國外無人機(jī)蜂群技術(shù)發(fā)展態(tài)勢(shì)

袁成

“蜂群能力”列為無人系統(tǒng)的15項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)之一。本文概述了無人機(jī)蜂群作戰(zhàn)的概念、特點(diǎn)與研發(fā)現(xiàn)狀，綜述了各國無人機(jī)蜂群技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和特點(diǎn)，指出了無人機(jī)蜂群技術(shù)發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù)和作戰(zhàn)運(yùn)用前景。

2018年8月，美國防部發(fā)布《2017 - 2042財(cái)年無人系統(tǒng)綜合 路線圖》，其中又將“蜂群能力”列為無人系統(tǒng)的15項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)之一。從外軍發(fā)展和應(yīng)用態(tài)勢(shì)看，無人系統(tǒng)蜂群技術(shù)研究基本集中于無人機(jī)蜂群，原因是具有組群平臺(tái)成本低、可大量組網(wǎng)、覆蓋范圍大、使用靈活、抗損能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。隨著機(jī)動(dòng)組網(wǎng)、編隊(duì)控制、自主協(xié)同等關(guān)鍵技術(shù)不斷突破，無人機(jī)蜂群將逐步具備對(duì)地、對(duì)海、對(duì)空情監(jiān)偵甚至攻擊能力，將對(duì)未來航空裝備體系構(gòu)成和作戰(zhàn)樣式產(chǎn)生重大影響。

概念、特點(diǎn)與研發(fā)現(xiàn)狀

按美空軍2016年在《小型無人機(jī)系統(tǒng)飛行規(guī)劃2016 - 2036》文件中的定義和描述，無人機(jī)蜂群是指在操控人員（空中或地面）的指揮或監(jiān)督下，通過自主組網(wǎng)遂行統(tǒng)一作戰(zhàn)任務(wù)的一群小型無人機(jī);構(gòu)成蜂群的無人機(jī)可以是相同的（同構(gòu)），也可以是不同的（異構(gòu)）;組群方式可以是主從型的，也可以是無中心的。無人機(jī)蜂群相比F-22等傳統(tǒng)作戰(zhàn)飛機(jī)具有許多優(yōu)勢(shì)：群中無人機(jī)數(shù)量多，通過大范圍分布，具備較強(qiáng)態(tài)勢(shì)感知和壓制或摧毀敵防空系統(tǒng)能力;抗毀能力強(qiáng)，部分無人機(jī)損失后，蜂群仍可完成任務(wù);單架無人機(jī)的成本遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)防空導(dǎo)彈，可增加敵防御成本;作戰(zhàn)靈活性強(qiáng)，可與多種

飛機(jī)和武器協(xié)同。

國內(nèi)外已經(jīng)或計(jì)劃開展飛行驗(yàn)證的蜂群平臺(tái)，按美國防部的劃分標(biāo)準(zhǔn)屬于1-3等級(jí)無人機(jī)（分別對(duì)應(yīng)：重0-9、9.5 - 25、小于600kg，飛行高度小于370m、1100m、5500m，空速，J、于185km/h、463 km/h、463 km/h）。

國外正積極推動(dòng)無人機(jī)蜂群技術(shù)發(fā)展，目前處于關(guān)鍵技術(shù)飛行驗(yàn)證階段。國外驗(yàn)證的蜂群都是同構(gòu)的，未來經(jīng)過技術(shù)發(fā)展也可能出現(xiàn)異構(gòu)無人機(jī)蜂群。美軍積極布局，整體領(lǐng)先

美軍近年來提出了2025 - 2035年形成無人機(jī)蜂群作戰(zhàn)能力的目標(biāo)，全面開展了頂層設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，多個(gè)項(xiàng)目推進(jìn)至飛行演示驗(yàn)證，如美國防部戰(zhàn)略能力辦公室2014年啟動(dòng)了“無人機(jī)蜂群”項(xiàng)目，試驗(yàn)平臺(tái)為“灰山鶉”一次性微型無人機(jī)，其長16.5cm、重0.3kg、續(xù)航時(shí)間大于20min、時(shí)速75 - 110km/h。2016年，項(xiàng)目演示了103架“灰山鶉”空中快速投放和按指令組群飛行，創(chuàng)下國外軍用無人機(jī)蜂群最大規(guī)模飛行紀(jì)錄。試驗(yàn)中，“灰山鶉”蜂群未預(yù)先編寫飛行程序，展現(xiàn)了集體決策、自修正和自適應(yīng)編隊(duì)自主協(xié)同飛行能力;海軍研究辦公室2015年實(shí)施了“低成本無人機(jī)技術(shù)蜂群”項(xiàng)目，試驗(yàn)平臺(tái)為雷神公司“郊狼”小型無人機(jī)，其長91cm、重5.9kg、時(shí)速110km/h。2016年，項(xiàng)目完成在30秒內(nèi)投放30架“郊狼”的試驗(yàn)，驗(yàn)證了“郊狼”蜂群的自主編隊(duì)飛行、隊(duì)形變換、協(xié)同機(jī)動(dòng)能力。2018年6月，美海軍授予雷神公司2968萬美元合同，生產(chǎn)“低成本無人機(jī)蜂群技術(shù)創(chuàng)新海軍原型機(jī)”;美國國防部預(yù)研局（ DARPA ）2015年推出“小精靈”項(xiàng)目，研究小型無人機(jī)蜂群的空中投放/回收等關(guān)鍵技術(shù)?？罩型斗?回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)參考了成熟的空中加油系統(tǒng)，由絞車、線纜、線纜末端的對(duì)接裝置、機(jī)械爪等部件組成?；厥諘r(shí)無人機(jī)與對(duì)接裝置在空中對(duì)接，之后由機(jī)械爪抓進(jìn)機(jī)艙。項(xiàng)目將在2019年開展C-130運(yùn)輸機(jī)空中投放和回收多架機(jī)的試驗(yàn)。另外，DARPA還通過“體系集成技術(shù)試驗(yàn)”、“分布式作戰(zhàn)管理”、“進(jìn)攻蜂群戰(zhàn)術(shù)”、“拒止環(huán)境協(xié)同作戰(zhàn)”和“協(xié)奏曲”項(xiàng)目，發(fā)展無人機(jī)蜂群體系架構(gòu)、作戰(zhàn)管理、蜂群戰(zhàn)術(shù)、自主協(xié)同和小型多功能傳感器等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

歐盟、英國開展了關(guān)鍵技術(shù)：研發(fā)

歐洲防務(wù)局于2016年1 1月啟動(dòng)“歐洲蜂群”項(xiàng)目，發(fā)展無人機(jī)蜂群的任務(wù)自主決策、協(xié)同導(dǎo)航等關(guān)鍵技術(shù);英國國防部于2016年9月發(fā)起獎(jiǎng)金達(dá)300萬英鎊的無人機(jī)蜂群競賽，參賽的蜂群完成了信息中繼、通信干擾、跟蹤瞄準(zhǔn)人員或車輛、區(qū)域繪圖等任務(wù)。

英國國防部長加唯恩·威廉姆森2月11日在皇家聯(lián)合部隊(duì)研究所（RoyalUnited Services Institute）發(fā)表講話時(shí)宣布，英國準(zhǔn)備在2019年底前研制和部署無人機(jī)蜂群。

據(jù)英國國防部網(wǎng)站2019年3月28日?qǐng)?bào)道，英國國防部國防和安保加速器（ DASA）機(jī)構(gòu)在“很多無人機(jī)使作戰(zhàn)輕松”項(xiàng)目中授予藍(lán)熊系統(tǒng)研究公司250萬英鎊，研究無人機(jī)蜂群技術(shù)。這是DASA迄今為止授出的金額最高的單個(gè)項(xiàng)目。這筆資金將使大約20個(gè)無人機(jī)系統(tǒng)進(jìn)入最后的開發(fā)階段。該項(xiàng)目最終將由國防科學(xué)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（DSTL）管理。

無人機(jī)系統(tǒng)目前在全世界范圍內(nèi)使用廣泛，而組織一群無人機(jī)針對(duì)同一目標(biāo)開展協(xié)同行動(dòng)將使國防領(lǐng)域收益。無人機(jī)蜂群可以降低作戰(zhàn)成本、提高系統(tǒng)效率同時(shí)在以下領(lǐng)域增加彈性：

●態(tài)勢(shì)感知

●醫(yī)療救援

●后勤補(bǔ)給

●爆炸物檢測和處置

●迷惑和欺騙

英國國防采購部長斯圖爾特安德魯表示：“無人機(jī)蜂群技術(shù)可以變革情報(bào)收集、人道主義援助、爆炸物處理以及后勤補(bǔ)給的方式?！?/p>

DASA領(lǐng)導(dǎo)露西·梅森表示：“令我高興的是，防務(wù)領(lǐng)域的資金使跨行業(yè)部門建立了合作關(guān)系，將評(píng)估無人機(jī)蜂群系統(tǒng)的最新思想。我們致力于通過建立伙伴關(guān)系和合作來推動(dòng)創(chuàng)新，為英國國防和安保使用最好的思想和創(chuàng)新思維。藍(lán)熊系統(tǒng)研究有限公司是自主系統(tǒng)解決方案的全球領(lǐng)導(dǎo)者，將作為聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)的領(lǐng)導(dǎo)方和系統(tǒng)集成商。研究團(tuán)隊(duì)其他成員包括IQHQ公司、Plextex公司、空中客車公司和杜倫大學(xué)。在為期18個(gè)月的‘綜合概念評(píng)估’階段，每個(gè)成員都將為帶來一些關(guān)鍵技術(shù)和技能，最終將向軍方進(jìn)行真實(shí)的飛行演示驗(yàn)證?！?/p>

藍(lán)熊系統(tǒng)公司常務(wù)董事伊恩·威廉姆斯一韋恩表示：“目前，英軍正在積極尋找機(jī)器人解決方案，以為部隊(duì)提供能力倍增器，而蜂群正是解決方案之一。低成本自主蜂群系統(tǒng)為作戰(zhàn)帶來了全新的樣式。在項(xiàng)目中，我們將使用下一代自主技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能，降低人類控制人員的數(shù)量、培訓(xùn)時(shí)間和認(rèn)知負(fù)擔(dān)。有了這些技術(shù)，蜂群便能夠以快速和高效的方式針對(duì)單一目標(biāo)或多個(gè)目標(biāo)同時(shí)開展非常復(fù)雜的作戰(zhàn)任務(wù)。項(xiàng)目的未來階段將尋求建立一個(gè)更加‘自給自足’的無人機(jī)蜂群，使軍方在日益復(fù)雜和對(duì)抗環(huán)境下中具有強(qiáng)大的作戰(zhàn)能力。有效的人機(jī)協(xié)作將仍然是本項(xiàng)目研究的核心，以確保人類能夠控制無人機(jī)系統(tǒng)?！?/p>

DSTL項(xiàng)目技術(shù)主管安東尼·格拉漢姆表示：“第三階段的競爭要求非常具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)槲覀兿Ｍ苿?dòng)快速創(chuàng)新，并鼓勵(lì)富有想象力的解決方案。獲勝的團(tuán)隊(duì)真正顯示了英國工業(yè)的精華，展示如何利用我們世界領(lǐng)先的中小型企業(yè)公司來實(shí)現(xiàn)軍事能力的轉(zhuǎn)型。通過開放式系統(tǒng)架構(gòu)方法，研究團(tuán)隊(duì)專注于開發(fā)一個(gè)基礎(chǔ)的指揮控制和信息管理架構(gòu)，以最大限度提高無人機(jī)蜂群收集和共享能夠贏得戰(zhàn)斗的信息的能力。在DASA授出本合同之前，英國國防大臣加文·威廉姆森專門為研究新型微型無人機(jī)撥款了3100萬英鎊。該資金來自全新1.6億英鎊的轉(zhuǎn)型基金。該基金也將發(fā)展聯(lián)網(wǎng)的無人機(jī)蜂群中隊(duì)，以迷惑和壓制敵人的防空系統(tǒng)。通過與F-35和臺(tái)風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)一起作戰(zhàn)，無人機(jī)蜂群將允許飛行員進(jìn)行更精確和更具毀傷力的作戰(zhàn)，同時(shí)也會(huì)更加高效和安全。”

如果真的是這樣，將是軍用無人機(jī)領(lǐng)域的重要事件。無人機(jī)蜂群基于自主軟件，可自主或在人類監(jiān)督下相互溝通，將為無人機(jī)領(lǐng)域帶來重要的變化，即飛行過程中僅需少量監(jiān)督，自己能夠執(zhí)行大部分任務(wù)。目前，無人機(jī)蜂群主要應(yīng)用在娛樂領(lǐng)域，但世界各地的軍隊(duì)都對(duì)無人機(jī)蜂群非常感興趣。美國五角大樓多年來一直對(duì)無人機(jī)蜂群進(jìn)行試驗(yàn)，例如2017年的“灰山鶉”無人機(jī)蜂群，以及2016年海軍的“蝗蟲”無人機(jī)蜂群。今年早些時(shí)候，美國國防部和英國國防部宣布聯(lián)合展開競賽，開發(fā)無人機(jī)蜂群技術(shù)，用于自主飛行和繪制野火圖。但這只是漫長無人機(jī)蜂群開發(fā)項(xiàng)目的開始。那么，威廉姆森建議英國部署的是什么類型的蜂群呢？讓我們看一下完整的引述。威廉姆森在講話中說：“而且，為了補(bǔ)充F-35的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)技術(shù)，我決定使用轉(zhuǎn)化基金開發(fā)能夠擾亂和壓倒敵防空的無人機(jī)蜂群中隊(duì)，我們期待在今年年底之前部署這些裝備?！?/p>

這聽起來并不像一個(gè)獨(dú)立的無人機(jī)蜂群，而是設(shè)計(jì)與有人機(jī)伴飛的無人僚機(jī)。最接近這一設(shè)想的無人機(jī)是美國飛機(jī)制造商克拉托斯制造的飛行器，包括一種適合戰(zhàn)斗角色的無人機(jī)靶機(jī)和一種特別設(shè)計(jì)的作戰(zhàn)無人機(jī)。類似于克拉托斯公司這樣的無人機(jī)，可能是部署蜂群最簡單的方法，也是最有可能伴隨F-35執(zhí)行任務(wù)的方法。至于時(shí)間表，國防部向《英國防務(wù)雜志》澄清說，盡管英國皇家空軍今年將開發(fā)這一概念，但找到供應(yīng)商并解決無人機(jī)本身的技術(shù)問題將是一個(gè)為期三年的過程。雖然考慮到其他國家遇到的蜂群無人機(jī)從概念到部署的障礙，但英國可能仍然是第一個(gè)這樣做的國家，只是它極不可能發(fā)生在2022年之前的任何時(shí)候。

俄、韓等國披露了作戰(zhàn)概念

俄無線電電子技術(shù)集團(tuán)在2017年透露：俄未來戰(zhàn)斗機(jī)可采用1架機(jī)或2架機(jī)與20 - 30架蜂群無人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)樣式，執(zhí)行空空作戰(zhàn)、對(duì)地打擊、空中偵察等任務(wù)。韓國陸軍也在2017年透露正以朝鮮的彈道導(dǎo)彈陣地和核試驗(yàn)設(shè)施為目標(biāo)，大力發(fā)展無人機(jī)蜂群技術(shù)，首先用于偵察，后續(xù)用于打擊。關(guān)鍵技術(shù)

無人機(jī)蜂群技術(shù)實(shí)用化需攻克作戰(zhàn)管理、蜂群自主編隊(duì)控制、低成本平臺(tái)等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，蜂群的規(guī)模越大、作戰(zhàn)環(huán)境越復(fù)雜，對(duì)技術(shù)的要求也越高。綜合外軍近年的規(guī)劃文件和技術(shù)發(fā)展來看，其關(guān)鍵技術(shù)可歸納為如下三大方面。

蜂群與裝備體系協(xié)同技術(shù)

該關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下3個(gè)方面：（1）體系架構(gòu)。根據(jù)任務(wù)合理規(guī)劃和配置無人機(jī)和有人機(jī)的種類、數(shù)量、性能、功能等，需研究開放式體系架構(gòu)和開放式任務(wù)系統(tǒng)等。（2）作戰(zhàn)管理。由預(yù)警機(jī)或地面站對(duì)無人機(jī)蜂群進(jìn)行監(jiān)督管控，需解決統(tǒng)一作戰(zhàn)場景構(gòu)建、編隊(duì)控制與調(diào)整等問題。（3）協(xié)同戰(zhàn)術(shù)。為充分發(fā)揮無人機(jī)蜂群效能，必須結(jié)合部隊(duì)需求制定出戰(zhàn)術(shù)。需解決虛擬和真實(shí)試驗(yàn)臺(tái)建設(shè)、人機(jī)交互等問題。

蜂群內(nèi)部協(xié)同技術(shù)

該關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下4個(gè)方面：（1）蜂群組網(wǎng)。通過數(shù)據(jù)鏈實(shí)現(xiàn)蜂群間的互聯(lián)互通是實(shí)現(xiàn)群內(nèi)協(xié)同的基礎(chǔ)，需要針對(duì)強(qiáng)電磁干擾，研究抗毀網(wǎng)絡(luò)、低可截獲技術(shù)、抗干擾、身份識(shí)別等技術(shù)。（2）蜂群自主編隊(duì)控制。需控制蜂群的自主形成，使之保持特定幾何構(gòu)型。（3）蜂群協(xié)同態(tài)勢(shì)感知與共享。為利用蜂群中的各類任務(wù)載荷搜集、分析信息數(shù)據(jù)。需研究協(xié)同目標(biāo)探測、目標(biāo)識(shí)別和融合估計(jì)、信息理解和共享等問題。（4）協(xié)同任務(wù)規(guī)劃與決策。為提高任務(wù)成功率和執(zhí)行效率，降低風(fēng)險(xiǎn)和成本。需研究蜂群自主規(guī)劃與決策技術(shù)，其核心是自主任務(wù)分配算法。蜂群無人機(jī)平臺(tái)技術(shù)

該關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下3個(gè)方面：（1胝成本無人機(jī)。無人機(jī)蜂群概念要求其中的無人機(jī)成本低，可以是一次性或有限壽命。在滿足需要的前提下，需通過低成本材料、制造工藝及發(fā)動(dòng)機(jī)等降低成本。例如“小精靈”項(xiàng)目要求無人機(jī)的單價(jià)低于70萬美元。（2）空中快速投放回收。空中投放蜂群無人機(jī)，需在載機(jī)和無人機(jī)上設(shè)計(jì)相應(yīng)機(jī)構(gòu)，根據(jù)投放和回收迅速、低成本、對(duì)無人機(jī)性能影響小、可迅速再次投放等要求開展相關(guān)技術(shù)研究。（3）小型多功能載荷。應(yīng)采用輕便、綜合、開放式射頻架構(gòu)，使蜂群中的無人機(jī)擁有雷達(dá)、電子戰(zhàn)、通信等多種功能。需研究射頻調(diào)節(jié)與數(shù)字變換、功放和天線/機(jī)體集成、混合式射頻處理等技術(shù)。

應(yīng)用前景

總體來看，目前外軍無人機(jī)蜂群整體上還處在技術(shù)研發(fā)與演示驗(yàn)證階段，綜合國外情報(bào)資料，未來無人機(jī)蜂群將在多種作戰(zhàn)任務(wù)中發(fā)揮重要作用。

對(duì)地對(duì)海作戰(zhàn)主要有6種運(yùn)用設(shè)想。（1）情報(bào)、監(jiān)視與偵察。蜂群可攜帶各類傳感器同時(shí)執(zhí)行任務(wù)，通過多源信息融合提高情監(jiān)偵能力0（2）壓制防空。飽和攻擊敵防空雷達(dá)跟蹤和瞄準(zhǔn)通道，癱瘓敵防空系統(tǒng)。（3）誘餌。形成與有人機(jī)相似的信號(hào)特征，消耗敵防空導(dǎo)彈。（4）對(duì)面攻擊。安裝戰(zhàn)斗部或攜帶彈藥，多角度同時(shí)發(fā)起對(duì)地對(duì)海攻擊;（5）對(duì)地電子干擾。攜帶電子對(duì)抗裝置，干擾敵地面電子設(shè)備;（6）戰(zhàn)毀評(píng)估。完成敵關(guān)鍵目標(biāo)的損傷評(píng)估。對(duì)空作戰(zhàn)主要有2種運(yùn)用設(shè)想。（1）反無人機(jī)蜂群。目前外軍普遍把無人機(jī)蜂群識(shí)別為反制敵無人機(jī)蜂群的有效手段。（2劂空電子壓制。蜂群可在空中組成一面廣闊的電子對(duì)抗陣列，對(duì)敵來襲軍機(jī)或武器實(shí)施電子戰(zhàn)。

城市戰(zhàn)主要有3種運(yùn)用設(shè)想。（1）發(fā)現(xiàn)敵人。蜂群可飛臨每棟建筑，觀察、發(fā)現(xiàn)狙擊手等目標(biāo)。（2）掩護(hù)地面部隊(duì)。蜂群可攜帶煙霧發(fā)生器，通過煙霧掩護(hù)地面友軍前進(jìn)。（3）保護(hù)地面部隊(duì)。蜂群可在友軍地面部隊(duì)周圍形成“無人機(jī)墻”，抵御敵來襲火力。

其他運(yùn)用設(shè)想包括：執(zhí)行彈藥、醫(yī)療物品空投補(bǔ)給和戰(zhàn)場氣象監(jiān)測等支援任務(wù);以大批量同時(shí)突然飛臨戰(zhàn)場，對(duì)敵造成極大震撼，形成心理戰(zhàn)效果。

影響分析

一是無人機(jī)蜂群將成為未來航空裝備體系中的重要裝備。無人機(jī)蜂群可在對(duì)地、對(duì)空等任務(wù)中與少量高性能有人/無人平臺(tái)組成體系作戰(zhàn)編隊(duì)，作為主戰(zhàn)裝備群執(zhí)行任務(wù)。二是帶動(dòng)軍用航空技術(shù)變革。發(fā)展無人機(jī)蜂群將帶動(dòng)低成本有限壽命機(jī)體、發(fā)動(dòng)機(jī)及人工智能等技術(shù)發(fā)展，特別是將使算法和軟件成為提升未來航空作戰(zhàn)能力的關(guān)鍵技術(shù)因素。三是促進(jìn)軍民融合。無人機(jī)蜂群可以更多地使用模塊化、小型傳感器等商用成果，促進(jìn)軍民融合，加速技術(shù)迭代。四是影響未來空中作戰(zhàn)樣式。無人機(jī)蜂群將進(jìn)一步推動(dòng)空中作戰(zhàn)從隱身單平臺(tái)或小編隊(duì)作戰(zhàn)轉(zhuǎn)向網(wǎng)絡(luò)化、分布式、體系化作戰(zhàn)。蜂群將與高性能有人機(jī)/無人機(jī)配合，形成更豐富、更靈活的空中作戰(zhàn)樣式。