袁成:美軍分布式空中作戰(zhàn)概念最新動向述析
分布式空中作戰(zhàn)是美軍著眼大國對抗發(fā)展的全新空戰(zhàn)模式,旨在將大型、昂貴、多功能有人戰(zhàn)機的各類功能分解到大量低成本無人機上,構(gòu)建由少量高性能有人機和大量無人機組成的協(xié)同作戰(zhàn)體系,以較低成本實現(xiàn)更高作戰(zhàn)能力,對敵再次形成不對稱優(yōu)勢。為此,美軍正系統(tǒng)布局關(guān)鍵技術(shù)體系,加速推動概念發(fā)展,值得密切關(guān)注。
一、美軍分布式空中作戰(zhàn)最新發(fā)展情況
2014年,美國防部國防高級研究計劃局(DARPA)最早提出了分布式空中作戰(zhàn),并在2017年正式包裝成“馬賽克戰(zhàn)”概念,即借鑒馬賽克畫簡單、可快速拼接等特點,實現(xiàn)大量低成本、功能相對單一系統(tǒng)的動態(tài)組合與密切協(xié)作,形成敏捷集成、極具彈性(韌性)的空戰(zhàn)體系,大型高性能無人機、無人僚機、無人機蜂群等均可融入其中。目前,DARPA和美空軍研究實驗室(AFRL)正積極開展體系架構(gòu)、無人機平臺、空戰(zhàn)管理、自主協(xié)同等相關(guān)技術(shù)研究。
1. 體系架構(gòu)技術(shù)
“體系集成技術(shù)驗證”項目。DARPA和AFRL共同實施,旨在基于現(xiàn)有技術(shù)水平,把傳統(tǒng)戰(zhàn)機的功能分解至可互操作的有人機和無人機,并即插即用各種機載系統(tǒng)和武器。2018年7月,項目在對抗空域開展了飛行試驗,驗證了名為“縫合”的全新體系集成技術(shù),實現(xiàn)了地面站、半物理飛行試驗系統(tǒng)、C-12運輸機和試驗飛機之間的互操作能力。
“體系集成技術(shù)驗證”項目設(shè)想(美國防高級研究計劃局圖片,中國航空工業(yè)發(fā)展研究中心漢化)
2. 無人機平臺技術(shù)
XQ-58A項目。AFRL研發(fā)的低成本可消耗無人機,未來可作為無人僚機使用。該機采用中等后掠角中單翼、V型尾翼、背負式進氣道隱身化布局,機長8.84米,翼展6.7米,最大飛行速度0.85馬赫,航程8700千米,有效載荷不少于230千克,成本低于200萬美元。2019年3月,XQ-58A成功完成76分鐘的首飛。6月11日,XQ-58A完成第二次試飛,無人機在71分鐘的飛行中完成了所有測試目標。6月12日,美空軍表示正考慮增加購買20~30架XQ-58A,以開展進一步的試驗。
首飛中的XQ-58A“戰(zhàn)神婢女”原型機(美空軍研究實驗室圖片)
“飛行導彈掛架”項目。DARPA在2017年公布,研究高度簡化、飛行和作戰(zhàn)功能有限、可快速批產(chǎn)的低成本無人機平臺,既可作為戰(zhàn)斗機的普通掛架,發(fā)射各類武器彈藥;也可成為無人僚機,發(fā)射后飛行至目標空域,執(zhí)行巡邏飛行和武器發(fā)射等任務。
飛行導彈掛架概念圖(美國防高級研究計劃局圖片)
“小精靈”項目。DARPA在2015年啟動,美空軍情報監(jiān)視偵察部門也參與其中,目標是研發(fā)低成本無人機蜂群平臺及空中投放回收等技術(shù)。2018年4月,美國戴內(nèi)提克斯公司(Dynetics)獲得最終階段合同,其無人機類似于巡航導彈構(gòu)型,而空中投放回收裝置與目前成熟的空中加油系統(tǒng)相仿。DARPA計劃在2019年下半年使用C-130運輸機開展多架無人機的空中投放回收驗證,回收速率為30分鐘4架。
“小精靈”無人機回收概念圖(美國戴內(nèi)提克斯公司公司圖片)
3. 空戰(zhàn)管理技術(shù)
“分布式作戰(zhàn)管理”項目。DARPA和AFRL共同研發(fā),發(fā)展先進算法和軟件,提高態(tài)勢感知和任務自適應規(guī)劃等能力,幫助履行戰(zhàn)場管理任務飛行員進行快速且合理的決策,在強對抗環(huán)境中更好地執(zhí)行分布式空中作戰(zhàn)任務。項目開發(fā)了兩種軟件:“網(wǎng)絡(luò)對抗環(huán)境態(tài)勢理解系統(tǒng)”負責構(gòu)建可分享至每個平臺的統(tǒng)一作戰(zhàn)場景,“反介入實時任務管理系統(tǒng)”為每個平臺制定適合的任務和飛行路徑。2017年9月,DARPA和AFRL進行了首輪飛行試驗,“利爾噴氣”公務機扮演無人機,有人機為地面駕駛的虛擬機,驗證了通信中斷后任務還可按預期繼續(xù)執(zhí)行的能力。2018年3月,DARPA向BAE系統(tǒng)公司授出最終階段合同。
“分布式作戰(zhàn)管理”項目概念圖(美國防高級研究計劃局圖片)
“對抗環(huán)境強韌同步規(guī)劃和評估”項目。DARPA負責研發(fā),旨在開發(fā)以人為中心的軟件輔助決策工具,著眼于數(shù)據(jù)傳輸標準,確定通信被切斷時輸出信息的先后順序,幫助空戰(zhàn)人員在復雜環(huán)境更好控制作戰(zhàn)行動。為此,BAE公司研發(fā)了“分布式協(xié)同指揮控制工具”自主軟件,以提高空中戰(zhàn)場的戰(zhàn)場感知能力,評估作戰(zhàn)前、中、后的空戰(zhàn)計劃和任務風險,分析作戰(zhàn)效果。2019年3月20日,DARPA授予BAE公司價值310萬美元的最終階段合同,并將于2019年8月或9月在美空軍基地進行為期一周的演示驗證。
4. 自主協(xié)同技術(shù)
“拒止環(huán)境協(xié)同作戰(zhàn)”項目。DARPA負責研發(fā),通過發(fā)展先進算法和軟件,探索無人機蜂群的自主和協(xié)同技術(shù),使蜂群僅需一人管理,便可協(xié)作完成發(fā)現(xiàn)、跟蹤、識別和攻擊目標等任務。2018年11月,6架真實和24架虛擬的無人機在“真實-虛擬-構(gòu)建”環(huán)境中開展了地面和飛行試驗,驗證了無人機蜂群在強對抗環(huán)境中針對非預期威脅的適應能力。無人機蜂群可有效分享信息,協(xié)作規(guī)劃和分配任務,制定協(xié)調(diào)的戰(zhàn)術(shù)決策,并在最小通信情況下共同響應動態(tài)、高威脅環(huán)境。2019年春,項目已全部轉(zhuǎn)化至美海軍航空系統(tǒng)司令部。
“空戰(zhàn)進化”項目。DARPA 2020財年預算中的新增項目,旨在研究人-機協(xié)同空戰(zhàn),即測量、校準、提升和預測人類對自主空戰(zhàn)系統(tǒng)信任的方法,并首先將在最激烈的空中格斗條件下進行試驗:在模擬環(huán)境中,有人機飛行員可指揮多架無人機,以貼近實戰(zhàn)的方式應對敵人的無人機和其他威脅因素。2019年6月,DARPA公布了ACE項目的招標書,表示其是該局更大的“馬賽克戰(zhàn)”空戰(zhàn)概念的一部分。
“空戰(zhàn)進化”項目概念圖(美國防高級研究計劃局圖片)
“天空博格人”(Skyborg)項目。2019年3月,AFRL表示正在開發(fā)“天空博格人”無人僚機智能空戰(zhàn)系統(tǒng)。首先系統(tǒng)會植入空戰(zhàn)模擬器,與人類飛行員一起進行對抗訓練,積累知識,提高能力。未來,系統(tǒng)將與XQ-58A等無人機整合,成為真正的人工智能僚機。
二、美分布式空中作戰(zhàn)概念的影響
目前的空中作戰(zhàn)是戰(zhàn)斗機的代際競爭,最新一代戰(zhàn)斗機擁有強大統(tǒng)治能力。隨著分布式空中作戰(zhàn)概念的提出,未來的空戰(zhàn)將是有人-無人高度協(xié)同的體系化競爭,這代表著空戰(zhàn)思想的重要轉(zhuǎn)變,將對未來作戰(zhàn)產(chǎn)生重大影響。
高性能有人機將承擔關(guān)鍵的指揮控制任務。分布式空中作戰(zhàn)裝備數(shù)量多、分布范圍廣、任務協(xié)同復雜,需要有人機在空中開展實時指揮控制。大型預警機在防區(qū)外對整個戰(zhàn)場進行指揮監(jiān)管,而數(shù)量較少的有人隱身戰(zhàn)機將深入防區(qū),主要使命為控制最前線的大量無人機,也可遂行火力打擊等傳統(tǒng)任務。
低成本無人機將承擔主戰(zhàn)任務。從單個平臺看,無人機隱身和機動能力強、續(xù)航時間長,在自主作戰(zhàn)系統(tǒng)決策和人類指控下具有較強作戰(zhàn)能力。另外,無人機成本低,設(shè)計壽命短,如“小精靈”無人機成本70萬美元,最多使用20次,故戰(zhàn)損代價低,使用顧慮少;從體系作戰(zhàn)看,首先大量無人機擁有規(guī)模優(yōu)勢,將“飽和”敵防空雷達的跟蹤和火控通道,使其難以發(fā)現(xiàn)高價值空戰(zhàn)平臺,打擊無人機也會浪費昂貴和有限的防空導彈。其次無人機體系具有較高的強韌性,多架無人機會備份同一作戰(zhàn)功能,故損失部分個體并不影響體系作戰(zhàn)能力,而聯(lián)接無人機的網(wǎng)絡(luò)也將應用抗毀、低截獲、抗干擾等技術(shù),以應對強對抗的復雜電磁環(huán)境;最后分布式作戰(zhàn)體系具有較高的敏捷性,大量無人機可依據(jù)敵情和戰(zhàn)損,實時排列組合出最優(yōu)的作戰(zhàn)能力,通過與有人機靈活編組,快速生成多種解決方案。
軍用航空產(chǎn)業(yè)也將隨之呈現(xiàn)全新發(fā)展態(tài)勢。在分布式作戰(zhàn)概念的牽引下,未來空中作戰(zhàn)裝備呈現(xiàn)出作戰(zhàn)體系化、機體廉價化、平臺智能化、載荷小型化等特點,高性能網(wǎng)絡(luò)、智能算法和軟件、低成本平臺、低成本發(fā)動機、小型高性能機載設(shè)備和武器等將成為重點發(fā)展方向,未來軍用航空產(chǎn)業(yè)將出現(xiàn)變革。
袁成先生已為《空天防務觀察》提供14篇專欄文章,如下表:
序號
篇名
發(fā)表日期
1
美國國防高級研究計劃局發(fā)展創(chuàng)新的近距空中支援技術(shù)
2016年2月29日
2
刀尖上的新舞者——美國防高級研究計劃局航空航天專項辦公室分析
3月11日
3
美國防高級研究計劃局2015年航空領(lǐng)域科技項目分析
4月27日
4
美國防高級研究計劃局“小精靈”空中群射/回收無人機項目分析
10月11日
5
美國防部國防高級研究計劃局重要航空項目研究進展
2017年5月19日
6
“蜻蜓眼”受控生物無人機取得重要進展
9月15日
7
美國防高級研究計劃局實施顛覆性技術(shù)創(chuàng)新的各方利益分析
9月29日
8
外軍無人機蜂群技術(shù)發(fā)展態(tài)勢與應用前景
2018年10月15日
9
美空軍新版《科技戰(zhàn)略》針對大國戰(zhàn)略競爭提出新目標和新舉措
2019年5月20日
10
美國防科技創(chuàng)新機構(gòu)與外界交流的各種舉措
6月10日
11
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13
英國國防部國防和安保加速器2018財年年報述析
7月22日
14
美軍分布式空中作戰(zhàn)概念最新動向述析(即本篇)
9月2日
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(中國航空工業(yè)發(fā)展研究中心 袁成)
本篇供稿:系統(tǒng)工程研究所
運 營:李沅栩
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