美國有人-無人編隊技術(shù)發(fā)展分析

許赟/中國航空工業(yè)發(fā)展研究中心

有人-無人編隊技術(shù)是實現(xiàn)有人裝備與無人裝備作為一個綜合系統(tǒng)編隊協(xié)同作戰(zhàn)的相關(guān)技術(shù)，是進一步發(fā)揮無人裝備作戰(zhàn)效能，提升體系作戰(zhàn)能力的重要技術(shù)。當前，美國以有人機-無人機編隊協(xié)同技術(shù)為研究重點，聚焦提升互操作等級、實現(xiàn)協(xié)同交戰(zhàn)、構(gòu)建統(tǒng)一架構(gòu)先后實施了一系列研究項目，持續(xù)推進相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展。

2019年1月22日，美國通用電氣航空集團宣布獲得美空軍研究實驗室（AFRL）“有人-無人系統(tǒng)編隊賦能架構(gòu)”（TEAMS）原型項目合同。有人-無人編隊技術(shù)是指實現(xiàn)有人機（車、艇等）與無人機（車、艇等）作為一個綜合系統(tǒng)編隊協(xié)同作戰(zhàn)的相關(guān)技術(shù)，將實現(xiàn)平臺間的互操作和資源控制共享，從而實現(xiàn)共同的作戰(zhàn)任務(wù)目標，其中有人機與無人機編隊技術(shù)是當前發(fā)展最為迅速的方向，其技術(shù)涉及體系架構(gòu)、自主控制、編隊通信、感知規(guī)避等多個領(lǐng)域。鑒于日趨復(fù)雜和激烈的未來空戰(zhàn)環(huán)境，以美國作為世界主要軍事強國和航空大國，為進一步發(fā)揮無人機作戰(zhàn)效能，提升無人機在現(xiàn)有空戰(zhàn)裝備體系中的地位，均開展了有人-無人編隊技術(shù)的探索和示范驗證工作。

美國有人-無人編隊技術(shù)研究歷程

美國有人-無人編隊技術(shù)研究與實踐探索均開展較久，其最早的有人-無人編隊技術(shù)研究和實踐工作可追溯至上世紀60年代，當時美國空軍探索利用C-130運輸機對AQM-34無人偵察機進行機載控制，實現(xiàn)無人機和運輸機的編隊飛行和協(xié)同偵察控制。

進入21世紀，美國陸軍成為探索和實踐有人-無人編隊技術(shù)的主力，率先以武裝直升機與無人機3級互操作能力（控制和監(jiān)視無人機載荷并直接接收無人機數(shù)據(jù)）為突破口，實現(xiàn)了武裝直升機作戰(zhàn)人員可通過座艙顯示器最直接獲取無人機傳感器數(shù)據(jù)，提高武裝直升機戰(zhàn)斗人員識別、分類以及辨認目標位置的能力，從而降低戰(zhàn)場誤傷風險。此后，美國陸軍不斷致力于提升有人-無人互操作能力等級。

2001年美國陸軍開始采用機載有人/無人系統(tǒng)技術(shù)（AMUST）進行了有人-無人編隊驗證，并在2006年完成了“獵人遠距離殺手編隊”高級概念技術(shù)演示，利用AH-64D直升機實現(xiàn)了對RQ-5B“獵人”無人機系統(tǒng)實現(xiàn)了4級互操作，通過有人-無人協(xié)同實現(xiàn)從后者發(fā)射了“海爾法”導(dǎo)彈。此后，美國陸軍航空兵利用“移動指揮助手”（含無人機系統(tǒng)控制、Link-16等數(shù)據(jù)鏈），實現(xiàn)了利用UH-60“黑鷹”直升機控制“獵人”無人機系統(tǒng)及其傳感器，并實現(xiàn)了在飛行中與戰(zhàn)斗機（F/A-18）和偵察機（E-8）間發(fā)送和接收戰(zhàn)術(shù)信息。

2010年9月，美國陸軍進行了一次由“阿帕奇”直升機飛行員控制“影子”、“獵人”以及“大烏鴉”無人機的合成演練。根據(jù)此次演練結(jié)果，AH-64E明確要求加裝3級和4級互操作控制裝置，AH-64E將利用其裝備的無人機戰(zhàn)術(shù)通信數(shù)據(jù)鏈組件（UTA）實現(xiàn)50km范圍的3級和4級互操作能力，AH-64E的飛行員可以進一步增強其態(tài)勢感知能力和網(wǎng)絡(luò)中心互操作能力，同時顯著降低傳感器到射手的周期。

2011年，美國國防部在其發(fā)布的《2011-2036財年無人系統(tǒng)集成路線圖》中將有人-無人編隊作為無人系統(tǒng)未來發(fā)展的7大技術(shù)能力挑戰(zhàn)之一。

圖2 MUMT-X項目以空空、空地數(shù)據(jù)鏈為核心，旨在實現(xiàn)直升機與無人機間的5級互操作能力

美國有人-無人編隊技術(shù)當前主要項目進展

隨著對無人機系統(tǒng)可靠性和功能信心的增強，有人-無人編隊技術(shù)探索日趨深入，瞄準實戰(zhàn)化運用需求和作戰(zhàn)任務(wù)能力提升繼續(xù)發(fā)展。

（1）有人/無人編隊-拓展能力（MUMT-X）項目

2017年12月，L3技術(shù)公司獲得價值9700萬美元的合同，開發(fā)適用于AH-64E攻擊直升機和“影子”及MQ-1C“灰鷹”無人機實現(xiàn)有人-無人編隊的相關(guān)技術(shù)，從而拓展有人平臺執(zhí)行偵察任務(wù)時的信息收集能力。該項目是2015年簽署的MUMT-X項目的通信升級合同，目標是實現(xiàn)5級互操作能力，這意味有人機可以具備無人機的完全控制能力，包括無人機的起飛和著陸。2018年7月，在英國范堡羅航展上，L3技術(shù)公司公開展示了其有人-無人協(xié)同技術(shù)成果，宣布其開發(fā)的MUMTi機載數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)卓越的互操作能力、快速的連通性和高速通信能力，實現(xiàn)空地、空空作戰(zhàn)單元間的有效通信，并已在AH-64直升機及包括MQ-1C“灰鷹”、“影子”和“烏鴉”等無人機系統(tǒng)上得到驗證。

（2）“忠誠僚機”項目

“忠誠僚機”概念美空軍于2009年在其無人機系統(tǒng)發(fā)展路線圖中首次提出的有人機-無人機協(xié)同作戰(zhàn)概念，其核心是構(gòu)建以先進有人機為核心、高性能無人機為支撐的作戰(zhàn)編隊，充分發(fā)揮無人機機動性好、可消耗的特點，解決先進有人機規(guī)模受限的現(xiàn)實，顯著增強美軍空中作戰(zhàn)力量。2015年美國空軍研究實驗室啟動名為“用于忠誠僚機試驗平臺的自主技術(shù)”研究項目，同年洛克希德·馬丁公司實施了“海弗-空襲者I”（Have Raider I）演示驗證試驗，利用無人化改裝的F-16驗證了有人無人編隊協(xié)同中長機指揮與控制僚機、自主編隊飛行、僚機航線跟隨、自主防碰撞等多項技術(shù)驗證；2017年3月，洛克希德·馬丁公司完成“海弗-空襲者II”驗證飛行，實現(xiàn)了無人化F-16與地面站虛擬長機編隊，演示了基于預(yù)設(shè)參數(shù)自主攻擊地面目標以及在空對地攻擊任務(wù)期間自動對動態(tài)威脅環(huán)境作出反應(yīng)的能力，驗證了機遇開放式系統(tǒng)架構(gòu)的軟件集成環(huán)境實現(xiàn)有人／無人編隊交互可行性。

圖3 美國空軍研究實驗室“呼喚行動”宣傳片展望了有人-無人編隊技術(shù)能力的未來

根據(jù)美空軍“忠誠僚機”技術(shù)發(fā)展的整體構(gòu)想，2020財年將驗證拒止環(huán)境下對地攻擊任務(wù)能力，有人機在協(xié)同作戰(zhàn)中將承擔指揮、目標信息和任務(wù)參數(shù)注入功能，為無人機選定和指示攻擊目標，并指揮無人機完成預(yù)定攻擊任務(wù)；“忠誠僚機”應(yīng)具備的能力包括：編隊飛行、巡邏、重返、任務(wù)執(zhí)行、武器投放；針對新的地面目標的任務(wù)規(guī)劃能力；對目標的定位、成像、攻擊和再成像（毀傷評估）能力；驗證內(nèi)部意外狀態(tài)恢復(fù)能力；驗證編隊內(nèi)通信可靠性。2022財年，以防空壓制任務(wù)為核心，進一步驗證區(qū)域搜索能力以及對該區(qū)域內(nèi)敵方防空系統(tǒng)實施壓制和摧毀的能力。

（3）有人-無人編隊賦能架構(gòu)

有人- 無人編隊賦能架構(gòu)（TEAMS）項目最初的來源是美國陸軍基礎(chǔ)垂直運輸聯(lián)合項目協(xié)議，該協(xié)議目標是建立長期機制，促進航空業(yè)的團隊合作、聯(lián)網(wǎng)、規(guī)劃和技術(shù)開發(fā)。2016年美國陸軍發(fā)布首份關(guān)于有人-無人編隊賦能架構(gòu)研究基本注意事項，明確了研究工作初步目標：即開發(fā)適用于飛機系統(tǒng)的有人-無人編隊（MUM-T）參考架構(gòu)，該架構(gòu)將用于指導(dǎo)有人-無人編隊相關(guān)技術(shù)在支持編隊系統(tǒng)的多型產(chǎn)品線中的成熟和最終過渡。該項研究的最終成果將構(gòu)建一個可迭代、以架構(gòu)為中心、基于模型方法原型，利用該方法原型可以定義一系列架構(gòu)及相關(guān)流程、方法、工具和環(huán)境，從而實現(xiàn)日趨復(fù)雜的有人-無人編隊技術(shù)的快速成熟和經(jīng)濟過渡，并確保其可信性和可保證性。

盡管項目的研究目標并未發(fā)生變化，但是2019年正式啟動為期兩年TEAMS項目已轉(zhuǎn)為美國空軍研究試驗室“靈活、有保證的有人-無人系統(tǒng)”（FAMUS）項目的一部分。FAMUS旨在為異構(gòu)、多人、多機團隊的實戰(zhàn)化奠定技術(shù)基礎(chǔ)，設(shè)想中的團隊能夠靈活、可靠地執(zhí)行一系列任務(wù)。TEAMS將開發(fā)實現(xiàn)下一代有人-無人機編組能力的原型架構(gòu)，研究成果將為AFRL實現(xiàn)其開發(fā)用于未來自主飛行器的開放、彈性、可擴展的解決方案目標奠定堅實基礎(chǔ)。

有人-無人編隊協(xié)同技術(shù)未來發(fā)展

2018年3月，美國空軍研究實驗室公布了名為“呼喚行動”的2030年前技術(shù)發(fā)展構(gòu)想宣傳片，展示了“忠誠僚機”作戰(zhàn)概念的最新設(shè)想，由一架F-35和6架隱身無人作戰(zhàn)飛機組成的有人/無人編隊，無人機在有人機的指控下實施攻擊作戰(zhàn)，揭示了有人-無人編隊協(xié)同技術(shù)的未來。

總體而言，有人-無人編隊任務(wù)的其它各種挑戰(zhàn)包括貨物運輸、空中加油、擁堵區(qū)域封鎖、電子/網(wǎng)絡(luò)攻擊、防空壓制以及其它常規(guī)空戰(zhàn)任務(wù)。盡管，有人-無人互操作技術(shù)已經(jīng)得到了有效解決，但是實現(xiàn)各類實戰(zhàn)化任務(wù)仍存在諸多的技術(shù)難題。例如實現(xiàn)協(xié)同空戰(zhàn)任務(wù)能力時，確保高機動飛機和高機動無人機系統(tǒng)間的通信能力要求自主技術(shù)和人系統(tǒng)接口必須取得重大進步，而諸如電子/網(wǎng)絡(luò)攻擊（EA）、防空壓制（SEAD）等任務(wù)則需要低截獲概率數(shù)據(jù)鏈。此外，如果是多機編隊的有人-無人協(xié)同，還需要解決更多的問題，包括：基于多種無線電頻率并進行沖突消解的安全通信網(wǎng)絡(luò)、一機控多機，設(shè)備平臺必須能夠進行高效機載處理，從而減少對通信帶寬的需求，以及在無需操作員輸入情況下的無人機協(xié)同，其它的技術(shù)挑戰(zhàn)包括平臺尺寸/重量/功率受限于提高性能和能力之間尋求平衡?！?/p>