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美國“馬賽克戰”體系中無人機技術發展分析

2020-11-12 09:45:43  作者 : 朱超磊 袁成  來源 : 海鷹資訊


????????警用裝備網訊:?引言



  近年來,隨著新型戰機研發成本與周期成倍增長,中俄先進防空體系與遠程打擊武器迅速發展,“反介入/區域拒止”威脅日益提升,美國正在逐漸喪失其在軍事領域的非對稱作戰優勢。2017年,美《國家安全戰略》首次明確將中俄作為其主要對手,戰略重心開始向大國競爭轉移。此背景下,2017年8月,美國國防預先研究計劃局(DARPA)提出“馬賽克戰”體系,旨在通過構建適應強敵競爭環境的新型動態分布作戰架構,重塑未來戰場作戰模式,形成新時期下軍事作戰領域的非對稱優勢。



  隨著先進的飛控、載荷、動力等技術不斷發展,無人機作戰能力持續提升。但受限于互操作性低、自主決策能力差。生存能力不足等問題,當前無人機多在非對稱戰場環境下執行情監偵、定點清除等簡單任務,難以充當主要作戰裝備在強對抗環境發揮作用。無人機裝備具有研發周期短、新技術更新快等優勢,結合“馬賽克戰”體系特征,形成了對其技術發展的全新驅動,推動了無人機在強對抗環境下作戰能力的快速生成。



  “馬賽克戰”與無人機相關技術發展



  DARPA等機構開展多項“馬賽克戰”體系相關的無人機項目研究,不斷加快技術開發,積極推進美軍新型空戰體系構建。文章第一部分通過研究美國“馬賽克戰”體系下典型無人機相關項目,梳理其在架構、指控、通信等領域的關鍵技術進展,形成對“馬賽克戰”體系下無人機任務能力的認識與理解。



  1、“馬賽克戰”概述



  “馬賽克戰”提出將傳統復雜兵力系統劃分為多個功能單一、具備良好互操作性的最小實際作戰要素,利用先進的通信網絡實現行動區域內的各類作戰要素的組合,將單一“觀察、判斷、決策、執行”殺傷鏈轉化為物理和功能高度分散、靈活機動、動態協同的“殺傷網”。通過結合人員指揮與機器決策優勢,“馬賽克戰”體系實現了力量快速生成和重組。作戰任務下達時,依靠快速組織作戰要素構成所需作戰能力,大大提升對手的預測成本和防御難度。作戰單元出現損毀時,依靠自適應動態重構,快速形成新的作戰能力,達到作戰體系的彈性抗毀目標。



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  圖1 “馬賽克戰”體系下殺傷鏈轉化為殺傷網




  “馬賽克戰”牽引的無人機裝備技術發展呈現網絡化、分散化、低成本、智能化等特征,實現協同層級由平臺級向功能級延伸,形成指控體系扁平化和作戰功能去中心化的聯合多域殺傷力。由此可以解決美軍兼顧高端和低端戰爭的裝備體系難題,權衡裝備成本、性能與功能需求,適應新技術快速發展與應用趨勢,降低以網絡為中心的體系架構脆弱性。



  2、“馬賽克戰”相關無人機技術發展概述



  DARPA主導的“馬賽克戰”已成為其“系統之系統”(SoS)作戰體系的頂層核心,該理念并非人為地將“碎片化”分布式平臺組合成剛性整體,而是基于“馬賽克戰”建立功能分散的作戰“資源池”,構建自適應通信網絡形成“資源”間高效協作互通,變革指揮控制及任務調配機制,快速形成作戰能力。基于以上要求,美國開展了大量“馬賽克戰”與無人機相關的項目研究,既有對“分布式作戰”、“多域作戰”等作戰概念繼承發展,也有面向“馬賽克戰”體系開展的新的項目。下面從體系架構技術、指揮控制技術、通信網絡技術三個方面進行相關項目介紹。



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  圖2 “馬賽克戰”相關無人機項目梳理



  01、體系架構技術



  “馬賽克戰”提出了一種面向體系作戰的新型作戰樣式,對系統集成擴展能力與互操作性提出了更高要求,美國開展多項“馬賽克戰”體系下的無人機體系架構技術研究,包括分布式作戰技術探索,通過將傳統集成化任務載荷分配在多類異構無人機平臺,實現戰場資源靈活部署,增加強對抗戰場環境下裝備損耗的可承受性;開放式體系架構技術研究,通過開發通用化的標準和協議,實現有人、無人等多種作戰單元高效數據互通,實現裝備體系化協同作戰能力;通過開展異構單元自適應架構研究,實現“殺傷鏈”靈活重組和多路徑殺傷效果,形成自適應動態“殺傷網”,實現快速響應、難以預測的作戰效果。相關項目如下:



  2014年,DARPA啟動“拒止環境中協同作戰”(CODE)項目,旨在開發先進的自主輔助決策算法和集群協同監控系統,提升美無人機系統在拒止環境或復雜電磁環境下的高效協同交互能力,降低任務所需通信帶寬與人類指揮人員決策認知負擔。項目開展了帶寬和通信受限場景下模塊化軟件架構開發,無人機自主與協同任務能力開發,人機交互架構開發等工作。并針對無人機戰術偵察、反水面戰、打擊防空陣地三類典型場景實施了虛實結合的全任務能力飛行驗證,驗證了單人指揮編隊無人機執行偵察、識別及打擊任務的能力。



  2015年3月,DARPA提出 “體系集成技術與試驗”(SoSITE)項目,該項目基于分布式空戰概念,將紅外/光電、武器、電子戰、數據鏈等多種任務載荷分解為多種有人和無人機平臺,并構建平臺間高效實時通信網絡和基于能力成本協調的任務分配機制,運用戰場成員自主管理系統極大提升分布式作戰效果。開發通用開放式體系架構標準與工具,發展多種可快速更換和集成的通用性組件與平臺,極大提升有人-無人作戰平臺互操作性,加速先進任務系統新技術的開發與應用。



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  圖3 SoSITE項目架構演化



  2015年10月,DARPA提出“跨域海上監視和瞄準系統”(CDMaST)項目,并于2017順利轉入第二階段。該項目旨在研究跨網絡連接海上有人-無人系統及任務系統的新型體系架構,實現分布式系統的高效跨域協同,提升區域拒止海洋環境中海上作戰體系的適應性與作戰能力。項目建立了“分布式實驗環境(DE2)”,構建實裝-虛擬-構造(L-V-C)測試開發平臺,探索了集成分布式無人系統、先進傳感器、彈性通信網絡和新興遠程武器系統等多項關鍵技術,構建和優化包含大量低成本,可升級有人-無人平臺的海上作戰體系架構,利用平臺間高效協同形成綜合化廣域海上控制能力,提升敵識別和決策成本,獲得體系化壓制效果。



  2015年11月,DARPA提出“復雜適應系統組合和設計環境”(CASCADE)項目,面向包含無人機的跨時空的復雜動態體系,研究可理解系統組件交互行為的數學方法。運用運籌學、范疇論、拓撲學等理論,構建系統成員統一的行為視圖,形成用于復雜的自適應系統組成和設計的形式語言,構建融合作戰網絡,實現有人-無人系統數據與資源的實時共享。同時建立具備動態識別和調整能力的功能框架,通過任意的系統組件對系統行為進行統一分析,促進復雜系統架構集成和行為預測評估,提升系統對高動態可變環境的實時響應能力。



  2016年12月,DARPA提出了“進攻性蜂群使能技術”(OFFSET)項目,針對復雜城市作戰環境,計劃開展由250個異構無人機和地面機器人組成的集群架構技術開發與能力驗證。項目重點開展集群作戰戰術、人機協同能力、自主智能水平、軟件算法開發、模擬環境與平臺開發等研究工作。采用開放式合作方式,由系統集成商諾格公司和雷錫恩BBN技術公司負責開展集群架構、模擬環境及實物測試平臺開發,同時吸引多個合作開發商將其集群戰術與算法集成到該平臺進行競賽,推動先進技術應用與集成。2020年4月,DARPA發布了第5輪“蜂群沖刺”合同,項目目前已完成了包括自主性、人機接口與交互、模擬環境技術驗證等多項技術的研究與驗證工作。



  2018年7月,DARPA公布了“自適應跨域殺傷網”(ACK)項目,針對“馬賽克戰”體系下大量分布異構有-無人平臺通信、偵察、打擊等任務能力的跨域協同需求,開發半自主多域自適應請求服務(MARS)軟件,通過軟件自主識別能力和人機交互界面,輔助作戰人員快速識別可用戰場資源,并根據指定作戰任務快速形成不同平臺和能力的作戰效能評估,協助作戰人員開展快速決策,生成基于“殺傷網”的最優行動方案。



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  圖4 自適應跨域殺傷網示意圖



  02、指揮控制技術



  “馬賽克戰”提出了“去中心化”戰場組織形態,強調指控體系扁平化,將傳統自上而下的指控網絡轉化為更加靈活的作戰授權分級機制,實現戰區內作戰單元對戰場資源的靈活調用。美軍對“馬賽克”相關無人機指控技術主要開展了三個方面研究,包括復雜體系作戰規劃與管理技術,以解決跨域協同作戰場景下,大量異構分布式無人作戰單元的作戰任務規劃與戰場管理難題;高實時性動態彈性指揮控制網絡技術發展,以應對作戰環境的不斷變化產生的“馬賽克戰”無人機作戰單元的動態重構需求;有人-無人戰場協同能力發展,利用無人機自主智能技術,構建良好的人機交互與任務協調機制,加速形成一體化作戰能力。相關研究項目如下:



  2014年2月,DARPA提出了“分布式戰斗管理”(DBM)項目,面向當前日益復雜的作戰體系(包含大量無人機、導彈、機載設備)引起的高對抗環境中的態勢理解、規劃決策、戰斗管理難題。開展分布式自適應規劃控制、分布式態勢感知、高效人機交互界面研究,開發自動化決策輔助工具和無人機自動控制算法,利用有限帶寬戰術數據鏈高效實時處理分發作戰數據,協助空中戰斗管理人員和飛行員管理空空與空地戰斗,項目開展多次大規模虛擬和現實聯合飛行試驗,驗證了實時任務管理及網絡對抗環境態勢理解系統能力。



  2015年2月,DARPA提出了“對抗環境下的彈性同步規劃和評估”(RSPACE)項目,設計構建通信網絡動態變化的戰場環境彈性指揮控制(C2)架構,項目預期提供三項關鍵能力,包括針對未來戰場,提供近千余種無人機等作戰單元的自主信息管理與協調能力;開發基于異構分布式作戰平臺的彈性調度技術;充分利用計算機能力提升以人為中心的決策效率。BAE系統公司為該項目開發了包含可視化界面和實時警報功能的“分布式交互命令和控制工具”(DIRECT)軟件,可融合多類分布式空中平臺態勢,為操作員制定計劃和執行任務提供有效信息支持。在通信受限或不可靠環境下,軟件會自動將任務帶寬需求調為最小,極大提升作戰網絡魯棒性。



  2018年10月,美國空軍研究實驗室(AFRL)戰略發展規劃和實驗(SDPE)辦公室根據空軍需求啟動了自主無人原型機 “天空博格人” (Skyborg)項目,旨在開發無人機通用的人工智能算法平臺,提升未來無人作戰飛機的智能化指控與復雜空戰任務能力。項目提出了多項無人機自主能力要求,包括自主起降,自主避障,躲避危險氣象條件能力;基于作戰環境的自適應任務規劃能力等。AFRL已為該計劃開展大量基礎研究工作,并于2019年以來選用小型噴氣式無人機測試解決方案(RATS)和復雜環境自主性測試(TACE)軟件包開展了多項飛行測試。美空軍目前正在尋找適用于該項目的無人機平臺,科拉托斯公司的XQ-58A與波音公司的“空中力量編組(ATS)”無人機均計劃參與競標,項目預計于2021年實現原型機首飛,2023年具備初始作戰能力,“天空博格人”系統有望成為美軍未來無人機空戰能力核心。



  2019年5月, DARPA啟動了“空戰演變” (ACE)項目以支撐“馬賽克戰”體系構建,項目旨在運用人工智能等技術開展空中視距內自主格斗控制算法開發與驗證,探索有人和無人平臺自主執行高動態非線性復雜空戰任務能力。主要研究工作分為四項,包括基于單機或編隊的局部行為自主空戰算法研究;開展模擬實驗,測試飛行員在局部空戰行為中對自主系統的信任度;開展基于大型演習數據的全局行為自主化系統空戰系統研究;搭建全尺寸飛行器試驗平臺,融合自主空戰算法,開展飛行試驗。DARPA期望通過該項目研究提升飛行員對自主系統的信任度,運用機器自主技術執行更多的復雜空戰任務,提升有人-無人作戰單元協同效率,適應未來無人機自主化作戰需求。



  2019年12月,DAPRA提出了“小型作戰單元體系增強”(SESU)項目,旨在運用小型無人機集群技術為美國陸軍營、連級部隊提供異構分布式作戰系統,協助執行偵察、打擊等任務,以應對未來敵反介入/區域拒止(A2/AD)能力威脅。項目主要聚焦于兩個關鍵技術領域,首先開展自適應指揮控制(C2)技術開發,為搭載不同傳感器和武器載荷的低成本空地無人平臺提供高效的任務規劃與協調能力;其次是基于小型分布式平臺作戰需求,開發新型低成本傳感器、作動器、武器載荷等,提升系統作戰任務能力。



  03、通信網絡技術



  未來強對抗、動態變化的戰場環境對“馬賽克戰”體系下無人機通信網絡多跳中繼、異構數據互通、跨域協同、節點容量等能力提出了更高要求,DARPA在網絡協議、信息交互技術、通信距離、容量、時延及安全性等方面開展多項研究工作,以構建支撐“馬賽克戰”體系的彈性自適應通信網絡。包括開發網絡數據管理工具,實現多類協議、波形數據互傳,提升網絡兼容性和互操作性難題;開展動態自適應組網技術研究,針對復雜任務需求和戰場環境變化,實時調整網絡參數,實現通信資源優化配置。相關研究項目如下:



  2014年1月,DARPA提出了 “競爭環境中的通信”(C2E)項目,針對戰場日益增加的無人機裝備產生的通信網絡抗干擾、低可探測性需求,開發新型自適應通信網絡系統,實現不同類型、波形、協議的作戰飛機間的互聯互通。同時參考智能手機網絡架構模型,采用開放自適應通信網絡開發環境,支持第三方技術和功能的快速開發,加速新技術應用。系統采用模塊化硬件平臺,針對不同平臺進行軟件開發,加速現有裝備融入新型通信網絡,也支持不同波形和協議設備的互聯互通,提升異構平臺網絡兼容性。



  2015年10月,DARPA發布“任務優化動態適應網絡”(DyNAMO)項目征集,旨在解決戰場有人、無人機日益增加引起的通信網絡互操作難題,以及敵電子戰系統不斷發展產生的復雜空戰通信環境威脅。項目提出針對未來分布式作戰需求下的跨域動態自適應網絡技術研究,通過動態調整無線電參數以適應不斷變化的傳輸需求和網絡環境,提升通信網絡魯棒性,增加傳輸帶寬和速率。同時針對已有的異構平臺和專用網絡,開發相應軟件實現網絡信息共享,提升網絡兼容性。項目計劃采用C2E項目開發的開放性架構無線電硬件平臺,開展海軍和海軍陸戰隊多平臺系統兼容性通信測試,驗證圖像、目標指示等多種射頻數據信息的連通性與處理能力。



  2020年6月,DARPA提出了彈性分布式“馬賽克”通信計劃,項目針對美軍傳統遠程戰術通信天線及放大器重量大、成本高、易受干擾等缺陷,提出運用空間分布的小型低成本信號收發模塊替代傳統能量、功率高度集中的天線及增益模塊,構建具備移動、自組織、自修復特征的“馬賽克”通信網絡,為單兵、艦船、有無人作戰飛機、衛星等海陸空作戰單元提供彈性、低成本、抗干擾遠距通信能力。項目計劃開展系統設計、性能驗證和架構開發三個階段研究,研究周期45個月。



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  圖5 彈性分布式“馬賽克”通信示意圖



  此外,DARPA還開展了多項與無人機相關的其他技術研究,用于支撐“馬賽克戰”理念應用與發展。例如,開展“導引頭低成本轉化” (SECTR)項目,為小型空射平臺提供在較少外部信息支持下截獲目標的新型導引頭傳感器和制導技術。開展“競爭環境目標識別與適應” (TRACE)項目,運用機器算法提升有人和無人機平臺對于復雜環境和密集目標的雷達識別精度等。



  3、總結



  DARPA等機構開展大量研究與驗證工作,推動“馬賽克”體系下無人機在作戰功能分解、跨域自主規劃協同、彈性通信網絡架構、高效人機交互、集群戰術與能力、編隊協同與控制、智能自主決策等領域技術的快速發展,為開發具備“馬賽克戰”特征的無人機平臺裝備提供了大量技術基礎,推動了無人機集群、“忠誠僚機”等作戰平臺的發展,加速形成強對抗環境下分布式異構無人機的電子戰、制空作戰、防空壓制與摧毀等多種作戰能力。



  典型 “馬賽克戰”無人機平臺



  構建具備實戰能力的“馬賽克戰”體系,需要無人機平臺提供支撐。傳統無人機裝備多基于特定作戰任務目標與場景開發,功能與接口固化,難以滿足相應能力要求。為推動新技術應用,加速構建“馬賽克戰”體系能力,美國開展了多種具備分布、低成本、動態協同特征的無人機裝備型號發展,本文選取典型平臺進行介紹。



  1、小精靈無人機項目



  隨著競爭對手遠距探測和攻擊能力不斷提升,“反介入/區域拒止”威脅逐漸加強,為降低裝備研發成本和周期,提升空中無人裝備靈活的遠距打擊能力,DARPA 于2015年8月提出了小精靈項目,項目總周期43個月,合同總額6 400萬美元。目標是運用分布式作戰理念,采用低成本可復用空中小型化作戰平臺,可攜帶偵察等模塊化任務載荷,由載機攜帶至戰區附近進行發射和回收,極大降低作戰單元成本,提升作戰靈活性[23]。項目計劃研究三類關鍵技術,包括安全可靠的空中發射與回收技術;低成本、多用途,有限壽命周期的機身框架設計技術;高精度飛控導航與地面跟蹤技術。



  DARPA于2016年授予了洛馬等四家公司小精靈無人機系統第一階段項目合同,設想利用轟炸機、運輸機或者戰斗機實現空中批量發射,任務完成后由C-130運輸機進行空中回收,第一階段計劃完成空中發射回收技術、發射平臺集成方案、高精度飛控導航等關鍵技術研究。



  DARPA于2017年授予了戴內提克斯公司和通用原子公司小精靈無人機第二階段研發合同,兩家公司分別開展其全尺寸演示系統的初步方案設計,并完成各系統部件的風險測試工作。DARPA于2018年授予了戴內提克斯公司小精靈無人機項目總額3 860萬美元,時長21個月的第三階段合同,計劃完成無人機的研發、制造、分系統測試及集成后的原型機試飛與回收驗證。同時,美空軍計劃從F-22和F-35戰斗機上發射和回收小精靈無人機,以提升其領空穿透能力,增加戰斗機情監偵任務范圍。



  小精靈無人機翼展3.48 m,重680 kg,最大任務載荷65 kg,最大發射高度12 192 m,最大回收高度6 096 m,最大巡航速度大于馬赫數0.6。每架載機能搭載16架小精靈無人機,每架機可完成20次發射回收,每次任務完成后24 h內可以實現重新部署,擬采用機械臂在空中抓取無人機后拖入機艙實現回收。無人機可搭載光電/紅外成像系統,合成孔徑雷達,激光指示器,電子戰支援與電子攻擊載荷等。



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  圖6 小精靈回收示意圖



  2019年1月,編號為X-61A的小精靈項目無人機在美國猶他州杜威試驗場進行了首飛,無人機由C-130A運輸機發射后,飛行1 h 4 1min,但在地面回收階段由于主降落傘未正常打開,損失1架驗證機。2019年11月,戴內提克斯公司完成了包括地面模擬、空中發射與回收、指揮控制、飛行數據采集在內的全部測試工作,并演示了30 min內發射和回收4架X-61A的任務能力。目前4架原型機運行狀態良好,預計在2020年開展第二階段飛行測試工作。



  2、忠誠僚機相關項目



  隨著戰場環境日益復雜,敵偵察及防空能力不斷增強,造價昂貴的戰斗機已經無法滿足未來作戰需求。美國空軍實驗室于2015年發布BAA公告提出開展忠誠僚機概念研究,旨在運用先進的人工智能,先進的指揮控制和無人機平臺技術,開發能夠在未來拒止環境中與有人作戰飛機開展編隊協同,執行偵察、電子戰、打擊等多種任務的無人機,由此提升有人機作戰能力,減少高價值戰場資源損耗。



  美空軍實驗室計劃分階段開展具備自主能力的無人機僚機技術研究,2020年,驗證無人僚機攜帶武器并作為目標指示平臺協助有人戰斗機平臺開展對地打擊任務的能力。2022年,開展有人-無人編隊對敵空中防御壓制能力(SEAD)驗證,使無人機充當武器平臺、目標指示平臺、情監偵平臺、信息融合平臺、誘餌平臺等多種功能,可通過四代機無人化改裝,實現跨代有-無人機協同編隊,優勢互補。以美國“空軍研究實驗室”和波音公司為主,開展了大量“忠誠僚機”相關項目研究工作。



  01、“低成本可消耗飛機技術(LCAAT)”項目



  2015年,美空軍宣布啟動 “低成本可消耗”(LCAAT)無人機項目,旨在應對日趨復雜的戰場環境和國防預算持續縮減壓力,開發高性能、低成本無人作戰飛機,未來替代或協助有人機執行偵察、電子戰、打擊等多種作戰任務。同年9月,美空軍研究實驗室挑選6家集成供應商開展概念方案設計、驗證機制造和試飛驗證。



  2016年7月,空軍實驗室選定科拉托斯公司授予開發合同,用于研發和制造3架驗證機。2017年6月,科拉托斯公司在巴黎航展展示了其編號為XQ-222的驗證機模型。同年7月,該機編號更改為XQ-58A。2019年3月,XQ-58A無人機在美國亞利桑那州尤馬試驗場完成了76 min的首飛任務。2019年10月,的第三次試飛著陸過程緩沖系統出現問題,導致無人機出現損壞,生產合同計劃推遲。2020年1月,XQ-58A完成第四次試飛工作,驗證了49項測試內容。2020年2月,科拉托斯公司宣布在與美空軍研究實驗室開展技術演示驗證的同時啟動批量生產程序,計劃在2021年第一季度交付首批12架無人機。



  XQ-58A是一種遠程高亞聲速隱身作戰無人機,機長8.84m,翼展6.7m,最大飛行高度13716m,最大飛行速度Ma0.85,航程超過3 400km,有效載荷不低于230 kg,包含內埋彈倉和翼下載荷,配裝一臺渦扇發動機。可通過跑道起降,也可由火箭助推,導軌發射。XQ-58A采用的開放式任務架構,可針對不同任務需求換裝不同載荷模塊,執行制空作戰、防空壓制、電子戰、情監偵等多種作戰任務,提升有無人協同作戰能力。



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  圖7 科拉托斯公司XQ-58A無人機




  項目通過有限壽命開發、模塊化任務載荷選配、先進低成本制造技術等大大降低了開發成本,滿足了美空軍對于低成本可消耗無人機的要求,最低單價目標不超過200萬美元。同時采用更好的設計工具,優化制造流程,使得從合同授出到首飛只使用了兩年半時間,大大縮短了研制周期,加速了新技術應用。



  02、空中力量編組系統(ATS)項目



  2019年2月,波音澳大利亞公司在阿瓦隆航空展上推出了名為空中力量編組系統(ATS)的平臺,項目由波音公司與澳大利亞超過35個合作方共同開發,未來將作為忠誠僚機平臺裝備澳大利亞皇家空軍,這也是波音公司為全球國防市場開發ATS平臺的基礎。該平臺是由人工智能技術驅動的高度自主的模塊化定制無人機平臺,可以作為軍用戰機的僚機,協助其執行情監偵、戰術預警等多種任務,實現作戰能力倍增。



  ATS平臺采用數字孿生設計技術,波音公司建立了結構、機載系統,任務能力及全生命周期的實時數字模型,在不同任務場景下模擬開展數千次試飛,以測試機體和任務系統能力。波音公司已在15個自主試驗平臺上開展了包括自主控制、數據融合、偵察與避障等技術研究,并于2019年11月完成了試驗機首飛,測試了高速下無人機的安全溝通和協調能力。波音借助多種設計和開發手段,極大縮短了研發周期,降低了研發成本。2020年2月,波音澳大利亞分公司完成了三架ATS原型機機身結構組裝。2020年5月,波音公司公布了其制造的首架原型機,按計劃將在2020年內開展原型機首飛。



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  圖8 波音空中力量編組系統(ATS)無人機




  ATS無人機采用后掠上單翼,V型尾翼布局,機身采用波音公司有史以來最大的單件樹脂灌注復合材料,進氣道位于機身兩側,機長11.58 m,最大航程3 700 km,具有較小雷達反射截面和良好的高亞聲速飛行性能。無人機采用特殊的模塊化設計方案,可以快速更換的機鼻提供了1.5 km3容積,并配備了開放式架構載荷接口,可以按照客戶需求開發指定類型的任務載荷,為多樣化任務能力提供了靈活的平臺條件。



  在人工智能技術的支持下,ATS無人機具有高度自主控制與飛行能力,為有人-無人機編隊飛行提供了安全保障,可與F/A-18E戰斗機、F-35A戰斗機、EA-18G電子戰飛機、E-7A預警機和P-8A海上巡邏機等多型有人作戰飛機組成編隊,在強對抗環境下執行情監偵、電子戰、對地打擊等多種復雜作戰任務。



  啟示建議



  1、無人機技術推動“馬賽克戰”體系構建



  傳統戰斗機系統集成度、研發周期和成本日益提升,加之有人平臺過載、環境等條件受限,已無法滿足“馬賽克戰”體系對平臺靈活異構、強適應性、成本低等要求。無人機集群、忠誠僚機等相關技術的發展,提供了多類分布式作戰平臺形態,適用于大中小多類作戰任務;快速低成本設計理念的運用大大縮短了設計周期,加速了新技術集成開發;人工智能和自適應通信網絡技術的融合,實現了高效自主與動態協同。為構建“馬賽克戰”體系提供了良好的技術與能力載體,加速體系構建。



  2、“馬賽克戰”加速無人機作戰能力生成



  無人機產生至今,多依靠其低成本、靈活部署等特點執行多種簡單枯燥任務,尚未有效融入現有裝備體系,形成顛覆戰場形態的作戰效果。究其原因,小型戰術無人機多針對特定作戰任務,型號多、類型雜,互操作性差,難以形成通用化作戰能力;現有中大型無人機多采用以平臺為核心的型號系列化發展路線,依靠改型獲得新的作戰能力,平臺擴展性差,新技術應用難度高;未來新型無人作戰飛機技術成熟度低,開發成本高、周期長,無法達到有人戰斗機作戰能力。



  “馬賽克戰”的提出與應用變革了無人機裝備的發展模式,從體系化作戰角度出發,著眼大中小型無人機全壽命設計周期,采用分布式、標準化、通用化、模塊化設計理念,形成多類型具有互操作性的武器化、傳感器化無人機平臺,開發適應性通信網絡,依靠有-無人協同等概念降低對高端平臺自主能力需求,基于現有技術成熟度快速形成無人機在強敵對抗環境下的作戰能力,加速無人機融入現有裝備體系。



  3、無人化“馬賽克戰”變革未來戰爭形態



  “馬賽克戰”體系下的未來空中戰場將存在大量無人機裝備,包含具備強突防與打擊能力的攻擊類無人機,具備強隱身特征的偵察類無人機,具備多頻譜對抗能力的電子戰無人機,具備高自主決策能力的空戰無人機等。運用模塊化設計和通用架構開發的無人機平臺將具備更高的經濟可承受、自適應任務能力,適用于多類作戰環境與需求。未來,有人機與無人機協同執行任務或僅有無人機自主執行復雜作戰任務或將成為常態。



  4、未來需形成“馬賽克戰”有效應對



  美國提出的“馬賽克戰”體系是對傳統作戰人員組織架構、裝備技術發展、作戰樣式的顛覆式變革,通過引入人工智能等多種技術,結合自適應動態協調殺傷網,提升敵方戰場預測和應對成本,對中俄“區域拒止/反介入”能力產生巨大威脅。針對由大量分布異構無人機組成的 “馬賽克戰”自適應殺傷網絡,可以增強遠距偵察預警能力,遠程發現并壓制摧毀敵武器和電子戰載荷,損耗其攻擊能力;采用面殺傷方式,運用集中式強殺傷武器對敵“馬賽克戰”作戰單元及通信網絡進行集中式打擊;發展分布式作戰能力,針對敵動態殺傷網絡,形成點對點打擊效果,降低應對成本。



  美國提出“馬賽克戰”體系并將其作為新時期下軍事作戰與裝備發展的頂層核心設計,勢必對未來作戰形式產生重大影響。本文梳理美國在無人機領域的相關項目研究,分析無人機與“馬賽克戰”相關技術研究進展及成果,形成對美國“馬賽克戰”體系下無人機裝備發展的深刻認識,分析未來強對抗環境下無人機裝備與技術發展方向,為我國無人機裝備作戰能力提升提供啟示建議,推進我國在未來無人機發展新賽道上快速形成技術積累與革新。




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