美國“馬賽克戰(zhàn)”體系中無人機技術(shù)發(fā)展分析

????????警用裝備網(wǎng)訊：?引言

　　近年來，隨著新型戰(zhàn)機研發(fā)成本與周期成倍增長，中俄先進防空體系與遠程打擊武器迅速發(fā)展，“反介入/區(qū)域拒止”威脅日益提升，美國正在逐漸喪失其在軍事領(lǐng)域的非對稱作戰(zhàn)優(yōu)勢。2017年，美《國家安全戰(zhàn)略》首次明確將中俄作為其主要對手，戰(zhàn)略重心開始向大國競爭轉(zhuǎn)移。此背景下，2017年8月，美國國防預先研究計劃局（DARPA）提出“馬賽克戰(zhàn)”體系，旨在通過構(gòu)建適應強敵競爭環(huán)境的新型動態(tài)分布作戰(zhàn)架構(gòu)，重塑未來戰(zhàn)場作戰(zhàn)模式，形成新時期下軍事作戰(zhàn)領(lǐng)域的非對稱優(yōu)勢。

　　隨著先進的飛控、載荷、動力等技術(shù)不斷發(fā)展，無人機作戰(zhàn)能力持續(xù)提升。但受限于互操作性低、自主決策能力差。生存能力不足等問題，當前無人機多在非對稱戰(zhàn)場環(huán)境下執(zhí)行情監(jiān)偵、定點清除等簡單任務(wù)，難以充當主要作戰(zhàn)裝備在強對抗環(huán)境發(fā)揮作用。無人機裝備具有研發(fā)周期短、新技術(shù)更新快等優(yōu)勢，結(jié)合“馬賽克戰(zhàn)”體系特征，形成了對其技術(shù)發(fā)展的全新驅(qū)動，推動了無人機在強對抗環(huán)境下作戰(zhàn)能力的快速生成。

　　“馬賽克戰(zhàn)”與無人機相關(guān)技術(shù)發(fā)展

　　DARPA等機構(gòu)開展多項“馬賽克戰(zhàn)”體系相關(guān)的無人機項目研究，不斷加快技術(shù)開發(fā)，積極推進美軍新型空戰(zhàn)體系構(gòu)建。文章第一部分通過研究美國“馬賽克戰(zhàn)”體系下典型無人機相關(guān)項目，梳理其在架構(gòu)、指控、通信等領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)進展，形成對“馬賽克戰(zhàn)”體系下無人機任務(wù)能力的認識與理解。

　　1、“馬賽克戰(zhàn)”概述

　　“馬賽克戰(zhàn)”提出將傳統(tǒng)復雜兵力系統(tǒng)劃分為多個功能單一、具備良好互操作性的最小實際作戰(zhàn)要素，利用先進的通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)行動區(qū)域內(nèi)的各類作戰(zhàn)要素的組合，將單一“觀察、判斷、決策、執(zhí)行”殺傷鏈轉(zhuǎn)化為物理和功能高度分散、靈活機動、動態(tài)協(xié)同的“殺傷網(wǎng)”。通過結(jié)合人員指揮與機器決策優(yōu)勢，“馬賽克戰(zhàn)”體系實現(xiàn)了力量快速生成和重組。作戰(zhàn)任務(wù)下達時，依靠快速組織作戰(zhàn)要素構(gòu)成所需作戰(zhàn)能力，大大提升對手的預測成本和防御難度。作戰(zhàn)單元出現(xiàn)損毀時，依靠自適應動態(tài)重構(gòu)，快速形成新的作戰(zhàn)能力，達到作戰(zhàn)體系的彈性抗毀目標。

　　圖1 “馬賽克戰(zhàn)”體系下殺傷鏈轉(zhuǎn)化為殺傷網(wǎng)

　　“馬賽克戰(zhàn)”牽引的無人機裝備技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、分散化、低成本、智能化等特征，實現(xiàn)協(xié)同層級由平臺級向功能級延伸，形成指控體系扁平化和作戰(zhàn)功能去中心化的聯(lián)合多域殺傷力。由此可以解決美軍兼顧高端和低端戰(zhàn)爭的裝備體系難題，權(quán)衡裝備成本、性能與功能需求，適應新技術(shù)快速發(fā)展與應用趨勢，降低以網(wǎng)絡(luò)為中心的體系架構(gòu)脆弱性。

　　2、“馬賽克戰(zhàn)”相關(guān)無人機技術(shù)發(fā)展概述

　　DARPA主導的“馬賽克戰(zhàn)”已成為其“系統(tǒng)之系統(tǒng)”（SoS）作戰(zhàn)體系的頂層核心，該理念并非人為地將“碎片化”分布式平臺組合成剛性整體，而是基于“馬賽克戰(zhàn)”建立功能分散的作戰(zhàn)“資源池”，構(gòu)建自適應通信網(wǎng)絡(luò)形成“資源”間高效協(xié)作互通，變革指揮控制及任務(wù)調(diào)配機制，快速形成作戰(zhàn)能力。基于以上要求，美國開展了大量“馬賽克戰(zhàn)”與無人機相關(guān)的項目研究，既有對“分布式作戰(zhàn)”、“多域作戰(zhàn)”等作戰(zhàn)概念繼承發(fā)展，也有面向“馬賽克戰(zhàn)”體系開展的新的項目。下面從體系架構(gòu)技術(shù)、指揮控制技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)三個方面進行相關(guān)項目介紹。

　　圖2 “馬賽克戰(zhàn)”相關(guān)無人機項目梳理

　　01、體系架構(gòu)技術(shù)

　　“馬賽克戰(zhàn)”提出了一種面向體系作戰(zhàn)的新型作戰(zhàn)樣式，對系統(tǒng)集成擴展能力與互操作性提出了更高要求，美國開展多項“馬賽克戰(zhàn)”體系下的無人機體系架構(gòu)技術(shù)研究，包括分布式作戰(zhàn)技術(shù)探索，通過將傳統(tǒng)集成化任務(wù)載荷分配在多類異構(gòu)無人機平臺，實現(xiàn)戰(zhàn)場資源靈活部署，增加強對抗戰(zhàn)場環(huán)境下裝備損耗的可承受性；開放式體系架構(gòu)技術(shù)研究，通過開發(fā)通用化的標準和協(xié)議，實現(xiàn)有人、無人等多種作戰(zhàn)單元高效數(shù)據(jù)互通，實現(xiàn)裝備體系化協(xié)同作戰(zhàn)能力；通過開展異構(gòu)單元自適應架構(gòu)研究，實現(xiàn)“殺傷鏈”靈活重組和多路徑殺傷效果，形成自適應動態(tài)“殺傷網(wǎng)”，實現(xiàn)快速響應、難以預測的作戰(zhàn)效果。相關(guān)項目如下：

　　2014年，DARPA啟動“拒止環(huán)境中協(xié)同作戰(zhàn)”（CODE）項目，旨在開發(fā)先進的自主輔助決策算法和集群協(xié)同監(jiān)控系統(tǒng)，提升美無人機系統(tǒng)在拒止環(huán)境或復雜電磁環(huán)境下的高效協(xié)同交互能力，降低任務(wù)所需通信帶寬與人類指揮人員決策認知負擔。項目開展了帶寬和通信受限場景下模塊化軟件架構(gòu)開發(fā)，無人機自主與協(xié)同任務(wù)能力開發(fā)，人機交互架構(gòu)開發(fā)等工作。并針對無人機戰(zhàn)術(shù)偵察、反水面戰(zhàn)、打擊防空陣地三類典型場景實施了虛實結(jié)合的全任務(wù)能力飛行驗證，驗證了單人指揮編隊無人機執(zhí)行偵察、識別及打擊任務(wù)的能力。

　　2015年3月，DARPA提出 “體系集成技術(shù)與試驗”（SoSITE）項目，該項目基于分布式空戰(zhàn)概念，將紅外/光電、武器、電子戰(zhàn)、數(shù)據(jù)鏈等多種任務(wù)載荷分解為多種有人和無人機平臺，并構(gòu)建平臺間高效實時通信網(wǎng)絡(luò)和基于能力成本協(xié)調(diào)的任務(wù)分配機制，運用戰(zhàn)場成員自主管理系統(tǒng)極大提升分布式作戰(zhàn)效果。開發(fā)通用開放式體系架構(gòu)標準與工具，發(fā)展多種可快速更換和集成的通用性組件與平臺，極大提升有人-無人作戰(zhàn)平臺互操作性，加速先進任務(wù)系統(tǒng)新技術(shù)的開發(fā)與應用。

　　圖3 SoSITE項目架構(gòu)演化

　　2015年10月，DARPA提出“跨域海上監(jiān)視和瞄準系統(tǒng)”（CDMaST）項目，并于2017順利轉(zhuǎn)入第二階段。該項目旨在研究跨網(wǎng)絡(luò)連接海上有人-無人系統(tǒng)及任務(wù)系統(tǒng)的新型體系架構(gòu)，實現(xiàn)分布式系統(tǒng)的高效跨域協(xié)同，提升區(qū)域拒止海洋環(huán)境中海上作戰(zhàn)體系的適應性與作戰(zhàn)能力。項目建立了“分布式實驗環(huán)境（DE2）”，構(gòu)建實裝-虛擬-構(gòu)造（L-V-C）測試開發(fā)平臺，探索了集成分布式無人系統(tǒng)、先進傳感器、彈性通信網(wǎng)絡(luò)和新興遠程武器系統(tǒng)等多項關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建和優(yōu)化包含大量低成本，可升級有人-無人平臺的海上作戰(zhàn)體系架構(gòu)，利用平臺間高效協(xié)同形成綜合化廣域海上控制能力，提升敵識別和決策成本，獲得體系化壓制效果。

　　2015年11月，DARPA提出“復雜適應系統(tǒng)組合和設(shè)計環(huán)境”（CASCADE）項目，面向包含無人機的跨時空的復雜動態(tài)體系，研究可理解系統(tǒng)組件交互行為的數(shù)學方法。運用運籌學、范疇論、拓撲學等理論，構(gòu)建系統(tǒng)成員統(tǒng)一的行為視圖，形成用于復雜的自適應系統(tǒng)組成和設(shè)計的形式語言，構(gòu)建融合作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)有人-無人系統(tǒng)數(shù)據(jù)與資源的實時共享。同時建立具備動態(tài)識別和調(diào)整能力的功能框架，通過任意的系統(tǒng)組件對系統(tǒng)行為進行統(tǒng)一分析，促進復雜系統(tǒng)架構(gòu)集成和行為預測評估，提升系統(tǒng)對高動態(tài)可變環(huán)境的實時響應能力。

　　2016年12月，DARPA提出了“進攻性蜂群使能技術(shù)”（OFFSET）項目，針對復雜城市作戰(zhàn)環(huán)境，計劃開展由250個異構(gòu)無人機和地面機器人組成的集群架構(gòu)技術(shù)開發(fā)與能力驗證。項目重點開展集群作戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)、人機協(xié)同能力、自主智能水平、軟件算法開發(fā)、模擬環(huán)境與平臺開發(fā)等研究工作。采用開放式合作方式，由系統(tǒng)集成商諾格公司和雷錫恩BBN技術(shù)公司負責開展集群架構(gòu)、模擬環(huán)境及實物測試平臺開發(fā)，同時吸引多個合作開發(fā)商將其集群戰(zhàn)術(shù)與算法集成到該平臺進行競賽，推動先進技術(shù)應用與集成。2020年4月，DARPA發(fā)布了第5輪“蜂群沖刺”合同，項目目前已完成了包括自主性、人機接口與交互、模擬環(huán)境技術(shù)驗證等多項技術(shù)的研究與驗證工作。

　　2018年7月，DARPA公布了“自適應跨域殺傷網(wǎng)”（ACK）項目，針對“馬賽克戰(zhàn)”體系下大量分布異構(gòu)有-無人平臺通信、偵察、打擊等任務(wù)能力的跨域協(xié)同需求，開發(fā)半自主多域自適應請求服務(wù)（MARS）軟件，通過軟件自主識別能力和人機交互界面，輔助作戰(zhàn)人員快速識別可用戰(zhàn)場資源，并根據(jù)指定作戰(zhàn)任務(wù)快速形成不同平臺和能力的作戰(zhàn)效能評估，協(xié)助作戰(zhàn)人員開展快速決策，生成基于“殺傷網(wǎng)”的最優(yōu)行動方案。

　　圖4 自適應跨域殺傷網(wǎng)示意圖

　　02、指揮控制技術(shù)

　　“馬賽克戰(zhàn)”提出了“去中心化”戰(zhàn)場組織形態(tài)，強調(diào)指控體系扁平化，將傳統(tǒng)自上而下的指控網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化為更加靈活的作戰(zhàn)授權(quán)分級機制，實現(xiàn)戰(zhàn)區(qū)內(nèi)作戰(zhàn)單元對戰(zhàn)場資源的靈活調(diào)用。美軍對“馬賽克”相關(guān)無人機指控技術(shù)主要開展了三個方面研究，包括復雜體系作戰(zhàn)規(guī)劃與管理技術(shù)，以解決跨域協(xié)同作戰(zhàn)場景下，大量異構(gòu)分布式無人作戰(zhàn)單元的作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃與戰(zhàn)場管理難題；高實時性動態(tài)彈性指揮控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展，以應對作戰(zhàn)環(huán)境的不斷變化產(chǎn)生的“馬賽克戰(zhàn)”無人機作戰(zhàn)單元的動態(tài)重構(gòu)需求；有人-無人戰(zhàn)場協(xié)同能力發(fā)展，利用無人機自主智能技術(shù)，構(gòu)建良好的人機交互與任務(wù)協(xié)調(diào)機制，加速形成一體化作戰(zhàn)能力。相關(guān)研究項目如下：

　　2014年2月，DARPA提出了“分布式戰(zhàn)斗管理”（DBM）項目，面向當前日益復雜的作戰(zhàn)體系（包含大量無人機、導彈、機載設(shè)備）引起的高對抗環(huán)境中的態(tài)勢理解、規(guī)劃決策、戰(zhàn)斗管理難題。開展分布式自適應規(guī)劃控制、分布式態(tài)勢感知、高效人機交互界面研究，開發(fā)自動化決策輔助工具和無人機自動控制算法，利用有限帶寬戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈高效實時處理分發(fā)作戰(zhàn)數(shù)據(jù)，協(xié)助空中戰(zhàn)斗管理人員和飛行員管理空空與空地戰(zhàn)斗，項目開展多次大規(guī)模虛擬和現(xiàn)實聯(lián)合飛行試驗，驗證了實時任務(wù)管理及網(wǎng)絡(luò)對抗環(huán)境態(tài)勢理解系統(tǒng)能力。

　　2015年2月，DARPA提出了“對抗環(huán)境下的彈性同步規(guī)劃和評估”(RSPACE)項目，設(shè)計構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)動態(tài)變化的戰(zhàn)場環(huán)境彈性指揮控制（C2）架構(gòu)，項目預期提供三項關(guān)鍵能力，包括針對未來戰(zhàn)場，提供近千余種無人機等作戰(zhàn)單元的自主信息管理與協(xié)調(diào)能力；開發(fā)基于異構(gòu)分布式作戰(zhàn)平臺的彈性調(diào)度技術(shù)；充分利用計算機能力提升以人為中心的決策效率。BAE系統(tǒng)公司為該項目開發(fā)了包含可視化界面和實時警報功能的“分布式交互命令和控制工具”(DIRECT)軟件，可融合多類分布式空中平臺態(tài)勢，為操作員制定計劃和執(zhí)行任務(wù)提供有效信息支持。在通信受限或不可靠環(huán)境下，軟件會自動將任務(wù)帶寬需求調(diào)為最小，極大提升作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)魯棒性。

　　2018年10月，美國空軍研究實驗室（AFRL）戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃和實驗（SDPE）辦公室根據(jù)空軍需求啟動了自主無人原型機 “天空博格人” （Skyborg）項目，旨在開發(fā)無人機通用的人工智能算法平臺，提升未來無人作戰(zhàn)飛機的智能化指控與復雜空戰(zhàn)任務(wù)能力。項目提出了多項無人機自主能力要求，包括自主起降，自主避障，躲避危險氣象條件能力；基于作戰(zhàn)環(huán)境的自適應任務(wù)規(guī)劃能力等。AFRL已為該計劃開展大量基礎(chǔ)研究工作，并于2019年以來選用小型噴氣式無人機測試解決方案（RATS）和復雜環(huán)境自主性測試（TACE）軟件包開展了多項飛行測試。美空軍目前正在尋找適用于該項目的無人機平臺，科拉托斯公司的XQ-58A與波音公司的“空中力量編組（ATS）”無人機均計劃參與競標，項目預計于2021年實現(xiàn)原型機首飛，2023年具備初始作戰(zhàn)能力，“天空博格人”系統(tǒng)有望成為美軍未來無人機空戰(zhàn)能力核心。

　　2019年5月， DARPA啟動了“空戰(zhàn)演變” （ACE）項目以支撐“馬賽克戰(zhàn)”體系構(gòu)建，項目旨在運用人工智能等技術(shù)開展空中視距內(nèi)自主格斗控制算法開發(fā)與驗證，探索有人和無人平臺自主執(zhí)行高動態(tài)非線性復雜空戰(zhàn)任務(wù)能力。主要研究工作分為四項，包括基于單機或編隊的局部行為自主空戰(zhàn)算法研究；開展模擬實驗，測試飛行員在局部空戰(zhàn)行為中對自主系統(tǒng)的信任度；開展基于大型演習數(shù)據(jù)的全局行為自主化系統(tǒng)空戰(zhàn)系統(tǒng)研究；搭建全尺寸飛行器試驗平臺，融合自主空戰(zhàn)算法，開展飛行試驗。DARPA期望通過該項目研究提升飛行員對自主系統(tǒng)的信任度，運用機器自主技術(shù)執(zhí)行更多的復雜空戰(zhàn)任務(wù)，提升有人-無人作戰(zhàn)單元協(xié)同效率，適應未來無人機自主化作戰(zhàn)需求。

　　2019年12月，DAPRA提出了“小型作戰(zhàn)單元體系增強”（SESU）項目，旨在運用小型無人機集群技術(shù)為美國陸軍營、連級部隊提供異構(gòu)分布式作戰(zhàn)系統(tǒng)，協(xié)助執(zhí)行偵察、打擊等任務(wù)，以應對未來敵反介入/區(qū)域拒止（A2/AD）能力威脅。項目主要聚焦于兩個關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，首先開展自適應指揮控制（C2）技術(shù)開發(fā)，為搭載不同傳感器和武器載荷的低成本空地無人平臺提供高效的任務(wù)規(guī)劃與協(xié)調(diào)能力；其次是基于小型分布式平臺作戰(zhàn)需求，開發(fā)新型低成本傳感器、作動器、武器載荷等，提升系統(tǒng)作戰(zhàn)任務(wù)能力。

　　03、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

　　未來強對抗、動態(tài)變化的戰(zhàn)場環(huán)境對“馬賽克戰(zhàn)”體系下無人機通信網(wǎng)絡(luò)多跳中繼、異構(gòu)數(shù)據(jù)互通、跨域協(xié)同、節(jié)點容量等能力提出了更高要求，DARPA在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、信息交互技術(shù)、通信距離、容量、時延及安全性等方面開展多項研究工作，以構(gòu)建支撐“馬賽克戰(zhàn)”體系的彈性自適應通信網(wǎng)絡(luò)。包括開發(fā)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理工具，實現(xiàn)多類協(xié)議、波形數(shù)據(jù)互傳，提升網(wǎng)絡(luò)兼容性和互操作性難題；開展動態(tài)自適應組網(wǎng)技術(shù)研究，針對復雜任務(wù)需求和戰(zhàn)場環(huán)境變化，實時調(diào)整網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，實現(xiàn)通信資源優(yōu)化配置。相關(guān)研究項目如下：

　　2014年1月，DARPA提出了 “競爭環(huán)境中的通信”（C2E）項目，針對戰(zhàn)場日益增加的無人機裝備產(chǎn)生的通信網(wǎng)絡(luò)抗干擾、低可探測性需求，開發(fā)新型自適應通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實現(xiàn)不同類型、波形、協(xié)議的作戰(zhàn)飛機間的互聯(lián)互通。同時參考智能手機網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模型，采用開放自適應通信網(wǎng)絡(luò)開發(fā)環(huán)境，支持第三方技術(shù)和功能的快速開發(fā)，加速新技術(shù)應用。系統(tǒng)采用模塊化硬件平臺，針對不同平臺進行軟件開發(fā)，加速現(xiàn)有裝備融入新型通信網(wǎng)絡(luò)，也支持不同波形和協(xié)議設(shè)備的互聯(lián)互通，提升異構(gòu)平臺網(wǎng)絡(luò)兼容性。

　　2015年10月，DARPA發(fā)布“任務(wù)優(yōu)化動態(tài)適應網(wǎng)絡(luò)”（DyNAMO）項目征集，旨在解決戰(zhàn)場有人、無人機日益增加引起的通信網(wǎng)絡(luò)互操作難題，以及敵電子戰(zhàn)系統(tǒng)不斷發(fā)展產(chǎn)生的復雜空戰(zhàn)通信環(huán)境威脅。項目提出針對未來分布式作戰(zhàn)需求下的跨域動態(tài)自適應網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究，通過動態(tài)調(diào)整無線電參數(shù)以適應不斷變化的傳輸需求和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，提升通信網(wǎng)絡(luò)魯棒性，增加傳輸帶寬和速率。同時針對已有的異構(gòu)平臺和專用網(wǎng)絡(luò)，開發(fā)相應軟件實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息共享，提升網(wǎng)絡(luò)兼容性。項目計劃采用C2E項目開發(fā)的開放性架構(gòu)無線電硬件平臺，開展海軍和海軍陸戰(zhàn)隊多平臺系統(tǒng)兼容性通信測試，驗證圖像、目標指示等多種射頻數(shù)據(jù)信息的連通性與處理能力。

　　2020年6月，DARPA提出了彈性分布式“馬賽克”通信計劃，項目針對美軍傳統(tǒng)遠程戰(zhàn)術(shù)通信天線及放大器重量大、成本高、易受干擾等缺陷，提出運用空間分布的小型低成本信號收發(fā)模塊替代傳統(tǒng)能量、功率高度集中的天線及增益模塊，構(gòu)建具備移動、自組織、自修復特征的“馬賽克”通信網(wǎng)絡(luò)，為單兵、艦船、有無人作戰(zhàn)飛機、衛(wèi)星等海陸空作戰(zhàn)單元提供彈性、低成本、抗干擾遠距通信能力。項目計劃開展系統(tǒng)設(shè)計、性能驗證和架構(gòu)開發(fā)三個階段研究，研究周期45個月。

　　圖5 彈性分布式“馬賽克”通信示意圖

　　此外，DARPA還開展了多項與無人機相關(guān)的其他技術(shù)研究，用于支撐“馬賽克戰(zhàn)”理念應用與發(fā)展。例如，開展“導引頭低成本轉(zhuǎn)化” （SECTR）項目，為小型空射平臺提供在較少外部信息支持下截獲目標的新型導引頭傳感器和制導技術(shù)。開展“競爭環(huán)境目標識別與適應” （TRACE）項目，運用機器算法提升有人和無人機平臺對于復雜環(huán)境和密集目標的雷達識別精度等。

　　3、總結(jié)

　　DARPA等機構(gòu)開展大量研究與驗證工作，推動“馬賽克”體系下無人機在作戰(zhàn)功能分解、跨域自主規(guī)劃協(xié)同、彈性通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、高效人機交互、集群戰(zhàn)術(shù)與能力、編隊協(xié)同與控制、智能自主決策等領(lǐng)域技術(shù)的快速發(fā)展，為開發(fā)具備“馬賽克戰(zhàn)”特征的無人機平臺裝備提供了大量技術(shù)基礎(chǔ)，推動了無人機集群、“忠誠僚機”等作戰(zhàn)平臺的發(fā)展，加速形成強對抗環(huán)境下分布式異構(gòu)無人機的電子戰(zhàn)、制空作戰(zhàn)、防空壓制與摧毀等多種作戰(zhàn)能力。

　　典型 “馬賽克戰(zhàn)”無人機平臺

　　構(gòu)建具備實戰(zhàn)能力的“馬賽克戰(zhàn)”體系，需要無人機平臺提供支撐。傳統(tǒng)無人機裝備多基于特定作戰(zhàn)任務(wù)目標與場景開發(fā)，功能與接口固化，難以滿足相應能力要求。為推動新技術(shù)應用，加速構(gòu)建“馬賽克戰(zhàn)”體系能力，美國開展了多種具備分布、低成本、動態(tài)協(xié)同特征的無人機裝備型號發(fā)展，本文選取典型平臺進行介紹。

　　1、小精靈無人機項目

　　隨著競爭對手遠距探測和攻擊能力不斷提升，“反介入/區(qū)域拒止”威脅逐漸加強，為降低裝備研發(fā)成本和周期，提升空中無人裝備靈活的遠距打擊能力，DARPA 于2015年8月提出了小精靈項目，項目總周期43個月，合同總額6 400萬美元。目標是運用分布式作戰(zhàn)理念，采用低成本可復用空中小型化作戰(zhàn)平臺，可攜帶偵察等模塊化任務(wù)載荷，由載機攜帶至戰(zhàn)區(qū)附近進行發(fā)射和回收，極大降低作戰(zhàn)單元成本，提升作戰(zhàn)靈活性[23]。項目計劃研究三類關(guān)鍵技術(shù)，包括安全可靠的空中發(fā)射與回收技術(shù)；低成本、多用途，有限壽命周期的機身框架設(shè)計技術(shù)；高精度飛控導航與地面跟蹤技術(shù)。

　　DARPA于2016年授予了洛馬等四家公司小精靈無人機系統(tǒng)第一階段項目合同，設(shè)想利用轟炸機、運輸機或者戰(zhàn)斗機實現(xiàn)空中批量發(fā)射，任務(wù)完成后由C-130運輸機進行空中回收，第一階段計劃完成空中發(fā)射回收技術(shù)、發(fā)射平臺集成方案、高精度飛控導航等關(guān)鍵技術(shù)研究。

　　DARPA于2017年授予了戴內(nèi)提克斯公司和通用原子公司小精靈無人機第二階段研發(fā)合同，兩家公司分別開展其全尺寸演示系統(tǒng)的初步方案設(shè)計，并完成各系統(tǒng)部件的風險測試工作。DARPA于2018年授予了戴內(nèi)提克斯公司小精靈無人機項目總額3 860萬美元，時長21個月的第三階段合同，計劃完成無人機的研發(fā)、制造、分系統(tǒng)測試及集成后的原型機試飛與回收驗證。同時，美空軍計劃從F-22和F-35戰(zhàn)斗機上發(fā)射和回收小精靈無人機，以提升其領(lǐng)空穿透能力，增加戰(zhàn)斗機情監(jiān)偵任務(wù)范圍。

　　小精靈無人機翼展3.48 m，重680 kg，最大任務(wù)載荷65 kg，最大發(fā)射高度12 192 m，最大回收高度6 096 m，最大巡航速度大于馬赫數(shù)0.6。每架載機能搭載16架小精靈無人機，每架機可完成20次發(fā)射回收，每次任務(wù)完成后24 h內(nèi)可以實現(xiàn)重新部署，擬采用機械臂在空中抓取無人機后拖入機艙實現(xiàn)回收。無人機可搭載光電/紅外成像系統(tǒng)，合成孔徑雷達，激光指示器，電子戰(zhàn)支援與電子攻擊載荷等。

　　圖6 小精靈回收示意圖

　　2019年1月，編號為X-61A的小精靈項目無人機在美國猶他州杜威試驗場進行了首飛，無人機由C-130A運輸機發(fā)射后，飛行1 h 4 1min，但在地面回收階段由于主降落傘未正常打開，損失1架驗證機。2019年11月，戴內(nèi)提克斯公司完成了包括地面模擬、空中發(fā)射與回收、指揮控制、飛行數(shù)據(jù)采集在內(nèi)的全部測試工作，并演示了30 min內(nèi)發(fā)射和回收4架X-61A的任務(wù)能力。目前4架原型機運行狀態(tài)良好，預計在2020年開展第二階段飛行測試工作。

　　2、忠誠僚機相關(guān)項目

　　隨著戰(zhàn)場環(huán)境日益復雜，敵偵察及防空能力不斷增強，造價昂貴的戰(zhàn)斗機已經(jīng)無法滿足未來作戰(zhàn)需求。美國空軍實驗室于2015年發(fā)布BAA公告提出開展忠誠僚機概念研究，旨在運用先進的人工智能，先進的指揮控制和無人機平臺技術(shù)，開發(fā)能夠在未來拒止環(huán)境中與有人作戰(zhàn)飛機開展編隊協(xié)同，執(zhí)行偵察、電子戰(zhàn)、打擊等多種任務(wù)的無人機，由此提升有人機作戰(zhàn)能力，減少高價值戰(zhàn)場資源損耗。

　　美空軍實驗室計劃分階段開展具備自主能力的無人機僚機技術(shù)研究，2020年，驗證無人僚機攜帶武器并作為目標指示平臺協(xié)助有人戰(zhàn)斗機平臺開展對地打擊任務(wù)的能力。2022年，開展有人-無人編隊對敵空中防御壓制能力（SEAD）驗證，使無人機充當武器平臺、目標指示平臺、情監(jiān)偵平臺、信息融合平臺、誘餌平臺等多種功能，可通過四代機無人化改裝，實現(xiàn)跨代有-無人機協(xié)同編隊，優(yōu)勢互補。以美國“空軍研究實驗室”和波音公司為主，開展了大量“忠誠僚機”相關(guān)項目研究工作。

　　01、“低成本可消耗飛機技術(shù)（LCAAT）”項目

　　2015年，美空軍宣布啟動 “低成本可消耗”（LCAAT）無人機項目，旨在應對日趨復雜的戰(zhàn)場環(huán)境和國防預算持續(xù)縮減壓力，開發(fā)高性能、低成本無人作戰(zhàn)飛機，未來替代或協(xié)助有人機執(zhí)行偵察、電子戰(zhàn)、打擊等多種作戰(zhàn)任務(wù)。同年9月，美空軍研究實驗室挑選6家集成供應商開展概念方案設(shè)計、驗證機制造和試飛驗證。

　　2016年7月，空軍實驗室選定科拉托斯公司授予開發(fā)合同，用于研發(fā)和制造3架驗證機。2017年6月，科拉托斯公司在巴黎航展展示了其編號為XQ-222的驗證機模型。同年7月，該機編號更改為XQ-58A。2019年3月，XQ-58A無人機在美國亞利桑那州尤馬試驗場完成了76 min的首飛任務(wù)。2019年10月，的第三次試飛著陸過程緩沖系統(tǒng)出現(xiàn)問題，導致無人機出現(xiàn)損壞，生產(chǎn)合同計劃推遲。2020年1月，XQ-58A完成第四次試飛工作，驗證了49項測試內(nèi)容。2020年2月，科拉托斯公司宣布在與美空軍研究實驗室開展技術(shù)演示驗證的同時啟動批量生產(chǎn)程序，計劃在2021年第一季度交付首批12架無人機。

　　XQ-58A是一種遠程高亞聲速隱身作戰(zhàn)無人機，機長8.84m，翼展6.7m，最大飛行高度13716m，最大飛行速度Ma0.85，航程超過3 400km，有效載荷不低于230 kg，包含內(nèi)埋彈倉和翼下載荷，配裝一臺渦扇發(fā)動機?？赏ㄟ^跑道起降，也可由火箭助推，導軌發(fā)射。XQ-58A采用的開放式任務(wù)架構(gòu)，可針對不同任務(wù)需求換裝不同載荷模塊，執(zhí)行制空作戰(zhàn)、防空壓制、電子戰(zhàn)、情監(jiān)偵等多種作戰(zhàn)任務(wù)，提升有無人協(xié)同作戰(zhàn)能力。

　　圖7 科拉托斯公司XQ-58A無人機

　　項目通過有限壽命開發(fā)、模塊化任務(wù)載荷選配、先進低成本制造技術(shù)等大大降低了開發(fā)成本，滿足了美空軍對于低成本可消耗無人機的要求，最低單價目標不超過200萬美元。同時采用更好的設(shè)計工具，優(yōu)化制造流程，使得從合同授出到首飛只使用了兩年半時間，大大縮短了研制周期，加速了新技術(shù)應用。

　　02、空中力量編組系統(tǒng)（ATS）項目

　　2019年2月，波音澳大利亞公司在阿瓦隆航空展上推出了名為空中力量編組系統(tǒng)（ATS）的平臺，項目由波音公司與澳大利亞超過35個合作方共同開發(fā)，未來將作為忠誠僚機平臺裝備澳大利亞皇家空軍，這也是波音公司為全球國防市場開發(fā)ATS平臺的基礎(chǔ)。該平臺是由人工智能技術(shù)驅(qū)動的高度自主的模塊化定制無人機平臺，可以作為軍用戰(zhàn)機的僚機，協(xié)助其執(zhí)行情監(jiān)偵、戰(zhàn)術(shù)預警等多種任務(wù)，實現(xiàn)作戰(zhàn)能力倍增。

　　ATS平臺采用數(shù)字孿生設(shè)計技術(shù)，波音公司建立了結(jié)構(gòu)、機載系統(tǒng)，任務(wù)能力及全生命周期的實時數(shù)字模型，在不同任務(wù)場景下模擬開展數(shù)千次試飛，以測試機體和任務(wù)系統(tǒng)能力。波音公司已在15個自主試驗平臺上開展了包括自主控制、數(shù)據(jù)融合、偵察與避障等技術(shù)研究，并于2019年11月完成了試驗機首飛，測試了高速下無人機的安全溝通和協(xié)調(diào)能力。波音借助多種設(shè)計和開發(fā)手段，極大縮短了研發(fā)周期，降低了研發(fā)成本。2020年2月，波音澳大利亞分公司完成了三架ATS原型機機身結(jié)構(gòu)組裝。2020年5月，波音公司公布了其制造的首架原型機，按計劃將在2020年內(nèi)開展原型機首飛。

　　圖8 波音空中力量編組系統(tǒng)（ATS）無人機

　　ATS無人機采用后掠上單翼，V型尾翼布局，機身采用波音公司有史以來最大的單件樹脂灌注復合材料，進氣道位于機身兩側(cè)，機長11.58 m，最大航程3 700 km，具有較小雷達反射截面和良好的高亞聲速飛行性能。無人機采用特殊的模塊化設(shè)計方案，可以快速更換的機鼻提供了1.5 km3容積，并配備了開放式架構(gòu)載荷接口，可以按照客戶需求開發(fā)指定類型的任務(wù)載荷，為多樣化任務(wù)能力提供了靈活的平臺條件。

　　在人工智能技術(shù)的支持下，ATS無人機具有高度自主控制與飛行能力，為有人-無人機編隊飛行提供了安全保障，可與F/A-18E戰(zhàn)斗機、F-35A戰(zhàn)斗機、EA-18G電子戰(zhàn)飛機、E-7A預警機和P-8A海上巡邏機等多型有人作戰(zhàn)飛機組成編隊，在強對抗環(huán)境下執(zhí)行情監(jiān)偵、電子戰(zhàn)、對地打擊等多種復雜作戰(zhàn)任務(wù)。

　　啟示建議

　　1、無人機技術(shù)推動“馬賽克戰(zhàn)”體系構(gòu)建

　　傳統(tǒng)戰(zhàn)斗機系統(tǒng)集成度、研發(fā)周期和成本日益提升，加之有人平臺過載、環(huán)境等條件受限，已無法滿足“馬賽克戰(zhàn)”體系對平臺靈活異構(gòu)、強適應性、成本低等要求。無人機集群、忠誠僚機等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，提供了多類分布式作戰(zhàn)平臺形態(tài)，適用于大中小多類作戰(zhàn)任務(wù)；快速低成本設(shè)計理念的運用大大縮短了設(shè)計周期，加速了新技術(shù)集成開發(fā)；人工智能和自適應通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合，實現(xiàn)了高效自主與動態(tài)協(xié)同。為構(gòu)建“馬賽克戰(zhàn)”體系提供了良好的技術(shù)與能力載體，加速體系構(gòu)建。

　　2、“馬賽克戰(zhàn)”加速無人機作戰(zhàn)能力生成

　　無人機產(chǎn)生至今，多依靠其低成本、靈活部署等特點執(zhí)行多種簡單枯燥任務(wù)，尚未有效融入現(xiàn)有裝備體系，形成顛覆戰(zhàn)場形態(tài)的作戰(zhàn)效果。究其原因，小型戰(zhàn)術(shù)無人機多針對特定作戰(zhàn)任務(wù)，型號多、類型雜，互操作性差，難以形成通用化作戰(zhàn)能力；現(xiàn)有中大型無人機多采用以平臺為核心的型號系列化發(fā)展路線，依靠改型獲得新的作戰(zhàn)能力，平臺擴展性差，新技術(shù)應用難度高；未來新型無人作戰(zhàn)飛機技術(shù)成熟度低，開發(fā)成本高、周期長，無法達到有人戰(zhàn)斗機作戰(zhàn)能力。

　　“馬賽克戰(zhàn)”的提出與應用變革了無人機裝備的發(fā)展模式，從體系化作戰(zhàn)角度出發(fā)，著眼大中小型無人機全壽命設(shè)計周期，采用分布式、標準化、通用化、模塊化設(shè)計理念，形成多類型具有互操作性的武器化、傳感器化無人機平臺，開發(fā)適應性通信網(wǎng)絡(luò)，依靠有-無人協(xié)同等概念降低對高端平臺自主能力需求，基于現(xiàn)有技術(shù)成熟度快速形成無人機在強敵對抗環(huán)境下的作戰(zhàn)能力，加速無人機融入現(xiàn)有裝備體系。

　　3、無人化“馬賽克戰(zhàn)”變革未來戰(zhàn)爭形態(tài)

　　“馬賽克戰(zhàn)”體系下的未來空中戰(zhàn)場將存在大量無人機裝備，包含具備強突防與打擊能力的攻擊類無人機，具備強隱身特征的偵察類無人機，具備多頻譜對抗能力的電子戰(zhàn)無人機，具備高自主決策能力的空戰(zhàn)無人機等。運用模塊化設(shè)計和通用架構(gòu)開發(fā)的無人機平臺將具備更高的經(jīng)濟可承受、自適應任務(wù)能力，適用于多類作戰(zhàn)環(huán)境與需求。未來，有人機與無人機協(xié)同執(zhí)行任務(wù)或僅有無人機自主執(zhí)行復雜作戰(zhàn)任務(wù)或?qū)⒊蔀槌B(tài)。

　　4、未來需形成“馬賽克戰(zhàn)”有效應對

　　美國提出的“馬賽克戰(zhàn)”體系是對傳統(tǒng)作戰(zhàn)人員組織架構(gòu)、裝備技術(shù)發(fā)展、作戰(zhàn)樣式的顛覆式變革，通過引入人工智能等多種技術(shù)，結(jié)合自適應動態(tài)協(xié)調(diào)殺傷網(wǎng)，提升敵方戰(zhàn)場預測和應對成本，對中俄“區(qū)域拒止/反介入”能力產(chǎn)生巨大威脅。針對由大量分布異構(gòu)無人機組成的 “馬賽克戰(zhàn)”自適應殺傷網(wǎng)絡(luò)，可以增強遠距偵察預警能力，遠程發(fā)現(xiàn)并壓制摧毀敵武器和電子戰(zhàn)載荷，損耗其攻擊能力；采用面殺傷方式，運用集中式強殺傷武器對敵“馬賽克戰(zhàn)”作戰(zhàn)單元及通信網(wǎng)絡(luò)進行集中式打擊；發(fā)展分布式作戰(zhàn)能力，針對敵動態(tài)殺傷網(wǎng)絡(luò)，形成點對點打擊效果，降低應對成本。

　　美國提出“馬賽克戰(zhàn)”體系并將其作為新時期下軍事作戰(zhàn)與裝備發(fā)展的頂層核心設(shè)計，勢必對未來作戰(zhàn)形式產(chǎn)生重大影響。本文梳理美國在無人機領(lǐng)域的相關(guān)項目研究，分析無人機與“馬賽克戰(zhàn)”相關(guān)技術(shù)研究進展及成果，形成對美國“馬賽克戰(zhàn)”體系下無人機裝備發(fā)展的深刻認識，分析未來強對抗環(huán)境下無人機裝備與技術(shù)發(fā)展方向，為我國無人機裝備作戰(zhàn)能力提升提供啟示建議，推進我國在未來無人機發(fā)展新賽道上快速形成技術(shù)積累與革新。

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