前,DARPA將繼續領導CODE項目,之后其將轉化到海軍航空系統司令部。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行什么任務。”

  韋爾茨巴諾夫斯基目前每周都與國防部相關機構對話,一些人對項目表示出了興趣,但是興趣尚未變為投資。

  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。美國空軍研究實驗室(AFRL)正在和懷特兄弟研究所以及代頓大學研究所聯合開展“蜂群和搜索AI挑戰”項目。該項目將與英國的一個類似的競賽項目同時進行。

  去年4月,英國國防科學和技術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賽,兩個實驗室接觸了非傳統的小型企業和大學。AFRL小型企業高級技術顧問米克·希區柯克(Mick Hitchcock)表示:“因為他們并不想參與軍事任務。”

  挑戰賽要求參賽人員研究在繪制火場地圖時如何規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,并提出完成任務的最有效方式。希區柯克表示,英國林業局將為所有團隊發布問題描述的視頻。“挑戰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的進行而不斷增加難度,并在3月29~31日的“最終決戰”活動中達到了高潮。

  人工智能組件

  羅珀承認美國空軍需要更多的人工智能,同時讓跨系統的軟件和聯網技術適應傳統的采辦規則也是一項挑戰。

  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:“這已經不是10~15年后的事情了。這是一項可以在未來一兩年內實施的計劃,并與我們現有的武器系統或其改型一起使用。”

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