“戰(zhàn)隼”變“飛鏢”美國空軍“忠誠的僚機(jī)”作戰(zhàn)概念

溫杰

2016年3月30日，美國國防部副部長羅伯特·沃克在《華盛頓時(shí)報(bào)》舉辦的一個(gè)論壇上發(fā)表了一次公開演講，首次提到了一個(gè)稱之為“忠誠的僚機(jī)”（Loyal Wingman）概念，旨在通過為“戰(zhàn)隼”設(shè)計(jì)和研制一種人工智能模塊，確保美國空軍在未來戰(zhàn)爭中實(shí)現(xiàn)無人駕駛的F-16戰(zhàn)斗機(jī)與最新裝備的F-35A戰(zhàn)斗機(jī)之間的高低搭配，從而有效地摧毀空中和地面的目標(biāo)。

目前，美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室（AFRL）正在加緊研制新的計(jì)算機(jī)算法，著手為這種第四代戰(zhàn)斗機(jī)上“植入”人工智能，力求讓無人“戰(zhàn)隼”可以完全自主地協(xié)同飛行，如同一支犀利的“飛鏢”，在第五代戰(zhàn)斗機(jī)前面沖鋒陷陣。按照計(jì)劃，AFRL將在兩年內(nèi)改裝出一架能夠滿足“忠誠的僚機(jī)”概念要求的F-16無人駕駛作戰(zhàn)驗(yàn)證機(jī)，通過飛行測試來檢驗(yàn)這種顛覆傳統(tǒng)作戰(zhàn)模式的前沿技術(shù)。

探索全新作戰(zhàn)概念

“忠誠的僚機(jī)”概念是將第五代戰(zhàn)斗機(jī)與無人駕駛的第四代戰(zhàn)斗機(jī)組合搭配成一個(gè)編隊(duì)，借助五代機(jī)的作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)角色，充分發(fā)揮四代機(jī)機(jī)動性好和火力充足的優(yōu)勢，從而大大增強(qiáng)二者在空戰(zhàn)中的致命殺傷能力。這種作戰(zhàn)理念是希望在大多數(shù)危險(xiǎn)環(huán)境下，一架無人機(jī)可以在一架戰(zhàn)斗機(jī)前面扮演突防角色，承擔(dān)發(fā)現(xiàn)、摧毀目標(biāo)的任務(wù)，從而有效保證第五代戰(zhàn)斗機(jī)遠(yuǎn)離危險(xiǎn)境地，避免遭受到來自對手的致命反擊。

2015年夏天，AFRL正式啟動了“忠誠的僚機(jī)”概念研究，開始向航空工業(yè)部門發(fā)布了一份需求信息。這份需求信息要求，各種自主技術(shù)應(yīng)該可以有效地增強(qiáng)美國空軍未來在對抗和拒止環(huán)境下的作戰(zhàn)行動和能力，而且這些技術(shù)還能夠無縫地將飛行員及其駕駛的戰(zhàn)斗機(jī)與具備自主作戰(zhàn)能力的無人機(jī)實(shí)現(xiàn)有效的集成，可以作為一個(gè)機(jī)隊(duì)協(xié)同作戰(zhàn)，提高作戰(zhàn)效能。

值得注意的是，這份需求信息還要求無人駕駛的僚機(jī)還應(yīng)攜帶更多數(shù)量的機(jī)載武器，可以充當(dāng)?shù)谖宕鷳?zhàn)斗機(jī)的一個(gè)飛行彈藥庫，按照飛行員的態(tài)勢判斷和下達(dá)的指令，隨時(shí)攻擊空中和地面目標(biāo)。并非巧合的是，這一要求與五角大樓在今年2月公布的“武庫機(jī)”（Arsenal Plane）概念不謀而合。

今年2月2日，美國國防部長阿什頓·卡特在評估五角大樓2017年預(yù)算方案時(shí)首次提出了“武庫機(jī)”概念，目的在于盡快彌補(bǔ)“彈藥縱深”（magazine depth）的短板，這是美國軍方當(dāng)前最棘手的問題之一。為此，美國國防部戰(zhàn)略能力辦公室（SCO）針對“亞太再平衡”中可能發(fā)生的潛在軍事沖突，提出了將B-1B或B-52H轟炸機(jī)改裝為一種發(fā)射武器的平臺，由在前方飛行的戰(zhàn)斗機(jī)飛行員來標(biāo)定目標(biāo)，可以在短時(shí)間內(nèi)增強(qiáng)美國空中火力。

近年來，美國空軍和其它軍種已經(jīng)在使用非常先進(jìn)的無人機(jī)，其中許多無人機(jī)都可以攜帶武器，但是在絕大多數(shù)情況下，無人機(jī)操作員都身處地面上的控制站內(nèi)，通過衛(wèi)星控制無人機(jī)執(zhí)行偵察和打擊任務(wù)。與之不同的是，美國陸軍在有人/無人編隊(duì)的作戰(zhàn)使用方面取得了積極的進(jìn)展，為美國空軍探索和研究“忠誠的僚機(jī)”作戰(zhàn)模式提供了借鑒。

目前，美國陸軍已經(jīng)裝備了AH-64E武裝直升機(jī)，具有遠(yuǎn)程控制MQ-1C“灰鷹”攻擊無人機(jī)的能力，這樣，武裝直升機(jī)飛行員在駕駛艙內(nèi)可以完全控制“灰鷹”無人機(jī)的傳感器和武器，實(shí)現(xiàn)協(xié)同作戰(zhàn)。美國陸軍的基本思路是，一位直升機(jī)機(jī)組人員比任何一位地面操作員都更加接近瞬息萬變的戰(zhàn)場，因此具備更好的視野和態(tài)勢信息，可以在一個(gè)更好的空間位置控制和引導(dǎo)無人機(jī)。

早期方案無果而終

“忠誠的僚機(jī)”作戰(zhàn)模式付諸實(shí)施的關(guān)鍵一環(huán)是如何將聲名顯赫的“戰(zhàn)隼”變身為全副武裝的無人戰(zhàn)斗機(jī)（UCAV）。早在20世紀(jì)90年代后期，洛馬公司針對美國空軍的訓(xùn)練和測試需求，開始著手研究將F-16戰(zhàn)斗機(jī)改裝為全尺寸靶機(jī)的技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上提出了F-16 UCAV的概念。

最初，洛馬公司只是考慮將亞利桑那州戴維斯-蒙森空軍基地封存的F-16A戰(zhàn)斗機(jī)改裝為遙控駕駛F-16DR過渡型UCAV，但必須解決這種型別因采用模擬式電傳飛行控制系統(tǒng)而存在的一些硬件技術(shù)問題，同時(shí)加裝一種武器系統(tǒng)還需要價(jià)格不菲的成本。因此，美國空軍缺乏足夠的資金和人員推進(jìn)F-16A戰(zhàn)斗機(jī)改裝為UCAV的計(jì)劃。

為了避免這一方案產(chǎn)生的諸多問題，洛馬公司轉(zhuǎn)而考慮將現(xiàn)役F-16C Block40/50戰(zhàn)斗機(jī)改裝為有人/無人的雙重角色戰(zhàn)斗機(jī)，在保留有人駕駛戰(zhàn)斗機(jī)的所有功能的基礎(chǔ)上，增加不超過136千克的遙控和通信設(shè)備。一旦需要執(zhí)行無人駕駛?cè)蝿?wù)，F(xiàn)-16 UCAV可以立即投入戰(zhàn)斗，無需進(jìn)行專門的維護(hù)。根據(jù)設(shè)計(jì)方案，研制人員需要將自動油門桿和自動著陸能力集成到電傳飛控系統(tǒng)中，同時(shí)還需要加裝額外的通信設(shè)備，以滿足地面控制人員的遠(yuǎn)程控制和傳感器反饋數(shù)據(jù)的功能。

時(shí)隔不久，美國空軍在本世紀(jì)初開始考慮QF-4靶機(jī)的后續(xù)機(jī)型。美國空軍希望新型靶機(jī)既能減少當(dāng)前系統(tǒng)的開支，又能模擬日益增強(qiáng)的潛在空中威脅，經(jīng)過多次方案評估后，在2001年提出了“超級靶機(jī)”計(jì)劃的初步方案。當(dāng)時(shí)，美國空軍比較受青睞的方法是把退役的F-16陸續(xù)改裝成靶機(jī)。在這一需求背景下，QF-16靶機(jī)計(jì)劃在2006年提上日程，在F-16戰(zhàn)斗機(jī)無人化發(fā)展過程中邁出了重要一步。

幾乎在同一時(shí)間，洛馬公司為了減輕飛行員的負(fù)擔(dān)，增強(qiáng)安全性，開始著手研制F-16的自主著陸技術(shù)。2008年12月18日，洛馬公司利用美國空軍試飛員學(xué)校的一架可變穩(wěn)定性飛行模擬試驗(yàn)機(jī)（VISTA）成功地實(shí)現(xiàn)了自主著陸，標(biāo)志著F-16戰(zhàn)斗機(jī)首次完全依賴計(jì)算機(jī)控制，完美地控制了飛機(jī)高度、姿態(tài)、速度、下滑角和下降率，完成了自主著陸全過程。

隨著新一代靶機(jī)計(jì)劃浮出水面，研制人員希望這一關(guān)鍵技術(shù)突破有助于QF-16方案在美國空軍新一代高性能靶機(jī)的競爭中脫穎而出。無疑，此次飛行試驗(yàn)的成功顯示出經(jīng)過改裝的F-16可以具備高度可靠的自主著陸能力，成為確保QF-16方案在競爭中獲勝的一個(gè)關(guān)鍵因素。然而，“超級靶機(jī)”項(xiàng)目的競標(biāo)過程充滿了戲劇性。美國空軍盡管十分看好F-16的自主著陸技術(shù)，但是從降低研制成本和節(jié)省改裝經(jīng)費(fèi)方面考慮，最后將QF-16靶機(jī)的研制和生產(chǎn)合同授予了波音公司領(lǐng)導(dǎo)的研制團(tuán)隊(duì)。同時(shí)，這一決定也為美國空軍發(fā)展F-16 UCAV關(guān)鍵技術(shù)提供了更多的選擇。

新型靶機(jī)開始列裝

歷經(jīng)4年多時(shí)間，波音公司通過QF-16靶機(jī)的研制、改裝和飛行測試，已經(jīng)證明了各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的可靠性，為“忠誠的僚機(jī)”從概念到現(xiàn)實(shí)奠定了工程基礎(chǔ)。在作戰(zhàn)使用上，QF-16靶機(jī)可以按照預(yù)編程機(jī)動動作安全地飛行，同時(shí)與靶場范圍內(nèi)的地面控制員保持聯(lián)系，這些能力所依賴的基本技術(shù)都為把F-16改裝為執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)的無人駕駛僚機(jī)鋪平了道路。

QF-16靶機(jī)是在退役F-16的基礎(chǔ)上加裝遙控飛行設(shè)備，作為空中戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練的靶機(jī)和空空導(dǎo)彈、雷達(dá)、地空導(dǎo)彈等新型武器與系統(tǒng)測試的誘餌，用于評估美國現(xiàn)役戰(zhàn)斗機(jī)和各種武器如何抗衡潛在的對手。因此，QF-16靶機(jī)的性能應(yīng)該與F-16相似，同樣保持著最大過載9g的高機(jī)動性。改裝過程中，波音公司首先拆卸掉F-16的機(jī)炮，在內(nèi)部空間安裝了3 000多根電線，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸。根據(jù)項(xiàng)目要求，QF-16靶機(jī)安裝了一些專用硬件設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)無人駕駛模式飛行，同時(shí)也可以接受兩種不同的地面控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

2013年9月19日，美國空軍試飛員在廷德爾空軍基地的地面控制站內(nèi)發(fā)出指令，遙控QF-16靶機(jī)自主起飛，并在一個(gè)小時(shí)飛行測試中完成了橫滾、半滾倒轉(zhuǎn)等一系列模擬機(jī)動、超音速飛行和自主著陸，最大飛行速度達(dá)到馬赫數(shù)1.47，成功驗(yàn)證了新一代靶機(jī)的自主飛行性能。該機(jī)在完成性能測試工作后，轉(zhuǎn)場到霍洛曼空軍基地，繼續(xù)承擔(dān)一系列綜合飛行試驗(yàn)，重點(diǎn)測試一種空對地系統(tǒng)和接受實(shí)彈發(fā)射試驗(yàn)。

從任務(wù)能力來看，QF-16靶機(jī)充當(dāng)了一種確認(rèn)武器攻擊效果的系統(tǒng)。它配備有一個(gè)機(jī)載記錄系統(tǒng)，主要用于搜集相關(guān)數(shù)據(jù)，記錄導(dǎo)彈如何迫近的飛行軌跡。測試過程中，地面控制站為導(dǎo)彈設(shè)定好預(yù)計(jì)攻擊區(qū)域的坐標(biāo)。然后，QF-16靶機(jī)利用自身的機(jī)載系統(tǒng)，驗(yàn)證導(dǎo)彈擊中這些坐標(biāo)，并探測導(dǎo)彈的距離和速度。如果所有的數(shù)據(jù)都匹配，就可以認(rèn)定為一次成功地“摧毀”。

2014年7月的一天清晨，QF-16靶機(jī)在白沙導(dǎo)彈靶場首次接受實(shí)彈發(fā)射測試。當(dāng)時(shí)，從靶場發(fā)射的一枚地空導(dǎo)彈朝著QF-16靶機(jī)攻擊，考慮到更多測試工作的需要，只是達(dá)到足夠近的距離，從QF-16的上方擦肩而過。時(shí)隔不到兩個(gè)月，這架QF-16又在9月5日從廷德爾空軍基地自主起飛，在墨西哥灣上空被一架F-15戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)射的空空導(dǎo)彈擊中。這次實(shí)戰(zhàn)測試成功地驗(yàn)證了QF-16在評估四代機(jī)的武器系統(tǒng)殺傷性能方面的作用，標(biāo)志著QF-16項(xiàng)目的技術(shù)發(fā)展階段圓滿結(jié)束。

作為新一代全尺寸靶機(jī)，QF-16靶機(jī)憑借著出色的高機(jī)動能力，已經(jīng)登上美國武器測試和戰(zhàn)術(shù)演練的舞臺。該機(jī)可以真實(shí)地模擬當(dāng)前世界各國服役的第四代戰(zhàn)斗機(jī)，使美國空軍和美國海軍的飛行員及時(shí)體驗(yàn)到空中對手的各種潛在威脅，并通過演練各種戰(zhàn)術(shù)，尋找到空中制勝之道。

波音方案初露端倪

隨著美國空軍著手探索全新的作戰(zhàn)概念，波音公司立即表示將參與投標(biāo)“忠誠的僚機(jī)”合同。與潛在的競爭對手洛馬公司相比，波音公司不僅具備了改裝QF-16靶機(jī)的豐富經(jīng)驗(yàn)，還在此基礎(chǔ)上潛心研究了F-16 UCAV所需關(guān)鍵技術(shù)，已經(jīng)在新一場“戰(zhàn)隼”無人化競爭中搶得先機(jī)。

2014年，波音公司立足于QF-16靶機(jī)項(xiàng)目的穩(wěn)步推進(jìn)，開始考慮進(jìn)一步增強(qiáng)QF-16的性能，將其發(fā)展為一種完全可以作戰(zhàn)的無人駕駛平臺。當(dāng)年5月初，波音公司負(fù)責(zé)QF-16項(xiàng)目的總工程師保羅·塞杰斯對《簡氏防務(wù)周刊》透露，QF-16還具有很大的潛力，作為一架無人駕駛飛機(jī)，可以憑借著更快的速度及時(shí)飛抵目標(biāo)上空。他認(rèn)為，MQ-16無人機(jī)對于進(jìn)入敵方領(lǐng)土和執(zhí)行危險(xiǎn)任務(wù)來說是一個(gè)理想方案，可以有效避免飛行員承擔(dān)任何風(fēng)險(xiǎn)。

從目前來看，MQ-16無人機(jī)可以扮演一個(gè)角色，即突擊到敵方防空火力下，為緊隨其后的戰(zhàn)斗機(jī)和攻擊機(jī)掃清障礙。塞杰斯證實(shí)，波音公司正在投資發(fā)展其中一些能力，首先需要升級飛行控制系統(tǒng)，同時(shí)還要讓MQ-16無人機(jī)具備類似其它一些無人機(jī)的航程。第一步是尋求借助備用地面站和數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)蛊淠軌蛘ｏw行，這樣就不必受到兩個(gè)地面站的限制。對此，塞杰斯表示，目前無人機(jī)可以做到，QF-16靶機(jī)就沒有理由不做到這一點(diǎn)。

然而，從QF-16靶機(jī)到MQ-16無人機(jī)，波音公司還需要根據(jù)美國空軍提出的戰(zhàn)術(shù)要求解決協(xié)同作戰(zhàn)方面存在的一些問題。與“捕食者”和“死神”相比，F(xiàn)-16戰(zhàn)斗機(jī)的航程有限，需要通過空中加油才能實(shí)施中、遠(yuǎn)程突防攻擊任務(wù)，而美國空軍在近期內(nèi)不可能使用現(xiàn)役空中加油機(jī)為一架MQ-16無人機(jī)實(shí)施空中加油，如果攜帶多個(gè)副油箱又會占用外掛點(diǎn)，則會影響到機(jī)載武器的數(shù)量。

就“忠誠的僚機(jī)”概念而言，波音公司要想如期實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，還必須解決無人機(jī)順利接收和反饋數(shù)據(jù)信息的問題。按照設(shè)想，戰(zhàn)斗機(jī)飛行員通過某種安全的數(shù)據(jù)鏈向他的無人僚機(jī)發(fā)出命令，但是在日益復(fù)雜的電磁干擾環(huán)境下，飛行員與他的無人僚機(jī)之間如何保持穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)通信將成為決定戰(zhàn)術(shù)成敗的重要一環(huán)。正是出于這個(gè)原因，AFRL希望無人駕駛的僚機(jī)應(yīng)該具備高度自主性，只需要與長機(jī)飛行員保持著最少的交互指令。因此，AFRL在需求信息中明確要求“無人駕駛飛行器在升空后應(yīng)該無需有人駕駛飛機(jī)時(shí)刻指揮與控制”。

為了節(jié)省改裝成本，AFRL在探索“忠誠的僚機(jī)”概念的前景時(shí)，希望只需幾個(gè)外場可更換部件（LRU）就可以實(shí)現(xiàn)F-16的角色轉(zhuǎn)換。這樣，維護(hù)保障人員可以簡單地將一些LRU安裝到老舊的F-16戰(zhàn)斗機(jī)內(nèi)，在短時(shí)間內(nèi)就能將噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)變成為一種無人駕駛的僚機(jī)。如果兩年后的驗(yàn)證試飛表明這一技術(shù)切實(shí)可行，美國空軍可能還會考慮將“忠誠的僚機(jī)”所需的LRU加裝到F-15等老舊的作戰(zhàn)飛機(jī)上。具備初始作戰(zhàn)能力。

美國空軍著眼未來

目前，隨著俄羅斯和中國自行研制和生產(chǎn)具備低可探測性的第五代戰(zhàn)斗機(jī)，美國空軍已經(jīng)明確表示需要發(fā)展一種新型靶機(jī)，以幫助美國戰(zhàn)斗機(jī)飛行員和地空導(dǎo)彈操作人員學(xué)習(xí)如何發(fā)現(xiàn)并摧毀敵方的隱身飛機(jī)。更引人注意的是，美國空軍有可能把新一代靶機(jī)發(fā)展為無人僚機(jī)。

沃克在3月30日的講話中表示，有人/無人編隊(duì)是未來發(fā)展方向，這才剛剛開始，期望無人駕駛的僚機(jī)能在無人軍用車輛正式上路之前率先投入使用。他還特別指出，“忠誠的僚機(jī)”概念可能體現(xiàn)在其它的戰(zhàn)斗機(jī)與無人機(jī)之間，其中一些已經(jīng)服役，另一些仍然還處在設(shè)計(jì)中。

據(jù)國外媒體的最新報(bào)道，美國空軍學(xué)院的學(xué)員們最近完成了一種隱身靶機(jī)的基本設(shè)計(jì)工作，可能非常適合于“忠誠的僚機(jī)”構(gòu)想。從目前公布的想像圖來看，第五代空中靶機(jī)（5GAT）采用了簡單的三角翼，以目前T-38“禽爪”教練機(jī)的J85發(fā)動機(jī)為動力。負(fù)責(zé)5GAT設(shè)計(jì)的丹尼斯·卡特、帕特里克·伯里斯和史蒂文·勃蘭特在5年前發(fā)表的一篇論文中寫道：“這種靶機(jī)的設(shè)計(jì)目的是測試空對空和地對空導(dǎo)彈，并確保現(xiàn)代化探測系統(tǒng)可以識別并鎖定第五代戰(zhàn)斗機(jī)?！?p>

五角大樓作戰(zhàn)測試和評估辦公室負(fù)責(zé)管理這個(gè)靶機(jī)項(xiàng)目的羅格·卡比尼斯少校表示：“5GAT將具備第五代戰(zhàn)斗機(jī)的突出特性，那是QF-4或QF-16靶機(jī)所不具備的?！睆哪壳巴嘎兜男畔砜?，5GAT擁有出色的飛行性能和優(yōu)異的穩(wěn)定性，雖然確切的低可探測性數(shù)據(jù)依然保密，但顯然比QF-16靶機(jī)更加隱身，這一點(diǎn)至關(guān)重要。

可見，五角大樓已經(jīng)手持5GAT藍(lán)圖，將花費(fèi)2 700萬美元研制一架用于試飛的原型機(jī)，預(yù)計(jì)在2019或2020年實(shí)現(xiàn)首飛。作戰(zhàn)測試和評估辦公室在最近的年度報(bào)告中表示，原型機(jī)研制將提供成本信息，為未來的飛行器采購計(jì)劃提供設(shè)計(jì)和制造途徑，而且這些數(shù)據(jù)還有助于國防部在未來的武器系統(tǒng)研制過程中做出正確決策。

近日，美國有媒體記者問及卡比尼斯少校5GAT試飛是否有可能成為下一種前線作戰(zhàn)的UCAV，他閃爍其辭地表示，既然“忠誠的僚機(jī)”眼下還是一個(gè)概念，那么談?wù)?GAT是否適合于“忠誠的僚機(jī)”任務(wù)還為時(shí)過早。但是，從人工智能技術(shù)發(fā)展來看，美國空軍極有可能在相關(guān)算法成熟后，第一時(shí)間將LRU和武器系統(tǒng)加裝5GAT上，使其搖身一變?yōu)榫邆渥灾骱骄€規(guī)劃和精確打擊能力的“忠誠的僚機(jī)”，在未來角逐空中優(yōu)勢中成為舉足輕重的角色。