《海上环境中有人-无人系统协同作战挑战》万字长文

如果实施得当，有人-无人编队（MUM-T）可以在协调任务中优化高价值的有人飞行器与消耗性的、相对廉价的无人飞行器资源。这使人类操作员和机组人员能够专注于最敏感、最复杂的任务，同时限制他们暴露于危险环境。即使是简单的无人飞行器，其传感器和通信能力也能增强有人飞行器驾驶员的态势感知能力和覆盖范围；然而，在已经过度紧张的环境中，控制、监测这些额外的飞行器并避免与之发生碰撞也会迅速增加驾驶员的工作量。本文讨论了将 MUM-T 行动引入海上环境所面临的挑战，并对这种环境下的团队结构、行动和设备提出了修改建议。根据与专业海上试飞员的访谈和相关作战员出版物，将德国陆军航空兵的 MUM-T 计划的实验设置和结果与海上需求和可用资产进行了比较。无人机在海上 MUM-T 行动中的预期作用包括情报收集、超视距目标定位和通信中继。先前的研究和测试结果表明，鉴于其当前的能力和技术，海事人员从 MUM-T 行动中受益甚微。要在海上任务中进行适当的资源管理，就必须为有人资产提供更先进的显示器、为无人资产提供先进的自主性和稳健性、修改作战概念以及改进远程通信方法。特别是，各小组应要求基于任务的无人机控制、不受天气影响的可靠自主飞行器和 TLD 数据链路系统（如 Link 16）。

1 引言

在中东地区开展了数十年的陆基行动之后，最近的政治和人道主义危机发展开始将注意力越来越多地转向海上领域。俄罗斯在乌克兰半岛和世界极地的挑衅行为，以及 "阿拉伯之春 "和叙利亚内战引发的持续不断的移民危机，已将任务分散到多个行动区域--通常包括欧洲及其邻国的海岸线和水域。这些新的行动区暴露了北约（尤其是欧洲）海军组织在现有资金、资产和能力方面的严重缺口。

德国等国已经采取了应对措施，在 2019 年将军费开支增加了 10%，并设定了到 2030 年代初北约会费占 GDP 2% 的目标，作为 "行动能力 "倡议的一部分。2019 年美国海军预算以及德国海军的出版物都表明，他们对加强海上行动无人系统的研究和采购特别感兴趣，将其作为填补现有能力缺口的现代化解决方案。无人飞行器，尤其是与有人飞行器 "联手 "时，有可能以相对低廉的价格收集关键的任务数据，同时大幅减少物理足迹，缩短产品采购周期，降低飞行员和其他高价值资产的风险。

然而，要将新技术或新方法引入高负荷工作环境，需要对其安全性、可靠性和人为因素等方面与其功能和能力所带来的附加效益进行仔细评估。如果不对飞行器设计、机组人员培训和作战概念（CONOPS）进行适当修改，无人机等资产--尤其是未经认证的商用现货（COTS）变体--很快就会成为执行任务的负担，而作战概念最好是根据有代表性的任务场景来制定。

从历史上看，美国和欧洲的 MUM-T 研究一直由陆军分支项目和资金推动，通常侧重于从有人驾驶的陆军直升机内部控制无人资产。这些项目包括 AMUST-D（美国陆军）和 MiDEA（ESG 和 BAAINBw）。空中客车直升机公司（Airbus Helicopters）和施贝尔先进技术公司（Schiebel Advanced Technologies）也在研究如何将 MUM-T 应用于警务行动--同样，主要侧重于陆基车辆和任务。

根据北约工业咨询小组 (NIAG) 第 227 研究组的目标，这些项目集中式提高了机载无人机操作员与无人驾驶车辆之间的交互水平 (LOI)，最近的目标是到 2025 年将无人驾驶系统的自主水平 (ALFUS) 评定为 3-5 级，到 2045 年达到 6-8 级。ALFUS 等级的定义见图 1。

通过减轻机组人员的工作量和提高飞行器的可靠性，即使是未经认证的飞行器也可在视线范围外（BLOS）、人员附近和日益复杂的任务中运行。

图 1. ALFUS：无人驾驶系统的自主级别。

虽然从美国和德国陆军项目中开发的新能力和获得的知识对许多其他陆基 MUM-T 用户有用，但任务要求和可用资产不一定与海军任务和环境相关；因此，它们的研究结果不能立即推广，必须进一步研究。

本文主要以德国海军为例，概述了即将开展的海上 MUM-T 行动的当前愿景和预期挑战。本文讨论了共同海上任务的相关要素，并根据陆军方面的 MUM-T 飞行测试结果进行了评估。对德国兵力的海上测试和陆军测试飞行员的访谈提供了更多的视角。这些信息旨在深入探讨欧洲海军作战人员的思维模式，为有意参与即将到来的新型海上无人飞行器项目浪潮的工业界和学术界提供清晰的思路。

2 海上作战环境

"枯燥、肮脏和危险 "的任务在海事领域比比皆是，这为无人机在未来几年进入这一新的作战领域提供了大量机会。事实上，美国海军指挥官已经为无人机在 MUM-T行动中指定了有用的任务：空中加油、超视距瞄准、增强态势感知的 "情报、监视和侦察"（ISR）行动以及建立通信中继站等。同样，德国海军也资助了一些新项目，重点是舰艇着陆能力和能够执行 ISR、扫雷和目标指定任务的无人机。预计欧洲运营商在应对俄罗斯和人道主义危机时也会对美国海军指定的其他任务感兴趣。图 2 举例说明了使用多种类型系统的 MUM-T 扫雷行动。

图 2. 未来 MUM-T 扫雷行动的概念图。

海上任务通常涉及的任务区域大、出动时间长、执行任务的资产专业化--每项任务都相当独立。环境条件往往十分恶劣，可提供的辅助人员较少，这就要求在典型的海上行动中，船员的工作量更大，自主性更高。显然，人们还希望将无人水下航行器和无人水面舰艇纳入任务行动中，从而形成一个由硬件和作用差异很大的有人和无人资产组成的复杂、异质的团队。

与美国海军相比，欧洲国家（尤其是德国海军）的舰艇规模相对较小，可用飞机和其他载具较少，远距离通信能力有限。在欧盟内部，只有法国拥有（一艘）现役的功能性航空母舰；英国计划在 2021 年将伊丽莎白女王级航空母舰引入欧洲作战；德国则没有航空母舰。德国海军主要使用护卫舰和轻型护卫舰执行任务，通常只派出一艘载有 1-2 架直升机的舰艇参加北约的多国任务。德国布伦瑞克级 K130 轻型护卫舰长 89 米，舰员约 65 人，本应成为世界上第一艘配备无人驾驶飞机用于侦察的海军舰艇。虽然最初的项目因延误和项目方向的改变而受到影响，但目前的采购和开发合同显示，未来几年仍有望在该平台上建造更多的护卫舰并扩大无人机的使用范围。图 3 是 UMS Skeldar V200 准备在布伦瑞克级轻型护卫舰上进行舰载机着陆的假想图。该图代表了德国舰队的近期愿景： 像 "斯凯尔达尔"（Skeldar）这样的无人机被安装在舰艇上并直接在舰艇上运行，能够为数量减少的有人直升机提供支持。

图 3. UMS Skeldar V200 无人机在一艘布伦瑞克级护卫舰正在航行时准备甲板着陆的假想图。

由于德国舰艇几乎只在北约范围内执行任务，它们还必须不断与其他国家的任务伙伴协调，而每个伙伴都拥有不同（有限）的车辆、船员和能力。目前，大多数任务和车辆都无法与陆基中央指挥部实时连接： 大多数飞机和舰船都无法使用卫星通信系统，因此车辆和船员可能会在较远的距离上失去与任务伙伴的通信。因此，与美国海军或北约陆基行动相比，欧洲海军的海上任务需要更高的自我协调、车辆自主性和准备程度，而美国海军或北约陆基行动通常都具备 SATCOM 和战术数据链路 (TDL) 远程能力。

在这样的环境中运行的无人机还需要利用欧洲海军的小型舰艇作为母基地，成功地进行舰载起降。这些着陆坪的环境十分复杂：它们是移动平台，不断受到舰船结构产生的不稳定气流、洋流和船速的影响，以及根据海况产生的不可预测的摇摆运动的影响。预计船体表面会很滑，起飞和着陆的视觉参考可能仅限于当前的系统；船体表面不容易定制。使用额外的发射/回收系统（如网、轨道和手动发射）也是可行的，但也存在对飞机或人员造成损害的风险--尤其是在非良好天气条件下。

海上条件经常包括盐水喷雾、高湿度、阵风/大风、闪电，以及飞行器贴近水面飞行时无线电信号间歇或分散。虽然作战人员肯定会试图避免飞行器暴露在极端条件下，但天气变化可能很快，而且无法保证无人驾驶飞行器能够足够快地返回保护区以避免某些暴露。天气影响和海况对小型船舶的影响尤为明显：船舶甲板离水面更近，船舶在较高海况下的移动会更加明显。因此，用于欧洲海洋环境的无人机必须做好更充分的准备，以应对经常暴露在天气中的情况，并为在较高海况下的船舶着陆/发射做好更充分的准备。

海洋的开放性和潜在目标的自由移动自然为海上行动提供了更大的任务区域。更大的任务范围以及较少的船员/车辆资产导致系统中主动代理之间的距离大大增加。此外，无线电信号与海水的相互作用会导致某些角度的散射，当无人机在低空飞行时，这种影响会更加明显。因此，无人机与直升机等操作人员之间可能会出现 BLOS 操作和信号丢失。

由于人力/车辆资源稀缺和工作环境复杂，与陆基机组人员相比，海上舰艇和直升机机组人员的工作量通常要大得多。考虑到北约任务的额外复杂性和较少的资源数量，欧洲海军机组人员的工作量可能比美国海军机组人员还要大。目前，即使在美国海军的任务中，MUM-T 的 LOI 和 ALFUS 操作水平也远远落后于陆军同行，原因就在于此：以 MQ-8 "火力侦察兵"（Fire Scout）为例，由于直升机上的数据链天线相对较弱，且监控/操作该无人机的任务过于繁重，因此必须首先通过舰艇机组人员进行任务和飞机数据传输。通过舰载系统工作会大大延迟与机载机组人员和其他任务伙伴的通信和知识传递，但更好的飞行器自主性和数据链能力可以大大改善这种状况。

鉴于海事任务中存在多种挑战性条件，必须在控制设计中纳入特殊协议和指令，以便在没有作战员互动的情况下安全处理通信信号丢失和紧急情况。在某些情况下，必须包括经过验证甚至认证的 "返回基地 "和 "断电开关 "功能，以及相关的经过验证/认证的硬件。可能还需要定义作战区域或 "禁区"，以降低无人机造成意外伤害的总体风险，尤其是在车辆发生紧急情况时。这些要求将根据车辆、作战员和作战环境而有所不同。

虽然这些条件对当今许多无人机产品来说听起来极具挑战性（如果不是不可能的话），但民用和军事当局已经认识到将无人机纳入即将到来的任务中的明显潜力--特别是在机载存储空间和任务资源非常有限的海上任务中与有人驾驶飞机联手时。鉴于美国、德国和其他欧洲国家海军已经指定了无人机的角色，在不久的将来，无人机肯定会在联合团队中发挥关键作用。为了支持这一目标，欧盟的民事和军事当局进一步承认，并非所有的飞行器都能完全通过认证，也并非所有的飞行器都能经受住所有不利条件的考验；但是，新技术的设计和处理方式必须让人们了解并降低风险。利用 "特定操作风险评估"（SORA）流程等方法，即使是未经认证的无人机，也可根据某些飞行器特性和任务特点被认为是 "可接受的"。该程序允许对任务和飞行器风险以及机组人员工作量进行估计、了解和接受（如适当），以便让现代无人机发挥关键的新作用。

然而，要正确理解直接将这些新型无人机引入团队的工作环境和相关风险，需要的不仅仅是对飞行器和任务的了解。更深入地了解有人驾驶飞机、舰艇机组人员和其他任务合作伙伴之间的互动，对于建立功能性团队框架也至关重要。最近的陆基 MUM-T 试验，如 2018 MiDEA 计划，为指导未来的海上 MUM-T 研究和测试目标提供了一个有用的起点和背景知识。

3 陆基MUM-T飞行试验

3.1 德国陆军航空 MUM-T 项目背景

德国联邦装备、信息技术和在役支持办公室 (BAAINBw) 和德国武装部队自 2007 年起开展了一系列 MUM-T 研究项目。这些研究的目的是随着技术和方法的不断发展，定期审查人类操作员在直升机内指挥和控制无人飞行器的能力。这些项目包括模拟和飞行测试，以确定将无人飞行器纳入军事行动（如人员救援任务）的要求。

如图 4 所示，MiDEA MUM-T 系统本身主要关注两个主题： 无人飞行器在载人直升机外的操作，以及低空作业时载人直升机与 VTOL-UAS 之间的通信。

2018 年进行的飞行测试旨在确定从有人驾驶平台对无人驾驶飞机进行基于任务的半自动控制的成熟度。测试结果与 ALFUS 的目标评级进行了比较： 到 2025 年达到 3-5 级，到 2045 年达到 6-8 级--随着自主能力的进步，最终实现 "无人僚机"。无人系统的操作规程和概念以德国陆军航空兵为有人驾驶飞机规定的操作规程和概念为基础。

图 4. MiDEA - 系统簇。

3.2 MiDEA飞行试验设计

飞行试验活动使用了两架飞机：有人任务航电试验直升机（MAT）和无人任务航电试验直升机（UMAT）。图 5 所示的载人飞行任务航空电子设备测试直升机是在贝尔 UH-1D 的基础上经过大量改装的模块化飞行任务航空电子设备测试直升机。图 6 所示的 UMAT 是一种 150 千克重的垂直起降（VTOL）无人机，以 UMS Skeldar R-350 为基础。

UMAT 可在不同的自动化程度下飞行，并为 MiDEA 进行了改装，增加了安全功能和定制的实验飞行能力。相关的灵活移动地面控制站（"FlexMobBKS "GCS）也如图 6 所示，为无人机驾驶员指挥员和无人机有效载荷操作员提供工作站，并为无人机试飞工程师提供两个工作站和观察员空间。

图 5. 用于 MiDEA MUM-T 测试的有人 "MAT "测试飞机在飞行中。

图 6. 上图：无人驾驶 "UMAT "试验飞机。下图：灵活的移动地面控制站。

UMAT 的实验飞行员（EP）是德国陆军航空兵试飞员，坐在右座。EP 被指定为任务指挥官，负责协调任务，并通过一套改进的多功能显示器（MFD）监控 UMAT 数据。EP 侧的多功能显示器和控制装置是为模拟 UH-"虎 "式驾驶舱而设计的，右侧的多功能显示器经过进一步改装，可显示 UMAT 传感器视频。一名安全飞行员（SP）坐在左侧座位上，该座位配备了备用系统，包括传统的 UH-1D 型多功能显示器和控制装置。与此同时，一名飞行测试工程师（FTE）通过一个名为 "空中移动无人机控制站"（AM UCS）的专用控制站，在 MAT 直升机机舱的右侧座位上远程操作 UMAT。另一名 FTE 从 MAT 机舱的左侧座位观察飞行任务。有关 MAT 安全概念的更多信息，请参阅参考文献 5。为 MiDEA 计划开发了几个定制的 AM UCS 屏幕，包括显示 UMAT 传感器信息的 "有效载荷视频 "屏幕和用于启动任务命令的 "规划概览 "页面。这些屏幕的示例分别如图 7 和图 8 所示。

图 7. MAT 中的 UM UCS 控制台：自定义 UMAT 有效载荷监控显示示例。

图 8. MAT 中的 UM UCS 控制台：自定义 UMAT 规划与控制显示示例。

3.3 MiDEA 试验结果

MiDEA 飞行试验在位于德国曼青的联邦国防军飞机和航空设备技术中心（WTD 61）进行。飞行由德国武装部队操作，并得到了 ESG GmbH 和 UMS Skeldar AG 的支持。在为期两周的测试过程中，进行了一系列编队飞行 "会合"、"编队飞行 "和 "分离 "机动，以及模拟着陆区（LZ）测定侦察飞行。MAT 和 UMAT 飞机在共同空域内运行，间隔距离低至 100 米。MUM-T 飞机的程序以德国陆军航空兵载人直升机编队飞行技术为基础：UMAT 的任务控制以德国武装部队规定的程序为基础，包括人机界面（HMI）要求和已知最佳实践中的态势感知（SA）管理。

在着陆区确定飞行中，UMAT 被用作前方侦察机，为载人直升机勘测飞行路径和理想着陆区。载人飞机利用 UMAT 传感器提供的实时视频，远程评估着陆区的状况，并在飞近着陆区之前验证其潜在风险。

这次飞行活动的结果表明，从总体上看，以 MiDEA 测试中可用的技术水平和资产类型，在 ALFUS 水平为 3-5 的情况下，MUM-T 成功运行是可能的。在不久的将来，随着以下技术的进步，由多个无人系统和 "无人僚机 "概念组成的 6-8 级 ALFUS 是可能实现的：为任务指挥官提供增强型态势感知显示器、更成熟的基于任务的无人机远程指挥系统、改进的自动错误检测和处理，以及无人机本身的先进飞行器自主性。

某些任务条件也会大大提高或阻碍团队的成功概率。缩短飞机之间的间隔距离可大大提高机组人员的舒适度，增强他们对态势的感知能力，并减轻机组人员的工作量。飞行器本身的形状也起到了帮助作用：UMAT 具有独特的结构元素和颜色，使机组人员能够看到位置和姿势的微小变化。有了这些直接的视觉提示，机组人员对 UMAT 异常行为的预期反应时间、信任度和压力水平都大大提高。不过，为了确保安全操作，可能需要进行一定程度的空间隔离--最有可能是垂直间隔。

对于近期的操作，有必要使用双向无线电数据和任务指令传输，以及指挥官、GCS 人员和无人机操作员之间的无线电通信，配备专门的 GCS 和机载无人机操作员。对无人机下达简单的任务指令、分析原始传感器信息以及对无人机进行有限的故障/错误分析是无人机操作员近期内的现实工作--也可能通过平板电脑而不是 AM UCS 等完整的控制台进行操作。

要长期发展到 ALFUS 6-8，配备多架无人飞行器和可能的无人僚机，将需要驾驶舱显示人机界面集成以及更高水平的飞行器自主性和可靠性。无人飞行器能够处理更高级别的抽象任务，并能自动排除故障，这将使机组人员能够安全地将更多无人飞行器引入团队。MiDEA 测试表明，除非 MUM-T 行动只使用一辆先进的无人飞行器，否则从长远来看，仍然需要一名专门的无人飞行器操作员。

4 向海事MUM-T过渡

4.1 作战员视角：访谈与讨论

与现任和前任德国武装部队成员进行了超过 15 个小时的正式访谈和非正式讨论，结合 MiDEA 的研究结果、海上行动的已知挑战以及无人驾驶技术的最新进展，讨论 MUM-T 行动即将向海上领域过渡的问题。访谈首先以书面问卷为指导，然后进行讨论，包括一个 MUM-T 任务场景示例。

受访者中有三位现役直升机（海上）试飞员，他们来自德国曼青的德国武装部队试验空军基地，拥有 2500 到 6000 小时不等的旋翼机飞行经验。每位飞行员都参加过陆地和海上行动（包括在视觉环境退化的情况下），持有以下平台的等级证书： UH-TIGER、NH90、CH53、MK-88、Sea Lynx、UH-1D 和 H-135。三名飞行员中有两名亲自参加了 2018 年 MiDEA MUM-T 测试，第三名曾担任其他项目的海上测试飞行员。

第 1 部分： 问卷回复与讨论

试飞员被要求使用相关任务任务要素（MTE）提供从舰艇上执行海上直升机任务的高层次概述。接下来，他们确定了哪些 MTE 在认知上有难度。这些 MTE 可以来自标准海事程序，如 ADS-33 PRF 和 HOSTAC 中描述的程序，也可以是定制的 MTE。参与者可根据需要使用纸笔绘制任何插图。

第 2 部分：MUM-T 行动的海上 MTE

在第二部分中，要求飞行员确定在哪些海上任务阶段或 MTE 中使用无人机可能更有利。他们被特别要求关注 "沉闷、肮脏或危险 "的任务环境，并确定最适合 MUM-T 行动的 MTE/任务阶段。在他们回答之后，还要求对每种情景进行进一步叙述。

鉴于其中两名飞行员直接参与了 2018 年陆基 MiDEA MUM 飞行测试，他们可以直接利用最近在这些演习中获得的第一手知识和经验。第三名飞行员拥有丰富的海军直升机飞行经验，也可以利用这些第一手飞行经验。

4.2 作战员访谈和讨论结果

第 1 部分：问卷答复与讨论

潜在的 MUM-T 任务

试飞员首先描述了载人直升机执行以下任务的情况：

1.海空搜救 (SAR)： 直升机搜索并营救遇险人员，将他们带到海上的军舰上。

2.人员和物资运输： 如登上大型船只（如超级油轮）执行检查、救援或船员保护任务。

3.反潜战任务： 飞机在公海或沿海水域搜索和探测潜艇，并在必要时通知/保护船只或船队。

鉴于他们在 MiDEA MUM-T 飞行试验中的经验以及现代无人机系统的能力，飞行员们支持在上述行动中使用无人系统的想法。他们特别指出，让无人机执行侦察、制导、冲击和支援任务具有潜在优势。根据他们的经验，无人机系统实际上可以从直升机或舰船操作中心进行远程操作，只要必要的指令是基于任务层面的，这将使无人机既可以作为直升机中队的一员参与，也可以充当直升机/舰船的接口，而不会很快使操作人员应接不暇。

搜索和救援、侦察和反潜战任务为说明无人机在 MUM-T 中队中的用途提供了简单的例子，因为无人机如今已被用作飞行传感器平台。在最简单的情况下，可以在有人驾驶平台（如海军直升机或 P-3C 猎户座）的 "前方 "派出一架无人机（或一组无人机），作为前方侦察机，搜索距离直升机更远、高度比固定翼飞机更低的潜艇、洄游船只或失踪人员。这使有人驾驶飞机能够在更长的时间内靠近友军基地，远离潜在威胁，从而显著提高机组人员对态势的感知能力，降低这些高价值资产在敌方火力、恶劣天气和其他危险条件下的暴露程度。这也节省了飞行员的时间、注意力、燃料和其他资源，以备发现目标时使用。一组无人机以 MUM-T 方式工作，有可能更高效、更有效地执行搜索模式（以更低的高度、更慢的速度，并将数据传输回专门的操作员），从而为搜救任务赢得宝贵的时间，使有人驾驶飞机能够直接飞往需要帮助的人身边。

MUM-T 任务的挑战和特殊考虑因素

飞行员们在详细讨论 MUM-T 中队的拟议行动时指出，当前形势将决定允许的最大/最小任务条件。需要考虑的任务条件包括天气、海况、海上战术形势以及队伍中的参与舰艇。这里的 "战术情况 "是指 MUM-T 车辆资源的实际组织情况：即无人机先于有人驾驶飞机作为前方侦察机执行侦察任务，在机动过程中保持垂直间隔，和/或规定车辆从舰艇/基地出发/返回的发射/回收顺序。

除了评估任务条件外，飞行员们还指出，可靠的通信和数据链路是与无人机合作执行精心协调的海上任务的首要考虑因素。目前，大多数 COTS 无人机使用视距（LOS）无线电数据链路技术发送/接收指令和数据；在未来的海上任务中，预计这些技术在资产之间的距离通常较远的情况下性能不会很好，特别是考虑到无人机的飞行高度较低，而且还包括超视距行动。目前用于无人机的超视距（BLOS）技术和设备--通常使用额外的地面节点或天线来重复、散射和/或传播 LOS 信号--在海面条件不可预测的公海上作用微乎其微，而且可能仍然无法到达远处的无人机。目前，北约和欧洲的海上飞行器通常也无法使用卫星通信 (SATCOM) 或战术数据链路 (TDL)；它们通过驾驶舱无线电进行语音通信，并依赖本地传感器数据。如果无人机和其他 MUM-T 车辆之间没有其他技术主动转发信息，预计在许多任务中会丢失共享通信、传感器数据和车辆位置。在陆地行动和一些海军（如英国）中，"链路 16 "TLD 技术已成功地为偏远地区的网络化能力基础设施奠定了基础。Link 16 是一种广泛使用的基于 TDMA 的高速、低频（960-1215 MHz）数字数据链路，可实现安全、抗干扰的通信。虽然 Link 16 被大力推广为 MUM-T 行动以及海上行动整体现代化的一项使能技术，但采用这种技术也并非易事：当前飞机天线的传输功率相对较低，而飞机航空电子设备的频率（高频和甚高频）较高，因此无法立即兼容。不过，经过一些修改，这将有助于在整个海上任务中保持与无人机和其他 MUM-T 资产的连接。

第 2 部分：海事 MUM-T MTE

为无人机调整海上任务和机动并非易事。飞行员们深入讨论了一个关键任务场景：将飞机回收到海军舰艇上。

在 "舰船回收 "任务中，直升机从移动的舰船甲板上发射并回收。德国海军直升机的标准 "回收任务 "基本上结合了 "Bob-up "和 "Bob-down "动作。如图9和图 10 所示，这可转化为以下 MTE：

• MTE 1 - (1)： 在甲板旁盘旋、
• MTE 2 - (2)： 侧、
• MTE 3 - (3)： 在甲板上精确悬停、
• MTE 4 - (4)： 在甲板上着陆。

图 9. 回收任务方法： 侧视图。

图 10. 回收任务方法： 自顶向下视图。

这项任务的两个主要关注领域是

1.根据载人平台的现有程序，制定无人机从移动的船甲板发射/回收的动态要求和程序。

2.有人驾驶和无人驾驶飞行平台在接近船甲板和从移动飞行甲板回收时的着陆优先顺序。

飞行员指出，有人驾驶飞机任务要素和机动的标准规范不一定能立即应用于无人机系统平台。标准程序和由此产生的 MTE 应考虑到每种无人机的独特特性--种类繁多。例如，对于没有非常复杂的自动着陆系统的自主无人机来说，替代发射和回收方法（以及专用硬件）可能更合适。除此之外，典型的无人飞行器体积小、重量轻，硬件设计明显不够坚固，缺乏飞行员互动，这些因素肯定会导致风、天气、湍流气流和着陆平台的相对移动对飞机进行受控着陆的能力产生更明显的影响。

修订后的飞行阶段、操纵和要求应特别考虑到控制系统引起的振荡，并确保足够的控制余量，以防止无人机系统失去稳定性。有鉴于此，对有人驾驶飞机动力学和控制及其相关 MTE 的明确要求无疑是开发无人机相关版本的坚实起点。

5 结果与讨论

通过文献检索、对 MiDEA 飞行测试项目的评估，以及对德国武装部队现役和退役成员（包括海上和陆军试飞员）的访谈，对海上 MUM-T 任务的预期机遇、挑战和要求有了清晰的认识。

潜在的海上环境 MUM-T 任务确定如下：

1.情报、监视和侦察 (ISR)

无人机系统充当前方侦察兵/"忠实的无人僚机"，收集载人资产无法获取的一般 ISR 数据，为前方的天气和其他威胁 "扫清 "道路。

2.扫雷与反潜战

无人机系统从低空收集潜在敌区上空的传感器数据，以确保目标区域没有水雷或潜艇。与 ISR 任务类似，只是在预定目标、传感器和程序方面更加具体。

3.通信中继

无人机系统在通信链中充当中继器，帮助在偏远地区建立临时网络。任务伙伴之间可以快速共享语音和数据通信，也可以共享中央/陆基指挥中心的语音和数据通信。

4.目标定位（包括超视距目标）

无人机系统为载人资产识别和指定目标--最终也会 "超越地平线"--以扩大团队的覆盖范围，并允许载人/高价值资产留在更安全的位置。

5.海空搜救（SAR）

无人机系统协助搜寻失踪人员/遇险人员，提供有关救援现场情况和人员状况的进一步信息。对人员、船只和状况的持续跟踪，以及收集救援的视频/静态图像，将使载人资产能够准确评估救援要求和策略。

在海上任务中操作无人机系统面临诸多挑战，特别是对于无人机设计中通常使用的消费级硬件和电子设备而言。海上任务的任务区通常较大，在开放水域和沿海地区的持续时间较长，这就要求无人机系统具有更高的自主性、可靠性和耐用性。应假设无人机暴露在盐、沙、湿气、闪电和狂风中。海上舰艇，尤其是用于欧洲/北约任务的舰艇，其存储空间和船员支持也相对有限，可能会遇到意想不到的恶劣天气（无法轻易进入室内遮蔽），并且需要从移动的舰艇上发射、回收和存储。在这种环境下开展 MUM-T 行动将面临更多挑战，并对无人机系统提出更高的要求：

1.失去与无人机/BLOS 操作的数据链接

MUM-T CONOPS、风险评估、培训和任务规划必须正确估计和考虑与无人机系统数据链路的丢失。未来，链路 16 和相关技术（如 "兵力追踪"（BFT））可提供一种不间断通信的方法；但是，目前在海上行动中使用的平台上还没有这种方法，也无法立即使用。

2.避免碰撞和自动程序

海上 MUM-T 将包括编队飞行和其他近距离机动，尤其是在船甲板平台内部和周围。这就需要硬件和软件（无人机系统以及有人驾驶飞机和舰船）来支持态势感知、飞行器分离（如高度偏移）、避免碰撞/障碍以及整体安全/可靠的无人机控制系统。

3.机组人员工作量大/需要基于任务的自主性

在任务中增加新的任务、车辆或技术之前，必须考虑 MUM-T 机组人员的工作量。海事人员通常在高工作量条件下工作；因此，无人机不应需要持续的远程控制：任务级自主（包括起飞、着陆、故障处理和应对紧急情况）将是必要的。

6 结论

包括分布在广阔任务区的多种无人资产在内的异质 MUM-T 兵力对 MUM-T 行动构成了特别困难的挑战，因为如果没有适当水平的飞行器自主性和可靠性，无人机操作员很快就会不堪重负。飞行器的设计必须相对坚固，以应对咸水上空的恶劣天气条件：由于任务区面积大，海军舰艇及其船员地处偏远，可能需要增加续航时间、航程、可靠性/自主性、改进远程通信、舰艇起飞/着陆能力和耐腐蚀性。

尽管具有挑战性，但在海上任务中使用相对消耗性的无人机是一种强烈渴望的能力，有可能在不增加欧洲海军预算的情况下使其现代化。适当整合和使用无人机（主要作为携带传感器的侦察机）可大大提高团队安全高效地执行任务的能力： 无人机可以被派往更接近危险天气条件的地方，监视冲突地区，并在广阔的海域上空长时间作业。这些信息将使团队能够为即将到来的情况做好更充分的准备--节省他们的时间、注意力和精力，以执行高负荷的复杂任务。

根据目前无人机和舰载车辆的能力和技术，MiDEA 的研究结果表明，海事人员从目前的 MUM-T 操作中获益甚微--除了最简单的任务外，他们在管理无人资产时可能会遇到更高的工作量。团队需要更先进的显示器、无人飞行器可靠的自主性以及更多的机组人员协调/培训，才能在这样的团队中成功执行大多数海上行动。

然而，更具创新性的基于任务的无人飞行器控制设计，再加上可靠、坚固的飞行器设计，显示出在海上 MUM-T 任务中使用的真正潜力。MiDEA 测试结果表明，随着飞行器自主性和可靠性的提高，以及机载操作、监控和通信系统的日益完善，机组人员的工作量可能会真正减少，并开始建立对无人任务合作伙伴的信任。随着技术的不断进步，这一趋势将持续下去，越来越复杂的任务也将切实融入 MUM-T 元素。

前期工作

本文借鉴了与 ESG 内部研究课题相关的工作成果，这些成果大部分尚未公开发表。此外，还参考了 BAAINBw 和德国武装部队研发项目的公开资料，参与人员由 ESG、联邦国防军飞机和航空装备技术中心 (WTD61) 和 UMS Skeldar AG 提供。本文的撰写独立于 MiDEA 项目，讨论的主题超出了该项目目前的范围：进一步的背景研究、数据分析和个人访谈将主题扩展到包括海上因素在内的先前陆基测试结果。