淺談“超級蜂群”無人機作戰(zhàn)項目開發(fā)的技術(shù)核心

美國海軍加快“超級蜂群”無人機作戰(zhàn)項目開發(fā)

2022年10月，美國防部預(yù)算文件出現(xiàn)此前未披露的“超級蜂群” 無人作戰(zhàn)項目，該文件表明美國海軍正在加快該項目開發(fā)，研究如何建造、部署和控制數(shù)以千計的小型無人機，以絕對數(shù)量壓倒對手防空系統(tǒng)。

項目簡介

“超級蜂群”無人機作戰(zhàn)項目是美海軍的一項保密項目，源于美海軍研究院艾薩克?卡米納教授2016年提出的設(shè)想。

“超級蜂群”由水面、水下和空中多模式無人系統(tǒng)組成，無人系統(tǒng)平臺可在不同域之間隨意切換，規(guī)模超過10000艘／架，擁有壓倒性數(shù)量優(yōu)勢的群體，從而徹底癱毀對手的態(tài)勢感知、判斷決策能力。

“超級蜂群”構(gòu)想主要源于自然生物群體，類似于自然界中的蟻群或鳥群，其關(guān)鍵技術(shù)是集群算法。集群中的每個成員都遵循規(guī)則行動，則群可保持內(nèi)聚，不會產(chǎn)生相互碰撞。這種規(guī)則在沒有中央控制智能的情況下可使蟻群或蜂群作為一個團隊有效地工作。

搞清楚這種規(guī)則，就可利用蜂群自身的內(nèi)部規(guī)則控制或擊敗“超級蜂群”。“超級蜂群”防御和進(jìn)攻的關(guān)鍵是如何控制蜂群，尤其是上萬架或更多數(shù)量的具有極高控制自主性的無人機集群。

“超級蜂群”項目研究起初以海軍研究生院卡米納團隊為主導(dǎo)，其研究工作涵蓋了針對“超級蜂群”威脅的防御戰(zhàn)術(shù)，也包含了對進(jìn)攻性 “超級蜂群”的開發(fā)活動。從 2016年起，卡米納團隊開展相關(guān)戰(zhàn)術(shù)研究，以保護(hù)美海軍航空母艦等高價值資產(chǎn)，使其免受伊朗小型無人艦船的襲擊。

隨著美國將重心轉(zhuǎn)移至印太地區(qū)，“超級蜂群”成為美軍應(yīng)對 “反介入/區(qū)域拒止”戰(zhàn)略方案之一。目前正在開展針對無人“超級蜂群” 的進(jìn)攻和防御技術(shù)和戰(zhàn)術(shù)研究。

近期海軍在預(yù)算文件中的計劃包括從艦船、潛艇、飛機和地面車輛發(fā)射無人集群，集群無人機配備傳感器、干擾器或其他電子戰(zhàn)設(shè)備、彈頭等多種有效載荷具備多域作戰(zhàn)能力。

“超級蜂群”項目還包括合作規(guī)劃和分配任務(wù)給集群成員，開發(fā)更復(fù)雜的控制系統(tǒng)，用于有人和自主團隊，使人類和集群更易于協(xié)同工作，并賦予集群更多的自主權(quán)等。

發(fā)展動向

（一）“超級蜂群”的核心技術(shù)是人工智能算法和計算機處理速度

2020年9月，美國福布斯網(wǎng)站透露了美國海軍“超級蜂群”項目的研究情況，其中海軍研究生院卡米納團隊為“超級蜂群”可行性研究設(shè)想了幾個數(shù)量級的無人機，最大膽的設(shè)想為100萬架無人機。

該數(shù)量級的“超級蜂群”具體研究成果可能包括技術(shù)可行性、戰(zhàn)術(shù)場景預(yù)估等，沒有對外公開，但給予出了明確結(jié)論。只要蜂群內(nèi)無人機突破10000架，對智能技術(shù)水平的要求就會出現(xiàn)本質(zhì)區(qū)別。

現(xiàn)階段，在人工智能和算法支持下，同時操縱幾百架甚至上千架無人機的技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)，無人機操作基本上以人工遙控為主，人工智能為輔。

當(dāng)數(shù)量繼續(xù)增加到1000架以上，人工操作就會越來越困難，對人工智能的要求就越高。當(dāng)數(shù)量增加到10000架以上，無人機蜂群必然以“人工智能完全自主控制”為主，同時人類干預(yù)程度將降低至最低水平。

控制10000架次以上的無人機蜂群，需要極強的信息處理能力，以及非常精密復(fù)雜的算法邏輯，這是“超級蜂群”的最大難點。在自然界，部分昆蟲類、鳥類、魚類能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)千、數(shù)萬只甚至數(shù)十萬規(guī)模的群體協(xié)調(diào)行動。

這些群體性動物，在有限的空間內(nèi)能夠分工協(xié)作，避免互相碰撞，統(tǒng)一實現(xiàn)整體行動目標(biāo)。其中包含的一些自然規(guī)則蘊藏著復(fù)雜的細(xì)節(jié)邏輯，通過仿真技術(shù)領(lǐng)悟其中的奧妙，將能為人工智能和中央控制系統(tǒng)提供算法方面的借鑒。

“超級蜂群”的核心技術(shù)，除了計算機處理速度外，就是算法。卡米納認(rèn)為，未來戰(zhàn)爭的勝負(fù)，將由雙方算法水平的高低決定?？准{團隊的研究為“超級蜂群”項目蜂群控制人工智能算法研究指明了方向。

（二）美海軍加快“超級蜂群”關(guān)鍵技術(shù)和裝備研發(fā)

2021年3月，雷聲公司獲得美海軍3300萬美元“郊狼Block3”無人機合同，旨在實現(xiàn)“郊狼Block3”無人機從無人水面艦艇和水下艦艇的發(fā)射作戰(zhàn)能力，提供海上平臺情報、監(jiān)視和偵察以及精確打擊能力。

2022年1月，美海軍授予佐治亞理工學(xué)院價值3500萬美元合同，用于開展“異構(gòu)自主樣機演進(jìn)”項目研究，重點研究蜂群和“超級蜂群” 系統(tǒng)的異構(gòu)性及最佳指揮與控制架構(gòu)。研究還將考慮該體系架構(gòu)如何與其他自治體系架構(gòu)無縫結(jié)合。研究工作預(yù)計2025年1月完成。

2022年10月31日，美國海軍發(fā)布“無人機母艦”概念征詢意見公告，尋求建造低成本、無人值守艦艇，采用經(jīng)濟高效方法快速提供和發(fā)射大量無人系統(tǒng)，支持在競爭環(huán)境中通過中繼共享位置信息，使海軍載人艦艇在執(zhí)行任務(wù)時免受威脅。

該艦除了裝載所需的無人系統(tǒng)和指揮、控制、通信、計算和情報套件外，還需要考慮導(dǎo)航、網(wǎng)絡(luò)安全、載荷、續(xù)航等能力。計劃2026年開始設(shè)計和建造，2028年開發(fā)出樣機。

（三）美海還積極進(jìn)行相關(guān)戰(zhàn)術(shù)演練

除了研發(fā)技術(shù)和裝備以外，美海軍還積極進(jìn)行相關(guān)戰(zhàn)術(shù)演練。2021年4月，美海軍在加州圣地亞哥外海舉行了為期一周的“無人集成作戰(zhàn)問題”-21演習(xí)，首次曝光了海軍“超級蜂群”計劃。

演習(xí)共動用了29種不同類型無人系統(tǒng)，無人水面艇、無人潛航器和無人機分別占50%、30%和 20%，目的是在真實、復(fù)雜的任務(wù)場景中探索有人與無人系統(tǒng)如何在空中、水面和水下實現(xiàn)密切跨域協(xié)同，使后者成為顛覆性的能力倍增器。

幾點看法

（一）“超級蜂群”將促進(jìn)美軍作戰(zhàn)組織方式轉(zhuǎn)變，體現(xiàn)出綜合作戰(zhàn)效果

“超級蜂群”將改變美軍傳統(tǒng)的作戰(zhàn)組織方式，作戰(zhàn)組織將更加靈活。在智能無人機集群發(fā)展的影響下，美軍可能改變目前固定的作戰(zhàn)編隊模式，轉(zhuǎn)而采用更加靈活多變、按需整合、面向戰(zhàn)場的自適應(yīng)作戰(zhàn)模式。

美軍不再限于幾架單一功能的無人機協(xié)同編隊，而是以滿足作戰(zhàn)任務(wù)需求為原則，動態(tài)定制適合其作戰(zhàn)任務(wù)需求的規(guī)?？勺?、異型、異構(gòu)協(xié)同攻擊體系。

“超級蜂群”將使美軍作戰(zhàn)從指揮協(xié)同、信息協(xié)同、火力協(xié)同向任務(wù)協(xié)同能力提升，并且可實現(xiàn)跨域任務(wù)協(xié)同，不僅可提升美軍各平臺能力，而且可以彌補各平臺的不足，傳統(tǒng)的以單平臺作戰(zhàn)效果為衡量標(biāo)準(zhǔn)的作戰(zhàn)規(guī)劃也將不再適應(yīng)“超級蜂群”新型作戰(zhàn)樣式需求。

（二）“超級蜂群”將成為美軍應(yīng)對“反介入/區(qū)域拒止”戰(zhàn)略的利器

美國吸取伊朗制造無人機的經(jīng)驗，研制大量造價低廉的蜂群無人機用于戰(zhàn)場。美軍規(guī)劃的“大規(guī)模制造自主系統(tǒng)”項目將使用 3D 打印和數(shù)字設(shè)計工具大量制造低成本無人機，還可以在同一平臺上快速修改設(shè)計，以針對不同任務(wù)目的進(jìn)行優(yōu)化。

這種蜂群無人機的攻擊同時出動上千架、數(shù)千架甚至上萬架，向?qū)κ职l(fā)起低成本飽和攻擊，使對手防空系統(tǒng)瞬間失去招架能力。即使對手有嚴(yán)密的防空系統(tǒng)，被打下來數(shù)百架后仍然會有上千架、幾千架無人機足以摧毀防空雷達(dá)和其他防御系統(tǒng)，并為巡航導(dǎo)彈、載人戰(zhàn)機和其他傳統(tǒng)武器的攻擊鋪平道路。

美國海軍為此進(jìn)行了上百次的模擬演習(xí)，結(jié)果表明：全球最先進(jìn)的“宙斯盾”防御系統(tǒng)也難以應(yīng)對巨量無人機蜂群的攻擊?！俺壏淙骸睂⒊蔀槊儡姂?yīng)對“反介入/區(qū)域拒止”戰(zhàn)略的利器。

（三）“超級蜂群”尚處于開發(fā)完善階段

根據(jù)目前獲得的開源信息，“超級蜂群”尚處于開發(fā)完善階段。主要原因是：

1.“蜂群”無人機普遍存在體積偏小、航程不足的問題。根據(jù)相關(guān)預(yù)算，美軍“部署和使用自主遠(yuǎn)程系統(tǒng)”項目試圖克服這一挑戰(zhàn)。該項目準(zhǔn)備利用大型無人機充當(dāng)“空中母艦”。美軍此前已測試?yán)幂^大的無人機攜帶并從空中發(fā)射數(shù)架十小型無人機，但“超級蜂群”項目的目標(biāo)是在沒有人為干預(yù)的情況下，運輸和發(fā)射“極其大量”的小型無人機，該方面的工作還需進(jìn)一步深入研究。

2.“超級蜂群”無人機面臨的另一個難題是經(jīng)濟成本和時間成本。無人機被用作消耗品，足夠便宜才能大量部署，且戰(zhàn)時需要快速補充。CICADA 價格便宜，但功能較為單一，難以滿足作戰(zhàn)需求。美軍規(guī)劃的 “大規(guī)模制造自主系統(tǒng)”項目將使用 3D 打印和數(shù)字設(shè)計工具大量制造低成本無人機，可快速生產(chǎn)數(shù)萬架無人機，還可以在同一平臺上快速修改設(shè)計，以針對不同任務(wù)目的進(jìn)行優(yōu)化。

3.“超級蜂群”項目需要開發(fā)更復(fù)雜的指揮和控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)旨在使人類與“蜂群”無人機更易于合作，并賦予“蜂群”無人機更多的自主性。如果任務(wù)期間遇到通信干擾或帶寬限制，無法從人類操作員獲得決策指令，此時“蜂群”無人機將需要獲得自主行動的能力，根據(jù)收集的信息進(jìn)行重新決策，例如發(fā)現(xiàn)新威脅時，可以改變路線或派遣無人機進(jìn)行識別。

完成這些功能需要開發(fā)更復(fù)雜的指揮和控制系統(tǒng)，如果這些規(guī)劃設(shè)計能夠全部實現(xiàn)，美軍的“超級蜂群”作戰(zhàn)無人機將給對手造成強大威懾力。數(shù)以萬計的“蜂群”無人機攜帶不同的作戰(zhàn)載荷，包括用于偵察任務(wù)的傳感器、電子壓制任務(wù)的干擾器或其他電子戰(zhàn)裝備以及攜帶彈藥進(jìn)行遠(yuǎn)距離飛行，對大范圍目標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)偵察，并識別和攻擊目標(biāo)，讓對手難以應(yīng)對。

啟示

（一）充分認(rèn)識，積極應(yīng)對，做好反“超級蜂群”策略研究

美國海軍研究院研究認(rèn)為，美海軍“超級蜂群”將快速實現(xiàn)。“超級蜂群”對未來防空作戰(zhàn)帶來了巨大威脅，需要充分認(rèn)識其對未來作戰(zhàn)的意義和對戰(zhàn)場產(chǎn)生的深遠(yuǎn)影響，做好應(yīng)對“超級蜂群”策略研究。

“超級蜂群”內(nèi)個體體積小、數(shù)量多，其空襲具有靈活性高、覆蓋面積廣、突發(fā)性強等特點，需要將防御的兵力部署盡量向前推以擴大防空縱深，從探測預(yù)警、空中打擊、電子對抗和硬殺傷等多個角度出發(fā)，構(gòu)建一體化察打反制體系，確保做到盡早發(fā)現(xiàn)、盡遠(yuǎn)處置。

須盡早、盡快提出科學(xué)、合理的對抗方法，并安排相應(yīng)的研究，建立無人機蜂群假想敵部隊，通過改進(jìn)和發(fā)展模擬系統(tǒng)，利用仿真及試驗演示對反“超級蜂群”策略進(jìn)行驗證。

（二）“以群制群，以人工智能對抗人工智能”破局

應(yīng)對“超級蜂群”的攻擊不僅僅是向其發(fā)射足夠的攔截導(dǎo)彈或子彈的簡單問題，須以智慧破局。

1.發(fā)展無人機“蜂群”技術(shù)對抗“超級蜂群”。對抗“超級蜂群” 的難點在于其成本極低，釋放數(shù)量巨大，個體體積小，信號特征極其微弱等特點，探測識別難度極高，無可靠的探測和打擊手段，難以全部毀傷，費效比高。

運用廉價的無人機“蜂群”技術(shù)抵近“超級蜂群”，將防御的“兵力”部署推向前沿，有利于擴大防空縱深。利用“蜂群”中不同無人機配置的聲學(xué)、光電/紅外、微波多種探測技術(shù)手段，提高探測能力，做到盡早發(fā)現(xiàn)、盡遠(yuǎn)處置。利用“蜂群”中搭載攻擊載荷的無人機對敵“超級蜂群”發(fā)起電子對抗和硬殺傷。

2.以人工智能對抗人工智能，解散“超級蜂群”，使去失去集群優(yōu)勢，成為無頭“蒼蠅”?！俺壏淙骸备拍钤从谧匀簧锶后w，應(yīng)對方法可基于對自然生物群體的干擾實踐。相關(guān)的人工智能算法是攻擊蜂群和防御蜂群戰(zhàn)術(shù)的關(guān)鍵。

可通過獲取敵方蜂群人工智能關(guān)鍵算法的情報信息來構(gòu)建反蜂群算法，以人工智能對抗人工智能，擾亂“超級蜂群”，使其成為“一盤散沙”而失去作戰(zhàn)優(yōu)勢。人工智能算法和高性能的信息處理能力將為“超級蜂群”對抗提供有效的技術(shù)支撐。

（三）盡快研制出具備實戰(zhàn)能力的高能激光和高功率微波武器，形成多層次、多方式防御體系

硬殺傷系統(tǒng)主要用于核心區(qū)域和最后防線的防御。高能激光、高功率微波武器可用于近程防御，常規(guī)的彈、炮用于中遠(yuǎn)程防御，形成彈、炮、新概念武器互補的多層次、多方式防御體系，提高作戰(zhàn)效費比。

根據(jù)目前的技術(shù)水平，需要加大高能激光和高功率微波武器的研制力度，攻克高功率、小型化、輕量化等關(guān)鍵技術(shù)，盡快研制出武器裝備，并盡快融入現(xiàn)行作戰(zhàn)系統(tǒng)，與現(xiàn)有防空系統(tǒng)融合，構(gòu)建軟硬結(jié)合、空地一體的防空體系，形成以早期預(yù)警探測、“無人機群對無人機群”空中盡遠(yuǎn)處置、擴展防御縱深、地面彈、炮、新概念武器合一的多位一體的反無人機作戰(zhàn)體系。

結(jié)語

美海軍“超級蜂群”具有巨大韌性，依靠龐大數(shù)量形成壓倒性優(yōu)勢，在全域覆蓋、協(xié)同行動、實時打擊等方面優(yōu)勢十分明顯。

隨著該項目研究的不斷深入，美軍在智能無人機集群作戰(zhàn)研究與運用領(lǐng)域已走在了世界前列。智能無人機集群在美軍的作戰(zhàn)理論、作戰(zhàn)樣式、作戰(zhàn)概念、作戰(zhàn)效能等諸多層面將引發(fā)一系列深遠(yuǎn)的影響與變革。

加強對美軍智能無人機集群的跟蹤、研判和影響分析，結(jié)合其能力目標(biāo)和發(fā)展趨勢制定相應(yīng)對策略具有重要意義。

編輯：黃飛

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