智能化戰(zhàn)爭(zhēng)中的下一代武器系統(tǒng)形態(tài)構(gòu)想

張旭輝

（中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院，北京，100076）

0 引 言

人工智能及其相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用、無(wú)人/智能等新概念裝備的不斷涌現(xiàn)、分布協(xié)同/智能集群等新型作戰(zhàn)概念的持續(xù)出現(xiàn)，都在推動(dòng)戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)加速向智能化戰(zhàn)爭(zhēng)演進(jìn)，未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)的復(fù)雜性和不確定性將日益增強(qiáng)[1]。

本文從未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)下裝備和技術(shù)的視角，提出了下一代武器系統(tǒng)的典型形態(tài)構(gòu)想，重點(diǎn)分析了未來(lái)武器系統(tǒng)的模式變革、基礎(chǔ)研究、科學(xué)問(wèn)題、核心技術(shù)等不同維度下的關(guān)鍵問(wèn)題，以探索適應(yīng)智能化戰(zhàn)爭(zhēng)的下一代武器系統(tǒng)概念。

1 智能化戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)下一代武器系統(tǒng)的需求

1.1 智能化戰(zhàn)爭(zhēng)影響分析

人工智能技術(shù)對(duì)下一代戰(zhàn)爭(zhēng)的影響是深遠(yuǎn)的，將改變戰(zhàn)爭(zhēng)的參戰(zhàn)力量、武器形態(tài)、作戰(zhàn)樣式、制勝機(jī)理等方方面面，智能化戰(zhàn)爭(zhēng)特別呈現(xiàn)出“對(duì)抗更加復(fù)雜、變化更加迅速、效率更加重要”三方面特點(diǎn)：

a）對(duì)抗更加復(fù)雜。隨著人工智能、網(wǎng)絡(luò)信息等技術(shù)的發(fā)展和運(yùn)用，未來(lái)智能化戰(zhàn)爭(zhēng)面臨全域全維、海量作戰(zhàn)手段的綜合博弈。多兵種多域聯(lián)合作戰(zhàn)將成為未來(lái)作戰(zhàn)的標(biāo)準(zhǔn)范式，不同烈度的多個(gè)作戰(zhàn)場(chǎng)景并發(fā)出現(xiàn)。大量智能無(wú)人與自主系統(tǒng)等新型作戰(zhàn)力量的出現(xiàn)，又進(jìn)一步促使戰(zhàn)場(chǎng)的維度、戰(zhàn)場(chǎng)的空間、戰(zhàn)場(chǎng)的尺度、戰(zhàn)場(chǎng)的復(fù)雜性極速膨脹。

b）變化更加迅速。在大國(guó)軍事裝備的發(fā)展中，人工智能技術(shù)將廣泛滲透于各類(lèi)武器系統(tǒng)設(shè)計(jì)、研制與使用的全壽命周期中，新興前沿技術(shù)的應(yīng)用、智能核心算法的升級(jí)也將顯著加快，新興作戰(zhàn)概念又不斷促使新概念武器持續(xù)快速出現(xiàn)，快速形成新的作戰(zhàn)能力，讓?xiě)?zhàn)爭(zhēng)的主體不斷升級(jí)、不斷變化。對(duì)手也將進(jìn)一步根據(jù)反制的作戰(zhàn)概念催生新式武器，這些都會(huì)讓每代作戰(zhàn)裝備的發(fā)展間隔變小，同代裝備的更新升級(jí)變快。

c）效率更加重要。未來(lái)大國(guó)軍事裝備將隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，識(shí)別判斷、決策執(zhí)行的效率更高，能夠在中高烈度、復(fù)雜對(duì)抗環(huán)境下進(jìn)行高質(zhì)量、高節(jié)奏的可持續(xù)戰(zhàn)斗。通過(guò)智能優(yōu)化設(shè)計(jì)高/低端武器的搭配及協(xié)同方式，以及大量無(wú)人自主系統(tǒng)與有人系統(tǒng)的有機(jī)融合，可以降低作戰(zhàn)成本，提高作戰(zhàn)效費(fèi)比。

1.2 對(duì)下一代武器系統(tǒng)的能力需求

為塑造、利用并適應(yīng)上述發(fā)展趨勢(shì)，需要未來(lái)智能化戰(zhàn)爭(zhēng)中的下一代武器系統(tǒng)具備3個(gè)方面能力：

a）極度靈活，控得住戰(zhàn)場(chǎng)復(fù)雜。下一代武器系統(tǒng)要能夠在紛繁復(fù)雜的對(duì)抗環(huán)境中，通過(guò)靈活組態(tài)，實(shí)現(xiàn)靈活適應(yīng)，獲得適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境、適應(yīng)復(fù)雜對(duì)手、應(yīng)對(duì)突發(fā)情況的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)給對(duì)手制造復(fù)雜困境，阻止對(duì)手獲得適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境的優(yōu)勢(shì)。

b）極速升級(jí)，跑得贏技術(shù)換代。遵循“科技是核心戰(zhàn)斗力”的準(zhǔn)則，下一代武器系統(tǒng)能夠在技術(shù)極速發(fā)展的環(huán)境中，通過(guò)開(kāi)放架構(gòu)、新型升級(jí)模式，獲得系統(tǒng)升級(jí)的速度優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)能力升級(jí)跑得贏威脅變化、技術(shù)發(fā)展的速度，快速引入科技成果并實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)整體提升，主動(dòng)創(chuàng)造技術(shù)換代與突襲能力。

c）極致高效，經(jīng)得起規(guī)模消耗。智能化戰(zhàn)爭(zhēng)是質(zhì)量與數(shù)量、性能與成本的綜合比拼。下一代武器系統(tǒng)應(yīng)該能夠獲得質(zhì)量和規(guī)模的雙重優(yōu)勢(shì)，解決好高低合理搭配問(wèn)題，靈活定制匹配戰(zhàn)場(chǎng)不同區(qū)域、不同烈度對(duì)抗的高效解決方案，能夠獲得對(duì)抗效能優(yōu)勢(shì)。

2 下一代武器系統(tǒng)形態(tài)構(gòu)想

面對(duì)極度靈活、極速升級(jí)、極致高效的能力需求，下一代武器系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)是一種按智能架構(gòu)全新設(shè)計(jì)的裝備形態(tài)：a）在能力生成上，能夠面向靈活多樣的作戰(zhàn)任務(wù)進(jìn)行功能/性能/系統(tǒng)構(gòu)成的快速重組；b）在能力升級(jí)上，能夠面向戰(zhàn)場(chǎng)對(duì)抗形勢(shì)的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行針對(duì)性的智能迭代進(jìn)化，可快速引入前沿技術(shù)的突破成果并持續(xù)升級(jí)；c）在能力運(yùn)用上，能夠面向不同作戰(zhàn)目標(biāo)/作戰(zhàn)任務(wù)進(jìn)行簡(jiǎn)捷高效的按需定義。整體上呈現(xiàn)“系統(tǒng)快速重構(gòu)、功能按需定義、飛行靈活變形、戰(zhàn)力智能進(jìn)化、技術(shù)持續(xù)升級(jí)”的五方面形態(tài)特征[2]。

2.1 系統(tǒng)快速重構(gòu)

下一代武器系統(tǒng)將不再是單一高度定制，而是面向某一作戰(zhàn)范疇的武器系統(tǒng)簇概念。武器系統(tǒng)采用面向能力的開(kāi)放性平臺(tái)構(gòu)型，對(duì)動(dòng)力、探測(cè)、戰(zhàn)斗部、結(jié)構(gòu)等子系統(tǒng)進(jìn)行組成模塊化、架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化、接口通用化、測(cè)試簡(jiǎn)捷化設(shè)計(jì)，通過(guò)“即插即用”的模塊化子系統(tǒng)，使得導(dǎo)彈能夠在工廠、戰(zhàn)場(chǎng)從武器裝備部件配置庫(kù)中進(jìn)行作戰(zhàn)裝備的組裝，將不同子系統(tǒng)進(jìn)行替換、裁剪與重構(gòu)，形成不同作戰(zhàn)功能、不同彈道模式、不同打擊樣式的作戰(zhàn)武器裝備，從而滿足復(fù)雜多樣的戰(zhàn)場(chǎng)任務(wù)需求[3]。

2.2 功能按需定義

針對(duì)作戰(zhàn)現(xiàn)場(chǎng)中任務(wù)靈活可調(diào)整、打擊目標(biāo)多域可變化、能力性能可動(dòng)態(tài)升級(jí)的柔性化能力需求，功能按需定義是下一代武器系統(tǒng)的又一典型特征。功能按需定義，是基于開(kāi)放通用的計(jì)算處理硬件平臺(tái)，通過(guò)對(duì)計(jì)算、存儲(chǔ)、處理各類(lèi)資源進(jìn)行高度抽象，實(shí)現(xiàn)硬件資源與作戰(zhàn)功能的解耦，以實(shí)現(xiàn)通過(guò)軟件對(duì)硬件進(jìn)行定義與控制，即只需按需定義就可以方便快速地改變武器系統(tǒng)的功能與性能，有效應(yīng)對(duì)未來(lái)智能化戰(zhàn)爭(zhēng)的復(fù)雜性和不確定性。

2.3 飛行靈活變形

變構(gòu)型等前沿技術(shù)的突破與應(yīng)用，將產(chǎn)生明顯區(qū)別于傳統(tǒng)彈道、巡航、滑翔等飛行模式的作戰(zhàn)樣式，實(shí)現(xiàn)水下/低空/高空/大氣層外等多域空間的任意跨越。面向多樣作戰(zhàn)任務(wù)需求，下一代武器系統(tǒng)的外形和物理屬性，能夠在飛行中根據(jù)飛行空域變化、不同介質(zhì)特點(diǎn)，通過(guò)智能感知并自主決策，主動(dòng)改變飛行器外形、動(dòng)力、結(jié)構(gòu)等形態(tài)，實(shí)現(xiàn)跨域變速飛行，從而具備彈道模式靈活組合、飛行空域靈活適應(yīng)、飛行速域靈活調(diào)整能力[3]。

2.4 戰(zhàn)力智能進(jìn)化

未來(lái)作戰(zhàn)場(chǎng)景復(fù)雜多變、作戰(zhàn)對(duì)手快速發(fā)展，對(duì)下一代作戰(zhàn)武器也提出了戰(zhàn)力極速演變、智能進(jìn)化升級(jí)的能力需求。戰(zhàn)力的極速演變與智能進(jìn)化升級(jí)能力，是以臨戰(zhàn)/戰(zhàn)時(shí)的戰(zhàn)場(chǎng)需求與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為輸入，以戰(zhàn)場(chǎng)已有裝備和備件為素材，以進(jìn)化博弈技術(shù)作為核心技術(shù)途徑，快速完成軟件算法更新、硬件中間件改造、協(xié)同信息鏈重構(gòu)，快速形成新戰(zhàn)力直接交付，實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)武器的“邊打邊改、愈戰(zhàn)愈強(qiáng)”。

2.5 技術(shù)持續(xù)升級(jí)

軍事科技的發(fā)展逐步加速，顛覆性技術(shù)、戰(zhàn)略前沿技術(shù)的突破與應(yīng)用，將促進(jìn)形成新的作戰(zhàn)力量、催生新的攻防手段、產(chǎn)生新的作戰(zhàn)樣式，可能從根本上改變戰(zhàn)場(chǎng)的攻防優(yōu)劣態(tài)勢(shì)。相比于傳統(tǒng)裝備更新?lián)Q代、大幅改進(jìn)、少量次數(shù)的升級(jí)模式，下一代武器系統(tǒng)應(yīng)具備快速集成、小幅改進(jìn)、持續(xù)升級(jí)的能力進(jìn)化模式。通過(guò)采用開(kāi)放柔性的總體架構(gòu)，作戰(zhàn)武器全剖面的各類(lèi)系統(tǒng)均可靈活集成不同的顛覆性技術(shù)、戰(zhàn)略前沿技術(shù)突破成果，保持作戰(zhàn)武器的技術(shù)持續(xù)領(lǐng)先。

3 有關(guān)問(wèn)題

為實(shí)現(xiàn)上述形態(tài)構(gòu)想，需從武器系統(tǒng)的模式變革、基礎(chǔ)研究、科學(xué)問(wèn)題、核心技術(shù)等不同維度，研究相關(guān)理論問(wèn)題并突破難點(diǎn)技術(shù)（見(jiàn)圖1）。

圖1 下一代武器系統(tǒng)有關(guān)難點(diǎn)梳理Fig.1 Difficultis of the Next Generation Weapon System

3.1 模式變革

a）力量編成的精準(zhǔn)匹配。

未來(lái)智能化戰(zhàn)爭(zhēng)的參戰(zhàn)力量是由智能化高性能作戰(zhàn)平臺(tái)、足夠數(shù)量的低成本分散力量單元組成的混合力量結(jié)構(gòu)。針對(duì)不同烈度沖突的作戰(zhàn)需要，需要通過(guò)靈活和精準(zhǔn)適應(yīng)的方法，高低合理搭配，智能組合高價(jià)值平臺(tái)與大量分散低成本武器，實(shí)現(xiàn)各種烈度下協(xié)同作戰(zhàn)的精準(zhǔn)匹配，從而獲得質(zhì)量與效益的雙重優(yōu)勢(shì)。

b）能力生成模式的革新。

實(shí)現(xiàn)極度靈活、極速升級(jí)的下一代武器系統(tǒng)，需要采取武器研制可快速轉(zhuǎn)變?yōu)樽鲬?zhàn)能力的模式，變革研—訓(xùn)—用的既有模式。面對(duì)未來(lái)對(duì)抗更加復(fù)雜、變化更加迅速的智能化戰(zhàn)爭(zhēng)，武器系統(tǒng)難以通過(guò)一次設(shè)計(jì)滿足紛繁復(fù)雜的對(duì)抗環(huán)境和升級(jí)需求，需要采用新的研發(fā)模式、開(kāi)發(fā)新的技術(shù)，通過(guò)武器研制與作戰(zhàn)能力快速迭代模式，研制部門(mén)快速生成原型武器、使用部門(mén)快速訓(xùn)練反饋，邊設(shè)計(jì)、邊生產(chǎn)、邊運(yùn)用、邊反饋，不斷磨合迭代，快速形成裝備、快速訓(xùn)練裝備、快速更新裝備、快速補(bǔ)充模塊。

3.2 基礎(chǔ)研究

a）可重構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。

下一代武器系統(tǒng)可根據(jù)任務(wù)配置模塊、根據(jù)任務(wù)選擇飛行剖面、根據(jù)任務(wù)定義功能，其設(shè)計(jì)方法不同于傳統(tǒng)面向特定需求的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，需要考慮不同構(gòu)型下武器系統(tǒng)的包絡(luò)覆蓋與優(yōu)化整合。由于設(shè)計(jì)維度較高，多個(gè)學(xué)科之間耦合關(guān)系復(fù)雜，需要建立適應(yīng)可重構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，以及評(píng)價(jià)該類(lèi)系統(tǒng)好壞的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。

b）技術(shù)可動(dòng)態(tài)升級(jí)的架構(gòu)問(wèn)題。

傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)、集成和部署新技術(shù)的復(fù)雜性，延長(zhǎng)了新技術(shù)轉(zhuǎn)化成戰(zhàn)斗力的周期。下一代武器系統(tǒng)戰(zhàn)力智能進(jìn)化、技術(shù)持續(xù)升級(jí)，要求武器系統(tǒng)的技術(shù)升級(jí)架構(gòu)必須具有足夠的靈活性、適應(yīng)性和彈性，需要設(shè)計(jì)一種能夠最小代價(jià)、敏捷高效、便捷操作且讓作戰(zhàn)人員易于接受的技術(shù)升級(jí)架構(gòu)和升級(jí)模式。

c）異構(gòu)系統(tǒng)的兼容與互操作問(wèn)題。

下一代武器的系統(tǒng)快速重構(gòu)、能力按需定義特征，要求戰(zhàn)場(chǎng)上許多不同類(lèi)型的元素、單元和能力異構(gòu)混合運(yùn)用，需要解決不同武器單元標(biāo)準(zhǔn)的兼容問(wèn)題，構(gòu)建異構(gòu)系統(tǒng)的互操作架構(gòu)，支撐以不可預(yù)測(cè)的方式高速構(gòu)建和重組系統(tǒng)。例如，重組的系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)相互調(diào)用資源、相互分配任務(wù)等；不同單元間傳遞信息時(shí)，如何解決沒(méi)有通用數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)前提下的相互理解問(wèn)題；如何解決非本機(jī)軟件在多種不同系統(tǒng)單元的遷移運(yùn)行問(wèn)題。

3.3 科學(xué)問(wèn)題

a）復(fù)雜系統(tǒng)對(duì)抗的納什均衡態(tài)問(wèn)題。

在智能化戰(zhàn)爭(zhēng)中，體系對(duì)抗、單元對(duì)抗的任務(wù)規(guī)劃和博弈決策，其本質(zhì)都是納什均衡態(tài)的求解問(wèn)題。武器系統(tǒng)及裝備體系作為典型的復(fù)雜系統(tǒng)，在納什均衡態(tài)求解中需要充分考慮由局部最優(yōu)到全局最優(yōu)、由對(duì)稱場(chǎng)景到不對(duì)稱場(chǎng)景、由完全信息到不完全信息、由單體到多體等帶來(lái)的特殊需求，在有限計(jì)算資源、高動(dòng)態(tài)等條件下實(shí)現(xiàn)納什均衡態(tài)的準(zhǔn)確求解。

b）可變形系統(tǒng)的非定常多場(chǎng)耦合問(wèn)題。

飛行靈活變形給下一代武器系統(tǒng)高效實(shí)施多樣化任務(wù)提供了更多可能，同時(shí)也帶來(lái)了系列科學(xué)問(wèn)題。高速/高超環(huán)境下的變形、變構(gòu)型，其飛行過(guò)程是一個(gè)集空氣動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、熱力學(xué)、飛行力學(xué)等多個(gè)學(xué)科為一體的非定常多物理場(chǎng)耦合問(wèn)題，需要深化對(duì)非定常復(fù)雜氣動(dòng)力/熱/彈性/飛行力學(xué)等多場(chǎng)耦合特性的認(rèn)識(shí)，建立適用于工程應(yīng)用的快速、高效的多場(chǎng)耦合預(yù)示與評(píng)估方法。

3.4 核心技術(shù)

a）智能博弈推演與系統(tǒng)重構(gòu)規(guī)劃技術(shù)。

智能博弈推演與系統(tǒng)重構(gòu)規(guī)劃技術(shù)是實(shí)現(xiàn)面向任務(wù)定義系統(tǒng)的前提，通過(guò)構(gòu)建攻防作戰(zhàn)要素全、對(duì)抗強(qiáng)度大的攻防推演平臺(tái)，基于大量可重構(gòu)、自主化的作戰(zhàn)模塊單元，采用自博弈技術(shù)，進(jìn)行超大規(guī)模輪次的針對(duì)性攻防對(duì)抗推演，生成百萬(wàn)量級(jí)的大數(shù)據(jù)，通過(guò)強(qiáng)化學(xué)習(xí)、反事實(shí)網(wǎng)絡(luò)等智能算法，給出系統(tǒng)重構(gòu)組合方案，訓(xùn)練生成特定場(chǎng)景下最優(yōu)的裝備配置與協(xié)同方式，實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)力的智能進(jìn)化與升級(jí)。

b）硬件模塊化與軟件可定義技術(shù)。

硬件模塊化與軟件定制化是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)按需重構(gòu)的物質(zhì)基礎(chǔ)。硬件模塊化重點(diǎn)解決下一代武器各系統(tǒng)、各模塊的定義與分配問(wèn)題，滿足快速重構(gòu)和快速升級(jí)的需要。軟件可定義技術(shù)重點(diǎn)解決在硬件能力給定的條件下，通過(guò)軟件定義功能、定義任務(wù)，最大限度發(fā)揮系統(tǒng)效能的問(wèn)題。

c）飛行器在線智能變形技術(shù)。

飛行器在線智能變形技術(shù)，是通過(guò)局部或整體改變飛行器的外形、動(dòng)力、結(jié)構(gòu)等物理屬性，使飛行器能夠?qū)崟r(shí)適應(yīng)多種任務(wù)需求，并在多種飛行環(huán)境中保持效率和性能最優(yōu)。在大空域?qū)捤儆虻沫h(huán)境條件下，變構(gòu)型飛行器的載荷環(huán)境復(fù)雜、動(dòng)力學(xué)模型變化顯著、氣動(dòng)熱環(huán)境分布以及干擾形態(tài)復(fù)雜、氣動(dòng)/飛行力學(xué)/熱環(huán)境等專(zhuān)業(yè)耦合嚴(yán)重，需深入研究對(duì)象瞬變過(guò)程的自適應(yīng)控制、智能精巧變形機(jī)構(gòu)與高效驅(qū)動(dòng)、變構(gòu)型結(jié)構(gòu)材料與動(dòng)/靜熱密封等難題，最大化變形收益并降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。

d）可升級(jí)系統(tǒng)的遷移學(xué)習(xí)技術(shù)。

為了最大限度發(fā)揮技術(shù)快速升級(jí)、算法持續(xù)進(jìn)化的優(yōu)勢(shì)，需要解決可升級(jí)系統(tǒng)的遷移學(xué)習(xí)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)運(yùn)用已存有的知識(shí)對(duì)不同但相關(guān)領(lǐng)域問(wèn)題進(jìn)行求解，即遷移已有的知識(shí)來(lái)解決目標(biāo)領(lǐng)域中僅有少量甚至沒(méi)有標(biāo)記樣本數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)問(wèn)題，從而將某一技術(shù)的突破快速傳播到整個(gè)系統(tǒng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)向智能化加速演進(jìn)的趨勢(shì)已不可避免。智能化戰(zhàn)爭(zhēng)必將帶來(lái)武器形態(tài)、作戰(zhàn)概念的顛覆與發(fā)展，為應(yīng)對(duì)智能化戰(zhàn)爭(zhēng)的提前到來(lái)，應(yīng)加緊開(kāi)展智能化武器系統(tǒng)及作戰(zhàn)概念研究，適應(yīng)并引領(lǐng)未來(lái)智能化戰(zhàn)爭(zhēng)。

本文對(duì)智能化戰(zhàn)爭(zhēng)中的下一代武器系統(tǒng)形態(tài)和特點(diǎn)進(jìn)行闡述，分析了未來(lái)新型作戰(zhàn)概念、下一代武器裝備形態(tài)及核心關(guān)鍵技術(shù)，探索推動(dòng)適應(yīng)未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)的下一代武器概念研究。