美军无人空战装备智能化发展动态及启示
2022年8月第50卷第4期
Aug.2022
Vol.50No.4现代防御技术
MODERN DEFENCE TECHNOLOGY
美军无人空战装备智能化发展动态及启示*
董康生1，胡伟波1，沈雁鸣1，唐上钦2
（1.中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所，四川绵阳621000；2.空军工程大学航空工程学院，陕西西安710038）
猎人装备
摘要：美军无人机在军事行动中发挥了巨大作用，且数量规模和智能化水平在不断攀升。为抢占无人智能化作战新的制高点，美军开展了一系列新的研究试验。从美军现役无人机装备出发，分析了其主要作战运用特点以及优缺点。针对美军装备无人智能化发展新动态，重点分析了自主空中加油、“忠诚僚机”、弹协同、算法战、先进作战管理等软硬件方面取得的重大进展，并总结了其无人智能化发展呈现出的新规律、新特点。从空战理论、能力技术和装备体系3个方面，提出了应对无人智能化装备发展的思考建议。
关键词：无人机；导弹；智能化；集化；协同；算法
doi：10.3969/j.issn.1009-086x.2022.04.004
中图分类号：V279；E844；TJ0文献标志码：A文章编号：1009-086X（2022）-04-0028-10
Development and Implications of Intelligent Unmanned Combat Aerial
Equipment by the US Army
DONG Kang-sheng1，HU Wei-bo1，SHEN Yan-ming1，TANG Shang-qin2
（1.China Aerodynamics Research and Development Center，Computational Aerodynamics Institute，Sichuan Mianyang 621000，China；2.Air Force Engineering University，College of Aeronautic Engineering，Shaanxi Xi′an710038，China）
Abstract：U.S.military unmanned aerial vehicles（UAVs）play an important role in military op‐erations.There is an increasing trend for the total number of the UAVs and their intelligent level.To seize the high ground in the domain of the unmanned intelligent warfare，the US army are carrying out a series of new research projects.This paper analyzes the operational characteristics as well as t
he ad‐vantages and disadvantages of the U.S.military′s in-service UAV equipment.According to the latest development of the intelligent technology in software and hardware，the projects of Carrier-Based Aerial-Refueling System，Loyal Wingman，Golden Horde，Project Maven，Advanced Battle Manage‐ment System are analyzed in detail.The new characteristics and pattern of these intelligent military equipment are presented.The implications and suggestions for tackling the development of unmanned intelligent equipment are proposed in terms of the air combat theory，capabilities and techniques，as well as the equipment system.
Keywords：unmanned aerial vehicle（UAV）；missile；intelligent；cluster；cooperation；algorithm
☞军事智能☜
*收稿日期：2021-11-23；修回日期：2021-12-20
第一作者简介：董康生(1988-)，男，江西乐平人。副研究员，博士，主要从事无人机作战理论与方法、机器学习等研究。
通信地址：621000四川省绵阳市涪城区二环路南段6号E-mail:weibo-**************
董康生，胡伟波，沈雁鸣，等：美军无人空战装备智能化发展动态及启示
0引言
纵观近几场信息化条件下的局部战争，从2001年美军首开利用MQ-1B“捕食者”无人机发射精确制导武器攻击地面目标［1］，到2020年1月运用MQ-9“死神”无人机刺杀伊朗伊斯兰革命卫队指挥官苏莱曼尼［2］，军用无人装备凭借其零人员伤亡、飞行包线宽广、费效比低等优势，展现出愈发强大的军事潜力和广阔的发展前景，并对现代空军作战样式产生了深远的影响，已经成为世界各主要军事强国重点发展的空中军事装备和力量［3-5］。得益于近年来人工智能技术的蓬勃发展，世界各国大力推进人工智能技术在无人装备上的应用［6-8］，如2016年美军实验室人工智能空战系统Alpha AI控制无人机击败有人驾驶战机［9］。美军国防部高级研究计划局DARPA（American defense advanced research projects agency）仅在2019年就投入了34.4亿美元研究人工
智能技术的军事化应用［10-11］。人工智能技术为无人装备的发展注入了新的血液，并将打破世界现有军力平衡，变革战争形态，加速推动无人智能化战争的到来。
当前，美军在无人装备智能化空战发展战略、作战样式、装备研发、技术创新以及局部作战行动中不断进行探索尝试，积累了丰富的实战经验和前沿技术，已在无人智能化作战力量建设和实践运用方面形成了优势局面［12］，对我军克敌制胜带来严峻的威胁与挑战。同时，为继续抢占未来无人智能化
战场领先优势，美军在新型无人化装备、技术和项目方面进行了大量探索和布局，对未来无人智能化作战力量建设和实践运用具有重要的借鉴和启示意义。
本文首先深入分析了当前美军现役无人机装备的优缺点，接着梳理了美军正在发展的智能化无人装备项目，介绍了其发展动态、关键技术和研究目标，随后总结了未来美军无人智能化装备的发展趋势，最后提出了应对未来智能化空战的策略建议，为无人装备发展和作战行动运用提供有益参考。
1美军现役无人机装备特点分析从20世纪60年代起，美国空军与国家侦察办公室（national reconnaissance office，NPO）合作，秘密开展了大量无人机项目［13］，如今已经形成了包括侦
察、电子对抗、攻击等多层次多种类的无人机作战
体系，投入使用的各类无人机超过75种，总数量超
过6000架（不包括20kg以下的微小型无人
机）［14-15］。作为无人智能化空中作战装备的主体，无
人机的智能化主要体现在其自主能力方面，即无人
机依据自身知识以及对环境的感知，独立确定行动
方案的能力。美国国防部《2005-2035无人机系统
路线图》将无人机自主能力划分为10个等级，主要
包括远程控制、自动控制、自主控制3个层级［16］，如
图1所示。当前，以“捕食者”、“死神”和“全球鹰”等
为代表的美军现役无人机基本都属于远程控制和
自动控制2个较低层次，尽管这些无人机智能化程
度尚处在初级阶段，但是已在现代多次局部战争和
军事行动中广泛应用。
1.1主要优点
美军在科索沃战争、海湾战争、阿富汗战争等
军事冲突和数次斩首行动中大量使用了无人机，并
应用于战略侦察与监视、空中对抗与打击、信息支
援与保障等多种军事任务中［17］。表1列出了美军历
次军事行动中投入使用的无人机型号及其智能化
特点。据统计，在伊拉克战争中，一半以上的目标
毁伤信息是由无人机提供的，任务完成率达到76.6%。从美军现役无人机的这些作战应用和实战情况来看，主要有以下几方面的优势。
（1）全天候实时侦察能力
美军现役无人机大多安装了多种先进的传感
器，例如，高分辨率红外系统、彩摄像机和合成孔
径雷达等，能够实时全天候大范围侦察监视，同时
具有可变焦距和高分辨率的特点。以“死神”MQ-9
为例，其可在3200m外识别行驶中的［18］。
（2）良好的隐身性能
美军新投入使用的无人机机身大量采用复合
材料，雷达发射面积小，隐身性能大幅提高。以美
军保密级别较高的隐身侦察无人机RQ-180为例，其
机身采用飞翼布局，后缘构型简洁，蒙皮覆盖新型
隐身材料，使得其行动很难被探测到。
（3）优异的远程作战能力
以“全球鹰”为代表的美军无人机具有长航程
和高航时的特点，最大航程达到26000km，能连续
飞行40h以上，可实现从美国本土飞往全球任何地
·
·
29
2022年第50卷第4期
现代防御技术区执行作战任务，是该类型无人机中最长单次飞行时间和最大航程记录保持者［19］。
（4）快速精确打击能力
以MQ -9为代表的美军无人机可以携带多种打击武器，包括“地狱火”导弹、“响尾蛇”导弹、GBU -12激光制导和GB -38联合直接攻击弹药。配
合先进的侦察和制导设备，具备全方位和全天候攻击能力，可实现多次精确打击能力，常被用于定点斩首行动，如2020年1月对伊朗少将苏莱曼尼的猎杀（图2）。同时得益于MQ -9先进的卫星数据链天线，其作战反应灵敏，从美军克里奇基地发出指令到万里之外的无人机做出反应，其间隔不会超过1.2s ［20］。
1.2主要缺点
面对未来无人智能化的军事作战需求，当前美
军主战无人机也存在较为明显的缺点。
（1）机动性不足
当前，军用现役无人机出于续航和隐身双重考虑，大多采用大展弦比固定翼
和飞翼布局，导致机
图1
无人机自主能力等级参考示意图
Fig.1
Level of autonomous ability for unmanned aerial vehicle （UAV ）
表1美军无人机投入的军事行动及其智能化特点Table 1
UAVs of US army deployed in various military
operations and their intelligent features
无人机型号“捕食者”MQ-1“先锋”RQ-2“全球鹰”RQ-4“猎人”RQ-5“死神”MQ-9“哨兵”RQ-170
军事行动波黑战争阿富汗战争利比亚冲突等科索沃战争伊拉克战争阿富汗战争伊拉克战争叙利亚冲突伊拉克战争利比亚冲突科索沃战争阿富汗战争利比亚冲突刺杀苏莱曼尼阿富汗战争
自主等级
21-23
2
3-43-4
智能化特点自主巡航
自主巡航
自主巡航自主航迹规划
自主巡航自主巡航
目标识别与跟踪
自主起降自主巡航自主起降
图2MQ-9猎杀伊朗苏莱曼尼过程示意图Fig.2
Schematic of hunting Soleimani by MQ -9
·
·30
董康生，胡伟波，沈雁鸣，等：美军无人空战装备智能化发展动态及启示
动性能不足，不适合近距空战和制导武器规避。仅在中东地区，美军就有5架MQ-1、4架MQ-9、1架RQ-4无人机被击落。
（2）抗干扰能力不足
美军无人机发生过多次因敌方电磁干扰而被俘获的事例，如2019年伊朗曾利用电磁干扰设备捕获了美军部署在其周边的MQ-1“捕食者”无人机，伊朗还曾利用干扰技术俘获了美军保密程度极高、技术极为先进的RQ-170无人机［21］。
（3）自主性不足
由于人工智能发展水平的限制，现役军用无人机只能实现自主定点巡航、自主起降以及一定程度的自主加油等基本任务，其他诸如目标打击、空中格斗等复杂军事任务难以独立完成，自主执行任务能力较差。
（4）协同性不足
当前，无人机主要依赖地面控制站进行操作指挥，且通常一个操作员只能操控一架无人机，无法同时
控制多架无人机实现协同编队飞行，而且无人机与有人机和其他无人机之间直接信息共享不足，不具有执行编队协同作战的能力。
2美军无人智能化空战前沿技术发展动态
美军已经明确，大力发展无人机装备是应对当今大国军事竞争的重要措施［17］。立足未来智能化空战的需求牵引，美军提出了许多新式作战样式和作战理论，美国防高级研究计划局、国防部战略能力办公室和各军种都积极开展了许多新质作战力量的研究和技术验证，如“小精灵”、“山鹑”、“低成本无人机蜂”、“拒止环境协同作战”和“空中博格”［22-25］等。除这些已经较为熟知的项目，美军近年来软硬件并重发展，又提出了以下新质作战项目，包括侧重硬件层面的无人机空中加油、“忠诚僚机”［26］和弹协同［27］；侧重软件层面的算法战［28-29］和先进战场管理［30］，不断促进无人机作战概念向集化、智能化、协同化发展，积极推动无人机向空中主战装备迈进。
2.1无人机空中加油
无人机空中加油可以是有人机对无人机进行空中授油，也可以是无人机对有人机实施空中加
油。美国海军于2007年公布了“无人作战航空系统验证机”，同年，诺格公司开始了舰载隐身无人机X-47B的研制工作，X-47B先后完成了自主着舰以及触舰复飞、与有人机编队飞行、自主空中受油等复杂
试验。2015年，美海军在此基础上启动了“舰载空中加油系统”项目，开始验证无人机对有人机的空中加油技术。
美国海军以CBARS（carrier based aerial refuel‐ing system）项目为依托，研发了专用舰载空中无人加油机“黄貂鱼”MQ-25。从2019年MQ-25首次试飞以来，已经开展了近30次飞行试验，其中包括2021年6月对F/A-18F舰载战斗机的空中加油试验，2021年8月对E-2D“鹰眼”预警机的空中加油试验以及2021年9月对F-35C隐身战斗机的空中加油测试，验证了加油机的空中对接/分离技术、主动流动控制技术等。未来，MQ-25无人机自主空中加油技术的成熟应用可极大缓解美海军现役舰载战斗机作战半径偏小的问题，使航母战斗能够扩大作战范围，降低战时被发现和突袭的风险。此外，舰载无人加油机在提升舰载机联队作战出勤率、实施前线侦察/监视、掩护有人作战飞机等方面也能发挥重要作用。
2.2忠诚僚机
“忠诚僚机”是指将无人机与有人机进行编组，有人机通过编组任务系统下达指控命令，无人机依据命令执行相应作战任务，充当有人机僚机的一种新型作战概念。2015年，美国空军研究实验室启动了“忠诚僚机”的概念研究，早期的验证平台为F-16战斗机改装后的无人靶机QF-16。2018年，美国空军实验室与克瑞托斯防务公司联合提出了XQ-58A “女武神”无人机忠诚僚机项目。
XQ-58A无人机主要负责战场监视、侦察和远程作战任务。从2019年3月到2020年1月期间，XQ-58A总共进行了4次飞行试验，先后验证了其高空飞行能力、火箭辅助发射和降落伞着陆技术。2020年12月，XQ-58A与F-22和F-35完成了首次编队飞行，XQ-58A充当通讯节点实现了2款战斗机之间的数据通信。2021年3月，XQ-58A完成了首次内埋式弹舱空射小型无人机试验。现代空战中，无人机受限于智能化水平无法完全自主应对，采用“忠诚僚机”的概念，既可以充分发挥现有装备的军事
·
·31
2022年第50卷第4期
现代防御技术潜力，又可以利用飞行员的智力优势，与无人机的人工智能形成互补，提高无人机的威胁评估、任务规划、战术决策等方面能力，增强作战任务的适应性和可靠性。2.3
弹协同
弹协同是智能化自主弹药集一个新的发展方向。美空军于2016年启动了“灰狼”项目，旨在开发低成本的并验证弹药网络化协同打击技术。为加快机载精确制导弹药联网技术的发展，2019年3月“灰狼”项目被自主弹药集技术演示验证项目“金帐汗国”（Golden Horde ）取代，美军转而在成熟
现役装备上进行弹协同验证。
美国空军计划在“小直径”、AGM -158和ADM -160导弹上测试弹协同技术，“金帐汗国”项目在2020年经历了数次推迟和失败后，于2021年2月顺利发射了4枚“合作型小直径”，并同时命中4个不同的目标（如图3所示），验证了弹间联网、目标合作识别和目标自主协同打击等技术。2021年5月又完成了2架F -16协同发射6枚导弹的试验。后续“金帐汗国”将被“罗马竞技场”项目替代，并融入数字工程技术，以加速美空军武器向合作式自主组网技术转型。随着精确制导弹药联网技术的成熟，在未来作战中，协同运用不同类型的制导武器进行突防打击，可在复杂战场环境和目标动态改变条件下，实现现役机载精确制导武器自主规划任务、自主规划航迹、自主攻击目标、自主信息反馈，确保对指定区域的可靠弹药投送和有效毁伤，全维度提升对敌突防能力，是摧毁敌方一体化防空系统的有效手段。
2.4算法战
“算法战”是从软件层面出发，利用图像识别、
机器学习、寻优决策等先进智能算法，挖掘人工智能算法在态势感知、情报分析、指挥决策和火力打击等方面的巨大潜力，用算法方式破解战争攻防问题，从而达到在战争中制胜的目的。美军“算法战”概念于2017年提出，同年4月美国防部签发了名为“Project Maven ”的备忘录项目，并组建了“算法战”跨
职能小组，统一领导美军“算法战”相关概念及技术应用研究活动。
“算法战”跨职能小组的首项任务是利用机器视觉算法从战术无人航空系统获取的视频图像中自主识别感兴趣的目标，快速生成可用信息，提升军事决策能力。2017年底，该计划开发的算法已经在中东某秘密地点部署应用，可对“全球鹰”无人机所拍视频进行目标识别，对人员、车辆、建筑等物体的识别准确率提升到80%。2020年12月，美国空军将先进算法部署在U -2侦察机上，实现了人工智能自主侦察战场态势、搜索战斗目标。“算法战”作为一种新的作战理念和技术手段，将加速海量战场数据转化为可用情报，代替或辅助作战人员更加精准、高效、可靠地完成作战任务。2.5
先进作战管理
为了充分利用最新的云共享网络和人工智能辅助技术，分散化装备态势感知能力和指挥控制能力，提高强对抗环境下的作战管理与指控能力，美军于2019年启动了“先进作战管理系统”（advanced battle management system ，ABMS ）项目。图4给出了美军ABMS 系统的软件开发环境组成图。先进战场
管理系统不仅是未来联合全域指挥控制的关键，而且还是全域作战中包括“动态兵力运用”（dynamic force employment ，DFE ）等新型作战概念的基础。
美军于2019年12月至2020年9月开展了3次ABMS 联合演示试验，完成了从少量平台及作战单元参与的小规模演练到多平台、多作战司令部参与的分散地域大跨度演练，再到美国本土外的大规模联合演练。3次演示试验分别测试了多军种无缝连接及态势共享、基于安全云的多域态势共享和基于
人工智能的指挥控制技术，测试了ABMS 应对不确定复杂作战环境下的适应性及有效性。2021年5
月，ABMS 成功部署在KC -46多用途加油机上，实现
图3“金帐汗国”试验中四枚导弹协同命中4个不同目标Fig.3
Four missiles cooperatively hitting four different
targets in the flight test of Golden Horde
·
·32

版权声明：本站内容均来自互联网，仅供演示用，请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198，我们将在24小时内删除。