进攻机动作战中的机器人集群

2017 年 12 月 4 日 无人机 无人机集群

作者:儒小丘   翻译:猫君-泊松技术

原文刊载于《联合部队》季刊 2017-4


引言

多 年来,军事科学家已开始将集群战术视为机动作战中的一个发展方向,激进的参谋和技术人员甚至开始考虑利用半自主无人机协同编队的方式来实现这一战术。这些 预测部分来源于群居生物的启发,例如蚂蚁和蜜蜂,它们利用非层级通信机制协同合作,打败更大的天敌。还有集群理论专家指出,可以借鉴古代亚洲草原上的蛮族 弓箭手组成的松弛阵型的马队集群,其对灵活性较低的敌人有着致命的杀伤力。不论灵感来源如何,在讨论集群技术时,很少有作者能够超越抽象的机器人/集群的 概念,把视角落入实践。在本文中,为了充分挖掘集群技术在火力和机动方面的效能,我们将集群概念放在现代战术概念的话语体系下加以讨论,重点放在陆军军事 理论的五种进攻机动形态。

集群战斗成员

   由 于缺乏明确的技术发展路径,集群战术的理论研究很难开展。集群作战机器人原型开发有许多路径,没有人知道集群战斗成员的长成什么样子,也没人知道他们的应 该具有哪些能力。集群无人机可以很容易地采取美国海军的LOCUST无人机(低成本无人驾驶飞行器集群技术)的外观,这是一种便宜的固定翼平台,独立管式 发射,可在空中发射后自主组成集群。另外,地面集群战斗成员可能类似于ADDER武装地面无人车那样微型坦克。就本文的讨论目标而言,我们需要作出一些假 设,未来的集群战斗成员可分为两大类:火力支援集群、机动集群。

       火力支援集群战斗成员将携带一次性使用的弹头,这些弹头被模块化改造以处理各种目标(点、面、软、硬、空中等)。这些自杀式无人机可以在空中或地面部 署。他们能够通过图像分类技术独立识别敌方目标、也可通过操作员协助控制。与许多现代化的战争武器相比,这些集群战斗员单价非常便宜,未来有可能取代精确 制导武器。火力支援集群最初将在传统的野战炮兵和航空部队中装备,但在未来,专门为此设计的半自主系统将可能独立成军。类似于小型移动迫击炮,自行榴弹 炮,高空飞行无人机或“带有火箭的卡车”的集群装备可以与机动部队协同遂行作战任务,部署响应式火力支援集群。

       理论上讲,火力支援集群战斗成员要比精确制导弹药便宜,无需人为干预就能通过目标识别算法进行瞄准,能够在战区上空持续巡飞,待机响应机动部队指令。他 们最大的优势是数量,现代防空系统的设计目标不是拦截大量的小型弹药,如果要拦截由数十枚弹药组成的火力支援集群,现有的导弹系统将不堪重负。

       机动集群无人机将类似一支微型化的现代空军。装备轻型机枪的小型四轴无人机可作为航空攻击性平台,小尺寸无人步战车则类似现代的装甲/机械化步兵,飞行的固定翼无人机集群像愤怒的小鸟一样遮断整个战场提供持续的自主空中支援。

       机动集群将比其火力支援集群更加耐用,并在战场上与战斗人员进行更多的协同。与火力支援集群不同,机动集群非一次性使用,且具有多种用途。一个机动集群 更类似于二十世纪中期以来合同化作战部队的一个缩影,作为各种战术能力的协同组合,其空中/地面成员的比例可能与现有的旅级作战部队有着显著的不同。

       限制人类战斗员发挥战场效能的最大因素,就是——恐惧,机器人机动集群则永远不会恐惧。这种对伤亡的漠不关心会避免他们的机动能力被敌方的火力所限制, 其大量部署集群战斗成员的能力,为他们提供抵抗战斗力的能力,以免战斗人员失去战斗力。主要由空中机器人组成的机动集群能够在不同高度层的空域堆叠,故相 比地面机器人集群所占空间更小。

       最后,机器人机动集群可能提供执行拉式侦察战术的最佳平台,这是任务式指挥或任务型战术的一个子集。在拉式侦察中,指挥官命令部队沿着敌人前线进行侦 察,以确定主攻方向、决战战场、敌防线突破口位置及合围方向。由于其实时采集海量数据的潜力,集群在此战术中特别有效。集群战斗成员没有丝毫停顿,比任何 一个手拿无线电报告的班长更快的传递着战场态势情报。虽然每个士兵都都可以作为一个战场传感器,但是每个集群战斗成员更是一个拥有可靠内存的传感器平台。 集群战斗成员的每次射击都能提供一个数据点,这些数据点汇集之后即可帮助集群(或人类分析员和操作员)确定敌前线部署的兵力、密度和属性。通过适当的处 理,这些集群数据可以为指挥员实时战场上敌人活动的实时可视化图景,提高他们认知能力,更精准的感知这个充斥着数以十万计机器人、人、车和飞机的战场。

       可以想象一下一下数以千计的无人机实时采集战场数据的力量,以及敌前线防御弱点可以通过机器人计算和利用的速度。然后再想象一下,这些相同的无人机能够 多快的集中攻击这些防线薄弱的。在上述场景中,受过训练的无人集群执行OODA环的速度比人类战斗人员快得可怕。当集群间进行对抗的时候,算法效率和处理 能力可能会决定战斗的结果,如果机器人成为军队的主要机动力量,那么部队的移动计算能力可能成为评估其总体战力的关键组成部分。

空军和海军航空兵的角色

       在陆海空无人集群的部署、维护和网络保护方面发,空军和海军的资产将挥关键作用,即便在陆军部队的机动集集群的部署和控制中,海空军也将扮演重要的角 色。因其自身固有的优点,固定翼无人机系统在长航时、速度和有效载荷能力等方面优于旋翼无人机系统。因此,固定翼无人机应该占据未来机动和火力支援集群的 很大一部分数量。这些武装固定翼无人机平台可能交给陆军,也可能交付给空军或海军航空兵,因此海空军需要进一步将集群武器的任务指控与地面部队相结合。

目 前,空军将机动空中力量视为水平战斗之外加入战场侧翼的一种方式,但是大量固定翼无人机的部署将扩展空军的定义,使之包括陆军和海军陆战队的机动概念。与 过去的战斗飞机不同,固定翼机动集群能持续掌控地形,使空军可以像地面部队那样在战斗中执行机动任务。大量无人机能够在预定空域待机数小时甚至数天,就像 蒙古马队弓箭手那样在敌方战线前方或上方盘旋一样,如暴雨般倾泻弹药。这些无人机在地面火力的打击下可能有较高的损失率,但这是可以接受的,因为集群战斗 成员将保持很低的单位生产成本,且并不是危及飞行员——他们的训练成本非常之高昂。

       像 现代空军作战管制员一样,控制这些固定翼机动集群的空军和海军人员需要融入机动编队,为适应在陆战中的新角色,空军和海军作战条令需做出改进。此外,还应 对不同军兵种间的自动设备及无人设备组成的自动化系统之间所需的互操作性进行标准化和联合测试,集群武器在这方面的需求超过大多数20世纪的武器系统。在 本文后面的情景中,机动集群由多兵种控制。

       能力假设 自治集群技术目前尚处在新生阶段,为了探索进攻性机动作战中无人集群的运用,我们需要对其未来的能力做出预测。

       未来的集群战斗成员将拥有足够的人工智能,在接受人类操作员的初步指令后,半自主的执行任务操作。机动或火力支援集群群能够在没有人为控制的情况下处理如下复杂度的任务:

在给定中心点的500米范围内攻击所有成年男性,直到弹药消耗完毕。返回当时的集合点X或前往某地理坐标,计算在接下来的四个小时内可能被识别为成年男性的所有个体,实时中继数据,然后返回到坐标X或沿预定路径行进,如果路径不通,可授权绕行。可授权开火自卫。

       集群战斗成员具有与正在执行其他任务(如战斗或机动)的其他集群战斗成员进行无差错通信交流的能力,故机动和火力支援集群能够比人类官兵更快的在战斗中改变阵型或部署,同时他们在敌来袭火力面前忽略任何心理影响的能力更加放大了上述优势。

       集群续航能力将随着时间的推移而增长,现在让我们假设集群战斗成员拥有令人满意的能力维持独立于人类支持的行动,根据任务强度的不同续航时间可达12-24小时。某些情况下可在战斗中使用充电站延长集群作战续航时间。

       成 功运用集群技术的障碍之一是安全通信。如果没有集群内可靠通信,机动集群将变成相当于人海冲击波战术——具有致命的规模,但不能迅速集结在一个决定性的突 破点。执行直接攻击任务的火力支援集群可能不太依赖于集群内通信,且不太容易受到电子战的影响。本文中,我们假设大多数未来的集群战斗成员都拥有群内通信 能力,至少可以间歇式促发通信或与足够近的邻居进行通信。

       机 动和火力支援集群都容易受到来自其他国家或非政府组织的网络攻击。各军兵种的网络部门都需要付出相当大的努力,以最大限度地减少友军集群的脆弱性并利用敌 人的弱点。为了减少单个软件或硬件漏洞的可能性,各部队应避免群集内软件的过标准化,这将使系统的互操作性变得复杂。涉及网络战的集群战斗成员将由系统管 理员和信息保障人员组成,在敌方能够识别旧版本的开发路径之前更新软件补丁,而友军则试图攻击敌方的相应装备。加密和密码学技术的快速更新将成为另一个难 题。联合部队的通讯官可能需要每天多次更新密钥以保证信息安全。

       集群战斗员可从不同的平台部署,包括但不限于空投,炮射,巡航导弹,常规飞机和其他地面载具。


       在 战场上部署武装无人集群很有可能对敌我双方的战斗人员都构成威胁。特别是考虑到目前机器人的物体识别技术水平尚处于早期状态,因此误伤友军可能是一个较大 的风险点。为了解决这个问题,机动和火力支援集群都会在正式部署之前在其程序中加入一些火支援控制措施。这些控制措施可能是地理相关的(只作用于某个地理 边界内的敌方人员),时敏的(不要在12:00打击目标),或基于信标的(不攻击发生广播或携X信标的单兵和车辆;类似的概念在电影《异形终结》中,士兵 穿带信标,避免被漫游在星球球上的刀片机器人作为目标)。推荐采用冗余方案。

       尽 管能力强大,但是集群作战成员目前仍然只是联合作战指挥官工具箱中的一个选项。至少在未来二十年内,常规部队仍然主要由人类战斗成员和载人车辆组成,同时 机器人战斗成员的作用将与其能力同步发展。为了的某一天,战场上的大多数战斗成员可能由半自治机器人系统构成。当然,集群也不会是万能的。由步兵、载人战 斗机和舰艇携带的武器将逐渐适应集群战斗成员的到来,就像过去的坦克、导弹和潜艇一样。

       指 挥官需要多种类型的集群无人机才能有效完成任务。集群战斗成员的成本可能从几百美元(一次性火力支援弹药)到数十万没有(持续飞行战斗成员)不等,取决于 作战目的和期望的续航时间。某些集群无人机专门用于执行确定任务,还有的集群无人机装备模块化的武器和传感器,能够在不同作战场景中担当多种功能角色。最 重要的是,随着半自主技术的普及,指挥官将需要超越传统机动单元的集群载具。



进攻机动样式

      根据陆军野战手册3-90“战术”,攻击行动有5种机动:渗透、突破、正面攻击、包围和迂回。机器人集群将结合自身特点对上述作战样式加以灵活运用。在下一节中,我们将解释这些机动样式,提供战例案例,并假想机器人集群对这种机动样式的运用方法。

渗透  轻 装不对和叛乱分子最喜欢采用的战术,在进行渗透机动时,进攻方的小股部队隐蔽地从敌防御间隙穿过敌防线,渗入至敌后方有利位置,然后突然发起攻击或在主要 攻击之前制造混乱,也以用来干扰敌人补给能力。 1968年,越共发动春节攻势之前,派出数千名小股北越军队渗透进南方腹地。另一个例子是1944年6月6日上午诺曼底主攻之前,美国和英国大胆的在诺曼 底德军的防御工事后方空投部队,抢夺了重要的桥梁和交通路口。

      虽 然空降部队仍然可是执行渗透任务的有效选择,但由于投送载具的速度优势,机动集群在部署速度方面更具优势。今天,每枚战斧陆基巡航导弹可精准部署166个 子弹药,射程超过1000公里,时速度超过550英里。可以设想一支驱逐舰舰队发射这些携带数十个巡航导弹携带机动或火力支援集群,能够在执行两栖登陆、 空降或空袭作战之前夺取关键地形。上述渗透机动能力可突然在敌后部署作战力量,快速突袭敌方部队。与空降作战或强袭作战不同,通过亚音速或超音速导弹投送 集群的作战样式无需容易暴露的大型飞机,也不用建立空中走廊、大规模集结运输飞机,从而减少师级、旅级、团级作战人员的伤亡风险。

      也 就是说,集群渗透战术只需要少量人类战斗员的支持,以便在战场进行补给实现持续作战能力。少数人类伞兵战斗员将陪伴机器人集群进入战场,他们作为集群控制 员、维护员和充电站安装员参与作战。为了长时间控制阵地,机动和火力支援集群可通过空投太阳能发电站、燃油发电机或预充电电池在敌后补给充电。当然,无人 集群无法处理较复杂的任务,例如处理桥梁上安装的爆炸物或清除路障;在诺曼底攻占目标之后,美国和英国的伞兵经常需要炸毁不能被盟军利用的基础设施。

突破 突 破攻击是一种进攻性机动样式,其目的是从狭窄的正面上打开突破口,突破敌防御系统。 一旦突破机动成功,后续部队可向前推进至敌后目标,或者直接攻击敌方防御系统分裂所造成的不设防侧翼。 突破机动通常在敌防御配系十分严密、无暴露的翼侧和间隙,或者时间紧迫,不允许采取其他机动样式的机动时使用。有时也针对敌防线上的明显弱点,针对性实施 突破攻击。 自从人类有战争以来,军队一直在采用突破战术。早在暗黑时代,日耳曼战士在就采用猪头阵型突破敌人的防御圈,骑士们则把这种机动战术带到了中世纪。在更现 代的例子中,英国陆军元帅蒙哥马利成功地使用了装甲突破攻击战术为盟军赢得了二战中的第二次阿拉曼战役的胜利。

      成功的突破攻击通常使用大量的间接火力来削弱敌方防御力量,或者制止敌方部队机动以防止其协同集中。滑铁卢战役中老近卫军的突破攻击失败之前,拿破仑集中炮火削弱了英国的防御力量,但是随着反斜坡防御战术的使用和普鲁士军队的参战,进攻机动的平衡被打破了。

使 用集群进行的突破攻击过程中,机动和火力支援集群可协同识别并利用敌防御系统的薄弱环节。机动集群可沿敌前线的线性部署,形成一条散兵线,同时收集当面敌 方部队的组成和情报数据。利用远离前线的后方集群计算机,或者无人集群自身的运算能力,通过汇总集群节点采集到敌军信息并计算低防线薄弱环节,同时统计每 个扇区的己方战损和弹药消耗。一旦确定敌防线的最薄弱部分,机动集群将默默集结准备进攻。当攻击开始时,火力支援集群可替代炮兵火力进一步降低该战区的敌 防御能力,此过程中允许精确的间接火力支援高速近距离的接近集群战斗成员而无需安全距离——毕竟机器人不畏惧友军误伤。一旦初步的突破战术成功,常规机械 化部队即可利用这一突破口,推进攻击敌后目标,或瓦解敌防御体系。

正面攻击 正 面攻击是战术机动的最古老的形式之一。当指挥官拥有压倒敌方战斗力的绝对优势时,常会使用正面攻击来打击敌方,正面进攻通常在进攻防御薄弱之敌、扩张战 果、追击、仓卒进攻、遣通战或核化突击后发展胜利等场合下采用。正面进攻的特点是部队在宽大剖面上沿最直接的接近路攻击敌军。例如在邦克山战役中,英国军 队在对保卫波士顿山外坚固的殖民地民兵阵地的正面攻击作战中造成了上千的伤亡。许多指挥官在战斗前都曾计划复杂的机动方案,但实际的战场态势往往使他只能 发起正面攻击。

      机 器人集群的优势在于它能够在相似的战场环境下比人类战斗成员更快的通信和运动,这使集群可以在意想不到的地点迅速集结压倒对手。正面攻击战术的成功运用取 决于地形的复杂性和所集群部署技术的使用,实际使用效果各有区别。但如前所述,集群战斗成员的情报搜集、向联合部队指挥官传递信息的能力将使他们被作为侦 察部队和阵地部队运用。由于指挥官不会担心集群战斗成员的伤亡情况,他们被指派危险任务时会更加从容。且集群战斗成员缺乏恐惧心理,不受心理压力影响,能 够非凡的和决心执行任务。

      考 虑如下作战想定:两个规模相当的轻装步兵部队展开交战。其中一方从母机上部署数十个机动集群战斗成员,集群在人员操纵下向前推进遏制敌军。这些群战战斗成 员可能全部被摧毁,但是如果他们能够让己方的轻步兵部队有机会在风险较小的情况下比规模相似对手更便利的进行战术机动,那他们就实现了自己的目标。机动和 火力支援集群将为指挥官提供更多选项,例如用机器人的损失换取战场空间和时间,同时鼓励指挥官采用通常无法用于人类战斗员的更加激进的战术。

包围 包 围战术发动攻击部队围绕敌防线的突出或独立部分,在敌人的后方夺取目标或攻击薄弱侧翼。包围战术有如下几种样式:单包围、双包围、合围和垂直包围。上述所 有的样式都避开了敌人的正面阵地,那里敌人拥有最大的火力投放能力。在公元前216年,汉尼拔在坎尼战役中战胜了罗马军团,就是一个成功的双重包围和最终 合围的典型例子。美国的例子是罗伯特·李将军在约瑟夫维尔战役中全面包围约瑟夫·胡克将军的侧翼,这是一种大胆的战术机动确保了杰克逊和李将军在美国军事 史上的传奇地位。

      根 本上讲,成功的包围需要三个条件:相比对手更强的机动优势,信息优势(必须确定可攻击的侧翼的位置)以及包围和阵地部队之间的强有力通信保障。机器人集群 可向联合部队指挥官确保上述三个优势都能满足。正如前文渗透战术部分所述,机动和火力支援集群能够从几百英里外以近音速的飞行速度进行部署。如果战术情 报、监视、侦察体系能有效识别敌方侧翼的边界,指挥官即可要求在几分钟之内急速利用巡航导弹或空投部署集群战斗成员,从来带来巨大的战术价值。除了部署优 势之外,集群战斗成员可利用大量数据的同时采集能力和侦查数据后送能力,来帮助人类确保分析员确定敌方的侧翼的起始位置,以及敌方部队的组成。更进一步 的,机动集群可以很容易地被弹道武器部署,以实现对撤退中的敌军部队的垂直包围,打击和干扰其撤退行动,以便追击部队将其摧毁。

迂回 在 迂回机动中,进攻力量力图避开敌方整个防御部署,机动至敌深远后方,夺取纵深内及其交通线沿线的关键地形,以迫使敌人脱离当前的防御阵地,在不利条件下投 入交战。实施迂回时,须组织对迂回部队的强大的、不间断的空中支援及后勤支援。例如1863年7月,詹姆斯·朗斯特里特建议罗伯特·李在葛底斯堡决战前进 行一次迂回机动,朗斯特里特希望在乔治·米德和华盛顿特区之间部署联邦军队,迫使联盟军队进行代价高昂的攻击。另一个着名的例子是道格拉斯·麦克阿瑟在仁 川的两栖登陆,它切断了朝鲜的通信线路,逼其部队北撤。

      集群战斗成员可能最好担任地面指挥官的掩护力量,而不是进行战术迂回的战斗单元本身。因为目前集群的自主能力不足以维持其灵活的机型迂回机动。如果没有人类的指挥支持,机动集群无法在敌后长期维持战斗力,从而真正威胁敌方的通信。

      相反,可以在敌方部队和正在迂回机动的友军单位之间部署机动和火力支援集群。单个集群战斗成员的机械化和空中机动化能力不仅使他们能覆盖广阔的地形,而且还能迅速增援,以对抗敌人企图集结打击迂回友军的企图,机动战术中己方很容易将自己脆弱的侧翼暴露给敌军。



技术驱动战术

最 后,机动集群和火力支援集群的技术限制和优势将决定它们在进攻性机动中的用途,更一般的,集群的运用策略是将其作为一个整体来使用。像其他所有开创性的技 术,例如坦克、航空母、潜艇一样,集群的作战效能将随着技术的成熟度和战士对其使用的熟练性而增加。美国军官和士官们可通过兵器推演假设在战场上运用集群 来加速这一进程。沿着早期航空梦想家比利·米切尔和朱利奥·杜赫的道路,国防部的官员们必须向前看10年,甚至20、30年,届时人工智能已经可以完善的 操纵集群。实现中还存在着若干不确定性,最悲观的看是是:为了使集群技术能够在实战中有效运用,可能需多年的实战演习对集群技术加以完善,然而一旦发生真 实的战争,这些演习中形成的概念也许几个小时之内就破灭掉了。即使如此,美国军界也必须采取风险投资的思维方式,迎接那些可能改变世界的新技术所润含的风 险。为了进攻机动的作战样式可能不会很快改变,但作战单元的类型和能力范围将很快变得不那么稳定。所以,欢迎进入集群时代。


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