面向空空作戰(zhàn)的有人/無人機協(xié)同作戰(zhàn)模式研究

李望西，王勇，吳文超，軒永波

（1.空軍航空大學，長春 130022；2.空軍工程大學，西安 710038；3.94736部隊，南京 210018；4.北京藍天前沿科技創(chuàng)新中心，北京 100085）

1 引 言

隨著人工智能和無人機技術(shù)的快速發(fā)展，融合兩種技術(shù)的無人化智能作戰(zhàn)成為未來空戰(zhàn)的新趨勢。但目前無人系統(tǒng)智能化水平有限，在作戰(zhàn)任務(wù)管理、綜合態(tài)勢感知、判斷、決策等方面有先天的不足，難以替代作戰(zhàn)人員的作用和地位。因此，各國大力發(fā)展有人/無人機協(xié)同作戰(zhàn)基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)以及作戰(zhàn)平臺等，全面提升有人/無人機協(xié)同空戰(zhàn)能力。其中，由于空空作戰(zhàn)能力是奪取戰(zhàn)場制空權(quán)的關(guān)鍵，作為高端軍事建設(shè)能力，自然成為軍事強國的發(fā)展重點。為奪取制空優(yōu)勢，美國自2016年開發(fā)阿爾法人工智能空戰(zhàn)系統(tǒng)以來不斷發(fā)展，一方面通過“空戰(zhàn)演進”“空中博格”和“戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)管理系統(tǒng)”等項目開發(fā)軟件系統(tǒng)，持續(xù)發(fā)展無人機自主空戰(zhàn)能力，提升空戰(zhàn)人員對自主作戰(zhàn)系統(tǒng)的信任，另一方通過“飛行導彈掛架”“忠誠僚機”和“遠射”項目開發(fā)具有有限飛行和作戰(zhàn)功能、可批量生產(chǎn)的無人機平臺和配套的空空導彈［1-3］。通過綜合人工智能、無人機和空空導彈的技術(shù)發(fā)展成果，加速推進傳統(tǒng)的“有人機+空空導彈”的制空作戰(zhàn)模式向“有人機+無人機+空空導彈”的作戰(zhàn)使用模式轉(zhuǎn)變。從技術(shù)路線來看，美軍最早提出的“飛行導彈掛架”旨在開發(fā)采用外掛方式發(fā)射使用的無人機，主要用于配裝美軍三代機，“遠射”項目開發(fā)可以采用內(nèi)埋掛裝發(fā)射使用的無人機，具有隱身能力和更遠航程，可與隱身飛機配合使用，“忠誠僚機”項目要求無人機具有獨立自主作戰(zhàn)能力。項目研究思路既結(jié)合現(xiàn)有裝備和實際作戰(zhàn)需求，又考慮未來技術(shù)發(fā)展，向有人/無人機智能自主協(xié)同空戰(zhàn)不斷拓展，值得我們研究參考。

目前，國內(nèi)有人/無人機協(xié)同的項目研究信息幾乎無公開報道。國內(nèi)科研人員對有人/無人機協(xié)同作戰(zhàn)的研究主要集中在作戰(zhàn)模式和概念討論、關(guān)鍵技術(shù)研究以及國外相關(guān)項目分析等三個方面，其中關(guān)于任務(wù)分配管理、作戰(zhàn)決策和控制的關(guān)鍵技術(shù)分析較多，而與空空作戰(zhàn)場景和需求直接相關(guān)的作戰(zhàn)模式研究相對較少。文獻檢索分析發(fā)現(xiàn)，劉躍峰、傅裕松、劉萬俊等早期研究者對有人/無人機協(xié)同作戰(zhàn)任務(wù)、目標或者火力分配問題進行研究時［4-6］，提出無人機在有人機集中控制下自主交戰(zhàn)，有人機為無人機進行任務(wù)管理或目標分配的作戰(zhàn)模式，由于重點在任務(wù)目標分配算法，對有人/無人機具體協(xié)同模式和過程分析較少。付昭旺等基于空空對抗火力指揮控制過程給出了傳遞目標信息和傳遞控制指令兩種有人/無人機協(xié)同空戰(zhàn)方式［7］，是較早針對有人/無人機協(xié)同空空作戰(zhàn)模式進行研究的文獻。在此基礎(chǔ)上，紀敏等進一步從信息傳遞的角度將空空火力攻擊流程分解為六個任務(wù)序列，對應六個作戰(zhàn)功能節(jié)點，在假定的四機編隊中進行探測目標、指揮控制、火控解算、發(fā)射武器、制導武器等功能組合，從而得出不同的攻擊模式［8］。宋琛等在介紹國外典型有人/無人機制空作戰(zhàn)組合的基礎(chǔ)上，分析了新型作戰(zhàn)模式發(fā)展的影響因素和未來無人平臺的特點［9］。孫盛智等未區(qū)分空空和空地作戰(zhàn)，提出有人/無人機被動集中式、半主動分布式和駐地分布式三種協(xié)同作戰(zhàn)模式，簡要分析了有人機和無人偵察機、察打一體和無人攻擊機的任務(wù)分工［10］。

總的來看，目前關(guān)于有人/無人機協(xié)同作戰(zhàn)模式研究存在以下問題：

（1）對于有人/無人機協(xié)同作戰(zhàn)往往不區(qū)分空空和空地的不同特點，較為籠統(tǒng)地描述和假定有人/無人機協(xié)同模式，進行任務(wù)、目標、火力分配等相關(guān)技術(shù)研究，忽視空空和空地不同場景對協(xié)同模式的影響，對空空作戰(zhàn)特性給有人/無人機協(xié)同帶來的挑戰(zhàn)缺乏深入研究。

（2）結(jié)合不同技術(shù)發(fā)展階段、裝備現(xiàn)狀和當前空戰(zhàn)需求，以空空火力攻防為核心，提出的協(xié)同作戰(zhàn)模式不夠全面，對按照技術(shù)發(fā)展規(guī)律持續(xù)推進有人/無人機協(xié)同空戰(zhàn)能力建設(shè)形成不利影響。

（3）對制空作戰(zhàn)場景下，有人/無人機各自優(yōu)缺點分析不夠，對有人/無人機具體協(xié)同模式、任務(wù)分工和任務(wù)流程的分析不夠深入。

因此，本文在分析空空作戰(zhàn)特點的基礎(chǔ)上，立足空戰(zhàn)場景和人機優(yōu)勢，依據(jù)無人機智能作戰(zhàn)水平和實際空戰(zhàn)火力運用過程，按照技術(shù)發(fā)展水平，全面分析有人/無人機在空戰(zhàn)場景下使用空空導彈進行協(xié)同攻防的作戰(zhàn)方式，提出三種有人/無人機協(xié)同空戰(zhàn)模式，并對任務(wù)流程和協(xié)同能力需求進行深入分析，為未來制空作戰(zhàn)模式研究和裝備研發(fā)提供參考，彌補當前有人/無人機協(xié)同空空作戰(zhàn)模式研究的不足。

2 空空作戰(zhàn)的特點和挑戰(zhàn)

從任務(wù)需求和場景看，空空作戰(zhàn)任務(wù)需求和場景多樣，對參與者理解不同任務(wù)需求并快速應對形成挑戰(zhàn)。與空地作戰(zhàn)突出的進攻性特點不同，空空作戰(zhàn)包含防御性制空和進攻性制空兩個主要方面?？諔?zhàn)對抗是空中任務(wù)最激烈的斗爭形式，但戰(zhàn)斗機飛行員執(zhí)行的空中對抗任務(wù)遠不局限于擊落敵方戰(zhàn)機。在實際制空任務(wù)中，戰(zhàn)斗機飛行員除了需要執(zhí)行空中巡邏、識別查證、攔截驅(qū)離等防御性任務(wù)外，往往還需要完成護航保護、掃蕩肅清等多種類型的進攻性空戰(zhàn)任務(wù)，不同任務(wù)有不一樣的目的要求、行動方法和注意事項。飛行員可以依據(jù)作戰(zhàn)需要靈活地在不同任務(wù)中進行切換，按照指令要求進行編隊協(xié)同，完成制空任務(wù)。空空作戰(zhàn)任務(wù)屬性、形式和要求多樣，而空地作戰(zhàn)任務(wù)屬于進攻性任務(wù)，核心是躲避防空威脅，實施對地偵察、壓制和打擊，任務(wù)的形式相對較少。而且不管是哪種任務(wù)形式，對地任務(wù)大多在獲取一定地面目標信息情況下進行預先準備，按任務(wù)規(guī)劃方案進行戰(zhàn)斗出動，任務(wù)的計劃性、確定性相對較強，難以與空空任務(wù)場景的多樣性和靈活性相比。這也是察打一體對地無人機技術(shù)，從阿富汗戰(zhàn)爭開始快速走向戰(zhàn)場，能夠在納卡沖突、俄烏戰(zhàn)爭等局部戰(zhàn)爭中大量使用，而無人智能空戰(zhàn)遲遲難以落地的原因。

從具體作戰(zhàn)過程看，空空作戰(zhàn)過程交戰(zhàn)雙方力量動態(tài)變化，對參與者在復雜多變的對抗環(huán)境中協(xié)調(diào)一致的感知、判斷、決策和行動能力提出較高要求。空空作戰(zhàn)在激烈的動態(tài)對抗環(huán)境中展開，敵我雙方高速機動、空戰(zhàn)態(tài)勢激烈變化，需要空戰(zhàn)參與者在極短的時間內(nèi)不停地進行協(xié)同動作。與對地任務(wù)過程相比，作戰(zhàn)過程的高度動態(tài)博弈和快速協(xié)同動作特性凸顯，對無人機參與編隊空戰(zhàn)提出以下挑戰(zhàn)：一是動態(tài)對抗中各平臺空域態(tài)勢感知范圍有限，再加上敵方戰(zhàn)術(shù)配合和欺騙，對無人機編隊協(xié)同態(tài)勢感知和判斷帶來挑戰(zhàn)，電子對抗、通信干擾等復雜電磁環(huán)境會進一步惡化各平臺對空戰(zhàn)態(tài)勢的感知和理解；二是敵我雙方快速機動導致空戰(zhàn)態(tài)勢瞬息萬變，對無人機編隊快速準確協(xié)同決策和控制提出較高要求；三是敵我識別難，空中交戰(zhàn)涉及敵我友、有人無人多種平臺，一旦進入近距交戰(zhàn)狀態(tài)，容易發(fā)生誤打誤傷，對無人機協(xié)同武器發(fā)射制導、實現(xiàn)精準打擊行動要求高；四是空空作戰(zhàn)對抗中突發(fā)威脅和意外事件多，對無人機的突發(fā)事件應急處理能力提出更高要求［11］。

總的來看，面對空戰(zhàn)任務(wù)場景和需求的多樣性、空戰(zhàn)過程和對手的動態(tài)博弈性，以目前無人平臺的智能化水平，無人機對任務(wù)的理解、對綜合態(tài)勢的感知、對不同任務(wù)和場景的靈活應對以及編隊高效協(xié)同等方面難以與飛行員相比，難以獨立面對空空作戰(zhàn)任務(wù)和環(huán)境的嚴峻挑戰(zhàn)。因此，在大力發(fā)展無人機自主智能空戰(zhàn)技術(shù)的同時，需要分析空戰(zhàn)環(huán)境下人機各自優(yōu)勢，立足作戰(zhàn)需求和技術(shù)發(fā)展階段，研發(fā)新的空戰(zhàn)模式和關(guān)鍵技術(shù)，提升有人/無人機系統(tǒng)的空戰(zhàn)能力水平。

3 有人/無人機協(xié)同空戰(zhàn)各自優(yōu)缺點分析

與有人平臺相比，無人機/機群的優(yōu)勢是成本低，體積小，隱身能力強；協(xié)同探測范圍廣，多機協(xié)同探測，定位精度高；多機分布部署，系統(tǒng)冗余，抗毀容錯能力好；任務(wù)執(zhí)行力強，可長時間留空執(zhí)行制空任務(wù)；無人員傷亡風險，可在空戰(zhàn)中執(zhí)行最危險的任務(wù)，比如抵近探測、抵近發(fā)射、導彈引導攻擊等。無人機/機群的劣勢在于當前無人機平臺容量和任務(wù)載荷能力受限，自主智能空戰(zhàn)能力較低，在任務(wù)理解、綜合態(tài)勢感知、空戰(zhàn)決策、應急處置等方面難與人類飛行員相比，無人機的智能協(xié)同感知、認知、決策、控制等關(guān)鍵技術(shù)研究處于仿真實驗或演示驗證階段，目前難以實現(xiàn)安全有效的智能空戰(zhàn)對抗。

雖然無人機智能空戰(zhàn)技術(shù)的突破面臨較大挑戰(zhàn)，有待于技術(shù)不斷進步。但無人空戰(zhàn)智能體一旦研發(fā)成功，智能空戰(zhàn)技術(shù)可以快速移植、更新、迭代，可在較短時間內(nèi)形成大量的智能空戰(zhàn)平臺?？諔?zhàn)智能體空戰(zhàn)能力可移植性和繼承性強，還可通過智能學習算法不知疲倦地進化提升。人類飛行員空戰(zhàn)能力的培養(yǎng)難以與其相比，無法進行簡單的移植遷移，每一名戰(zhàn)斗機飛行員都需要重復理論學習、模擬飛行、飛行訓練等漫長的學習訓練過程，才能具備相應的空戰(zhàn)能力。目前，各國戰(zhàn)斗機飛行員從進入航空學校學習到成為一名合格的空中戰(zhàn)斗員大約經(jīng)歷6～8年從理論到飛行實踐的教育訓練過程。除了安全駕駛和長途航行，戰(zhàn)斗機飛行員針對空戰(zhàn)課目需要進行大量的單機戰(zhàn)斗、編隊協(xié)同、戰(zhàn)術(shù)對抗等空戰(zhàn)訓練課題的磨礪和考驗。大量的編隊任務(wù)和協(xié)同訓練使得空戰(zhàn)編隊成員之間形成了既分工負責又相互支援的協(xié)作能力和意識，能夠依據(jù)任務(wù)和態(tài)勢的需要密切協(xié)同，靈活調(diào)整。長期進行長僚機協(xié)同訓練的任務(wù)機組，不僅能默契地完成常規(guī)場景的空戰(zhàn)對抗任務(wù)，對于突發(fā)態(tài)勢和意外事件也能更加靈活順暢地應對。綜合態(tài)勢感知、任務(wù)理解認知、任務(wù)規(guī)劃決策和突發(fā)情況應急處置是戰(zhàn)斗機飛行員在作戰(zhàn)中不可取代的優(yōu)勢，但培養(yǎng)和訓練戰(zhàn)斗機飛行員的人財物力消耗大，成長周期長，在訓練和作戰(zhàn)中飛行人員面臨的任務(wù)負荷重，人身傷亡風險大，難以長時間在高負荷下持續(xù)駕機執(zhí)行任務(wù)。因此充分考慮技術(shù)發(fā)展階段特點，挖掘和發(fā)揮有人/無人機各自的優(yōu)勢是實現(xiàn)有人/無人機協(xié)同空戰(zhàn)的關(guān)鍵。

4 有人/無人機協(xié)同空戰(zhàn)模式分析

考慮到空戰(zhàn)過程的高度動態(tài)對抗特性和任務(wù)需求的多樣性，受限于無人機的智能化水平和有人/無人機空戰(zhàn)協(xié)同決策和控制等諸多難題，有人/無人機協(xié)同空戰(zhàn)問題的解決難以一蹴而就，需要立足作戰(zhàn)需求和現(xiàn)有技術(shù)水平，探索不同協(xié)同方式和裝備能力需求，分階段分層次推進有人/無人機協(xié)同作戰(zhàn)能力逐步提升。為此，本文立足不同的作戰(zhàn)需求和技術(shù)水平，對應近期、中期、遠期目標提出三種有人/無人機協(xié)同作戰(zhàn)模式：有人主導——無人輔助空戰(zhàn)模式、有人主導——無人協(xié)同空戰(zhàn)模式、有人監(jiān)控——無人自主空戰(zhàn)模式。

4.1 有人主導/無人輔助空戰(zhàn)模式

對于空空對抗，典型的空戰(zhàn)對抗過程包括：搜索識別、威脅估計、目標分配、截獲跟蹤、發(fā)射制導等過程，在對抗過程中飛行員往往通過無線電靜默、密集編隊、隊形變換和釋放干擾等方式來隱蔽自身實力和兵力部署，打破敵人預期和作戰(zhàn)計劃，誘騙對手進入不利態(tài)勢。按照這一思路，可開發(fā)低成本可消耗無人機輔助飛行員進行空戰(zhàn)實現(xiàn)無人機輔助空戰(zhàn)，主要有兩種方式，一是無人機誘騙干擾，二是無人機攜彈/自殺攻擊。典型空戰(zhàn)對抗過程示意如圖1。

圖1 有人主導/無人輔助空戰(zhàn)過程示意圖Fig.1 Diagram of man-led/UAV-assisted air combat process

有人主導/無人輔助空戰(zhàn)模式下，無人機像空空導彈一樣被發(fā)射使用，無需進行空戰(zhàn)任務(wù)感知和決策，完全在飛行員的控制下發(fā)射行動，完成誘騙干擾和對敵攻擊任務(wù)。針對無人機所起的不同作用，誘騙干擾和武器攻擊兩種輔助空戰(zhàn)方式具體的協(xié)同作戰(zhàn)過程有所不同。

第一種方式是空戰(zhàn)中有人機發(fā)射引導無人機對敵實施誘騙干擾。無人機誘騙干擾模式，需要研發(fā)能夠模擬有人機雷達和紅外目標特性的空射無人機誘餌，該無人機可視情加裝電子干擾載荷，由有人機掛載執(zhí)行空戰(zhàn)對抗任務(wù)。處于進攻態(tài)勢時，通過空射無人機突然改變空中力量的兵力部署形式，制造戰(zhàn)場迷霧。同時利用無人機釋放的雷達和紅外輻射，進一步分散和吸引敵機的注意，打亂其兵力部署和分配。此時，有人機可以通過快速機動占位，制造有利空戰(zhàn)態(tài)勢，實施導彈攻擊。在防御態(tài)勢下，被敵機截獲跟蹤后，也可快速發(fā)射無人機，空射無人機以單機或者編隊的形式模擬有人機目標輻射特性，并可施加電子干擾，吸引敵方目標的探測和攻擊。通過無人機干擾、誘騙和消耗其導彈攻擊，為有人機安全脫離或者實現(xiàn)態(tài)勢逆轉(zhuǎn)創(chuàng)造機會。

第二種方式是空戰(zhàn)中有人機發(fā)射引導無人機實施攜彈/自殺攻擊。無人機攜彈/自殺攻擊模式，需要研發(fā)能夠攜帶小型空空導彈的無人機，由有人機掛載執(zhí)行空戰(zhàn)對抗任務(wù)。在探測識別到敵機，確認與敵交戰(zhàn)后，由有人機發(fā)射無人機前出接敵，有人機引導無人機快速向目標接近，滿足導彈發(fā)射條件后，引導無人機快速發(fā)射導彈實施攻擊。依據(jù)作戰(zhàn)和裝備研發(fā)情況，無人機在攜帶探測載荷的情況下，可由無人機進行探測和制導，在不攜帶探測載荷的情況下，只是充當遠程武器載荷平臺，全程在有人機的引導控制下實施接敵和武器發(fā)射制導任務(wù)。

此種空戰(zhàn)模式下，無人機作為有人機的附屬設(shè)備，在飛行員的發(fā)射控制下參與空戰(zhàn)，有人/無人機協(xié)同流程如圖2。編隊起飛后，飛行員及時獲取空戰(zhàn)態(tài)勢信息，依據(jù)任務(wù)需要和空中態(tài)勢，發(fā)射無人機前出接敵實施誘騙或者攻擊任務(wù)，期間無人機實時反饋前方態(tài)勢，飛行員在后方進行綜合態(tài)勢判斷決策，發(fā)出控制指令指揮無人機實施誘騙或者攻擊任務(wù)。在任務(wù)過程中，飛行員需要實時評估攻擊效果和雙方交戰(zhàn)態(tài)勢，決定是否進入近距或者脫離戰(zhàn)斗。交戰(zhàn)過程中有人機盡量避開敵機空空導彈的最遠攻擊區(qū)，使用無人機迷惑對方，消耗敵人有生力量，利用無人機的幫助制造有利空戰(zhàn)態(tài)勢。

圖2 有人主導/無人輔助空戰(zhàn)任務(wù)流程Fig.2 Diagram of man-led/UAV-assisted air combat task process

4.2 有人主導/無人協(xié)同空戰(zhàn)模式

有人主導/無人輔助空戰(zhàn)模式下無人機在飛行員的操控下參與空戰(zhàn)，與現(xiàn)有的攻擊過程類似，有人/無人交互少，對無人機的任務(wù)能力要求相對較低，有利于快速完成裝備研發(fā)，形成戰(zhàn)斗力。在無人機自主感知和決策能力不足的情況下，由有人機主導進行戰(zhàn)場態(tài)勢感知、任務(wù)分配管理和空戰(zhàn)進程把控。在有人機的指揮調(diào)度下，無人機協(xié)同有人機進行作戰(zhàn)，可形成第二種有人主導/無人協(xié)同空戰(zhàn)模式。此種模式下無人機具有獨立的飛行控制、自主探測、武器發(fā)射和制導能力。但無人平臺的探測能力受限，編隊協(xié)同態(tài)勢感知和任務(wù)決策能力相對較弱。有人主導/無人協(xié)同的模式主要在于充分發(fā)揮人機各自優(yōu)勢，讓無人機前推抵近目標，完成相對危險的武器發(fā)射制導任務(wù)，為有人機制造更加安全和多樣的打擊目標機會。依據(jù)具體的空戰(zhàn)態(tài)勢，圍繞空戰(zhàn)中目標探測、武器發(fā)射與制導三個核心環(huán)節(jié)，有人/無人機編隊主要有以下三種協(xié)同空戰(zhàn)模式，具體示意如圖3。

圖3 有人主導/無人協(xié)同空戰(zhàn)過程示意圖Fig.3 Diagram of man-led/UAV cooperative air combat process

不同協(xié)同方式任務(wù)分工和協(xié)同過程如下，第一種方式是有人機探測發(fā)射/無人機制導，有人機雷達開機實施探測，無人機前推保持無線電靜默隱蔽接敵。借助有人機平臺大，探測能力和武器裝載能力較強的優(yōu)勢，由有人機獲取目標信息或者利用無人機被動探測技術(shù)獲取目標信息，形成攻擊條件后有人機發(fā)射退出。前推的無人機獲取有人機發(fā)射導彈指令后，無人機雷達開機將有人機發(fā)射的導彈接力引導至目標附近，直到導彈導引頭截獲目標進行自動攔截攻擊。

第二種方式是有人機探測/無人機發(fā)射制導，由有人機獲取目標信息或者利用有人/無人機協(xié)同探測獲取目標信息，通過數(shù)據(jù)鏈通信網(wǎng)絡(luò)將目標信息共享，由前推的無人機進行目標分配和攻擊決策，滿足發(fā)射條件后發(fā)射導彈并完成制導。

第三種方式是有人機發(fā)射/無人機探測制導。處于交戰(zhàn)區(qū)后方保持無線電靜默，通過被動探測技術(shù)獲取目標信息隱蔽接敵，無人機前推進行協(xié)同目標探測，有人/無人機編隊共享態(tài)勢信息。獲取目標信息后，有人機發(fā)射導彈攻擊目標，并將發(fā)射信息共享至無人機。由無人機實施制導控制，直到導彈導引頭開機截獲目標。

有人機與無人機協(xié)同完成目標探測識別、定位跟蹤、電子干擾、武器發(fā)射和制導。有人機負責整體任務(wù)管理，指揮決策，完成武器發(fā)射后引導無人機進行武器制導，或者給無人機分發(fā)目標信息，引導無人機隱蔽接敵實施發(fā)射制導攻擊。具體任務(wù)流程如圖4，完成任務(wù)準備后，無人機群提前起飛，前推部署，采取無線電靜默方式接敵，有人機通過數(shù)據(jù)鏈指揮無人機隱蔽接敵，獲取空戰(zhàn)態(tài)勢后，有人機進行威脅評估和目標分配，為無人機編隊下達任務(wù)目標，無人機自主接敵進行火控計算，并及時反饋目標跟蹤情況和攻擊請求，有人機對無人機的目標攻擊請求進行確認，防止誤傷誤擊。有人/無人機協(xié)同進行武器的發(fā)射和制導控制，一旦無人機與敵人進入近距格斗狀態(tài)，此時有人機主要進行交戰(zhàn)態(tài)勢監(jiān)控，為無人機通報敵情信息，并在較遠地方對無人機進行支援射擊。在無人機態(tài)勢判斷、敵我識別和防撞能力不完善的情況下，近距交戰(zhàn)誤傷己方飛機風險高，此時應防止我方飛機貿(mào)然進入無人機與敵機交戰(zhàn)圈。在整個任務(wù)過程中有人機負責對空戰(zhàn)態(tài)勢和攻擊效果進行評估，處理空戰(zhàn)過程中的突發(fā)威脅和應急情況，并依據(jù)作戰(zhàn)態(tài)勢下達退出空戰(zhàn)命令。

圖4 有人主導/無人協(xié)同空戰(zhàn)任務(wù)流程Fig.4 Diagram of man-led/UAV cooperative air combat task process

4.3 有人監(jiān)控/無人自主空戰(zhàn)模式

隨著技術(shù)的發(fā)展，當無人機具有較高的自主智能協(xié)同作戰(zhàn)能力，能夠完成編隊協(xié)同探測、決策和控制、武器發(fā)射制導等完整的空空對抗任務(wù)時，無人機編隊成為可靠僚機編隊，具有聽令完成任務(wù)能力，即使在與有人機通信中斷情況下也能夠獨立完成空戰(zhàn)任務(wù)，并視情退出交戰(zhàn)區(qū)返場。此時有人/無人機協(xié)同作戰(zhàn)，可采取無人編隊聽令自主作戰(zhàn)，有人后臺監(jiān)控調(diào)度的空戰(zhàn)模式，具體示意如圖5。

圖5 有人監(jiān)控/無人自主空戰(zhàn)過程示意圖Fig.5 Diagram of manned monitoring/UAV autonomous air combat process

該模式下，有人機充當空戰(zhàn)任務(wù)指揮官，進行任務(wù)管理和指揮，下達任務(wù)指令，實時監(jiān)控空戰(zhàn)態(tài)勢和無人機任務(wù)執(zhí)行情況，出現(xiàn)重大失誤或態(tài)勢變化時進行指揮干預，同時完成應急情況和突發(fā)威脅處置，并視情前出進行空戰(zhàn)支援。具體任務(wù)流程如圖6，此時無人機具有自主編隊協(xié)同探測感知、判斷決策、規(guī)劃行動能力。有人機作為任務(wù)指揮機于后方監(jiān)控無人機執(zhí)行任務(wù)過程，分發(fā)態(tài)勢信息和任務(wù)指令。作戰(zhàn)編隊進入交戰(zhàn)空域后，先共享空戰(zhàn)態(tài)勢信息，有人機依據(jù)態(tài)勢進行任務(wù)指派和分配，同時監(jiān)控任務(wù)執(zhí)行過程。無人機的主要工作在于依據(jù)任務(wù)指令和敵情環(huán)境自主協(xié)同空戰(zhàn)，實時反饋任務(wù)情況。

圖6 有人監(jiān)控/無人自主空戰(zhàn)任務(wù)流程Fig.6 Diagram of manned monitoring/UAV autonomous air task combat process

需要說明的是，電子對抗是空戰(zhàn)的先導，電子靜默也是空戰(zhàn)中的常用戰(zhàn)術(shù)，無論上述哪種協(xié)同作戰(zhàn)模式，有人機都需要依據(jù)敵我方力量和戰(zhàn)場態(tài)勢，視情選擇依靠專用大型電子干擾機、無人機以及自身電子對抗設(shè)備實施電子對抗，或者采取無線電靜默隱蔽自身力量，使用無源探測方式參與指揮空戰(zhàn)。

5 有人/無人機協(xié)同空戰(zhàn)能力需求分析

5.1 有人機能力需求

在有人/無人機協(xié)同作戰(zhàn)系統(tǒng)中，有人機作為空戰(zhàn)任務(wù)管理和指揮者，主要職責是獲取空戰(zhàn)信息、評估空戰(zhàn)態(tài)勢、分配空戰(zhàn)任務(wù)和目標、規(guī)劃調(diào)控任務(wù)進程、評估行動效果以及處置突發(fā)情況等。有人機是空戰(zhàn)的大腦和中樞，需要有強大的空戰(zhàn)信息獲取、處理、分發(fā)的能力，主要體現(xiàn)在以下方面：一是有人機自身需要強大的探測感知能力獲取空戰(zhàn)態(tài)勢信息；二是有人機需要保持與編隊成員、預警機、地面指揮中心等的有效聯(lián)系，共享空戰(zhàn)態(tài)勢；三是有人機具有強大的空戰(zhàn)任務(wù)管理和輔助決策能力，協(xié)助飛行員進行空戰(zhàn)任務(wù)管理和指揮控制；四是有人機要保持和無人機動態(tài)高效、抗干擾的協(xié)同通信聯(lián)系，發(fā)送任務(wù)控制指令，獲取反饋信息，控制、協(xié)同或者監(jiān)控無人機參與完成空戰(zhàn)任務(wù)。

5.2 無人機能力需求

首先是無人機平臺的能力需求，無人機平臺的能力隨著技術(shù)的進步在不斷提升，有人主導/無人輔助空戰(zhàn)模式下，無人機平臺具有編隊飛行控制、指令接收、機動、輻射和發(fā)射行為控制能力，能夠按照有人平臺任務(wù)和空中指令參與空戰(zhàn)對抗，實時反饋指令執(zhí)行過程和結(jié)果。有人主導/無人協(xié)同空戰(zhàn)模式下，無人機平臺具有一定空戰(zhàn)態(tài)勢感知能力，無人機能夠依據(jù)空戰(zhàn)態(tài)勢信息，半自主協(xié)同空戰(zhàn)任務(wù)分配與行為規(guī)劃、傳感器使用、機動控制，與有人平臺協(xié)同進行武器發(fā)射和制導控制，實時反饋任務(wù)執(zhí)行過程和結(jié)果。有人監(jiān)控/無人自主空戰(zhàn)模式下，無人機具有較強的空戰(zhàn)態(tài)勢感知，能夠自主協(xié)同空戰(zhàn)任務(wù)分配與行為規(guī)劃、傳感器使用、機動控制、武器發(fā)射和制導控制，實時反饋關(guān)鍵決策和任務(wù)結(jié)果。

其次是無人機任務(wù)載荷的能力需求，無人機平臺相對較小，任務(wù)載荷需要盡可能滿足低成本、小型化、可更換的要求。無論是模擬輻射裝置、干擾設(shè)備、傳感器、通信設(shè)備還是空空武器，需要大力提升多任務(wù)載荷的組網(wǎng)協(xié)同工作能力，通過編隊組網(wǎng)實現(xiàn)更強容錯抗毀的網(wǎng)絡(luò)通信、更逼真的干擾誘騙、更高精度的探測定位、更多分布的火力控制和更大覆蓋的武器殺傷。任務(wù)載荷和平臺的分布部署能夠分散干擾敵方的兵力部署和戰(zhàn)術(shù)運用，制造局部兵力和態(tài)勢優(yōu)勢，從而有助于取得有人/無人機協(xié)同空戰(zhàn)的勝利。

5.3 數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)通信需求

數(shù)據(jù)鏈通信網(wǎng)絡(luò)是實現(xiàn)有人機和無人機互通、互聯(lián)的紐帶，也是實現(xiàn)有人/無人機協(xié)同作戰(zhàn)的關(guān)鍵，安全抗干擾的自組網(wǎng)通信有巨大發(fā)展需求。一方面，空戰(zhàn)平臺和武器在不同的空域內(nèi)高速機動，要求快速的信息傳輸和遠距離通信能力；另一方面，大量的空戰(zhàn)平臺需要進行態(tài)勢共享和指令控制信息傳輸，對于數(shù)據(jù)鏈的多源數(shù)據(jù)融合和高帶寬信息傳輸能力提出要求。同時，復雜電磁環(huán)境下電子對抗的存在要求數(shù)據(jù)鏈具有抗干擾、可靠安全通信的能力。

6 結(jié) 論

從無人靶機到無人偵察再到察打一體，科技的發(fā)展不斷提升無人機參與作戰(zhàn)任務(wù)的能力，無人機在近年的局部戰(zhàn)爭中大放異彩。雖然人工智能技術(shù)在無人作戰(zhàn)裝備的研發(fā)應用加速推進了無人智能作戰(zhàn)技術(shù)的落地，但是我們應該清醒的看到，空空作戰(zhàn)的任務(wù)多樣性和高度動態(tài)性，對無人機智能自主作戰(zhàn)水平提出較高要求，作戰(zhàn)編隊的協(xié)同、應急情況的處理以及敵我識別的難題更是巨大挑戰(zhàn)，在復雜多變的空戰(zhàn)環(huán)境下，人依然是空戰(zhàn)的主宰，這也是美軍以“下一代空中主宰”為抓手，重視無人機智能作戰(zhàn)技術(shù)的同時依然開發(fā)下一代空優(yōu)戰(zhàn)斗機項目的原因。無人智能空戰(zhàn)技術(shù)的成熟運用，需要一個相當長的過程。未來的空戰(zhàn)對抗必定是包含有人/無人多種裝備在內(nèi)的復雜空戰(zhàn)系統(tǒng)的對抗［12-14］。因此，立足空空作戰(zhàn)的特點，結(jié)合技術(shù)和裝備的不同發(fā)展情況，按照近期、中期、遠期可能的技術(shù)發(fā)展階段，本文提出有人/無人機協(xié)同的三種主要空戰(zhàn)模式、任務(wù)流程以及能力發(fā)展需求，為有人/無人機協(xié)同空戰(zhàn)模式研究、裝備研發(fā)和能力體系建設(shè)提供參考。后續(xù)將進一步對不同模式下任務(wù)管理和協(xié)同決策方法、交互控制過程、關(guān)鍵技術(shù)及能力分析等方面進行深入研究。