DARPA“進攻性蜂群戰(zhàn)術(shù)”項目的發(fā)展

袁成 董曉林

“進攻性蜂群戰(zhàn)術(shù)”是DARPA的一個無人機集群技戰(zhàn)術(shù)項目，旨在為地面士兵使用的無人系統(tǒng)作戰(zhàn)蜂群開發(fā)作戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)、人機交互和軟硬件集成技術(shù)，幫助美軍應(yīng)對城市作戰(zhàn)中面臨的各種挑戰(zhàn)。

2018年2月底，諾斯羅普·格魯門公司在贏得美國防預(yù)研局（DARPA）“進攻性蜂群戰(zhàn)術(shù)”（OFFSET）項目第一階段合同后，對外公開了可驗證蜂群戰(zhàn)術(shù)和技術(shù)的物理試驗臺，以展示其技術(shù)開發(fā)能力并為競爭項目第二階段占位。

項目背景

美軍目前高度重視無人機蜂群技術(shù)研發(fā)，DARPA、戰(zhàn)略能力辦公室、空軍研究實驗室、海軍研究實驗室等多家機構(gòu)均啟動了大量研究項目，并在真實環(huán)境中開展了多次無人機蜂群的演示驗證，投資規(guī)模已達數(shù)億美元。上述研究項目的平臺基本上選取可在空中或海上發(fā)射的固定翼無人機，任務(wù)多為配合這些空中或海上作戰(zhàn)力量針對敵方的一體化防空系統(tǒng)或裝甲車輛等地面目標(biāo)開展情報監(jiān)視偵察、引誘或干擾等任務(wù)。

但是，美軍目前認為無人蜂群系統(tǒng)的作戰(zhàn)潛力仍沒有被完全開發(fā)和實現(xiàn)。例如，在遍布小街小巷的城市里，美軍小規(guī)模地面作戰(zhàn)部隊有大量使用蜂群系統(tǒng)以提高巷戰(zhàn)能力的需求。這是因為城市的建筑物在作戰(zhàn)時會形成各種障礙，使美軍不得不進入狹窄的所謂“死亡空間”。這時地面部隊不可能關(guān)注到所有建筑物，而且還需同各個方向隨時出現(xiàn)的敵人作戰(zhàn)。為了應(yīng)對上述威脅，保護友軍安全，美軍經(jīng)常需要費時費力地清空每一棟建筑。除此之外，美軍很難確認隱藏在建筑物內(nèi)和人群中的敵人。例如，在之前的很多城市戰(zhàn)中，裝備較差的敵人經(jīng)常隱藏在醫(yī)院和教堂中，從而占據(jù)了城市巷戰(zhàn)的主動權(quán)。另外在拉卡和摩蘇爾決戰(zhàn)中極端組織（如ISIS等）會使用人體盾牌，以免遭火炮和空中力量打擊。

美軍認為，無人蜂群系統(tǒng)有三種幫助地面作戰(zhàn)人員發(fā)現(xiàn)和確認目標(biāo)的途徑。一是無人機蜂群可在城市環(huán)境中分辨出敵人和平民。在高強度城市戰(zhàn)中，無人機可以飛臨每棟建筑，觀察窗口或門廊是否有敵人狙擊手。這樣能夠顯著降低為掩護美軍部隊前進而向建筑射擊的耗彈量。另外，無人機蜂群在飛臨敵人附近時，還可以擾亂敵人的作戰(zhàn)計劃。二是無人蜂群可為美軍地面部隊提供掩護。城市戰(zhàn)中進攻部隊時刻都處于被發(fā)現(xiàn)和被瞄準(zhǔn)的狀態(tài)。這時無人蜂群可攜帶煙霧發(fā)生器，產(chǎn)生大量煙霧，掩護攻擊部隊前進。三是無人蜂群可為美軍地面部隊提供保護。無人蜂群可在進攻部隊前方或周圍形成“無人蜂群墻”，幫助美軍地面部隊擋住來襲子彈?！盁o人蜂群墻”的作戰(zhàn)效能雖然取決于很多變量，但其確實可為美軍地面部隊越過敵人設(shè)置的“死亡空間”贏得時間窗口。

雖然無人蜂群在城市戰(zhàn)中擁有上述潛力，但美軍當(dāng)前在研的無人蜂群項目尚不具備配合地面部隊在動態(tài)威脅環(huán)境中遂行機動、防御和交火等任務(wù)的能力，與美軍地面作戰(zhàn)需求之間存在一定差距。

項目內(nèi)容

為克服美軍在城市作戰(zhàn)中面臨的各種挑戰(zhàn)，提高小單位作戰(zhàn)部隊的作戰(zhàn)效能，DARPA啟動了OFFSET項目，并于2017年1月27日發(fā)布了項目的跨部門公告（BAA）。OFFSET項目旨在發(fā)展基于游戲的開放架構(gòu)，為城市作戰(zhàn)的無人蜂群系統(tǒng)，包括小型無人機系統(tǒng)（可能更傾向于多旋翼類無人機）和/或小型無人地面車輛，生成、評估和集成戰(zhàn)術(shù)。

DARPA為OFFSET項目設(shè)定的主要技術(shù)指標(biāo)是：每三個月產(chǎn)生的戰(zhàn)術(shù)超過10種、評估新蜂群戰(zhàn)術(shù)的時間小于15min、部署新蜂群戰(zhàn)術(shù)的時間小于1min、每100個無人平臺的集成時間小于24h，最優(yōu)目標(biāo)是組成250個或數(shù)量更多的異構(gòu)蜂群系統(tǒng)，在8個環(huán)境復(fù)雜的街區(qū)自主執(zhí)行最長6h的各種作戰(zhàn)任務(wù)。該項目研發(fā)周期42個月，分為三個研究階段；項目第一階段為18個月，第二和第三階段分別為12個月。

OFFSET項目將研究兩個技術(shù)領(lǐng)域，一是蜂群自主性，包括智能移動、決策和與環(huán)境相互作用，實現(xiàn)靈巧、復(fù)雜的群體行為；二是人機編隊，保證蜂群指揮官可以判斷、配合和影響蜂群的行為。具體的關(guān)鍵技術(shù)包括開放軟件和系統(tǒng)架構(gòu)、游戲軟件設(shè)計和基于游戲的團體研發(fā)、沉浸式交互技術(shù)、分布式機器人系統(tǒng)集成和算法研發(fā)等。

以上述技術(shù)為基礎(chǔ)，項目將在新型蜂群戰(zhàn)術(shù)創(chuàng)新、人蜂群交互、軟硬件集成等領(lǐng)域開展廣泛研究，并利用民用資源和技術(shù)降低研發(fā)成本、逐步提升蜂群能力。

在戰(zhàn)術(shù)創(chuàng)新方面，DARPA將利用Unity 3D、Unreal等游戲開發(fā)軟件模擬真實的蜂群作戰(zhàn)場景，創(chuàng)建并推演蜂群戰(zhàn)術(shù)。通過戰(zhàn)術(shù)通用語表述自主蜂群能力，以便更清晰、直觀地捕捉指揮官的意圖。另外，OFFSET項目將變革無人蜂群系統(tǒng)的發(fā)展途徑。當(dāng)前的無人蜂群系統(tǒng)采用自下而上的發(fā)展方式，即先開發(fā)蜂群算法，然后產(chǎn)生若干蜂群動作，最后合成蜂群戰(zhàn)術(shù)，但形成的戰(zhàn)術(shù)往往脫離實戰(zhàn)，不能滿足用戶需求。而OFFSET項目采用自上而下的發(fā)展方式，首先根據(jù)作戰(zhàn)需求創(chuàng)新蜂群戰(zhàn)術(shù)，之后生成若干蜂群動作、編寫蜂群算法，開展無人蜂群的演示驗證，最終實現(xiàn)蜂群戰(zhàn)術(shù)與實戰(zhàn)的無縫對接。在項目進行過程中，蜂群作戰(zhàn)場景的復(fù)雜程度將通過調(diào)整大量技術(shù)和作戰(zhàn)試驗變量而逐漸提升，以挑戰(zhàn)蜂群架構(gòu)和蜂群戰(zhàn)術(shù)。其中的變量為蜂群尺寸、異構(gòu)蜂群平臺的混合（如空中和地面混合編隊）、任務(wù)執(zhí)行時間和其他與蜂群系統(tǒng)相關(guān)的特征；在人蜂群交互方面，為捕捉和傳達指揮官的意圖，需要考慮與未來蜂群系統(tǒng)的交互界面。項目將使用增強現(xiàn)實、虛擬現(xiàn)實等手段，以手勢、觸摸和觸感界面減少人機交互認知誤差，評估蜂群戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)效果；在軟硬件集成方面，項目將把發(fā)展的空中和地面自主蜂群系統(tǒng)的戰(zhàn)術(shù)集成至真實物理實驗臺上，希望在基于游戲的虛擬環(huán)境以外的環(huán)境中提升蜂群能力。

此外，OFFSET項目還將建立一個實時、聯(lián)網(wǎng)的交流社區(qū)，鼓勵蜂群系統(tǒng)的集成商、第三方開發(fā)商、政府團隊和最終用戶在社區(qū)中針對蜂群戰(zhàn)術(shù)和算法等內(nèi)容進行交流，使軍事需求與技術(shù)研發(fā)掛鉤，形成高質(zhì)量的蜂群戰(zhàn)術(shù)。為此，DARPA在項目中設(shè)立了被稱為“蜂群沖刺”的快速技術(shù)研發(fā)和集成活動。該活動分為兩種，一是“核心蜂群沖刺”，每6個月舉行一輪；二是“AD HOC蜂群沖刺”，可根據(jù)特定技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域按需開展活動。DARPA期望“AD HOC蜂群沖刺”能夠同“核心蜂群沖刺”同步進行。大約每6個月，DARPA計劃向潛在的參與者征求建議書，每輪“蜂群沖刺”活動聚焦OFFSET項目五大技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域（蜂群戰(zhàn)術(shù)、蜂群自主、人蜂群編隊、虛擬環(huán)境試驗臺、真實環(huán)境試驗臺）的某一項。每一輪“蜂群沖刺”活動結(jié)束時，都要在真實環(huán)境和虛擬環(huán)境開展基于能力的試驗，以測試和評估OFFSET項目特定技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域的集成情況。另外，試驗也為DARPA、兩家集成商、“蜂群沖刺”參與方和作戰(zhàn)人員提供了直接接觸的機會，可以進一步優(yōu)化OFFSET項目的目標(biāo)性能，以滿足未來真實作戰(zhàn)的需要。“蜂群沖刺”的參與者可以與項目的系統(tǒng)集成承包商合作，也可以相互合作，創(chuàng)造和測試創(chuàng)新的蜂群戰(zhàn)術(shù)和使能技術(shù)。

項目進展

2017年10月，據(jù)DARPA官網(wǎng)報道，OFFSET項目第一階段系統(tǒng)集成商合同分別授予了雷神公司（約320萬美元）和諾格公司（約371萬美元），他們將在真實和虛擬環(huán)境中設(shè)計、研發(fā)和部署蜂群技術(shù)開放式架構(gòu)。每一個蜂群系統(tǒng)將包含可擴展的基于游戲的架構(gòu)（用來設(shè)計和集成蜂群戰(zhàn)術(shù)）、蜂群戰(zhàn)術(shù)交流系統(tǒng)（促進各相關(guān)方的合作）、沉浸式界面（實現(xiàn)人類和蜂群系統(tǒng)編隊和協(xié)同）和真實環(huán)境試驗臺（驗證所發(fā)展的能力）。為了實現(xiàn)蜂群能力，每個研究團隊都將開展試驗和系統(tǒng)集成工作，包括在各自架構(gòu)中測試所研究的戰(zhàn)術(shù)和技術(shù)。

2018年2-3月期間，DARPA分別授予洛克希德·馬丁公司（36萬美元）和查爾斯河分析公司（約49萬美元）首輪“核心蜂群沖刺”合同。這輪活動聚焦為由50個無人機和無人地面車組成的混合異構(gòu)蜂群開發(fā)蜂群戰(zhàn)術(shù)，以在15—30min的任務(wù)周期和在兩個城市街區(qū)范圍內(nèi)將目標(biāo)隔離。與作戰(zhàn)相關(guān)的戰(zhàn)術(shù)包括偵察、確認進入和退出點、在相關(guān)作戰(zhàn)區(qū)域建立防線等。

結(jié)束語

DARPA是美國防部的顛覆性技術(shù)創(chuàng)新機構(gòu)，一直以來都在努力發(fā)現(xiàn)未來戰(zhàn)爭的軍事需求，為美軍探索未來戰(zhàn)爭所需的技術(shù)。從OFFSET項目可看出，其以當(dāng)前軍事需求為導(dǎo)引，摒棄了DARPA傳統(tǒng)的技術(shù)開發(fā)方法，而以蜂群戰(zhàn)術(shù)為核心有的放矢地研發(fā)蜂群行動和底層算法，使推出的蜂群戰(zhàn)術(shù)立刻能夠滿足部隊需求。而且，在開發(fā)蜂群戰(zhàn)術(shù)時還要求使用部隊當(dāng)前的戰(zhàn)術(shù)通用語，這樣可使項目研發(fā)的軟硬件遠離純技術(shù)的“象牙塔”，直接供部隊人員試驗或使用。

OFFSET項目更加面向當(dāng)前需求的原因可能有兩點，一是城市巷戰(zhàn)目前仍是美軍地面部隊面臨的難題。從美軍冷戰(zhàn)后經(jīng)歷的索馬里、伊拉克等戰(zhàn)爭可看出，在城市巷戰(zhàn)或復(fù)雜地面環(huán)境作戰(zhàn)中，裝甲車輛、戰(zhàn)機、導(dǎo)彈、衛(wèi)星大多會失去作用，戰(zhàn)爭重新回歸到了類似兩次世界大戰(zhàn)歐洲戰(zhàn)場那樣原始的、殘酷的城市攻防戰(zhàn)、徒步肉搏戰(zhàn)。美軍現(xiàn)有的高科技優(yōu)勢無法被利用，只能更多依靠美國大兵更高的作戰(zhàn)素養(yǎng)予以應(yīng)對。因此，OFFSET項目反映出美軍希望使用蜂群等先進技術(shù)快速變革城市巷戰(zhàn)的迫切愿望。該項目雖為DARPA啟動，但其中可能有陸軍或海軍陸戰(zhàn)隊的深度參與。二是美軍無人蜂群技術(shù)可能即將具備實戰(zhàn)化水平。在OFFSET項目之前，美軍各蜂群項目雖無直接面向地面作戰(zhàn)需求，但正在發(fā)展并驗證的體系架構(gòu)、自主性、組網(wǎng)、作戰(zhàn)管理等各類技術(shù)已具備相當(dāng)高的水平，這為美軍未來的無人蜂群裝備打下了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。面對如此迫切的巷戰(zhàn)需求，美軍可能希望借助DARPA靈活的體制機制，加速無人蜂群技術(shù)轉(zhuǎn)化，以實現(xiàn)城市巷戰(zhàn)作戰(zhàn)能力的快速提升。