该项目组已经成功演示验证了以下四种能力:
即使采用传统数据链,亦能够实现多个系统之间自动组合和传输信息的能力;
首次在飞行中使用Link-16创建更为快速、高效的现代化信息交互;
将当前在F-35上使用的APG-81雷达与DARPA的“自动目标识别”软件进行集成,创建一个全面综合的战场空间图像。
有人-无人机自主性空中格斗模式
分布式无人机智能蜂群作战样式研究拒止环境下协同作战模式
该型作战模式下,现有的大多数系统需要由专门的飞行员与传感器操作员进行操作,既限制了无人机操作的可扩展性与经济性,也增加了在复杂电磁环境中对于高机动目标的动态、远程对抗的操作难度。因此针对上述问题,DARPA于2014年启动了拒止环境中协同作战(CODE)项目。该项目致力于创建人工智能算法与模块化软件架构,拓展现有无人机执行任务的能力,提升无人机蜂群的自主协作能力,能够实现对带宽限制和通讯中断的弹性化设计,兼容现有标准,以进一步加强美军在拒止环境或竞争性空域中执行任务的能力。
CODE项目主要着眼于无人机群协同自主领域技术的提升,而其中的关键技术在于单架次无人机的自主能力、无人机群的自主能力、人机接口以及开放式架构,而飞机如何在恶劣的条件下继续协同工作则是该项目最具挑战性技术难点之一。在自主协作下,CODE软件驱使的无人机集群能够根据既定交战规则,发现目标并接触,以最小监督利用周围配备CODE的平台系统,并及时适应友军消耗与动态威胁等动态环境。
在此将较具代表性的测试任务进行梳理如下所示。
2019年2月装备CODE软件的6架RQ-23无人机与14架虚拟无人机在无法使用GPS,通信中断的情况下,针对虚拟目标与威胁等采取了对策,成功地完成了任务目标。该次飞行试验参与的无人机均由一个小型作战中心的任务小组监控,并采用了雷神公司的软件和自主算法等。
美国通用原子公司于2020年12月4日称,在无人工输入的情况下,CODE项目研发的人工智能软件控制“复仇者”无人机机动运行超过两个小时,该次演示进一步深入研究了针对空对空目标的大型无人机平台上的人工智能处理技术,并且采用支持网络的战术目标网络技术(TTNT)进行了网状网络任务通信。
可快速部署与回收的无人机集群作战模式
该项目包括四个阶段,前两个阶段主要包括承包商的选拔以及全尺寸验证系统的初始设计,第三阶段则始于2018年主要进行多架无人机的发射与安全回收试验,X-61A无人机是第三阶段的演示目标之一。在此将该项目的最新测试进展梳理如下。
图表:“小精灵”项目研究新进展
据称第四次飞行与回收等测试将于2021年春季进行。此外,DARPA已于2020年与美国空军达成协议,计划在完成第三阶段之后,开启第四个阶段,一方面开发协作自主软件,以实现只需一名操作员即可控制多架无人机,从而使得无人机能够在通信不畅或导航信号有限的地区与地面移动目标/海上目标进行长距离交战;另一方面还可能会在“小精灵”无人机上装载各种传感器,以将不同的情报、监视和侦察传感器集成在无人机的自主编队中进行演示,但该型无人机尚不具备自主能力与人工智能能力。预计该项目的第四阶段将持续27个月,最终测试将包括DARPA在CODE项目所开发的协作自主技术,其中,美国空军自主的项目研究部分将为美国空军提供作战技术。
进攻性蜂群城市作战模式
美国的进攻性蜂群城市作战模式在DARPA于2016年启动的进攻性蜂群使能战术(OFFSET)项目中被深入研究,该项目旨在通过集成已有的自主集群与人-无人集群协同新技术,利用多达250台大型无人机与无人车等组成的蜂群系统架构,助力地面作战部队完成复杂城区环境下的多种作战任务,从而实现自主集群系统城市作战能力的突破性进展。
OFFSET项目蜂群冲刺的关键技术
OFFSET项目计划约每6个月举行一次集群冲刺,并且每一次蜂群冲刺均以集群战术、集群自主性、人-群协同、虚拟环境与物理实验平台五个关键技术中的一个或多个为突破点。
第二次蜂群冲刺重点提升单体自主性;
第三次蜂群冲刺重点突破人-群协同与中级集群战术;
第四次蜂群冲刺重点突破虚拟环境下的集成技术和人工智能技术在集群战术中的应用;
第五次蜂群冲刺将重点突破城市环境中的集群实战战术和创新的集群化学平台原型,以利用250架(辆)无人机与无人车集群在具有8个城市规模的街区自主执行6小时的任务。
无人机集群消耗作战模式研究
图表:LOCUST项目与Perdix项目所研究的无人机性能参数对比
郊狼无人机装有雷神公司开发的软件,从而能以最优作战阵型飞行,也能扩大人类操作员的能力范畴,并且关键决策仍由人类操作员作出,还能依据需要对无人机群的任务进行校正;
Permix项目中,据称SCO的目标是实现1000架Perdix无人机的批量生产,保证低成本的同时,尽快将该型无人机投入实战,但该项目截至2020年12月未见更新研究进展,2018年开始负责Perdix项目的空军助理部长WillRoper在2019年2月曾宣称难于找到蜂群作战的测试靶场,这可能是项目进展放缓的原因之一。
综上可知,美军发展低成本无人机集群作战模式的主旨在于一方面以数量优势压制敌人,一方面执行空中监视与信息共享,甚至打击任务。尤其Perdix项目所研发的微型无人机还能够基体决策并具有编队飞行能力。而蜂群作战战术与技术,以及人工智能算法与协同自主的结合是该作战模式的关键技术难点。
高智能化作战研究智能化“敏捷秃鹫”系统
“敏捷秃鹫”行动概念
未来天基指挥通信系统
太空战略空间是美国多年来的野心所向,美国SpaceX公司的“星链计划”则大大利于美国实现其全球霸权的野心。因为该计划将于2024年之前,在低轨道近地空间布置12000颗“星链”卫星(据称该公司还计划再投放3万颗,使总数达到42000颗),其中约有2/3的卫星将被置于距地面550公里的低轨道上,将有四千颗卫星被置于距地面1200公里的轨道上,数量如此之大的卫星将形成覆盖全球的空天网络。
美国SpaceX公司已经于2020年11月24日发射了60枚最新批次的Starlink卫星,至此该公司已经发射了955颗Starlink卫星,其中895颗在轨,建立了全球最大的卫星星群,并且SpaceX还计划利用猎鹰9火箭发射系统每月将120颗星链卫星发送到轨道中。据称美方为SpaceX投入大量资金,该公司的部分发射基地即在美国空军基地,其卫星验证也需与美国空军合作,由此可知“星链”系统未来必将被美国军方征用,成为其超级杀手锏,届时将为美国军方发挥重要作用。
提供全天候军事侦察,以及更为精确的制导;
基于“星链”系统的监测与变轨功能,系统中的卫星可被用于攻击其他国家的卫星;
由此可知,这一天基指挥通信系统未来一旦被美国军方所用,必将大幅提升美国无人机的信息共享与智能决策等能力,从而推进无人机的智能化作战实战化进程。
将开展高度自动化与自动目标识别研究
小结
未来智能化作战必将基于先进的隐身战机、半自主无人战机以及人工智能等产生,因此美国十分重视从无人机的自主智能、有人-无人机协同、人机交互能力以及集群协同技术等方面进行技术攻关,致力于通过人工智能提升无人机的智能自主化能力,通过采用开放系统架构,实现有人-无人机的实时数据共享、多机组网、协同配合与无缝连接等,以形成分布式空中作战体系;通过“敏捷秃鹫”吊舱实现广域目标识别与实时通信等,通过仿真实验以及蜂群冲刺试验等推进蜂群战术与技术的创新、融合与集成,提升无人机的综合作战能力。尽管美国在该领域已经开展了大量的研究,并获得了一定技术储备,进一步推动了有人-无人机协同以及无人机蜂群作战模式的实战化进程,但无人机的自身性能、作战中的实时通信、融入人工智能算法与自主能力的技术、远程控制技术以及小型无人机的空中回收等仍然是无人机智能作战模式下亟需攻克的技术难题,将高端作战所需的人工智能与自主性结合尚需时日。