有人/無人協(xié)同作戰(zhàn)中直升機(jī)的作用分析

王 琳，辛 冀，高 超

(1.中國直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所，江西 景德鎮(zhèn) 333001；2.陸軍航空兵研究所，北京 101100)

0 引言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭已經(jīng)由單一裝備作戰(zhàn)向體系化協(xié)同作戰(zhàn)、簡單對抗環(huán)境作戰(zhàn)向復(fù)雜對抗環(huán)境作戰(zhàn)、直升機(jī)獨(dú)立作戰(zhàn)向有人/無人直升機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)演進(jìn)，有人/無人協(xié)同作戰(zhàn)已成必然趨勢。

有人/無人協(xié)同作戰(zhàn)是指具備目標(biāo)指示能力的高端有人機(jī)充當(dāng)“主機(jī)”，攜帶制導(dǎo)武器或各類ISR傳感器的無人機(jī)作為攻擊性“僚機(jī)”，在數(shù)據(jù)鏈信息的支持下，有人“主機(jī)”和無人“僚機(jī)”通過密切協(xié)同來完成態(tài)勢感知、戰(zhàn)術(shù)決策、指揮引導(dǎo)、武器發(fā)射、武器制導(dǎo)及毀傷評估等過程達(dá)成作戰(zhàn)任務(wù)[1]。在未來戰(zhàn)場，無人機(jī)可以先對目標(biāo)進(jìn)行蜂群式的集中突襲，也可以采取點(diǎn)穴式癱瘓打擊，為后期大規(guī)模的空中火力打擊開辟道路；而直升機(jī)具有可攜帶多種武器、攻擊火力強(qiáng)、不受地形限制、機(jī)動性好、隱蔽性好、突襲性強(qiáng)、偵察能力好、反應(yīng)迅速、協(xié)同作戰(zhàn)等功能特點(diǎn)，能夠彌補(bǔ)固定翼戰(zhàn)斗機(jī)的“時、空”間隙，是未來作戰(zhàn)體系中不可或缺的裝備平臺。

未來的空中戰(zhàn)斗編隊(duì)可以包含各類固定翼有人機(jī)、通用直升機(jī)(指揮控制平臺)、武裝直升機(jī)(武器殺傷平臺)、無人機(jī)(偵察監(jiān)視平臺)以及其他飛行平臺(戰(zhàn)斗機(jī)以及預(yù)警機(jī)等)。根據(jù)有人無人協(xié)同編隊(duì)系統(tǒng)完成任務(wù)的功能特點(diǎn)，可將有人無人協(xié)同編隊(duì)劃分為偵察編隊(duì)協(xié)同、作戰(zhàn)編隊(duì)協(xié)同和混合編隊(duì)協(xié)同。本文著重分析了編隊(duì)中直升機(jī)的作用，以及直升機(jī)對無人機(jī)指揮控制的關(guān)鍵技術(shù)。

1 偵察編隊(duì)中的直升機(jī)

偵察編隊(duì)由多架有人/無人機(jī)組成，并協(xié)同執(zhí)行偵察任務(wù)。通過直升機(jī)和無人機(jī)數(shù)據(jù)交互，無人機(jī)將偵察到的情報(bào)資料傳輸?shù)接腥藱C(jī)供作戰(zhàn)人員分析利用。這種編隊(duì)一般采用松散編隊(duì)隊(duì)形。在此編隊(duì)中，直升機(jī)根據(jù)既定作戰(zhàn)任務(wù)、作戰(zhàn)目標(biāo)等約束條件，結(jié)合戰(zhàn)場環(huán)境、威脅、氣象、飛機(jī)、傳感器、鏈路等性能參數(shù)，規(guī)劃無人機(jī)對戰(zhàn)場偵察的航路，引導(dǎo)控制無人機(jī)到達(dá)作戰(zhàn)區(qū)域，通過對無人機(jī)任務(wù)載荷的控制，實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場目標(biāo)的快速搜索、識別、定位等作戰(zhàn)活動。

美軍的“復(fù)眼”即此種編隊(duì)典型的作戰(zhàn)樣式。直升機(jī)一次部署7套以上無人機(jī)形成集群，多個多種無人機(jī)之間進(jìn)行協(xié)同作戰(zhàn)，完成情報(bào)搜集、偵察和監(jiān)視任務(wù)。這種集群平臺還可以加掛不同的偵察設(shè)備，通過各種偵察方式的合理搭配，一次完成大量綜合性情報(bào)的偵察，從而實(shí)現(xiàn)所謂的“復(fù)眼”功能。

2 作戰(zhàn)編隊(duì)中的直升機(jī)

作戰(zhàn)編隊(duì)指的是在有人/無人協(xié)同作戰(zhàn)過程中，通過合理調(diào)配多架有人機(jī)和無人機(jī)之間的偵察監(jiān)視和攻擊一體化行為，使作戰(zhàn)資源得到最合理的運(yùn)用，最終獲得最優(yōu)或接近最優(yōu)的作戰(zhàn)效能。在作戰(zhàn)編隊(duì)中，直升機(jī)可以指揮控制無人機(jī)執(zhí)行：

1)前突攻擊任務(wù)，即直升機(jī)通過對無人機(jī)任務(wù)的規(guī)劃，引導(dǎo)無人機(jī)實(shí)施雷達(dá)探測，對敵方的地面指揮站、通信樞紐、裝甲目標(biāo)等要害目標(biāo)進(jìn)行快速瞄準(zhǔn)和武器攻擊，從而實(shí)現(xiàn)縱深攻擊、定點(diǎn)破壞敵方要害的目標(biāo)；

2)協(xié)同對空打擊，即直升機(jī)通過實(shí)時任務(wù)規(guī)劃，協(xié)同無人機(jī)的航路和攻擊目標(biāo)等，引導(dǎo)無人機(jī)協(xié)同直升機(jī)共同完成對敵方目標(biāo)的偵察、探測、識別、定位以及攻擊等任務(wù)，最終實(shí)現(xiàn)對敵方直升機(jī)、無人機(jī)以及其他低空目標(biāo)的摧毀。

另外，在復(fù)雜、動態(tài)和不確定的空戰(zhàn)環(huán)境下，直升機(jī)還可以控制多架無人機(jī)對戰(zhàn)場縱深的各種目標(biāo)進(jìn)行拉網(wǎng)式搜索。一旦發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，無人機(jī)可從隱蔽地對目標(biāo)進(jìn)行主動攻擊。

美軍著名的“蜂群”協(xié)同作戰(zhàn)樣式，即是通過對無人機(jī)群加掛空戰(zhàn)武器，利用數(shù)據(jù)鏈或者衛(wèi)星信道獲得目標(biāo)坐標(biāo)，對目標(biāo)同時實(shí)施飽和式攻擊，從而形成一個可遮蔽一定空域的火力“蜂群”。這種“蜂群”式攻擊可用于突破防御嚴(yán)密的體系。典型的有人/無人協(xié)同作戰(zhàn)樣式如圖1所示。

圖1 有人/無人協(xié)同作戰(zhàn)樣式

3 混合編隊(duì)協(xié)同作戰(zhàn)中的直升機(jī)

根據(jù)未來戰(zhàn)爭的定位和發(fā)展趨勢，各種方式的有人/無人機(jī)混合編隊(duì)協(xié)同作戰(zhàn)將成為十分重要的作戰(zhàn)模式?；旌暇庩?duì)是指執(zhí)行不同任務(wù)(如偵察、監(jiān)視、電子干擾、攻擊等)的多個多架不同種類有人/無人機(jī)組成的混合式編隊(duì)，按照預(yù)先制訂好的任務(wù)規(guī)劃和作戰(zhàn)方案，根據(jù)各種機(jī)型的功能、性能以及它們的武器配置情況，進(jìn)行分工和協(xié)同，形成一種完整的作戰(zhàn)編隊(duì)系統(tǒng)，在統(tǒng)一指揮下共同執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)。典型的有人/無人編隊(duì)協(xié)同作戰(zhàn)任務(wù)可參見圖2。有人直升機(jī)在此編隊(duì)中的作用與在作戰(zhàn)編隊(duì)中的作用相似，主要還是對各類無人機(jī)的指揮引導(dǎo)控制，主要表現(xiàn)為：

1)直升機(jī)在作戰(zhàn)人員的控制下，通過對對應(yīng)信息和數(shù)據(jù)的處理，完成對無人機(jī)的全權(quán)控制，引導(dǎo)無人機(jī)執(zhí)行偵察、檢測和攻擊等各種任務(wù)；

圖2 有人/無人編隊(duì)典型協(xié)同作戰(zhàn)任務(wù)圖

2)完成階段性攻擊任務(wù)之后，直升機(jī)將指揮控制無人機(jī)對戰(zhàn)場進(jìn)行實(shí)時監(jiān)視，利用攝像機(jī)或全景照相機(jī)等光電傳感器對戰(zhàn)場需評估目標(biāo)進(jìn)行圖像的獲取，指揮部人員收到無人機(jī)傳來的圖像后進(jìn)行分析比對，可以判斷出剛才實(shí)施的火力打擊是否達(dá)到了預(yù)期的毀傷效果，并決定是否還需要對其進(jìn)行再次打擊等等。

混合編隊(duì)中參加執(zhí)行任務(wù)的無人機(jī)平臺可以是不同功能(無人偵察機(jī)、武裝無人機(jī)、無人作戰(zhàn)飛機(jī)等)、不同形式(無人直升機(jī)和固定翼無人機(jī)等)的無人機(jī)，直升機(jī)將根據(jù)不同任務(wù)要求指揮控制無人機(jī)的各種軟件功能(比如任務(wù)規(guī)劃、路徑選擇、傳感器數(shù)據(jù)處理、感知能力等)，從而實(shí)現(xiàn)最佳協(xié)同作戰(zhàn)方案。

4 直升機(jī)與無人機(jī)的協(xié)同等級

目前，地面站對無人機(jī)的操控能力分為五級。考慮到直升機(jī)低空機(jī)動隱蔽、數(shù)據(jù)鏈易斷的特性，直升機(jī)與無人機(jī)的協(xié)同等級也按照同樣的標(biāo)準(zhǔn)劃分，如表1所示[2]。

表1 有人直升機(jī)與無人機(jī)的協(xié)同等級

其中，第二級操控能力只能允許直升機(jī)機(jī)組人員觀看接收到的視頻信號；而達(dá)到第四級操控能力則意味著直升機(jī)能完全控制無人機(jī)的導(dǎo)航系統(tǒng)，機(jī)組人員可以用駕駛艙現(xiàn)有的控制和顯示系統(tǒng)管理無人機(jī)的飛行軌跡，控制其載荷并發(fā)射武器。

目前國內(nèi)的無人機(jī)可以執(zhí)行偵察監(jiān)視以及打擊任務(wù)，我國也正在進(jìn)行直升機(jī)和無人機(jī)之間四級協(xié)同關(guān)系的試驗(yàn)；而美國規(guī)定并實(shí)現(xiàn)了更高的協(xié)同等級，包括直升機(jī)對無人機(jī)直接的任務(wù)載荷操控、航跡操控等。但對于直升機(jī)和無人機(jī)的協(xié)同，美國還提出了需要增補(bǔ)的能力，主要是因?yàn)椋?/p>

1)在直升機(jī)專有任務(wù)科目如垂直攻擊、近距毀傷評估當(dāng)中，無人機(jī)的航跡十分復(fù)雜，與無人機(jī)協(xié)同的武裝直升機(jī)通?？臻g有限，需要由飛行員或武器手擔(dān)任無人機(jī)操控手，導(dǎo)致其任務(wù)負(fù)荷重，甚至可能無法完成。

2)在與直升機(jī)的配合中，無人機(jī)必將前出執(zhí)行任務(wù)，這決定了其任務(wù)以突防為主。無人機(jī)以低空低速飛行為主要特點(diǎn)，在復(fù)雜地形中進(jìn)行超低空地形跟隨飛行，這種航跡中數(shù)據(jù)鏈極易被地形隔斷，故而無法保證與直升機(jī)的互操縱能力[3]。因此，為實(shí)現(xiàn)有人/無人協(xié)同作戰(zhàn)的優(yōu)勢，無人機(jī)還需要提升自身在數(shù)據(jù)斷路情況下的自主任務(wù)和航跡規(guī)劃能力。典型的演習(xí)作戰(zhàn)視圖如圖3所示[4]。

圖3 有人/無人協(xié)同演習(xí)作戰(zhàn)視圖

5 直升機(jī)指揮控制無人機(jī)進(jìn)行協(xié)同作戰(zhàn)的關(guān)鍵技術(shù)

直升機(jī)和無人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)這種方式大大降低了直升機(jī)飛行員的風(fēng)險(xiǎn)和工作負(fù)荷，可以更快地打擊目標(biāo)，能夠更靈活地完成偵察和攻擊任務(wù)，提高了整體作戰(zhàn)能力。雙方要達(dá)到高契合度的協(xié)同，主要依賴數(shù)據(jù)鏈組件的發(fā)展。目前使用較為普遍的數(shù)據(jù)鏈組件有Tac-SIS組件、VUIT組件和UTA組件。從2007年起，Tac-SIS組件就已經(jīng)裝備在大部分美國陸軍直升機(jī)平臺中了，VUIT組件也幾乎已經(jīng)被UTA組件取代。UTA與直升機(jī)的任務(wù)處理器是完全綜合的，無人機(jī)的位置、飛行計(jì)劃和傳感器覆蓋圖等可以添加到直升機(jī)戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢顯示器上，直升機(jī)能修改無人機(jī)的飛行計(jì)劃。目前，UTA只限于裝備美國直升機(jī)，不向其他國家出口。因此，數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的研究發(fā)展是重中之重，主要表現(xiàn)為以下幾個方面。

1)人機(jī)接口控制技術(shù)。

在有人/無人協(xié)同作戰(zhàn)過程中，直升機(jī)和無人機(jī)擔(dān)負(fù)著不同的使命，雙方通過數(shù)據(jù)和信息的交換來實(shí)現(xiàn)協(xié)同。人機(jī)接口控制技術(shù)一般采用圖形化、直觀化等方式顯示地面站的指揮控制、直升機(jī)與無人機(jī)飛行、載荷、偵察以及對目標(biāo)攻擊態(tài)勢等信息，從而讓作戰(zhàn)人員對整個戰(zhàn)場狀態(tài)有全面的掌握；簡單的數(shù)據(jù)交互方式可減少作戰(zhàn)人員對飛機(jī)駕駛的影響，飛行員可以簡單通過按鍵觸屏或是語音控制來發(fā)送和接收指令，最終實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)人員對本機(jī)以及無人機(jī)的指揮控制。

2)協(xié)同作戰(zhàn)決策技術(shù)。

協(xié)同作戰(zhàn)指揮決策技術(shù)指的是對戰(zhàn)場威脅的預(yù)測與評估，協(xié)同作戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)的制定，直升機(jī)和無人機(jī)的任務(wù)和空域分配，武器發(fā)射管理以及攻擊決策等，是能最大限度減輕作戰(zhàn)人員負(fù)擔(dān)，提高直升機(jī)智能化程度的一種關(guān)鍵技術(shù)。在有人/無人協(xié)同作戰(zhàn)過程中，這項(xiàng)技術(shù)能及時分析定位戰(zhàn)場態(tài)勢，對環(huán)境狀態(tài)和戰(zhàn)場威脅進(jìn)行評估分析，并制定出作戰(zhàn)預(yù)案，及時為作戰(zhàn)人員提供戰(zhàn)術(shù)行動建議，幫助其指揮控制協(xié)同作戰(zhàn)。協(xié)同作戰(zhàn)指揮決策技術(shù)綜合了各類模型庫、知識庫、作戰(zhàn)規(guī)則庫和智庫，能夠?yàn)樽鲬?zhàn)人員提供實(shí)時化和精確化的決策建議。

3)實(shí)時任務(wù)規(guī)劃技術(shù)。

規(guī)劃技術(shù)是指在有人/無人協(xié)同偵察、攻擊過程中進(jìn)行的實(shí)時任務(wù)載荷和航路規(guī)劃，以及在發(fā)生突發(fā)情況時的任務(wù)規(guī)劃。該技術(shù)在直升機(jī)和無人機(jī)各項(xiàng)性能指標(biāo)的基礎(chǔ)上為直升機(jī)/無人機(jī)制訂多個任務(wù)規(guī)劃，任何一個任務(wù)規(guī)劃都滿足空間和時間上的協(xié)調(diào)關(guān)系，最終目的是讓整體作戰(zhàn)效能達(dá)到最優(yōu)或者接近最優(yōu)。該技術(shù)采用多維的規(guī)劃方法，并結(jié)合統(tǒng)籌、智能計(jì)算幾何等理論技術(shù)，可以解決此限制條件多雜的多目標(biāo)控制決策問題。

4)指揮控制技術(shù)。

指揮控制技術(shù)是在有人/無人協(xié)同作戰(zhàn)過程中，有人機(jī)實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)的引導(dǎo)控制，從而完成各種偵察和攻擊任務(wù)。該技術(shù)主要是依據(jù)實(shí)時戰(zhàn)場態(tài)勢、戰(zhàn)場地形、天氣及環(huán)境等信息，制定出對無人機(jī)的合理引導(dǎo)控制方案，指揮無人機(jī)按照預(yù)設(shè)方案實(shí)施最佳的戰(zhàn)術(shù)偵察、突擊、戰(zhàn)損評估等行動。該技術(shù)利用人工智能自適應(yīng)算法，同時結(jié)合具有自適應(yīng)能力并且自動化的指揮引導(dǎo)控制模型，從而制定出最優(yōu)協(xié)同作戰(zhàn)方案。

6 對國內(nèi)有人/無人協(xié)同作戰(zhàn)研究的幾點(diǎn)發(fā)展建議

目前，美國等一些國家對有人/無人協(xié)同作戰(zhàn)領(lǐng)域的研究已取得了重大進(jìn)展，從作戰(zhàn)使用模式到任務(wù)規(guī)劃再到引導(dǎo)控制等方面都開展了大量的試驗(yàn)和驗(yàn)證活動。而我國的無人機(jī)幾乎還是以單平臺為中心，還受自主能力、指控體制等方面的限制，要融入我軍整體空戰(zhàn)體系還有一定難度和距離。為改變現(xiàn)狀，適應(yīng)新趨勢，我們應(yīng)該在如下領(lǐng)域做出努力：

1)逐步突破協(xié)同作戰(zhàn)的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。針對制約有人/無人協(xié)同作戰(zhàn)的體系級、編隊(duì)級、平臺級、設(shè)備級瓶頸技術(shù)，在一系列重點(diǎn)項(xiàng)目中予以重點(diǎn)安排，努力突破平臺、鏈路通信、指揮控制和火控協(xié)同等方面的關(guān)鍵技術(shù)。

2)逐步提升控制層級和互操作性。按照計(jì)劃、信息、軌跡、火力的協(xié)同程度遞進(jìn)，從“機(jī)-站-鏈”系統(tǒng)逐步演化成采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、面向服務(wù)、基于數(shù)據(jù)的互操作體系，實(shí)現(xiàn)一站多機(jī)、通站異機(jī)和混空域管理。

3)推動協(xié)同作戰(zhàn)工程化。重點(diǎn)突破協(xié)同飛行控制、鏈路通信、指揮控制以及傳感器/武器協(xié)同等的關(guān)鍵技術(shù)，開展有人/無人直升機(jī)飛行試驗(yàn)、模擬協(xié)同作戰(zhàn)試驗(yàn)、集成演示驗(yàn)證試驗(yàn)、軍事演習(xí)等，提升有人/無人直升機(jī)編隊(duì)協(xié)同能力，逐步實(shí)現(xiàn)有人/無人協(xié)同作戰(zhàn)的實(shí)戰(zhàn)運(yùn)用[5]。這是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，任重而道遠(yuǎn)。