【深度】美国空中有人/无人协同作战能力发展

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有人/无人协同作战是指在信息化、网络化及体系对抗环境下，有人机与无人机联合编队实施协同攻击的作战方式。近年来，随着中俄等国反介入/区域拒止（A2/AD）能力的发展，美国传统打击武器面临高性能综合防空系统、GPS中断、通信受限、电磁干扰及定向能武器等一系列挑战，已很难满足作战需求。为此，美高度重视无人自主系统及人工智能技术发展，试图提高复杂的任务组织和精确协同配合能力，以应对高对抗环境下的各类威胁。由于目前无人系统智能化水平有限，还不能完全替代人的思维与判断，因此发展有人/无人机协同编队来快速提高作战效率和协同能力是现阶段的明智选择。

发展概况

1 概念阐述

有人／无人协同作战是指具备远距探测能力的高端有人机充当“主机”（巡弋在敌防空火力打击范围外），携带制导武器或各类ISR传感器的无人机作为攻击性“僚机”（前出进入敌防空火力打击圈），在数据链信息的支持下，有人“主机”和无人“僚机”通过密切协同来完成态势感知、战术决策、指挥引导、武器发射、武器制导及毁伤评估等过程达成作战任务。

有人/无人协同作战，可由地面指挥中心或预警机通过联合战术信息分发系统实现对有人/无人编队的指挥控制与引导，由有人机完成信息的综合处理、联合编队的战术决策、任务管理以及对无人机的指挥控制，由无人机完成自主飞行控制、战场态势感知以及对空／对地目标的最终打击。有人战机充当体系中的通信节点，将有人/无人作战编队嵌入到整个对抗体系中，从而实现战场的信息共享、可用资源的统一调度及作战任务的综合管理。

2 基本特点

①有人／无人协同作战编队整体作为体系对抗系统的一个节点，受预警机或地（海）面指挥中心的统一指挥控制，包括整体作战计划制定、远距占位引导等，同时共享整个战场的态势信息。②有人／无人飞机之间在信息、资源、攻击计划等多方面实现数据共享及协同；有人机对所获取的信息进行综合处理，完成战场态势的评估分析；同时根据作战任务与作战计划、战场态势、系统可用资源等多种因素，进行协同作战的任务规划，实现对联合攻击系统的任务管理，并将任务规划的结果以指令形式发送至无人机。③无人机通过自身携带的ISR传感器观察战场环境，可一定程度上自主执行特定行动，并在有人机的指挥控制下，完成攻击目标的瞄准计算、武器发射条件判断、武器发射前的装订参数计算、武器的发射控制及发射后的制导、毁伤效能评估等，实现对空／对地目标的最终打击。

3 发展历程

有人/无人协同作战已成为无人机作战运用研究中的一大热点，引起了世界各军事大国的极大兴趣。美国早在1996年就发布了机载有人/无人系统技术项目(AMUST)，目的是开发和验证有人/无人机编队协同作战所需的软件、组件和程序，提高有人/无人机的综合作战效率。目前，美空军已把无人机设想为统筹指控、严密配合的整个综合大系统中与有人驾驶的战斗机/轰炸机和导弹武器并肩协同作战，充分利用C4KISR体系达到作战目标的攻击武器，并计划于2018年开展F-16改装型无人机与F-35战斗机配对作战测试。下图给出美国空中有人/无人协同作战能力发展相关时间节点。

美国空中有人/无人协同作战能力发展相关时间节点

典型项目

1 “忠诚僚机”项目

“忠诚僚机”(Loyal Wingman)项目由AFRL于2015年中旬发起，旨将使第五代战机（长机）的驾驶员可以对无人机（僚机）进行控制，大幅度提升美国空军的有人/无人机协同作战能力。具体目标包括：①提供高效人机编队中的灵活的自主系统；②实现多种机器协同编队执行任务目标；③确保可在复杂、对抗环境下作战；④确保系统在未知、动态环境下的安全、高效。根据RFI内容要求，项目将在2018财年开展整合研究工作，并在2020到2022财年间开展两种演示验证：对地攻击、对敌防空压制。

对地攻击演示验证：2020财年，对地攻击演示验证聚焦于无人飞行器作为有人战机的空地武器发射平台或目标指示器。作战想定是在GPS或定位通信能力受限，但不受动能武器及定向能武器威胁的作战环境。作为空对地攻击平台，无人飞行器扮演武器库的角色，具备对当前航线/目标的变化调整，及对新航线/目标的识别具备反应能力，同时具备目标的毁伤评估能力。

对敌防空压制演示验证：2022财年，第二项演示验证将聚焦于有人战机/无人飞行器联合执行对敌防空压制任务。作战想定环境将包括一定程度的GPS干扰、电子欺骗、敌军防空能力和电子战、有限的敌人威胁、暂时的卫星通信中断。作为对敌防空压制平台，无人系统在作战区域内需能感知、识别和定位特定的辐射源。它还需要具备单独或协同执行近距或远距离电子攻击（信号干扰或欺骗技术）的能力。无人飞行器（单独/编队）可搭载反辐射武器，同有人战机执行协同战术、技术和规程。在无人机编队中，飞行器须可相互配合执行最优决策。无人飞行器的角色包括：有人战机的武库机、目标指示、充当防空武器的诱饵、执行远距离电磁干扰、充当数据融合节点等等。除提高作战能力外，通过听取有人战机飞行员任务执行情况汇报或演习回顾（任务执行后）来探索自主技术在任务执行过程中的角色，进而直接提高后续执行此类任务能力，也是2022财年演示概念的一部分。

无论上述哪种演示验证，其涉及的技术包括但不限于：①分散编队根据作战环境的动态、适应性任务规划技术；②传感器融合技术，包括来自无人系统的数据以及其他飞行器的数据资源；③作战目标识别、优先级和分散部署能力；④受环境约束下的通信及适应性；⑤飞行作战；⑥面向动态作战环境、工作负荷、通信的适应性飞行员交互界面及工作负荷管理技术；⑦飞行员回顾评估任务执行情况以应用于未来作战的能力。

“忠诚僚机”项目

2016年3月，AFRL发起“忠诚僚机自主性测试”征询书，针对自主系统中的机载联网问题，寻求网络通讯技术。2017年1月，美国空军研究实验室（AFRL）发布“自主网络”征询书（RFI），旨在为“忠诚僚机”项目的自主系统寻求网络通讯技术，以期解决有人/无人作战编队的机载联网问题。

2 “鲭鲨”、“女战神”项目

2017年巴黎航展期间，美国克瑞托斯（Kratos）公司展示了其最新研制的UTAP-22“鲭鲨”（Mako）和XQ-222“女战神”（Valkyrie）两款无人机，作为下一代有人战斗机的僚机，具有高机动性、隐身性特征，并可携带武器弹药及相关传感器。

UTAP-22“鲭鲨”

2016年10月，国防部战略能力办公室（SCO）授予Kratos公司价值1260万美元的合同，旨在探索使用高速无人机在完全自主或半自主情况下为第四代和第五代战斗机提供支持。为降低技术风险、压缩项目成本，UTAP-22无人机在BQM-167A靶机基础上改装，并搭载了多种先进传感器。

UTAP-22不但可作为有人战斗机的“忠诚僚机”伴随作战，还可完全自主或半自主地合作执行“蜂群”战术。该机目前已知的可用载荷包括翼尖电子战吊舱、AN/ALE-47机载先进诱饵撒布系统等。据悉除使用美军现行的Link 16数据链对其实施控制外，还为其配备了更加先进的“战术目标瞄准网络技术”（TTNT）数据链。

表 UTAP-22无人机战技指标

目前，UTAP-22已经在试飞阶段，2015年美海军陆战队AV-8B战斗机已成功演示了飞行中控制UTAP-22无人机的能力，美军预估2018年就能开始装备部队。臭鼬工厂正在想办法让这一系统平台未来能够和F-22或F-35整合，成为未来前线作战的有力手段。

XQ-222“女战神”

XQ-222项目于2016年7月启动，为AFRL的“低成本可耗损式打击展示计划”(Low-Cost Attritable Strike Demonstration，LCASD)而开发。XQ-222类似第五代战机的机身，能够远距离为战斗机提供侦察和预警信息，并可对敌方空中和地面目标实施打击，有效降低有人战机损伤的风险。

XQ-222无人机图

XQ-222无人机采用V形尾翼、低雷达截面积设计，具备隐身能力，配备节能高效的WJ-33发动机，可以在机腹或两翼部署武器。XQ-222单价约200~300万美元，据悉平台成熟后，将可换装民用涡扇发动机J33，从而降低成本。

表 XQ-222无人机战技指标

美国政府部门订购了6架XQ-222无人机，但按照合同要求没有对外公布具体买方信息。目前已有3架XQ-222原型机完成制造，其中1架已经送交给AFRL，另外2架则保留在克拉托斯公司并由厂方操作，同时也规划2018年第2或3季度进行XQ-222的试飞。

3 战术作战管理项目

战术作战管理系统（TBM）是一种采用人工智能技术的软件系统，用以在模拟的超视距空战任务中引导有人机／无人机编组的无人“僚机”。该软件的发展是在美国防部长办公厅发起的“用于空战任务的自主性”专项框架内进行的，该专项是NRL的研究人员参与的美军5个跨军种自主性技术研究专项之一。

TBM基于当前的导航和博弈技术，可提供非常直观的交互界面，为作战人员提供动态移动环境下的及时战术信息；通过控制机载传感器具备侦察、监视、目标捕获和智能整合能力，并可快速报告及挖掘可用信息；TBM可部署在一系列触屏式计算机上，并致力于在3次触屏操作内完成各类指控命令；操作人员通过TBM触屏界面可控制传感器，包括：光电传感器、GPS、激光测距仪等；导航和信息显示出现在数字地图的最上端。

战术作战管理（TBM）界面

TBM理顺了有人/无人空战编组内的跨平台协同关系，以提高强对抗环境中可操作性；它允许操作人员通过协调任务分目标（objectives）／总目标（goals）来管理编组中的多架无人机。TBM具备如下功能：定位和导航工具、通用作战图像显示、包括2.5D，3D地图界面、战术网络航图、快速指令和战术草图叠加工具、地理参考传感信息和作战特征、机载传感器局部定位感知、预警和警报、标准符号体系、远距离目标定位和“Slew To”能力、火力规划和呼叫火力支援、同飞行器各子系统的高度整合（如远距离武器库、传感器和电子设备）。

战术作战管理（TBM）系统

在的2017年模拟超视距空战任务中，一名专业飞行员通过人机接口控制长机，并与战术战场管理器控制的自主无人机进行通信交互。专家飞行员们肯定了TBM在他们的指挥之下控制一架无人机的能力，NRL的团队已将TBM集成到了AFRL的“用于仿真、集成和建模的分析框架”（AFSIM）和NAVAIR的“下一代威胁系统”（NGTS）中。AFSIM和NGTS都是高保真的超视距任务模拟器，对空中、陆地和海面平台（包括武器和子系统）进行了建模，被飞行员们在虚拟训练和试验系统中日常性使用。

分析评述

1 有人/无人编队整合了无人技术优势和系统族群优势，可提高作战灵活性

无人僚机概念类似于武库机，旨在通过五代机（F-35、F-22）和未来的新一代轰炸机B-21来提供目标信息，由其所携带一系列的远程精确制导武器来打击目标。有人/无人编队中的无人僚机可视为武库机的一种，可搭载武器弹药，由五代机飞行员下达指令，实施目标攻击；同时，每架僚机通过其携带的传感器观察周围环境，并使用目标推理技术动态自主地选择希望达到的任务目标，从而保证在人类操作员不介入的情况下能够做出合适的行动。

进入敌防空区域后，搭载传感器及武器弹药的僚机编队，在有人战机指挥下，或积极隐蔽，或故意暴露，或呼唤远程防区外干扰，或实施近距防区内干扰，或分散执行对地打击，或协同实施防空压制……基于自主及人工智能技术，有人/无人编队提高了任务组织复杂度和自主协同配合能力，可为战场指挥人员提供更多灵活性选择。

2 “忠诚僚机”概念实施，将有效提升有人/无人协同作战能力

有人/无人机协同作战有赖于有人机、无人机之间以及整个作战体系之间信息和资源的共享及作战任务的协同，能够实现更加灵活的作战战术，从而提高整个系统的作战效能，有着重大的军事应用价值。

首先是有人机与无人机编队，相对低成本的无人机突入敌防区内，既节省了有人机的出动架次，也发挥了无人机的重要作用。尤其是在地面防空火力密集区域和“斩首行动”时使用，无人机携带的武器足以完成打击任务。其次，F-16战机改装将为今后使用更多的无人机作为五代机的僚机提供参考和借鉴，“忠诚僚机”或将成为一种未来作战模式或空战战术。

有人/无人机协同作战是在现阶段无人系统智能化程度不高的条件下采用的一种作战方式，尽管如此，这种全新的组合形式必然会对未来作战模式产生重大影响，其在作战样式、指挥、组织、训练样式等都将会不同。

本文刊载自2017年《无人系统技术》第4期

作者：北京海鹰科技情报研究所 申超 李磊

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