军用机器人技术是现代和未来战争的核心技术。该领域的进步与人工智能(AI)、量子计算和大数据等新兴和颠覆性技术(EDT)的发展以及民用领域的突破密切相关。军用机器人是可以根据算法执行自动化、自动或自主行动的系统。在军事领域,机器人技术有望成为力量倍增器,降低武装部队的人力风险和成本,并对 21 世纪的战略竞争产生重大影响。

随着技术的进步和生产成本的降低,军用机器人技术正变得越来越容易为更广泛的行为者所利用。无人驾驶飞行器(UAV)是军事机器人技术最发达的领域,最近的调查结果显示,目前有 95 个国家在使用无人驾驶飞行器,其中 20 个国家拥有武装无人机,另外 20 个国家正在寻求获得这种能力。无人地面运载工具(UGV)和无人海上系统(UMS)的发展也日新月异。值得注意的是,无人地面运载工具所涉及的技术与某些民用工业--例如汽车工业--的技术相似,这使得这些系统的开发和生产更加容易,成本更低。由于海洋环境对无人系统仍具有挑战性,因此 UMS 的设计难度更大。

由于大国拥有庞大的国防预算和研发(R&D)技术能力,预计它们将引领未来军用机器人技术的开发、部署和使用。此外,大国之间重新开始的竞争也刺激了它们在这一领域的投资。大国在军用机器人方面的政策、理论和能力是了解全球趋势和军用机器人潜在未来的基础。因此,本文分析并比较了美国、中国和俄罗斯在以下方面的发展:(1) 与国防相关的创新政策;(2) 将军用机器人技术融入军队的理论演变;(3) 不同类型军用机器人技术的投资和能力。

图 1:每个国家的 RAS 项目数量。(资料来源:B: B. Torossian 等人,"机器人和自主系统的军事适用性",海牙安全研究中心,2020 年 2 月:20)。

美国保持技术领先地位的目标

美国与国防有关的创新政策仍然依赖于冷战时期的 "抵消战略",其目的是保持对竞争对手的技术优势,以确保战略主导地位。美国的投资力度超过其他任何国家,自 1983 年以来,每年用于国防创新的支出始终在 550 亿美元以上。然而,美国国防部(DoD)的预算并不完全足以维持长期发展,因为电子战技术的研发成本非常高昂。国防高级研究计划局(DARPA)和国防创新单元(DIU)等政府机构之间的合作,以及与硅谷和世界上最好的私营科研机构和大学网络的联系,使美国在军用机器人研发领域继续保持领先地位。科学进步还得益于美国自由和以市场为导向的经济体系。

在条令方面,美国认为使用军用机器人可提供战略、作战和战术优势。机器人能力旨在威慑竞争对手,减少人员参与野战任务的 "三D"(枯燥、危险和肮脏)。在缺乏适当条令的情况下,美国陆军发布了一份题为《美国陆军机器人与自主系统战略》的指导性文件,详细阐述了无人系统的四项主要战术任务:(1)提高态势感知能力;(2)提供后勤保障,减轻士兵的体力负担;(3)促进移动和机动能力;(4)保护前线的人类部队。这份文件于 2017 年发布,说明美国在将军用机器人技术融入武装部队的条令思考方面领先于竞争对手。

在能力方面,美国的机器人武库依然无与伦比。美国军方目前拥有 26 种无人机,从微型无人机到大型无人隐形无人机应有尽有。美国还得益于在该领域数十年的经验、强大的机构支持和最大的采购市场(预计到 2025 年将达到 94.8 亿美元)。关于 UGV,美国正在逐步部署更多的系统,重点是机器人和士兵之间的有人无人单元组队。海军陆战队和美国陆军都配备了 Milrem Robotics 公司的 THeMIS UGV,预计到 2025 年,整个 UGV 采购市场将增长两倍,达到 3.845 亿美元。UMSs 采购市场在质量和数量上的增长可能最为显著,预计到 2025 年将达到 11.26 亿美元。这涵盖了海军能力的整个范围,从便携式 Battlespace UUV 到 XLUUV 无人潜艇。国防部还开发了蜂群技术,使无人机群能够集体行动,2017 年的 Perdix 测试就表明了这一点。

总体而言,美国在国防创新、条令演进和军用机器人实战方面的表现表明,它有能力继续在这一领域占据主导地位。美国的军事预算规模、军民两用和与军事有关的研发力度,以及国防部各部门与一流科技大学之间的合作,都使美国在军用机器人领域的竞争中占据主导地位。此外,美国还可以依靠与世界上一些经济和技术最先进的国家(如日本、韩国和北约成员国)建立的庞大伙伴关系和联盟网络。国际合作,如澳大利亚、英国和美国之间的 AUKUS 三边条约,主要侧重于共享军民两用技术,从而为美国的国防创新努力起到了力量倍增器的作用。这是与俄罗斯和中国的显著区别。图 1 显示了全球民用和军用机器人与自主系统(RAS)项目的数量,并凸显了美国(连同英国)在这一领域的主导地位。

图 2:在国防、太空、机器人和运输领域排名前五的国家。(资料来源:J: J. Gaida 等人,"ASPI 的关键技术追踪--未来力量的全球竞赛",澳大利亚战略政策研究所,2023: 17)。

中国在创新和军用机器人领域的大幅赶超

自 2012 年起,中国开始实施一项名为 "军民融合"(MCF)的国防创新政策。MCF 政策旨在促进中国民用技术企业与军队之间的融合。MCF 已成为中国的主要战略措施之一,追赶技术更先进的国家,并在 2049 年超越美国成为全球领先强国。通过改革中国科学院,将研究机构、私营企业和国防企业集团改革,中国在开发创新技术方面达到了令人瞩目的先进水平。然而有专家称,中国还不能独自确保整个先进电子或半导体供应链的安全。图 2 显示了国防、太空、机器人和运输领域排名前五的国家。这凸显了中国在新兴技术开发方面的领先地位,其中包括与机器人相关的国防应用。

中国在将军用机器人技术融入武装部队的条令方面也正在取得进展。正如一位观察家所指出的,这是 "中国人民解放军(PLA)从历史上专注于国内安全和中国大陆防务向新兴的在中国海岸以外部署军事力量的条令演变 "的直接标志。通过 "前沿防御"(FD)概念,打算采用非对称作战手段,在近海击败更强大的对手。在这方面,EDT 是中国国防态势的基础,因为自动化和机器人化是 FD 的两个组成部分。它们能让解放军更快、更明智地做出决策,应对更广泛的威胁。据报道,中国正在考虑使用自主武器在战场上取得战术和作战优势的可能性。无人系统的实战化和集成化也被视为中国寻求战略首要地位的象征性基准。

中国正在大力投资人工智能和机器人能力:2018 年,与人工智能相关的国防支出达到 27 亿美元,2019 年军用机器人的收购市场占 14.4 亿美元。中国军用机器人相关发展在无人机领域引人注目。从 20 世纪 90 年代生产仿制无人机的低成本模型开始,中国已成为 "无人机横向和纵向扩散的推动力"。中国现在可以生产与美国产品相媲美的尖端系统,如 GJ-11。中国向至少 16 个国家出口无人机就是这一成功的例证。虽然中国的无人潜航器过去并不特别先进,但现在已经取得了显著的进步,例如携带轻机枪的 "利爪一号"。预计在 2019 年至 2025 年期间,UGV 采购市场将以年均 64% 的速度增长,达到 4.656 亿美元。关于 UMS,中国正寻求通过 HS001 等无人驾驶系统挑战美国的海上霸主地位。预计到 2025 年,中国的 UMS 采购市场将增长七倍,达到 8 亿美元。

总体而言,中国已成为开发 EDT 的领头羊,在某些关键军民两用技术方面超过了美国,如协作机器人和高超音速飞行器。过去几年,中国的技术进步的确令人瞩目。然而,在可预见的未来,中国经济体制改革的缓慢、繁琐程序以及人口和经济方面的挑战可能会带来一定的限制。在国防创新方面,中国正努力超越西方体系,形成关键技术的独立供应链。因此,成效是显而易见的,也是巨大的,特别是考虑到其采购市场的预期大幅增长。但中国是否有能力在军用机器人领域超越美国,目前尚不清楚。

俄罗斯为在技术竞争中的措施

俄罗斯在过去十年中修订了与国防相关的创新政策。其中包括成立先进研究基金会(ARF),这是一个类似于美国 DARPA 的机构。2008 年,俄罗斯还在阿纳帕建立了 "时代技术城"(Technopolis Era),这是一个类似于 "军事硅谷 "的综合体,用于开发和测试 EDT。Technopolis Era 的建立表明,俄罗斯政府正在努力 "发展一个广泛的--而且仍在不断扩大的--国防研发合作平台网络,其中包括武装部队、国家民事机构和私营机构"。迄今为止,这些举措似乎并不成功,这主要是由于俄罗斯的创新表现不佳,以及 ARF 预算规模较小。俄罗斯在全球创新指数中排名第 45 位,在人工智能和其他 EDT 方面并不领先。此外,ARF每年的预算为6300万美元,俄罗斯的投资远远低于美国和中国。俄罗斯国防工业还过度依赖外国制造的电子产品和半导体,因为国内几乎不具备这方面的生产能力。2022 年俄罗斯入侵乌克兰后,西方国家对俄罗斯实施制裁,使问题更加严重。图 3 显示了自 2019 年 1 月以来对俄罗斯的半导体出口变化情况。

图 3:2019 年 1 月至 2022 年 11 月对俄罗斯的集成电路出口额。(资料来源:D. Andrew et al: D. Andrew 等人,"俄罗斯在美国和盟国的出口限制下转移进口来源",华盛顿国际贸易协会,2023 年 1 月:13)。

在条令层面,大多数观察家认为,在新一代战争(NGW)范式下改革后的俄罗斯军队将使俄罗斯能够进行现代联合作战和混合战争,包括使用军用机器人。该范式的一个目标是用机器人取代约 30% 的人类部队。同样,俄罗斯 2019 年的主动防御(AD)作战概念依赖于先发制人化解试图攻击本国的敌人的逻辑,包括通过广泛使用 EDT。俄罗斯继续寻求用机器人取代其武装部队中的某些人类任务,据报道,俄罗斯还寻求为机器人分配直接作战任务。俄罗斯已投资开发 FEDOR 等仿人机器人,这些机器人将能够携带武器并执行基本的步兵任务。然而,俄罗斯似乎并没有像大多数专家在俄乌战争前所认为的那样,将机器人系统纳入其武装力量条令。这表明俄罗斯在这一领域落后于美国和中国。

近年来,俄罗斯在机器人系统的研发和集成方面投入了大量资金。无人机几乎已被整合到各个军事层面,并得到越来越多的使用。俄罗斯的工作重点是生产成本低廉的战术无人机,如 S-70 Okhotnik 或 Grom。预计到 2025 年,无人机采购市场将达到 10 亿美元。鉴于其陆地大国的历史定位,俄罗斯正在大力发展 UGV。UGV 采购市场预计将从 2019 年的 9000 万美元增长到 2025 年的 3 亿美元。据报道,俄罗斯武装部队在叙利亚和乌克兰的行动中使用了各种类型的 UGV,从而积累了战场经验。然而,这些系统(如 Uran-9)大多表现不佳。俄罗斯没有优先发展 UMS,主要是因为缺乏技术专长和资金。除了 "波塞冬"--据说是一种正在研发的核动力和核能力系统--俄罗斯的 UMS 不太可能达到美国或中国的水平。预计到 2025 年,俄罗斯 UMS 的采购市场将达到 8180 万美元。

总体而言,即使在 2022 年与乌克兰开战之前,俄罗斯也在竭力发展反弹道导弹。这包括其国防相关创新政策改革不成功,机器人技术投资和性能水平远低于美国和中国。西方对大多数工业产品和技术的制裁削弱了俄罗斯开发和生产军用机器人的能力。俄罗斯被中国台湾半导体制造公司和英特尔等集成电路行业领先企业列入黑名单,中国拒绝向其提供先进技术,这些都是重大制约因素。然而,俄罗斯仍有可能通过白俄罗斯、土耳其和中国等国获得西方制造的敏感先进技术,尽管获得的速度和成本要低得多。此外,虽然俄罗斯在 NGW 范式下的条令发展似乎提高了其军事能力,但其武装力量在乌克兰的表现却表明并非如此。事实上,20 世纪的军事条令概念似乎仍占主导地位。

结论

三大军事强国--美国、中国和俄罗斯(在较小程度上)--在发展军用机器人技术的战略竞争中处于领先地位。有三个指标可用来评估和比较它们在这一领域取得的进展。

在与国防有关的创新方面,美国处于领先地位。美国可以利用其比较优势,如庞大的军事预算、硅谷与军事技术发展的联系以及强大的学术和研究机构网络。然而,中国的军民融合政策正在迎头赶上,在创新能力方面正在缩小与美国的差距。中国已经在一些关键领域处于领先地位。俄罗斯无法对其国防创新体系进行连贯的改革,而且在创新方面投入的资金有限,这意味着俄罗斯将难以保持竞争力。

对条令的分析表明,这三个国家的目标都是越来越多地将军事任务交给机器人系统。美国和中国在将军用机器人技术纳入武装部队的计划概念发展方面走在前列。更具体地说,这两个国家在考虑何时以及如何将无人驾驶飞行器用于军事应用方面取得了重大进展,而俄罗斯却未能做到这一点,在对乌克兰的战争中,机器人系统的出现微乎其微。

就能力而言,美国在军用机器人领域的投资规模仍然无与伦比。美国也是唯一开发和采购海陆空全方位能力的国家。中国在过去十年中取得了长足的发展,可以想象,中国将在多个领域挑战美国的军事主导地位。俄罗斯在军事机器人系统方面的支出仅是美国和中国的一小部分,尽管它在 UGV 领域取得了进步。未来,俄罗斯很可能能够在一些利基市场上竞争,比如低技术含量的战术无人机,但总体而言,它很可能会继续落后于其他两个军事大国。

归根结底,通过对这些国家在三项指标上的比较可以发现,美国很可能仍将是军用机器人研发和实战方面的领先大国,而中国正在成为一个严重的竞争对手。在不久的将来,俄罗斯实际上将退出高水平的竞争,特别是在其与乌克兰的战争造成国防和经济后果之后。因此,军事机器人领域的大国竞争已成为中美之间的二元竞争。

不过,地区大国也将在某些领域展开竞争。技术先进的国家,如以色列、英国、澳大利亚和欧盟成员国,都在增加军用机器人的研发项目(见图 1)。因此,可以预计,未来美国和中国这两个大国将在军用机器人领域占据主导地位,而中小强国则可能在某些细分领域处于领先地位。

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