美軍單兵便攜式地面無人裝備使用分析

孟凡宇 張曉東 楊秀月 郭璽

美軍單兵便攜式地面無人裝備（以下簡稱相關裝備）列裝后，人與相關裝備組成了人機協(xié)同作戰(zhàn)單元，受人工智能等技術水平限制，相關裝備將長期處于人在OODA環(huán)路中為主、人在環(huán)路上為輔的自主水平，以遙控為主要控制方式，涉及戰(zhàn)前機動等個別非對抗行為可由人監(jiān)督其半自主執(zhí)行。人機協(xié)同時遙控為主的控制方式表現(xiàn)出人員干預引導多的特征，遙控手的作戰(zhàn)使用決定了人機協(xié)同作戰(zhàn)能力。美軍相關裝備參戰(zhàn)已20余年，積累了豐富的作戰(zhàn)經(jīng)驗，取得了很大軍事效益，對此開展研究具有較大意義。

概念界定

單兵便攜式地面無人裝備是指由單兵通過披掛、背負和手持等方式攜帶的，可通過遙控、半自主、自主地執(zhí)行指定任務，以履帶式、輪式、腿足式和復合式結(jié)構進行機動的地面信息化智能化裝備，主要結(jié)構包括機動平臺（部分含機械臂機械爪）、任務載荷、通信模塊及操控終端。

R80D SkyRaider無人機可為地面部隊提供持久的監(jiān)視和有效載荷的運送

當前相關裝備大多需要單兵攜行至指定任務區(qū)域，而后進行遙控操作。裝備整體重量一般不超過16千克，承載能力較小，一般可加載偵察載荷及機械爪等排爆載荷。可拋投使用的相關裝備重量一般不超過5千克，一般僅能加載偵察載荷。據(jù)統(tǒng)計，國外發(fā)展的地面無人裝備超過300種，列裝的約200余種，其中便攜式地面無人裝備數(shù)量占85%以上。

美軍相關領域發(fā)展歷程

應急采購階段2003年阿富汗和伊拉克戰(zhàn)爭初期，為了應付隱藏在車輛及牛羊尸體中的炸彈，美軍通過發(fā)布《聯(lián)合緊急作戰(zhàn)需求聲明》等文件，應急采購了160部商用相關裝備，主要執(zhí)行偵察及排爆等任務。如為美陸軍爆炸物處理組編配名為“背包”的相關裝備1400余部，它們安裝有彩色和微光攝像機，用于在群山中執(zhí)行洞穴搜索等任務；為美陸軍特種部隊編配拋投型/硬型相關裝備51部，用于短程道路探測。

能力探索階段在滿足偵察及排爆需求后，美軍就拓展相關裝備能力做了諸多嘗試。如為相關裝備增配金屬線切割鉗及干擾器等任務載荷，實現(xiàn)通信干擾及線纜剪切能力；增配聲學特征探測載荷，2007年在中東地區(qū)用于定位敵人狙擊手；增配通信中繼載荷，2008年實驗在城市復雜環(huán)境為作戰(zhàn)提供通聯(lián)的能力。此外，還涉及核生化檢測等諸多能力拓展嘗試。

經(jīng)過不斷探索，美軍以能力需求為牽引，以重量、部署方式及技術成熟度等要素為標準，設計了相關裝備體系，并于2011年向國會做了關于機器人開發(fā)和利用的專題報告，明確了相關裝備未來發(fā)展方向。

單兵便攜小型自殺式無人機彈簧刀600

標準建立階段美軍曾應急采購部署超1.5萬套非標準化地面無人裝備，其中絕大多數(shù)為單兵便攜式，缺乏統(tǒng)一的標準導致相關裝備難以融入作戰(zhàn)體系。為此，美軍于2012年起便著手地面無人裝備標準化建設工作，陸續(xù)頒布了3版地面無人裝備互用性指導方針（Interoperability Profile, IOP，最新版為2018年版），從人機接口、控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等角度建立了相關標準，明確軍方相關裝備的采購申請必須參照此方針執(zhí)行。標準的建立與更新逐步實現(xiàn)了美軍內(nèi)部相關裝備融入聯(lián)合作戰(zhàn)體系的目標。

作戰(zhàn)使用情況分析

典型任務場景分析一是戰(zhàn)場預置偵察。利用相關裝備尺寸小、待機功率低等特征，可預先將其部署在戰(zhàn)場關鍵點位，保持靜默，待需偵察時，指派單兵滲透至目標附近隱蔽處，遙控其實施偵察。二是城鎮(zhèn)清剿中的偵察和排爆。在初步取得城市控制權后，美軍通常部署步兵清剿城中殘敵。處于“明處”的步兵可使用相關裝備對建筑物拐角、管道、地下空間及廢墟等非通視復雜環(huán)境實施偵察和排爆。三是行軍休息時的巡邏和監(jiān)視。行軍休息時，可使用相關裝備對臨時營區(qū)周圍重點區(qū)域?qū)嵤┭策?、監(jiān)視，設置感知警戒線。四是進攻中的偵察及引導定位。進攻時可使用相關裝備前出偵察敵情，誘導或迫使敵開火暴露，進而引導火力打擊。五是通信中繼。在建筑內(nèi)執(zhí)行任務時，可在建筑拐角等通信易受影響點位部署相關裝備，實施通信中繼。

此外，受使用中電機等噪音大、電池續(xù)航短及單兵攜行/操控時體力精力有限等因素限制，相關裝備不宜執(zhí)行隱蔽性要求高及持續(xù)時間長的任務。

人員編組和任務分工相關裝備一般編配于班一級作戰(zhàn)單元，內(nèi)部再細分使用該裝備的小組。每組通常編1名遙控手和1名副手，對應1臺該裝備。

遙控手受領任務后負責選擇任務載荷及遙控地點；實施遙控；視情啟動裝備自毀。

副手負責警戒；綜合小組偵察到情況后上報信息；視情頂替遙控手實施遙控。

對于拋投型相關裝備，通常直接編配到火力打擊組，組內(nèi)每4到5名單兵對應1臺該裝備，作戰(zhàn)時由單人攜行并遙控，組內(nèi)其余人員根據(jù)裝備偵察的信息實施打擊等行動。

操控方式分析相關裝備通常為無線遙控，電磁干擾等環(huán)境下，可有線遙控。操控終端（以下簡稱終端）主要有3種：箱式終端、集成有顯示器的手持終端和具備頭戴顯示器的手持終端。

箱式終端。手持設備無顯示器，需在外接箱體中的便攜電腦上顯示操控畫面。箱體較大，可選用較大尺寸的顯示器及天線，操控界面清晰，抗干擾性強，但便攜性及隱蔽性差。

集成有顯示器的手持終端。手持終端集成有顯示器，具備觸屏及按鍵搖桿雙冗余操控功能，容錯率高。較小終端可通過戰(zhàn)術導軌固定在步槍前端側(cè)方，遙控同時可實施打擊。但戰(zhàn)場環(huán)境影響觸屏操控可靠性，且受便攜性限制，顯示器小，強光下難看清。

具備頭戴顯示器的手持終端。頭戴顯示器貼合在眼部，顯示直觀，操控反應速度快，且受光照影響小；夜間使用無常亮屏幕，隱蔽性好。但受尺寸重量限制，續(xù)航差。

攜行與展開分析攜行時，相關裝備機動平臺大多置于背包內(nèi)，部分拋投型相關裝備機動平臺捆綁在背包側(cè)方；通信模塊放置在單兵肩部前方一側(cè)背包帶上，另一側(cè)放置對講機等通信設備，便于在時間上分配二者使用，防止相互干擾；使用箱式終端時，單兵需手提箱體，使用其余2類終端時，終端一般置于背包頂端。展開時，先取出終端及機動平臺，再連接各類線纜。撤收時按相反順序進行。

通信鏈路分析低頻率的信號穿透力和較低的多徑效應適合在復雜地面環(huán)境中通信。2011年美軍發(fā)布《無人地面系統(tǒng)路線圖》，計劃在高冗余/低頻帶寬環(huán)境中，用多頻率捷變無線電遠程遙控相關裝備。2020年美軍已實現(xiàn)該計劃，其在一項實驗中將模塊化有源電路應用于小型化天線，從而克服了Chu-Wheeler性能極限，成功將低頻無線電系統(tǒng)集成在相關裝備上，并展示了實時可靠的數(shù)字視頻流。綜上，相關裝備使用的頻段大概率為低頻。

美軍單兵裝備手持微型無人機Drone40

情報信息處理分析美軍在《無人系統(tǒng)綜合路線圖2013-2038》中指出：“無人裝備無法實時交付‘可行的’情報，大量人力用于處理無人裝備收集到的原始信息。尤其數(shù)據(jù)收集和分析，需重點提高無人裝備自主性和認知行為，以實時交付‘可行的’情報，而不是需處理的原始信息?！苯Y(jié)合美陸軍戰(zhàn)術互聯(lián)網(wǎng)情報處理方式：班一級作戰(zhàn)單元搜集到的戰(zhàn)術情報信息需通過SINCGARS-SIP電臺發(fā)往連級EPLRS電臺，然后被自動轉(zhuǎn)發(fā)到旅及旅以下作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)FBCB2。綜合研判，目前相關裝備偵察的信息不具備實時可用性，應是經(jīng)遙控人員處理后上報。

《無人系統(tǒng)綜合路線圖2017-2042》封面

此外，諸如工作時間及操控距離等情況，需根據(jù)具體任務及環(huán)境等情況而定。

下一步發(fā)展趨勢分析

美軍最新版《無人系統(tǒng)綜合路線圖2017-2042》明確了其無人裝備發(fā)展方向，即互操作性、自主性、網(wǎng)絡安全以及人機協(xié)同4個方面，其中前3條更多體現(xiàn)的是手段，而人機協(xié)同則是最終目的。

擬對接北約標準，以提升互操作性。美軍IOP建設取得了一定成果，實現(xiàn)了美軍內(nèi)部相關裝備與其他作戰(zhàn)系統(tǒng)之間一定程度的協(xié)同作戰(zhàn)，但作為北約組織成員國之一，已有的IOP與北約標準化協(xié)定的兼容度還有差距，預計美軍將優(yōu)化調(diào)整IOP以對接北約標準化協(xié)定，更大范圍提升相關裝備互操作性，以實現(xiàn)北約成員國之間的聯(lián)合作戰(zhàn)需求。

擬提升自主性，以減少人員干預。為實現(xiàn)無人裝備“代替人”的研發(fā)初衷，美軍一直致力于提升無人裝備的自主能力，盡量減少無人裝備執(zhí)行任務中士兵過多控制，以保存士兵精力及體力?；诖?，美軍相關裝備自主能力需求將主要聚焦在2個方面：伴隨機動及智能決策，伴隨機動能力的提升可減少單兵背負攜行相關裝備的時間；智能決策能力的提升可減少無人裝備數(shù)據(jù)融合及決策反應的時間，降低裝備與遙控手間指控信息交互需求，從而減少單兵操控時間。

擬整合無人力量，以提升協(xié)同作戰(zhàn)能力。2016年12月，DAPPA發(fā)布了“進攻性蜂群使能戰(zhàn)術”（OFFSET）項目概念，旨在通過空/地無人裝備的協(xié)作，在大型建筑、狹窄空間和有限視野等通信、傳感、機動性受限的城市環(huán)境下，執(zhí)行定位目標、攻擊及搶奪一片地域等任務 。

2018年7月FLA項目成功演示驗證了小型地/空無人裝備協(xié)同編組的先進算法。2020年1月，美陸軍與永久系統(tǒng)公司聯(lián)合開發(fā)有人-無人編隊受保護的通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)將有人-無人地面裝備及無人機等組網(wǎng)在一起，致力于滿足陸軍地面無人裝備的編隊和通信需求。2022年1月C4ISRNET網(wǎng)站消息，OFFSET項目展示了單個操控員可控制100多個無人裝備所組成蜂群的能力。

通過上述項目可以預見，美軍將致力于整合地/空無人作戰(zhàn)力量，以實現(xiàn)地/空無人作戰(zhàn)力量協(xié)同立體攻防的需求。該預判主要出于以下兩方面考慮。

OFFSET蜂群在現(xiàn)場實驗中飛行

用于數(shù)據(jù)收集的小型攝像無人機

一是機載通信中繼的需要。相比于空中及水下，地面戰(zhàn)場環(huán)境更復雜，各類遮擋場景嚴重影響著地面通信鏈路，一旦通信受阻，相關裝備極易失聯(lián)失控。此時無人機可作為通信中繼節(jié)點，以保持遙控手與相關裝備之間通信鏈路暢通。

二是任務路徑規(guī)劃的需要。美軍戰(zhàn)場涉足全球，戰(zhàn)場環(huán)境復雜多變，戰(zhàn)爭突發(fā)性強，美軍往往無法完全掌握作戰(zhàn)區(qū)域地形地貌等信息便要加入戰(zhàn)斗，此時相關裝備只能依靠自身傳感器、計算機處理系統(tǒng)、及操作員經(jīng)驗以識別最佳機動路徑，效率較低且易出錯。此場景下無人機可適時偵察作戰(zhàn)區(qū)域的地貌環(huán)境，將偵察到的情報信息與地面相關裝備共享，支撐相關裝備快速建立并更新戰(zhàn)場地圖，以實現(xiàn)高效規(guī)劃行動路徑的需求。

此外，美軍關于相關裝備網(wǎng)絡安全方面的發(fā)展趨勢較為清晰，主要體現(xiàn)在研發(fā)小巧的“機械天線”及尋找可靠的通信波形方面。