美国智囊惊呼中国“匈奴王”回归!中国119架无人机集群为何令西方如此不安?

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11-09 05:48 首页 酷玩实验室

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固定翼无人机的集群飞行能力,代表着未来无人机应用的重要方向,也是智能无人系统“改变游戏规则”的体现。该领域的竞争日趋激烈,短短两年内,中美四次刷新无人机集群飞行的规模。今年6月,中国电科宣布已成功完成119架固定翼无人机集群飞行试验,刷新2016年67架固定翼无人机集群试验纪录——在智能无人集群方面实现又一突破。


“这完全回到了古代匈奴王的战术,”美国兰德公司高级工程师兰德尔·斯蒂布说,“一支轻型攻击部队能够击败更强大、更先进的对手。它们突然冒出来,从各个方向进行攻击,然后突然消失不见,反反复复。”


回顾历史,从人类飞行之梦到真正冲上云霄、从有人驾驶到无人机、从单一无人机操作到蜂群式协同行动,人类空天科技的发展从幻想起步,在千万人心血的孕育中成为现实。


1

梦想:从“空天母舰”说起






20世纪末,暴雪公司开发出一款名为“星际争霸”的电子游戏,风靡全球,在70后和80后玩家中尤为盛行。游戏中的一款经典武器“空天母舰”,惊艳了诸多游戏迷的双眼:一个巨大的空天母舰能够释放出12个小型战斗机,发起集群攻击,迅速摧毁目标。


这个画面很科幻。


然而,短短十几年之后,更华丽的场景呈现在现实之中:一刹那,战机释放出成百架微型无人机,一时间铺天盖地,像蜂群一样席卷敌军。更令人惊叹的是,通过人工智能技术的应用,这百余架无人机可以互相配合、进行协同作战……


这,就是即将成为现实的无人机蜂群战术。


毫不夸张地说,未来,无人机占主流的作战模式一定会颠覆现在的战场模式,多任务无人机智能编队(即无人机蜂群)将很可能在相当程度上取代现行“预警机+作战飞机”的模式。


此外,无人机轻量化、小体积、灵活起飞和可回收的特点,可能给陆军现有的“察打一体”火力指挥体制带来革命性颠覆,甚至,很可能使作为强国标志而纵横四海的航母编队在一夜之间成为过时的东西……


许多划时代的科技成果均来源于人类伟大的幻想。


实际上,“空天母舰”之集群攻击概念并非暴雪首创,早在二战前,勇于创新的人们就已经开始构想这种战术并进行了无数次实践。


2

代价:机毁人亡的惨剧




在空战中,最理想的方案是一架飞机能够完成所有作战任务。然而,正所谓“样样通必然样样松”,由于技术限制,如果想适应所有的作战需求,飞机的综合性能将一无是处。其实,从军用飞机出现以来,我们就不得不对飞机的种类进行分化,如战斗机和轰炸机等,分化后的几种功能又相对单一,无法满足全部作战需要。


因此,各国退而求其次,转向追求将几种不同类型的飞机整合在一起,产生了一些脑洞大开的“子母机”型号,比如:


*苏联的TB3轰炸机可以外挂三架战斗机;

*美国曾试验从飞艇外挂战斗机,以及专门挂在B29轰炸机下的XB85战斗机;

*纳粹德国更疯狂,在其“末日计划”中提出了十几个相关方案。


只是很可惜,当时的技术水平决定了飞机都必须有人操纵,因此飞机体积很大;而且,当“母机”回收“子机”时,需要双方驾驶员操纵精确并保持稳定。


因此,实现整合的难度系数太大。


可是,如果不能回收,航程有限的“子机”将无处安身,“母机”也丧失了持续作战能力。


美国最早的寄生式战斗组合要数“梅肯”号飞艇和“雀鹰”战斗机的组合。考虑到上述“痛苦”,美国决定使用飞行相对稳定的飞艇作为母体,上面安装一种“秋千”状的挂架,挂载4架“雀鹰”战斗机——打算释放战斗机的时候,像荡秋千一样把战斗机“扔”出去。


但是,当战斗机返回之时,二者在保持同样速度的情况下,母机伸出秋千,战斗机的飞行员需要准确操纵飞机、缓慢接近这个秋千、准确地把飞机上部的挂钩挂入秋千环中,而后,飞艇上的回收机务人员把机身固定架套在战斗机的机身上,用卷扬机将飞机拉回母体上。


这个过程非常复杂,就像空中杂技一样困难。


并且,飞艇有个重大弱点——抗风暴性奇差。在短短两年时间内,“梅肯”号和姊妹艇“阿伽门农”号都因为被风吹断了尾部而坠毁,造成了上百名艇员遇难。


最后,美国不得不放弃了这个原本看起来很有前途的路线。


当然,美国人绝不就此甘心罢手。


二战后,他们以B29轰炸机为母机开发了EB29+XF85战斗机组合。为了挂载寄生式的小型战斗机XF85,载机EB29专门设置了吊架等回收装置。


不过,还是老问题,两架高速飞行的飞机之间气流复杂使得飞行员无论如何都难以确保回收时候保持平稳飞行。在7次试验中,子机和母机发生碰撞造成结构损坏的有4次,成功的3次其实也都是险象环生,仅凭运气。


所以最后美国空军只能结论“ 即使在经验丰富的试飞员的操纵下,回收也是个困难的工作”,只得彻底作罢。


各国不得不放弃了这个诱惑十足、野心勃勃的的战术方案。


3

转机:无人机重燃希望




最开始的无人机都是程序控制性的,通过机械或者电子计时器计算速度和飞行时间,在这个基础上规划一个返回航路。


例如,某无人机飞行速度700KM/小时,那么在地图上量好飞行方向就应该可以飞到某地,计时器设定为一小时后自动启动让飞机作出转舵返航动作,然后根据转舵角度确定无人机返回地区,回收分队前往“守株待兔”……在此过程中,无人机操控人员跟飞机基本没有什么互动。


如今,时过境迁,无人机的出现已经使上述状况发生改变。


现在,有了先进的电脑技术和卫星通讯系统,不但可以事先给无人机输入“电子地图”,一路上通过机载传感器不断地按图索骥,更可以通过卫星网络随时跟操控人员进行联系,不管是中途改变任务还是遭遇敌人拦截,都能作出相应对策。


并且,相对于有人驾驶的作战飞机,无人机具有诸多优势:


*不用顾虑驾驶员的生存问题,无须配备复杂庞大的驾驶员生命维持系统,可以将体积微型化,使其难以被发现和跟踪;

*可以采取大型化路线,塞进更多的燃料,从而实现数十个小时的留空时间;

*可以在各种极端情况(超过人体极限)下工作,诸如轻松实现高超音速飞行,大幅度机动动作等等。


并且,无人机成本低廉、效果显著,损失一架无人机不过是损失一部机器,不存在人员伤亡,大规模工业产品可以让成本不断降低。


随着以计算机技术、网络通讯技术为基础的人工智能控制系统逐渐成熟,无人机技术出现了新飞跃:


*通过机载传感器,无人机将所感知到的战场信息迅速上传战场战术网络系统,并向所有作战平台分发共享;

*通过卫星网络或者战区指挥网络,无人机可接受实时指令,使用携带精确制导弹药冲到第一线、执行“定点清除”任务,让恐怖分子无处遁形;

*先进计算机控制的电传操纵系统可以通过互相的交联通讯,使得两架飞机之间的协调动作更加顺畅,毕竟机器的稳定性赛过飞行员。


可以说,目前,无人机在战场上已经大放异彩,不仅仅能够执行侦察、监视等辅助性任务,在某些任务领域早就挑起“大梁”,例如,美国正在致力于使X47B无人机(可以用于夺取制空权和对地攻击多用途)实现舰载。


因此,以无人机的方式实现“空天母舰”有了现实的基础。


科技实力独步全球的美国自然不甘落后。


在雄厚的技术基础上,以DARPA (美国国防高级研究计划局)为首的若干研究部门,明确提出了开发小型集群化作战的无人机研发项目。未来,美军将致力于装备多种这样的无人机系统:具有一定智能自主能力、体积小型化、可在集群条件下互相协调甚至与有人机协同作战,并且成本低廉、可以回收。


这就是蜂群无人机战术。


其灵感来自蜂群:蜜蜂群体行动时,每只蜜蜂并不需要掌握所有信息,只跟自己周围几只小伙伴进行信息交流,然后,通过网络式共享信息,从而使整个蜂群明确行动目的。


4

革命:蜂群无人机战术



 

2015年底,俄军出动无人机集群进入叙参加地面反恐作战,世界上首次无人机机群作战由此展开,对击溃“伊斯兰国”防线起到不可低估的作用。


这种蜂群战术具有革命性意义!


对于集群无人机而言,其中并没有领导者或者核心设备。集群无人机是一个自组织的系统,所有的无人机单体都是平等的。集群性能够让无人机对一个区域进行有效搜索,在一起飞行并不会发生碰撞。而且操作一整个集群无人机仅仅需要一个操作员。


设想一下,如果一架F16作为母机突然释放出数十甚至更多个子机,一起发动攻击,每个子机根据战术网络共享敌情信息、依靠机载人工智能控制系统进行选择和判断,最后分别扑向预定目标,就相当于在一瞬间使整体攻击力成倍递增。若其中还有其他个体分别承担电子战、警戒等作战任务,那么,在传统有人驾驶飞机上飞行员难以独自完成的警戒(一般要依靠僚机)、发现目标、发动攻击等一系列必须动作,将由无人机蜂群迅速完美执行。


值得一提的是,这些子机依靠3D打印等技术制造,成本低廉。不必担心对方火力拦截,即便损失了也不可惜,完全可以采取“自杀式攻击”。从这个角度来说,等于使敌方火控系统的任务压力迅速增加数十倍——面对这种“神风”式的饱和攻击,即便防守方火力十分强大,也是无可奈何。打个比方,就像一头壮壮的熊面对一群疯狂扑来的马蜂,除了抱头逃走,也没有什么更好选项了。


更重要的是,由于无人机具有上述种种优势,其体积大小完全可以根据使用环境来决定,起飞方式具有高度灵活性:既可以是有人作战飞机撒布,也可以是大型无人机撒布,甚至还可以是用车载乃至手抛起飞。因此,不仅仅空军和海军航空兵的无人机可以使用蜂群战术,即便是普通的舰船,甚至到陆军的步兵分队这一层次,也有可能使用小微类型的蜂群无人机灵活执行各类任务。


想想看,原本步兵需要冒着敌人火力去拼死炸碉堡的行动,现在变成了躲在战壕里,掏出无人机扔上天(更可能还是支起来发射架),然后在操作台上像玩游戏一样就把敌方的火力点逐个打掉了。


这个画面并非痴心妄想。


叙利亚战场上,某交战双方已经开始使用无人机互相轰炸,只不过因为所用某型号无人机本来是我国产的玩具,用来作战的话,效果可想而知——无论是载重还是精确程度都非常“草根”。


随着无人机技术进一步发展,危险而强大的蜂群无人机在未来战场上必将得到广泛应用,说无处不在也不为过。


试想一下,海军舰船普遍携带蜂群出动将是一副什么景象?那是满世界的航母啊!


5

障碍:道高一尺,魔高一丈



 

当然,想象总是更加美好。若要付诸实践、使无人机蜂群在实战中发挥重要作用,现阶段,我们至少需要跨越下面这三道门槛。


首先,人工智能问题


目前,无人机的自主性普遍较低,即便是赫赫有名的美国“捕食者”无人机,也需要有一个飞行员通过地面站在远距离上对其进行遥控。依赖远距离遥控,仅仅就信号传输处理耗时而言,必然导致无人机对于战场情况作出反应出现延迟。


在对地攻击中,这么一两秒钟的延迟也许不算问题,但是,在未来激烈的空中对战中,时机差之毫厘,战果将失之千里。


另外,在无人机群的飞行过程中,有一点非常关键:各无人机之间必须互相交流信息后进行协调计算,从而确保不会发生碰撞,然后涉及任务分配、目标选择等。这些功能的实现都需要强大的人工智能系统运作。


然而,人工智能水平越高,对机载计算机的能力要求就越强大,所需能耗就会翻倍。


目前的电脑以Intel的I5CPU芯片为主,运算速度跟20年前的386时代相比,早已不知道翻了多少倍。不过,只要拆开你的台式机机箱,看看目前的电源模块功率标称是多少,CPU上的风扇有多么巨型,再回忆一下当年386时代的小巧玲珑电源模块和没有风扇的样子,相信你就明白了这个问题其实一点都不是小事。


其次,通讯问题。


虽然无人机群倾向于依靠强大的人工智能,尽可能的减少操作者对其进行干预程度,但是肯定不可能对其放任不管。战场上什么情况都可能出现,举个例子,如果敌对目标放弃抵抗,那么就必须及时中止无人机蜂群攻击行为。


这时,人工智能系统很可能无法识别变化,仍然需要人类指挥员进行决策。无人机之间、无人机与有人机配合作战时,都需要依靠战区战术网络系统进行信息共享,这就对无人机蜂群的通讯能力提出了很高的要求:通讯速率必须要快!


不能被敌方截获甚至入侵、造成信息“劫持”,最后操纵你的无人机把你的炸弹扔在你的司令部房顶,而当下无人机一旦受到电磁压制干扰,既无法通过卫星网络确定自己位置,又不能跟操纵员取得联系接受操控,就出现迷航坠落的现象也必须得到改变。


2016年底伊朗击落美国无人机RQ170时,据说就是采取了这种方式。


目前,虽然采用了跳频和直接扩频等诸多保密通讯方式,但是,正所谓“道高一尺,魔高一丈”,未来战场情况将越加复杂,面对更多样化的挑战,操控如此强大的武器系统,显然需要更可靠的通讯指挥手段。


最后,能源储存问题。


如果蜂群无人机采取类似X47B这种大型化模式,就可以使用跟现有航空发动机类似的型号,依靠空中加油以便实现长时间留空,并且为机上设备提供足够的电力。


不过,大型无人机也有其弱点,一方面,因为体积较大,所以灵活性较差,与小型机相比,更容易被发现和跟踪、摧毁;另一方面,与有人驾驶飞机相比,大型无人机较为廉价,但是造价仍然不太便宜。因此,为了追求战术灵活性和最佳费效比,在未来的战争中,最具前途的还是大量小型无人机组成的蜂群。


但是,小型无人机也有短板:迫于其体量较小,装载燃料必然有限,甚至大量的小微无人机必须整体依靠电池作为动力,这样的话,如何解决好机载设备低能耗和大容储量电池问题,对于其发挥更大作战效能的影响十分关键。


目前,电子计算机技术走到了一个“瓶颈”期,要支持一个高度智能化的蜂群存在一定难度。未来的量子计算机、生物计算机或者激光计算机等高效低能耗的新型计算机技术一旦成熟,必然会给无人机蜂群带来翻天地覆的变化。



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