有人-無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)機(jī)隊(duì)自主性技術(shù)已趨成熟

龔倩，李悅霖/成都飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所

據(jù)華盛頓智庫(kù)消息，通過將第五代有人戰(zhàn)斗機(jī)與原有四代機(jī)改裝而成的無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)（UCAV）編隊(duì)，運(yùn)用自主作戰(zhàn)技術(shù)將其作為忠誠(chéng)僚機(jī)，將極大推升美國(guó)航空力量。美國(guó)空軍協(xié)會(huì)米切爾航空航天研究所的指導(dǎo)文件中稱，“部隊(duì)急需提高戰(zhàn)斗力，而有人-無(wú)人飛機(jī)編隊(duì)協(xié)同是一次必須被探索和研究的機(jī)遇”。

自主作戰(zhàn)技術(shù)的成熟度

米切爾航空航天研究所為實(shí)施有人-無(wú)人機(jī)編隊(duì)提出了一種“預(yù)算敏感”的分段途徑，即在研制特殊設(shè)計(jì)的無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)前，對(duì)目前多余的庫(kù)存洛克希德·馬丁公司研制的F-16戰(zhàn)機(jī)進(jìn)行改造。談及自主作戰(zhàn)技術(shù)的成熟性，該文件引用了BAE系統(tǒng)公司的研究成果，回溯了20多年以來包括21世紀(jì)早期美國(guó)國(guó)防部預(yù)研局（DARPA）引領(lǐng)的聯(lián)合無(wú)人空戰(zhàn)系統(tǒng)（J-UCAS）和無(wú)人戰(zhàn)斗武裝旋翼飛機(jī)（UCAR）項(xiàng)目，以及正在進(jìn)行的分布式戰(zhàn)場(chǎng)管理（DBM）項(xiàng)目驗(yàn)證。

據(jù)BAE公司自主性及評(píng)估小組戰(zhàn)略發(fā)展主任斯基普·斯托爾茲介紹，在波音公司開發(fā)X-45/X-46飛行器，諾斯羅普·格魯門公司開發(fā)X-47無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)驗(yàn)證機(jī)的同時(shí)，BAE為聯(lián)合無(wú)人空戰(zhàn)系統(tǒng)的常規(guī)作戰(zhàn)系統(tǒng)提供了自主飛行技術(shù)。聯(lián)合無(wú)人空戰(zhàn)系統(tǒng)在2006年就被取消了，但BAE公司仍然將自主作戰(zhàn)軟件運(yùn)用到無(wú)人戰(zhàn)斗武裝旋翼飛機(jī)中，在有人駕駛仿真中，該程序演示了有人-無(wú)人飛機(jī)編隊(duì)時(shí)，AH-64阿帕奇武裝直升機(jī)飛行員成為無(wú)人武裝旋翼飛機(jī)指揮官實(shí)施“群狼戰(zhàn)術(shù)”的情況。無(wú)人戰(zhàn)斗武裝旋翼飛機(jī)在2004年被取消，但BAE公司自主作戰(zhàn)技術(shù)研發(fā)成果被繼承到了由諾斯羅普·格魯門公司主導(dǎo)的異構(gòu)機(jī)載偵察隊(duì)（HART）項(xiàng)目里。異構(gòu)機(jī)載偵察隊(duì)項(xiàng)目試圖通過多架無(wú)人機(jī)自主進(jìn)行城市偵察，為用戶直接提供偵察圖像。

正在研發(fā)的分布式戰(zhàn)場(chǎng)管理項(xiàng)目中，BAE正在對(duì)兩種競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中的作戰(zhàn)能力進(jìn)行驗(yàn)證：由軟件建立的協(xié)同作戰(zhàn)飛機(jī)之間共享的常規(guī)作戰(zhàn)場(chǎng)景，以及有人/無(wú)人機(jī)組的分布式自適應(yīng)任務(wù)規(guī)劃及控制系統(tǒng)。斯基普·斯托爾茲稱這是一種靈活、開放、可靠并獨(dú)立于飛機(jī)的自主技術(shù)，這套軟件不管是應(yīng)用于無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)還是無(wú)人駕駛的F-16，都能橫向集成多架飛機(jī)，或縱向集成多項(xiàng)任務(wù)。

軟件的技術(shù)成熟度

BAE同時(shí)對(duì)“內(nèi)環(huán)”自主和“外環(huán)”自主進(jìn)行了開發(fā)，前者作為數(shù)字飛控系統(tǒng)一部分，而后者用于任務(wù)管理系統(tǒng)。對(duì)飛行至關(guān)重要的內(nèi)環(huán)能力包含了自動(dòng)地面防撞。對(duì)任務(wù)關(guān)鍵的外環(huán)功能包括自動(dòng)路徑規(guī)劃、資源和任務(wù)管理，以及傳感器融合。這樣飛控系統(tǒng)和任務(wù)管理系統(tǒng)就可以建立一套完整的端對(duì)端自主功能。斯基普·斯托爾茲稱，關(guān)鍵在于可靠性，如何做才能避免只用6周來進(jìn)行集成卻要耗費(fèi)一年半來完成全部工作的回歸測(cè)試，可靠性會(huì)縮短這一進(jìn)程。在BAE的這項(xiàng)自主技術(shù)里，開放性是由如未來機(jī)載能力環(huán)境（FACE）和空軍開放式任務(wù)系統(tǒng)（OMS）這類軟件標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范實(shí)現(xiàn)的，并且引入了美國(guó)國(guó)防部預(yù)研局的高保障網(wǎng)絡(luò)軍事系統(tǒng)（HACMS）以保證可靠性，并試圖消除軟件缺陷。這樣做的目的在于，當(dāng)對(duì)任務(wù)系統(tǒng)軟件做出更改時(shí)，可以計(jì)算并檢驗(yàn)這一更改并未影響到軟件運(yùn)行中任務(wù)系統(tǒng)的其他部分。這樣便能減少大量回歸測(cè)試和耐飛性試驗(yàn)，從而省去對(duì)數(shù)百萬(wàn)行復(fù)雜代碼進(jìn)行測(cè)試，僅需要對(duì)更改部分進(jìn)行測(cè)試即可。

米切爾航空航天研究所文件同時(shí)還指出，近期的有人-無(wú)人機(jī)編隊(duì)不會(huì)把重點(diǎn)放在最繁忙的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中。相反，在近、中程增加無(wú)人機(jī)能力可以將有人機(jī)解放出來從而去執(zhí)行更有價(jià)值的任務(wù)。文件中稱，并不用將所有功能都自主化，第一代自主飛機(jī)可以獨(dú)立執(zhí)行大部分任務(wù)，但還是需要由人來進(jìn)行武器操作。有人-無(wú)人機(jī)協(xié)同編隊(duì)最開始可以執(zhí)行情報(bào)、監(jiān)視偵察任務(wù)，進(jìn)行空對(duì)地打擊和離岸空對(duì)空交戰(zhàn)，同時(shí)也可以由無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)攜帶傳感器和武器以擴(kuò)充有人飛機(jī)能力。

斯基普·斯托爾茲表示，很多軟件都已經(jīng)處于高技術(shù)成熟度狀態(tài)，在不久的將來即可將部分軟件模塊進(jìn)行應(yīng)用。因?yàn)槭浅墒旒夹g(shù)，所以并不存在挑戰(zhàn)性，可以直接應(yīng)用于當(dāng)前的有人-無(wú)人編隊(duì)概念里。

戰(zhàn)術(shù)和飛行員信任機(jī)制的成熟度

近期技術(shù)使用面臨的挑戰(zhàn)還有戰(zhàn)術(shù)和信任度，有人-無(wú)人機(jī)編隊(duì)方式將大大有別于有人機(jī)-有人機(jī)編隊(duì)。因此，首先需要對(duì)戰(zhàn)術(shù)進(jìn)行重新研究，其次還要建立飛行員信任機(jī)制。斯基普·斯托爾茲建議對(duì)無(wú)人駕駛的F-16進(jìn)行自主性技術(shù)改裝，并且由空軍422測(cè)試評(píng)估中隊(duì)挑選安全飛行員在內(nèi)華達(dá)州內(nèi)利斯空軍基地進(jìn)行有規(guī)律的常規(guī)有人飛行。讓飛行員來操縱無(wú)人駕駛僚機(jī)，以研究戰(zhàn)術(shù)并建立信任度。通過安全飛行員對(duì)無(wú)人駕駛F-16進(jìn)行機(jī)上操作飛行，也可以避免采用新設(shè)計(jì)無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)和保證其在真實(shí)環(huán)境下測(cè)試所帶來的“痛苦且昂貴”的代價(jià)。安全飛行員可以每天駕駛飛機(jī)飛行，而不局限于每月2次。并且，由于自主性技術(shù)是獨(dú)立于飛機(jī)的，當(dāng)出現(xiàn)了新平臺(tái)時(shí)，該軟件也可以應(yīng)用于除無(wú)人駕駛的F-16以外的其他諸如F-117或無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)。

自主性技術(shù)得到試驗(yàn)檢驗(yàn)

洛克希德·馬丁公司臭鼬工廠在有人/無(wú)人編隊(duì)試驗(yàn)中成功驗(yàn)證了無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)的自主性，為美空軍研究實(shí)驗(yàn)室（AFRL）“忠誠(chéng)僚機(jī)”項(xiàng)目提供了支持。為期兩周的“海弗-空襲者”II（Have Raider II）測(cè)試在加州愛德華茲空軍基地進(jìn)行，測(cè)試包括一架美空軍試飛員學(xué)校的F-16 Vista飛行模擬器，由卡爾斯潘公司（Calspan）操縱飛機(jī)，作為一架無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)（UCAV）驗(yàn)證機(jī)。

臭鼬工廠“忠誠(chéng)僚機(jī)”項(xiàng)目經(jīng)理肖恩·惠特科姆表示，2015年的“海弗-空襲者”I驗(yàn)證機(jī)聚焦先進(jìn)飛行器控制的自主性，“海弗-空襲者”II則重點(diǎn)集中在“從作戰(zhàn)管理角度定義的自主性”，希望無(wú)人機(jī)本身實(shí)現(xiàn)任務(wù)規(guī)劃，而不是像以前那樣將此能力鎖定在地面站上。在“海弗-空襲者”I測(cè)試中，以Vista驗(yàn)證機(jī)為無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)，與F-16第50批作為有人/無(wú)人攻擊包中的長(zhǎng)機(jī)，驗(yàn)證了自主編隊(duì)飛行、航線跟隨、重新加入編隊(duì)和空中防撞，推動(dòng)了飛行器層面的自主性，以及長(zhǎng)機(jī)對(duì)無(wú)人平臺(tái)的指令和控制的自主性。肖恩·惠特科姆稱“海弗-空襲者”II驗(yàn)證了Vista驗(yàn)證機(jī)自主規(guī)劃地面攻擊任務(wù)的能力，它必須基于操作員和飛機(jī)給出的優(yōu)先級(jí)來確定任務(wù)優(yōu)先性以實(shí)現(xiàn)全部任務(wù)目標(biāo)。此外，還評(píng)估了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)再規(guī)劃能力，并正在尋求自適應(yīng)任務(wù)執(zhí)行能力。當(dāng)飛機(jī)發(fā)現(xiàn)有突發(fā)性的地面威脅時(shí)，該系統(tǒng)將自動(dòng)重新規(guī)劃任務(wù)，在實(shí)現(xiàn)任務(wù)目標(biāo)的同時(shí)盡量避免自己暴露于威脅中。這些測(cè)試著眼于出現(xiàn)意外情況如無(wú)人機(jī)在任務(wù)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)丟失通信時(shí)，任務(wù)應(yīng)急管理系統(tǒng)如何接管飛行控制，并按事先計(jì)劃執(zhí)行，以及當(dāng)通信接通時(shí)如何重新接入網(wǎng)絡(luò)。驗(yàn)證試驗(yàn)還關(guān)注當(dāng)失去某種特定的武器時(shí)，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)將如何重新規(guī)劃整個(gè)任務(wù)以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。

對(duì)于“海弗-空襲者”I，飛行的自動(dòng)控制能力能被集成到Vista驗(yàn)證機(jī)中。對(duì)“海弗-空襲者”II來說，臭鼬工廠采用了OMS軟件標(biāo)準(zhǔn)將備用處理器集成到Vista驗(yàn)證機(jī)中來主導(dǎo)控制自主作戰(zhàn)管理算法。該處理器上集成了所有能自適應(yīng)執(zhí)行任務(wù)的能力。在備用處理器和Vista驗(yàn)證機(jī)的飛控計(jì)算機(jī)之間有一個(gè)通信網(wǎng)關(guān)，該通信網(wǎng)關(guān)能與“海弗-空襲者”I上先進(jìn)的飛機(jī)控制能力結(jié)合起來工作。在首批測(cè)試中采用了一批F-16，在第二批測(cè)試中Vista驗(yàn)證機(jī)被連接到地面的虛擬長(zhǎng)機(jī)上?！昂８?空襲者”I測(cè)試了不同類型的指令與控制模式，包括通過F-16的前方控制器使長(zhǎng)機(jī)飛行員可直接控制無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)，飛行員還能選擇預(yù)先規(guī)劃的任務(wù)，無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)將執(zhí)行該任務(wù)，進(jìn)行作戰(zhàn)損傷評(píng)估并再次加入編隊(duì)。

臭鼬工廠也考慮了非語(yǔ)音提示。通常，當(dāng)飛行員進(jìn)入無(wú)線電靜默時(shí)會(huì)使用一種“閃翼”的方式（滾轉(zhuǎn)90?再恢復(fù)）來指示僚機(jī)改變位置。臭鼬工廠將這一方式編入程序，這樣無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)便能并根據(jù)任務(wù)階段理解這一機(jī)動(dòng)方式執(zhí)行相應(yīng)操作，例如從戰(zhàn)術(shù)編隊(duì)到戰(zhàn)斗聯(lián)合編隊(duì)（從并排到更近的梯形編隊(duì)）?！昂８?空襲者”II把來自長(zhǎng)機(jī)的指揮與控制（C2）與無(wú)人指揮與控制主動(dòng)性（OMS UCI）協(xié)議相集成。臭鼬工廠正在對(duì)第五代座艙人機(jī)接口進(jìn)行測(cè)試，將相對(duì)簡(jiǎn)單的飛行員意圖編譯成可以獨(dú)立于無(wú)人機(jī)的UCI信息結(jié)構(gòu)，并開始在“海弗-空襲者”II上進(jìn)行評(píng)估。據(jù)臭鼬工廠任務(wù)系統(tǒng)路線圖主任芮妮·帕斯曼稱，目前正在評(píng)估從觸屏到語(yǔ)音識(shí)別的多個(gè)不同方案，目的是評(píng)估對(duì)飛行員意圖進(jìn)行編譯的有效性和減少飛行員識(shí)別負(fù)荷。