问题其实不在于 "是否",而在于 "何时何地 "在实时作战中使用无人机群,这是机器人战争的下一个发展阶段。

图:无人机群表现出维持凝聚力和自我修复能力的生物行为

2018 年 1 月初,在俄罗斯位于叙利亚西部的 Khmeimim 空军基地操控庞大防空网络的俄罗斯操作人员发现了 13 架低空飞来的无人机。当俄罗斯防空作战人员使用 EW 和 SHORAD 系统与这些无人机交战时,俄罗斯人清楚地意识到,他们正在目睹一种新类型的无人机协同攻击。

俄军在千钧一发之际击落了 7 架无人机,并干扰了其余 6 架。虽然 "伊斯兰国 "和阿富汗塔利班都曾使用无人机投放临时爆炸物,但当晚对赫梅米姆的袭击失败令无人机战争的密切观察者感到不安,因为这是首次记录在案的非国家行为体在作战行动中发动大规模无人机袭击的事例。在整个 2018 年、2019 年和 2020 年,俄罗斯在叙利亚的设施遭到了更多无人机袭击,迄今为止,俄罗斯反导人员在叙利亚使 150 多架无人机失效。

2019 年 9 月 14 日,25 架集群无人机分两波袭击了沙特阿美石油公司位于 Abqaiq 和 Khurais 的国有石油加工设施。对袭击前后阿布盖克设施的卫星图像分析显示,共发生了 19 次单独袭击。值得注意的是,沙特的防空力量,包括强大的 MIM-104 "爱国者 "和 Crotale NG,都未能阻止这些无人机和巡航导弹的袭击。这表明,从多个方向飞来的无人机和巡航导弹群如何能长时间不被发现,并压垮常规防空系统。

转向无人驾驶

多年来,美国和以色列在各种作战行动中广泛使用了无人机,而土耳其在叙利亚和利比亚以及阿塞拜疆在 2020 年纳戈尔诺-卡拉巴赫战争中对亚美尼亚的使用,则真实地展示了未来战争将如何随着无人驾驶飞行器的使用而演变。通过电子网络对坦克和防空系统协调使用武装无人机和闲散弹药非常有效。

这一点在阿塞拜疆击落亚美尼亚 S-300 和 SHORAD 网络以及战术战区(TBA)200 多辆军车的行动中得到了特别的体现。与俄罗斯从 2014 年起在乌克兰使用无人机(UAV)相比,这次行动的规模要大得多,在乌克兰,网络化无人机与俄罗斯地面进攻武器系统合作,摧毁了乌克兰军队的主要纵队和补给站。

随着世界注意到这些小国展示先进作战能力的里程碑事件,军用无人机的使用将迅速扩大,主要是在全球范围内大量引进侦察和攻击型无人机。在这方面,以色列、土耳其、俄罗斯和中国正在提供一个有效的替代工业基地,以挑战西方在先进无人机和相关技术扩散方面的主导地位。

图:斯捷潘纳克特附近的亚美尼亚 S-300 萨姆炮兵连(插图),显示阿塞拜疆以色列制造的 Harop 游荡弹药无人机的大规模无人机袭击造成的破坏

然而,对赫梅米姆空军基地和沙特石油设施的无人机袭击,以及在乌克兰、叙利亚、利比亚和纳戈尔诺-卡拉巴赫协调使用无人机,显示了未来空战向所谓 "无人机群 "概念演变的早期迹象。尤其是对叙利亚境内俄罗斯兵力的大规模无人机袭击,凸显了无人机群日益构成的猖獗危险,即使在非国家行为者手中也是如此。这种小型无人机团队相互协作,不仅为美国、俄罗斯、中国等大国提供了改变游戏规则的能力,也为小国和非国家行为者提供了改变游戏规则的能力,他们将利用无人机群发挥高度不对称的作用。非常重要的是,低成本、不复杂的无人机协同作战,通过数量达到目标饱和,会给防空部队带来高昂的代价。

虽然防空部队也许能抵御少数几架临时拼凑的无人机实施的松散协调攻击,但近邻国家的竞争者却能派出更先进、更密集、更灵活、适应性更强和网络化的兵力。

揭开无人蜂机群的神秘面纱

那么,究竟什么是无人机蜂群呢?蜂群机器人技术是一种将多个自主机器人协调为一个系统的方法,该系统由大量实体机器人组成,只需极少的人工干预即可控制。这些机器人通过机器人之间的互动和凝聚力,以及机器人与环境的互动,表现出集体自组织(SO)行为。

对昆虫、鱼类、鸟类和动物的蜂群行为进行的生物学研究为蜂群算法提供了支持。全球的蜂群研发工作主要集中在开发分布式人工蜂群智能能力、技术商品化以降低成本影响,以及提高蜂群中各代理之间的自主性。

在壮观的灯光秀中,大规模无人机都是由中央控制的,而在真正的蜂群中,每架无人机都会根据机载人工智能自行飞行,以模拟自然的算法保持编队和避免碰撞--没有真正的领导者和追随者,蜂群中的所有代理都有自己的 "头脑",能够进行集体决策、自适应编队飞行和自我修复。这种蜂群的好处是,如果有一架无人机掉队,或者有几架无人机坠毁,蜂群可以重新安排,继续执行任务,直到最后一架无人机升空。

随着时间的推移,军队的通信、训练和组织能力不断增强,他们能够以越来越复杂的方式作战,利用更先进的条令形式,每一次演变都优于前一次。如今,军队主要进行机动作战。在这里,蜂群将是战争的下一个演变--蜂群表现出近战的分散性和机动战的机动性。它们具有不同程度的自主性和人工智能。自主性可将军事影响力扩展到防御严密的作战空间,与载人系统相比,其作战范围更大,持续时间更长;而人工智能则可确保执行危险的自杀式任务,从而实现更大胆的作战概念(CONOPs)。面对日益严重的威胁和对有争议空域的快速渗透,两者都能取得更大的成功。

这种向无人机的转变正在全世界发生。而投送动能和非动能有效载荷的首选途径是空运。传统上,在美国这样的空中力量密集型军队,几十年来,空中作战一直依靠能力日益增强的多功能有人驾驶飞机来执行关键的作战和非作战任务。然而,对手从更远距离探测和攻击这些飞机的能力不断提高,导致飞行器的设计、运行和替换成本上升。因此,如果能派出大量具有协调和分布能力的小型无人机系统(UAS),就能以更低的成本为全球各国军队提供更好的作战范围。这些无人机系统与有人机系统结合在一起,将作为一个 "系统之系统 "有效地打击敌方目标。在这种情况下,有人与无人协同作战(MUM-T)将发挥兵力倍增器的作用,实现自主与协作,作战人员的角色也将转变为指挥,而不是控制蜂群。配备分布式人工智能的全自动武装无人机群(AFADS)一旦投入使用,将在无需人工干预的情况下定位、识别和攻击目标。

图:AFADS将被证明是下一代战场的游戏规则改变者

虽然新技术,特别是人工智能和边缘计算,将推动无人机群的发展,但关键因素仍然是群软件。为此,所有集体行为最好都能归入 "蜂群 "一词。然而,协作自主有 "三个 "变革性的行为梯队--成群结队,即数量可观的无人机自主执行抽象指令,但还达不到真正的蜂群行为。攻击叙利亚俄罗斯空军基地和沙特油田的无人机就是利用了这一梯队。蜂群(Swarming),即大量无人机完全通过蜂群算法实时聚集在一起,是协作自主的最高境界。“忠诚僚机”(Loyal Wingman) 通过紧急成群或核心成群行为实现协作自主。这些平台将以 MUM-T 模式运行,与战斗机一起高速飞行,并携带导弹、ISR 和 EW 有效载荷。预计 "忠诚僚机 "将以地面设施为目标,击落敌机,并在有争议的空域抵御防空导弹和电子攻击。

美国的蜂群军事

美国在蜂群技术方面处于世界领先地位,并开展了一系列蜂群无人机和弹药计划。它在 2017 年展示了 Perdix 蜂群。三架F/A-18 "超级大黄蜂 "战斗机在空中释放了共计103架Perdix无人机。

无人机在预选点编队,然后出动执行四项不同任务。其中三个任务是在目标上空盘旋,第四个任务是在空中形成一个 100 米宽的圆圈。演示展示了 Perdix 的集体分布式智能、自适应编队飞行和自我修复能力。

这种无人机群有很多用途。战斗机可以释放无人机,为地面部队提供侦察,猎杀敌军并报告其位置。它们还可以干扰敌方通信,形成大范围飞行通信网络,或对特定区域进行持续监视。它们可以装载小型炸药,攻击敌方单个士兵。在空对空作战中,它们可以伪装成更大的目标,欺骗敌方飞机、地面车辆和导弹上的雷达。

图:2017年的Perdix Swarm无人机演示是一次重要的能力演示

美国国防部高级研究计划局(DARPA)也展示了 X-61A Gremlin 空射无人机。DARPA Gremlins 计划背后的理念是将 C-130 等货机变成能够发射和回收成群小型无人机的母机。这将为军方开辟一个充满可能性的世界,允许部署成群的小型、廉价、可重复使用的无人机,这些无人机装有不同于传统飞机的传感器和有效载荷。

美国海军和海军陆战队的低成本无人机群技术(LOCUST)项目是另一项正在进行中的无人机群开发项目,该项目从一个管状发射器发射小型无人机,以执行各种类型的任务。

美国陆军也在研究无人机群和基于强化学习(RL)的人工智能算法,以用于多领域战斗场景中的战术战场,在这种场景中,无人机群将与异构移动平台动态耦合和协调,以超越敌方能力。

图:采用基于强化学习的架构将提高集群的效率

美国还在试验使用集群无人机系统的导弹部署智能弹药进行协作智能弹药投放,有效载荷可从 GMLRS 或 ATACMS 平台发射和部署。有效载荷由多个可部署的智能无人机组成,能够向指定目标投送小型爆炸穿甲弹(EFP)。美国空军的 "金帐汗"(Golden Horde)是开发下一代进攻性技术的 "先锋"(Vanguard)计划的一部分,它将把小直径炸弹(SDB)等弹药联网,在按照一套预先确定的规则发射后协同作战,从而提高有效性。

此外,美国空军的 "天堡 "计划旨在设计和部署一支由忠诚的僚机无人战斗机(UCAV)组成的人工智能机队。作为 "天堡 "计划的一部分,Kratos XQ-58A、Sierra 5GAT 和波音公司的 ATS 正在进行开发试验。

全球军事蜂群

另一方面,英国可能会在 2021 年中期拥有世界上第一支投入使用的蜂群无人机部队,以执行包括深入敌后执行自杀式任务和压倒对手防空部队在内的任务。英国皇家空军的№216中队已被赋予测试和部署未来无人机群能力的任务。英国还宣布了 "蚊子 "项目,该项目是英国皇家空军 "轻型廉价新型战斗机(LANCA)"无人机 "忠诚僚机 "计划的一部分。该项目旨在到 2023 年实现无人僚机联网飞行。

英国还测试了由无人机组成的自主蜂群,每架无人机都携带莱昂纳多公司的 "光云"(BriteCloud)可消耗主动诱饵变体,作为电子战有效载荷。利用含有电子战干扰器的 "光辉云",无人机能够对假想敌综合防空网络的雷达发动模拟非动能攻击。

法国空中客车公司为未来战斗航空系统(FCAS)/未来战斗机系统(SCAF)项目首次展示了协作远程载机群(RC)和僚机技术。

俄罗斯人在乌克兰和叙利亚拥有操作协作无人机和反击无人机的丰富经验。过去十年来,俄罗斯加大了无人机的研发力度,其目标是到 2025 年在军队中部署大量机器人飞行器。俄罗斯提出了一项名为 "Flock 93 "的计划,目的是在协调饱和打击任务中使用高密度的无人机。这一概念最初由茹科夫斯基空军学院和私营企业提出,包括同时发射 100 多架无人机,每架配备 5.5 磅重的弹头。

俄罗斯还测试了 S-70 Okhotnik UCAV,该无人机与俄罗斯战斗机编队一起扮演 "忠诚僚机 "角色,穿透对手领空。俄罗斯还在 2020 年公布了一个更轻型的 "忠诚僚机 "项目,代号为 "Grom"。俄罗斯人意识到美国和中国在蜂群自主领域的领先地位,并正在开展研发和产品开发活动,以便在未来十年缩小在这些细分领域的差距。

图:俄罗斯的S-70“鄂霍特尼克”忠诚僚机与苏-57战斗机

中国是最接近美国高密度无人机群能力的国家,正在开发人工智能赋能的自主无人机群。最近,中国电子信息产业研究院(CAEIT)测试了由 CH-901 无人机组成的 48 x 管发射无人机群。中国电子信息产业研究院过去曾在 2017 年演示过 200 架无人机的军用蜂群。中国公司还展示了令人印象深刻的 1000 多架无人机群,使用四旋翼无人机进行大型公开展示,但这些无人机是地面控制的,不具备分布式智能。中国正在整合现有的无人机群,与军方一起发挥强大的协作自主作用。中国还在研制一款忠实的僚机--中航工业 601-S "暗剑",它将与第四代和第五代战斗机平台协同作战。

其他开发无人机群技术的国家还有以色列,但以色列对此类计划的细节保密。不过,考虑到以色列多年来使用无人机作战的性质,我们有理由相信,该技术已经成熟,并已部署到其无人机机队和巡航弹药上,其中一些已通过瘫痪叙利亚反导网络得到验证。

有趣的是,IAI 提供了基于智能手机的蜂群指挥和控制应用程序,并在全球销售。土耳其已通过 TB-2 等国产平台在叙利亚和利比亚证明了成熟的 MALE 无人机能力,该国也有各种蜂群无人机计划。其中最主要的是 "卡古"(Kargu)四旋翼无人机,它可以在战术战场上发挥动能攻击作用。土耳其正力争在未来成为全球无人机大国。然而,最近美国对其国防工业的制裁很可能会限制从西方引进高科技。

图:土耳其军队已经部署了500多架卡尔古蜂群无人机系统进行动能攻击

伊朗是另一个在团体作战中使用无人机的中东国家。伊朗已将无人机作为其军事战略的主要支柱。伊朗当局使用无人机主要有两个目的--侦察和攻击,伊朗有能力在地平线上空和大多数天气条件下执行任务。其中包括能够投掷炸弹或发射导弹并返回基地的无人机,以及寻找机会目标的 "神风特攻队 "无人机。

伊朗当局在后者上取得了更大的成功,这在 2019 年沙特油田袭击事件中就可见一斑,当时使用了伊朗制造的无人机和巡航导弹。虽然在飞行器集群方面可以实现基线协作自主,但伊朗和土耳其尚未在其无人机群中展示出真正的分布式情报能力。但他们的努力清楚地表明了该技术的成熟和扩散。

印度的蜂群无人机“奥德赛”

在印度,印度空军自 2019 年以来一直在通过其 "美赫巴巴"(Meher Baba)计划开拓蜂群无人机的研发工作。该计划旨在深入开展人道主义援助和救灾(HADR)行动。

另一方面,印度陆军在 2021 年 1 月新德里的印度建军节阅兵式上展示了成熟的进攻能力,75 架自主无人机组成的蜂群采用分布式智能和边缘计算,以神风特攻的方式摧毁了各种模拟目标。在演示中,侦察无人机对目标进行调查,然后由攻击无人机和母机释放有效载荷和装有爆炸物的神风特攻队无人机实施攻击。西方评论家注意到印度陆军演示的几个重要特点,并将其与美国围绕无人机所做的努力进行了比较,后者通常强调大型同质蜂群。他们指出,印度的原创性工作在世界上首次公开展示了异质蜂群,这可能是该领域的未来发展方向。印度的一家新创公司 "新空间研究与技术公司"(NewSpace Research & Technologies)与印度陆军合作开展了蜂群开发项目。

图:2021年建军节,印度陆军在新德里展示了一架75架无人机

印度的印度斯坦航空有限公司(HAL)推出了空中发射灵活资产(ALFA -S)空中发射蜂群无人机系统,作为其下一代空中作战编队系统(CATS)的一部分。这是一项独特的计划,利用空中发射的远程载具和蜂群单元网络来渗透有争议的空域。美国空军的空军研究实验室正在就 ALFA-S 的各个方面与印度进行合作。NewSpace Research & Technologies Pvt Ltd 也是 HAL ALFA 计划的合作伙伴。

HAL CATS 计划的另一个组成部分是 "勇士 "忠诚僚机资产。该僚机用于执行防空和进攻性打击任务,将与印度的 Tejas LCA 和即将问世的 AMCA 第五代战斗机一起发挥 MUM-T 的作用。值得注意的是,印度的本土研究力量和政府的 "印度制造 "推动了印度对颠覆性技术的接受,在某些领域与世界各国的类似努力不相上下。HAL 在班加罗尔举行的 "2021 印度航空展 "上首次展示了 "勇士 "的 1:1 模型。

未来就是现在

值得注意的是,虽然无人机群可能还不能成为最终的 "产品",但在未来十年内,基本的无人机群技术在全球范围内的扩散是不可避免的。无人机蜂群技术是机器人战争的下一个发展方向,虽然各国政府在过去几年中已经透露了无人机蜂群技术的进展情况,但这些进展大多是保密的。问题不在于是否使用无人机群,而在于何时何地使用无人机群作为成熟的作战概念(ConOps)的一部分。

图:HAL的CATS Warrior无人僚机在2021年印度航空展上亮相

对大多数国家来说,"蜂群作战概念 "是一个 "障眼法",只有通过利用数百个异质蜂群单位进行临床和强有力的实地试验,才能使其成熟起来。最终用户承担的这种 "规模和相关成本 "将决定动态采用、有意义的作战方式和可接受的将蜂群作为真正战剂加以利用的上岗时间表。正是在这一点上,美国和中国等国家比世界其他国家具有明显的优势,可以在各种任务中部署蜂群无人机能力,其规模将使其在未来数字化竞争的空域中处于有利地位。

Sameer Joshi 是印度空军退役战斗机飞行员,拥有驾驶米格-21 和幻影-2000 喷气式战斗机的经验。除了是一名创业企业家,他还对航空航天、国防和军事历史有着浓厚的兴趣。

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