基于系統(tǒng)論的無人機蜂群再認(rèn)識

丁 凡，王勁松，湯紅飛

（國防科技大學(xué)電子對抗學(xué)院，安徽 合肥 230037）

0 引言

近年來，無人機蜂群是軍事技術(shù)的前沿?zé)狳c，也是電子戰(zhàn)攻防領(lǐng)域重點研究的對象。美國先后出臺《無人系統(tǒng)一體化路線圖（2013-2038 財年）》、《2016-2036 年小型無人機系統(tǒng)飛行規(guī)劃》等一系列發(fā)展規(guī)劃，加快“小精靈”“灰山鶉”“郊狼”等項目演示驗證，無人機蜂群進(jìn)入實戰(zhàn)指日可待。和傳統(tǒng)單個無人機作戰(zhàn)平臺相比，無人機蜂群的最大特點在于其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以及由此帶來的功能涌現(xiàn)。因此，以系統(tǒng)論方法探討無人機蜂群的本質(zhì)、優(yōu)勢、運用和應(yīng)對，是深化無人機蜂群研究的重要視角。

1 無人機蜂群的本質(zhì)是智能化技術(shù)支撐的復(fù)雜作戰(zhàn)系統(tǒng)

無人機蜂群作為一種新生事物，是隨著無人系統(tǒng)、智能化等技術(shù)的發(fā)展，在特定軍事需求刺激下產(chǎn)生的。因此，理解無人機蜂群的本質(zhì)，應(yīng)當(dāng)從系統(tǒng)演變的角度出發(fā)，立足智能化技術(shù)發(fā)展背景，并注意把握無人機蜂群和相近概念、事物的區(qū)別。

1.1 智能化、復(fù)雜系統(tǒng)是無人機蜂群的兩大核心內(nèi)涵

當(dāng)前，關(guān)于無人機蜂群的概念并沒有權(quán)威定義。2020 年5 月，美國空軍戰(zhàn)略威懾研究中心發(fā)布的《無人機蜂群是大規(guī)模殺傷性武器嗎？》將無人機蜂群定義為：為實現(xiàn)共同目標(biāo)而部署的多個無人平臺和武器，之間可以相互通信，并自主改變行為。有的學(xué)者認(rèn)為：無人機蜂群是以智能化無人控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)為支撐的集群式作戰(zhàn)武器。還有的學(xué)者認(rèn)為：無人機蜂群是指具備一定思維能力，可自主協(xié)調(diào)對敵展開行動的低成本中小型無人機集群。從以上定義可以看出，盡管無人機蜂群的概念表述千變?nèi)f化，但均包含兩點核心要義：一是無人機蜂群的技術(shù)基礎(chǔ)在于智能化技術(shù)所帶來的自主作戰(zhàn)能力，對傳統(tǒng)單個無人機作戰(zhàn)平臺的控制屬于“人在回路中”的指揮控制模式，而無人機蜂群則具備智能特點，能夠自主感知戰(zhàn)場環(huán)境，自主做出最佳決策和采取行動，對其控制屬于“人在回路上”的指揮控制模式；二是無人機蜂群是一個復(fù)雜作戰(zhàn)系統(tǒng)，盡管蜂群中單個無人機的作戰(zhàn)性能有限，但在智能化技術(shù)的支持下，一定數(shù)量的無人機組成的蜂群系統(tǒng)卻遵循“結(jié)構(gòu)決定功能”的系統(tǒng)規(guī)律，涌現(xiàn)出新的功能和特性，這就決定了研究無人機蜂群必須關(guān)注其系統(tǒng)特性。

1.2 不能將無人機群等同于無人機蜂群

無人機群和無人機蜂群是兩個相近概念，但有本質(zhì)不同，應(yīng)加以區(qū)別。無人機群更多強調(diào)要素個體的數(shù)量，個體與個體之間沒有相互聯(lián)系，其作用機理在于數(shù)量疊加帶來的“飽和攻擊”優(yōu)勢；無人機蜂群更多強調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部各要素之間的自主協(xié)同，作用機理在于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)帶來的涌現(xiàn)性，這也是引用“蜂群”一詞的本意。但在實際研究中，將兩者混為一談的情況經(jīng)常存在。例如，2018 年1 月俄羅斯駐敘利亞赫梅米姆空軍基地和塔爾圖斯海軍基地遭13 架無人機襲擊，2019 年9 月沙特阿美石油公司的一處油田遭胡賽武裝10 架無人機襲擊。這兩起事件中的主角就是無人機群，而不是無人機蜂群，主要原因就在于這兩次事件中的無人機之間并沒有相互的協(xié)調(diào)和配合，而是“一窩蜂”地攻擊目標(biāo)。需要強調(diào)的是，這種集群攻擊會收到一定效果，但這種效果多半是“飽和攻擊”所造成的，美國海軍也曾開展過類似的試驗，證明了“飽和攻擊”的效果。而無人機蜂群作戰(zhàn)除了有這種“飽和攻擊”效果，還可通過個體之間的自主協(xié)調(diào)配合，大幅提升作戰(zhàn)效果和效率。

1.3 不能將無人機蜂群的個體簡單認(rèn)為都是旋翼無人機

從目前國內(nèi)開展的無人機蜂群演示驗證項目來看，所使用無人機大多是簡單的民用旋翼無人機，無人機蜂群通常是由數(shù)百架四旋翼無人機組成的群體，但不能就據(jù)此認(rèn)為所有的無人機蜂群都是這個樣子。實際中，由于無人機蜂群通常在高威脅環(huán)境下作戰(zhàn)，其飛行高度、巡航能力、任務(wù)載荷都有嚴(yán)格要求，必須滿足一定軍用標(biāo)準(zhǔn)。如從目前美軍披露的“小精靈”無人機X-61A 來看，該型無人機長4.2 m、寬0.75 m、翼展3.47 m，總質(zhì)量680 kg，最大有效載荷質(zhì)量為65.7 kg，最大巡航速度數(shù)為0.6，最大任務(wù)半徑為555.6 km。這與質(zhì)量幾十千克、續(xù)航幾十分鐘的旋翼無人機有重大區(qū)別。此外，軍用無人機的導(dǎo)航系統(tǒng)、信息傳輸鏈路等電子信息系統(tǒng)也是軍用級別的，不像民用旋翼無人機具有公開性，難以被截獲、破解和控制。

2 無人機蜂群的最大優(yōu)勢在于群結(jié)構(gòu)的涌現(xiàn)性

無人機蜂群的優(yōu)勢并不是無人機系統(tǒng)和集群作戰(zhàn)模式的簡單線性疊加，而是體現(xiàn)在蜂群特定結(jié)構(gòu)所組成作戰(zhàn)系統(tǒng)的整體特性上。因此，從系統(tǒng)涌現(xiàn)的角度可以更加深刻理解無人機蜂群的新功能和新特點。

2.1 靈活結(jié)構(gòu)涌現(xiàn)的多功能

結(jié)構(gòu)決定功能，是系統(tǒng)論的基本觀點，也是無人機蜂群優(yōu)勢的理論基石。無人機蜂群由眾多無人機個體組成，不同功能載荷、不同類型無人機、不同的組合方式可以形成不同的蜂群結(jié)構(gòu)，從而完成不同作戰(zhàn)環(huán)境下的偵察監(jiān)視、干擾和攻擊任務(wù)，這是單個無人機通常所不能完成的。因此，從個體組成的角度來看：無人機蜂群既可以是同構(gòu)型無人機蜂群，即蜂群內(nèi)部的無人機個體和載荷都是一樣的，用來執(zhí)行單一作戰(zhàn)任務(wù)；也可以是異構(gòu)型無人機蜂群，即蜂群內(nèi)部的無人機個體或載荷是不同的，用來執(zhí)行多樣化作戰(zhàn)任務(wù)。從作戰(zhàn)的綜合對抗屬性來看，執(zhí)行多樣化作戰(zhàn)任務(wù)的異構(gòu)型無人機蜂群有可能是未來技術(shù)裝備發(fā)展的重點。

2.2 智能算法支撐的分布化

傳統(tǒng)作戰(zhàn)強調(diào)以平臺為中心，由此帶來了功能集中化，從而使大型、高價值作戰(zhàn)平臺成為對方的打擊重點。無人機蜂群和傳統(tǒng)“飽和攻擊”“狼群”的最大特點在于其智能內(nèi)核支持，帶來的最大變化就是通過自身網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)和智能化算法，使作戰(zhàn)平臺實現(xiàn)“去中心化”，功能上“化整為零”，將傳統(tǒng)單個平臺的偵察、干擾和打擊功能分布到大量的、小型化、低成本平臺上。對于進(jìn)攻一方來說，無人機蜂群的分布化特點提供了更加多樣的作戰(zhàn)運用方式選擇，既降低了進(jìn)攻成本，又提高了進(jìn)攻效率。對于防御一方來說，無人機蜂群的分布化特點使得防御重心和重點目標(biāo)難以確定，防御難度大大增加。

2.3 動態(tài)重組形成的高抗毀

復(fù)雜系統(tǒng)的典型特點之一就是能夠根據(jù)環(huán)境演化，并產(chǎn)生新的結(jié)構(gòu)和功能，從而更好地適應(yīng)環(huán)境。無人機蜂群借助智能算法的支撐，可以在高度變化的威脅環(huán)境中動態(tài)調(diào)整自身結(jié)構(gòu)，或在不同作戰(zhàn)時節(jié)采用不同結(jié)構(gòu)，或在蜂群部分無人機被毀的情況下調(diào)整結(jié)構(gòu)，從而適應(yīng)作戰(zhàn)環(huán)境，完成作戰(zhàn)任務(wù)。動態(tài)重組的特點使得無人機蜂群具有很大的結(jié)構(gòu)彈性，即使在少部分無人機被毀的情況下，也能夠在高風(fēng)險作戰(zhàn)環(huán)境下通過動態(tài)重組來執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)，而不至于像當(dāng)前的單個高價值平臺一樣，一旦被擊毀就會導(dǎo)致作戰(zhàn)任務(wù)無法完成。

2.4 大量運用促成的低成本

無人機蜂群使得數(shù)量再次成為決定作戰(zhàn)勝負(fù)的主要因素，成本成為衡量無人機蜂群作戰(zhàn)運用效費比的重要因素。從目前美軍無人機蜂群演示驗證項目來看，無人機蜂群的數(shù)量少則十幾或幾十架，多則上百架，大量運用使得蜂群無人機大規(guī)模批量生產(chǎn)成為可能，其造價相對有人平臺也更加低廉。數(shù)據(jù)顯示，1架“全球鷹”無人機的單價超過了1 億美元，有人偵察/干擾飛機的造價甚至更高，而1 架“小精靈”無人機的價格大約在100 萬美元左右。因此，從作戰(zhàn)成本的角度來考慮，無人機蜂群的成本更低，效費比更高。

3 無人機蜂群的最佳運用領(lǐng)域是在電磁空間

當(dāng)前對無人機蜂群的運用討論很多，大體包括滲透偵察、誘騙干擾、察打一體、集群攻擊等，很多分析是對傳統(tǒng)單個無人機運用的移植套用。結(jié)合無人機蜂群的個體性能和系統(tǒng)特點來看，電磁空間才是無人機蜂群未來作戰(zhàn)運用的主要戰(zhàn)場。

3.1 火力打擊可能并不是無人機蜂群的強項

2020 年9 月的納卡沖突中，無人機對地火力打擊大放異彩，但這并不意味著無人機蜂群可以執(zhí)行同樣的任務(wù)，無人機蜂群執(zhí)行火力打擊任務(wù)受諸多條件限制。從個體性能來看，蜂群無人機受機體、載荷、速度、航程等諸多因素限制，單機性能遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)大中型察打一體無人機，不太可能攜帶滿足毀傷要求的彈藥量。從作戰(zhàn)效率來看，在目標(biāo)已被準(zhǔn)確定位的情況下，常規(guī)精確打擊火力完全可以滿足任務(wù)需求。因此，用無人機蜂群去遠(yuǎn)距離大規(guī)模執(zhí)行常規(guī)火力打擊任務(wù)，在實際運用中顯得不切實際。從目前發(fā)展來看，用無人機蜂群執(zhí)行有限地域范圍內(nèi)的小規(guī)模暗殺行動的可能性則較大。

3.2 無人機蜂群在電磁空間遂行偵察、干擾、誘騙任務(wù)具有獨特優(yōu)勢

技術(shù)決定戰(zhàn)術(shù)，無人機蜂群在電磁空間的作戰(zhàn)優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：一是電子信息技術(shù)的小型化、集成化、智能化發(fā)展，為無人機蜂群的單機性能提升奠定了基礎(chǔ)；二是和火力作戰(zhàn)相比，電磁波傳播速度快、距離遠(yuǎn)的特點，以及電磁波輻射控制、功率合成技術(shù)的發(fā)展，可以使無人機蜂群在電磁空間作戰(zhàn)布勢上具備更大優(yōu)勢；三是無人機蜂群的動態(tài)結(jié)構(gòu)變化，可以在作戰(zhàn)陣位上具有更多選擇性，從而形成對敵方電子信息系統(tǒng)的最佳偵察、干擾和誘騙效果。

3.3 有人/無人協(xié)同是未來無人機蜂群的主要運用方式

現(xiàn)代戰(zhàn)爭的智能化特征日益凸顯，無人機蜂群技術(shù)加速發(fā)展，但受戰(zhàn)爭倫理限制、開火權(quán)控制、關(guān)鍵技術(shù)等因素制約，無人機蜂群完全獨立作戰(zhàn)可能尚需時日。從目前各國的演示驗證項目來看，有人/無人協(xié)同編組將是無人機蜂群未來作戰(zhàn)的主要方式。通常，為降低風(fēng)險和控制成本，可由有人機攜帶無人機蜂群協(xié)同作戰(zhàn)，無人機蜂群在有人機前方高威脅區(qū)域進(jìn)行編組，執(zhí)行感知、偵察、干擾、誘騙和攻擊任務(wù)，有人機則在后方擔(dān)任指揮控制，這可能會成為未來作戰(zhàn)新方式。

4 無人機蜂群的對抗措施應(yīng)基于三個層面統(tǒng)籌考慮

尋求抗擊無人機蜂群的有效方法一直是軍事理論研究的重點，有分析認(rèn)為應(yīng)當(dāng)發(fā)揮火力射擊優(yōu)勢，有的提出應(yīng)當(dāng)利用電磁攻擊和網(wǎng)絡(luò)入侵，也有的提出“搗毀蜂巢”、“蜂群對抗”等方法。以上方法大多是從單個要素角度考慮，對于系統(tǒng)特點明顯的無人機蜂群，對抗措施應(yīng)當(dāng)從以下三個層面統(tǒng)籌考慮。

4.1 物理層面的火力打擊

無人機蜂群一旦受到火力摧毀，將失去物質(zhì)載體，體系功能自然難以發(fā)揮。當(dāng)前有很多探討運用地面或空中火力抗擊無人機方法，但蜂群中的無人機由于體積較小，且大比例采用復(fù)合材料，雷達(dá)反射截面積極小，紅外輻射特征不明顯，探測難、識別難、預(yù)警難和跟蹤難從根本上制約了火力防空系統(tǒng)的效能。近幾年，敘利亞戰(zhàn)場上不時傳出俄羅斯利用“鎧甲”防空系統(tǒng)擊落無人機情況，但這和擊落無人機蜂群有根本區(qū)別，不應(yīng)混淆。況且，和數(shù)量龐大、造價低廉的無人機蜂群相比，高昂的精確制導(dǎo)彈藥消耗也難以維持。2018 年7 月，以色列使用“愛國者”導(dǎo)彈擊落了1架敘利亞無人機，美國陸軍訓(xùn)練和教育部戴維·伯金斯將軍開玩笑地說：“如果我是敵人，就會去大量購買這種無人機，然后把對方的“愛國者”導(dǎo)彈全部耗光。”因此，從現(xiàn)實情況來看，火力打擊無人機蜂群盡管具有徹底性，但也面臨較多局限，需要發(fā)展新的高效率低成本手段。

4.2 信息層面的網(wǎng)電對抗

電子設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)是支撐無人機蜂群作戰(zhàn)的關(guān)鍵支撐。無人機蜂群之間的動態(tài)協(xié)同需要高精度的定位導(dǎo)航授時系統(tǒng)，無人機蜂群內(nèi)部以及與“母機”之間的信息通聯(lián)需要各種數(shù)據(jù)傳輸鏈路，無人機蜂群作戰(zhàn)功能發(fā)揮則依賴于自身偵察、干擾、制導(dǎo)等載荷，這都為開展信息層面的網(wǎng)電對抗奠定了基礎(chǔ)，這也是當(dāng)前對抗無人機蜂群的最具費效比和最有效途徑。當(dāng)前針對無人機蜂群的網(wǎng)電對抗措施還主要集中在通信干擾、導(dǎo)航干擾等“軟對抗”層面，隨著高功率微波武器、電磁脈沖武器等電磁硬摧毀手段的發(fā)展，利用網(wǎng)電對抗手段抗擊無人機蜂群將呈現(xiàn)出“軟硬結(jié)合”的新局面。

4.3 算法層面的智能對抗

無人機蜂群之所以能夠在高威脅環(huán)境下靈活變化，核心是算法支撐，而算法的核心是各種作戰(zhàn)規(guī)則的程序設(shè)計。從當(dāng)前技術(shù)水平來看，人工智能還不能達(dá)到自主思考的程度，人類也不會將“扣動扳機”的權(quán)利完全交于無人作戰(zhàn)系統(tǒng)，這就為利用無人機蜂群算法程序設(shè)計的缺陷和漏洞，開展算法層面的智能對抗提供了可能。以面部識別為例，其算法核心是利用面部的若干關(guān)鍵點來進(jìn)行精準(zhǔn)比對，從而實現(xiàn)識別的目的。在國外一次演示中，打印有若干黑點的紙張或若干照片就成功轉(zhuǎn)移了無人機的面部識別跟蹤。無人機蜂群能夠自主調(diào)整結(jié)構(gòu)，核心就是對戰(zhàn)場環(huán)境和威脅目標(biāo)的感知學(xué)習(xí)。從智能對抗的角度考慮，可以充分來用其算法弱點，在戰(zhàn)場環(huán)境上設(shè)置各種“虛假迷霧”，從而使無人機蜂群在錯誤環(huán)境中學(xué)習(xí)錯誤樣本，改變其對戰(zhàn)場的正確認(rèn)知，誘導(dǎo)其做出錯誤判斷、決策和行動。

5 結(jié)束語

隨著認(rèn)知電子戰(zhàn)、網(wǎng)電一體復(fù)合攻擊、高功率微波等技術(shù)和裝備的日趨成熟，尤其是智能對抗理論技術(shù)的發(fā)展，以無人機蜂群對抗為代表的智能群體對抗必將成為未來戰(zhàn)場對抗新形態(tài)。從系統(tǒng)論視角進(jìn)行研究，既可以客觀揭示無人機蜂群的本質(zhì)，也有利于尋求對抗無人機蜂群的最佳手段，應(yīng)作為研究無人機蜂群乃至智能群體的一種重要途徑?！?/p>