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2020年外军有人-无人机协同作战发展动向分析
The following article is from 海鹰资讯 Author 李磊
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有人-无人机协同作战是指在信息化、网络化和体系对抗环境下，有人操作武器平台与无人机作战平台联合编组、实施协同攻击的作战方式。传统攻击模式不能满足未来复杂的作战环境。随着人工智能、无人机技术的发展，外军将有人-无人机协同作战作为一种有效的解决手段，大力发展相关作战理论、装备、技术。在2020年这些方面取得关键进步，全面推动着有人-无人协同作战能力的形成。
01、美国在马赛克战等新作战概念下深化有人-无人机协同作战发展
面对大国竞争，2015年以来，美国提出分布式作战、马赛克战、联合全域战等新作战概念。在这些作战概念牵引下有人-无人机协同作战注重“分层”作战样式。美空军研究实验室于2020年6月发布的空中博格视频中，强调有人机后方指控，可复用的“忠诚僚机”居中，可消耗的蜂群突前，执行最危险的任务。美米切尔航空研究所2020年10月发布的《认识“天空博格人”与低成本可消耗无人机的前景》报告中，强调不同威胁区域有人机与无人机协同，形成分层效果，尤其是高威胁对抗区域，利用可消耗无人机诱骗功能又到对手雷达开机，协同穿透型制空战机打击对手雷达目标。
“天空博格人”项目视频中的分层作战样式
02、欧洲未来空战系统概念牵引有人无人协同作战发展
欧洲不断推进的未来作战空中系统概念，即利用互联资产协作能力的完整作战系统之系统概念。在此概念下，2020年10月，空客强调有人-无人编队与远程航母理念，无人机与未来的下一代战斗机，甚至是升级后的现役喷气式飞机（如欧洲战斗机）组队。无人机集群与作战飞机的配合，将提供高度竞争环境中所需要的增强战斗力。通过开辟以协同作战为基础的新战术领域，利用欺骗和数量上的优势来破坏和压倒对手，实现效能的提高。通过确保为特定任务提供所需的能力组合来提高效率。有人机可以保持较安全的距离，而较近的无人机将处理威胁，从而使飞行员不受伤害，提高有人平台的生存能力。2020年2月空客获得该项目1A阶段的演示合同，价值1.5亿美元。11月，德国FCMS集团、法国泰雷兹集团和西班牙英德拉公司宣布将开发1A 阶段传感器概念。
未来空战系统概念下的有人-无人协同作战样式
2020年11月，空客发布多域作战云视频，视频中显示多域作战云（MDCC）及其系统设计将成为未来作战的战略改变者。它将使有人和无人机产之间以及所有作战域（海、空、陆、太空和网络）内部和跨域的协同作战成为可能。它将通过从有源和无源传感器的多种来源收集数据，通过更快和更高的效率，使军事行动更有效率。可用于作战行动的情报是通过利用人工智能和机器学习合并数据来实现的。多域作战云支持跨全域无缝协同。
此外，2020年韩国发布直升机载集群有人-无人协同概念，探索相关概念的使用。
01、新无人平台注重模块化、可消耗性、可复用性
外军正在研制与有人机协同作战的典型无人平台包括XQ-58A“女武神”“空中力量编组系统（ATS）”“麻雀鹰”“小精灵”“猎人”“雷霆”等。其中，“麻雀鹰”“小精灵”是与有人机协同的无人机集群平台，相对射程和尺寸较小。
推进XQ-58A“女武神”、“空中力量编组系统（ATS）”等可消耗无人平台研制
美国XQ-58A“女武神”是美国“忠诚僚机”的典型代表，是美国克瑞托斯防务公司（Kratos）与美国空军研究实验室合作开发的一款高亚音速、远距离攻击的无人机。该机主要用于监视、侦察和远程作战任务，可为作战人员提供作战灵活性和实用性。XQ-58A“女武神”无人机是在空军研究实验室“低成本可消耗飞机技术”（LCAAT）项目中低成本可消耗攻击演示样机（LCASD）方案下研制的。该项目旨在通过开发卓越的设计工具和采用商业制造工艺，缩短生产时间和降低成本，从而快速设计和制造无人机。
XQ-58A外形采用了隐身设计，梯形机身集成了后掠式主翼、V形尾翼及上方的进气口。该机利用商用现成的（COTS）组件，采用手动或预先编程的飞行控制系统，确保在执行任务时具有高度的机动性。该无人机长9.14米，翼展8.23米。该机的干重为1134千克，最大起飞重量（MTOW）为2700千克，最大可携带540千克的有效载荷。开放式的任务系统结构可根据任务要求集成客户特定的有效载荷。XQ-58A由一台涡轮风扇发动机提供动力，其最大推力约为900千克。由于采用火箭辅助发射和降落伞回收系统，该机的起降不需要跑道设施。该机紧凑的尺寸和较少的后勤保障，进一步实现了在偏远和受限地点的行动。该机的巡航速度为0.72马赫，可在15.24米和13714米的高度上飞行，最大航程可达5556千米。XQ-58A的第四次飞行试验于2020年1月完成。在60分钟的飞行中，该无人机展示了其在高空飞行的能力。截至2020年1月，XQ-58A无人机已累计飞行5个多小时，超过了飞行试验方案的原定目标。
XQ-58“女武神”（Valkyrie）无人机
2020年12月，“女武神”首次成功地与F-22和F-35一起进行了半自主飞行试验。网关1号（gatewayONE）有效载荷已被整合到“女武神”中，与第五代战斗机一起进行首次飞行，以从可损耗的无人平台进行网关功能的初始测试；但在该次测试中，机队起飞后不久，通信有效载荷失去了连通性，测试目标未能实现。
“空中力量编组系统”（ATS）是由波音公司领导的澳大利亚工业团队合作开发的一款使用人工智能的新型无人机，可成为空军力量的“倍增器”，可执行从情报、侦察与监视（ISR）到战术预警等任务，是澳大利亚首架军用无人机。其长11.7米（38英尺），能够飞行3700千米（2000海里）。在机上集成多种传感器，支持情报、监视和侦察、战术预警任务等。波音公司公布的视频中，给出了ATS特殊设计说明，可根据作战任务灵活更换机头，即将飞机机头拆下，换装不同配置的机头。机头有4种设计，可能包括雷达、雷达与光电设备、光电设备，以及燃油箱等，对应的任务为对空，对地，侦察以及空中加油等。2020年9月，首架ATS无人机完成了发动机的启动。
注重“猎人”、“雷霆”等重型无人僚机发展
2019年俄罗斯通过视频公布S-70“猎人”隐形攻击无人机首次试飞，并指出该无人机设计的目的是与苏-57战斗机协同执行作战任务。可以推断，S-70“猎人”为俄罗斯版本的“忠诚僚机”。S-70“猎人”无人机在2012年由俄罗斯苏霍伊公司开始研制，2018年6月完成首次地面滑行试验。该机AL-31-41系列涡扇喷气发动机,最大起飞重量约25吨，最大飞行时速可达1400千米，最大航程约为5000千米[[i]]。该机机体大量采用复合材料和隐形涂层，且具有飞翼式布局和内置弹舱，具有很强的隐身突防能力。除具有很好的机动能力外，该机具备一定独立自主能力。目前，它已具备自主起飞并返回机场的能力。
2020年12月，“猎人”无人机完成数次携空空导弹模拟装置的起飞任务，以评估机载无线电电子设备与弹药导引头的适配性。目前正面临研究苏-57战机与“猎人”无人机协同作战的任务。未来“猎人”无人机应具有不仅在1架有人驾驶战斗机的双机编队中作战的能力，而且还可以在3架飞行器中队或在12架飞机大队框架内行动的能力。
苏-57战机与“猎人”无人机协同作战编队飞行
2020年9月在“军队-2020”论坛上，俄罗斯喀琅施塔得集团公司展示了类似美国“空中博格”（Skyborg）项目（有人机与无人机组建蜂群协同作战）的图片。图中高空是负责侦察和电子战任务的“雷霆”无人机群，有人机可以引导三到四架“雷霆”无人机。“雷霆”旨在作为“忠诚僚机”无人机，将在有人机前飞行，可以使用反辐射导弹为有人机通过敌方防空系统铺平道路，此外，“雷霆”还可以摧毁其它地面目标。目前“雷霆”无人机还只是一个模型。
据公布的材料，“雷霆”无人机机长13.8米，翼展10米，质量在5至7吨，最高时速1000千米，巡航时速650-800千米，战斗载荷1-2吨，飞行半径为700千米，升限12千米，由两个推力为2500千克（5500磅）的AI-222-25涡扇发动机提供动力。据设计人员的设想，它将通过探明敌方的防空系统、摧毁敌方野战要地防空武器、使用电子战武器压制和致盲这些系统等方式为有人飞机扫清道路。此外，“雷霆”无人机还可侦察和消灭敌舰船和海岸目标。该无人机可装备50至500千克重的巡航导弹、可修正-滑翔炸弹等武器。但是“雷霆”无人机飞行半径仅为美国XQ-58A“女武神”无人机的一半。
雷霆无人机与有人机及无人机集群之间的协同体系
验证“麻雀鹰”和“小精灵”等无人机集群平台
X-61A“小精灵”（Gremlins）无人机由DARPA2015年启动，为分布式空中作战发展可回收的集群无人机。采用开放式体系架构，可集成未来的有效载荷、通信系统和任务包。X-61A长4.2m，宽0.57m，高0.52m。带有超临界空气箔的飞行器的翼展为3.47m。无人机的总重为680kg。开放式体系结构允许集成未来的有效载荷、通信系统和任务包。X-61A长4.2m，宽0.57m，高0.52m。带有超临界空气箔的飞行器的翼展为3.47m。无人机的总重为680kg。X-61A Gremlins上的有效载荷：电光-红外（EO-IR）成像系统、合成孔径雷达（SAR）、激光指示器、电子战支援（EWS）系统、电子攻击和动态有效载荷。X-61A飞行器的最大有效载荷容量为65.7kg。X-61A需要1.2kW的有效负载功率。X-61A Gremlin飞机的操作可由空中和地面操作员控制站管理。X-61A Gremlins的最大巡航速度为大于0.6马赫。它可以从最高12200米的高度发射，并在最高6100米的高度进行回收。它的任务半径为46千米，最多可以巡飞四个小时。该无人机的最大任务半径为555千米，时间为一小时。2020年8月，完成第二架无人机释放、飞行及回收系统的飞行测试。2020年12月，DARPA完成该项目的第三次飞行测试，但“小精灵”无人机在飞行中未能与安装在一架C-130“大力神”运输机上的回收系统连接，但它们在多次尝试中已接近成功。
通用原子公司在小精灵项目前两个阶段，参与了研发，生成了一款无人机被称为“麻雀鹰”，能执行拒止环境中ISR和电子战任务。该无人机重91千克，有效载荷13.6千克，作战半径322千米。2020年9月，完成MQ-9挂载“麻雀鹰”无人机的飞行试验，但没有发射。如何回收，也没有透漏。
MQ-9挂载“灰鹰无人机”
02、有人平台改装成无人平台的持续推进
美海军和波音成功完成有人-无人EA-18G咆哮者电子战飞机协同作战试验验证
2020年2月美国海军在帕特森特河海军航空站成功用一架有人EA-18G咆哮者电子战飞机控制了两架经无人改装的咆哮者飞机。飞行试验在美海军作战发展司令部举办的年度舰队演习中完成，验证了相关技术有效性，这些技术可将F-A-18E-F超级大黄蜂战斗机和咆哮者电子战飞机改装成无人机，执行作战任务。在4次飞行中，共完成了21项演示性的任务。经无人化改装的有人机也可与美海军在研其他无人机系统协同作战。这项技术可使美海军大幅扩展感知范围，同时保证有人飞机远离威胁区域，确保安全性。一架有人机可控制多架无人机，且不会显著增加飞行员工作负担。
美国空军与波音不断推进将F-16C-F战斗机改装成QF-16无人战机
F-16C-F战斗机改装成QF-16无人战机项目的空军代号为“阿凡达”。该项目要求改装后的QF-16无人战机具备足够的自主决策能力，能与F-22或F-35协同作战。波音公司利用无人靶机改装套件，2010年成功将一架F-16改装为QF-16无人靶机，并于2012年5月实现首飞，2017年7月投入服役。试飞显示，QF-16的最大平飞速度可达1.47马赫，最大飞行高度达1.2万米，可轻松完成包括7G空中急转弯，“破S机动”等大过载空中格斗机动。波音公司还表示，QF-16可搭载现役F-16的全套武器系统。QF-16最大载弹量达8吨。
美军计划将126架库存的F-16改装为QF-16靶机，并于2017年进行了首次QF-16自主攻击地面目标的试验，结果取得成功，并已将QF-16列入“忠诚僚机”项目的候选之一。2020年7月，波音建立的第二条生产线，成功改装的第一架QF-16，截止目前波音已完成40%的改装，已交付空军。与“女武神”项目相比，QF-16项目劣势是不具备隐身能力，且操作运行成本仍高于“女武神”。
01、“天空博格人”“分布式作战管理”等项目不断推进自主、作战管理及人机交互技术实现
美国空军实验室2019年启动的“天空博格人”项目寻求开发一种基于人工智能算法的自主控制系统。美空军研究实验室在低成本可消耗无人机（LCAAT）项目下研发了XQ-58A无人机，同时通过低成本可消耗无人机平台共享（LCAAPS）项目支持多个公司开发类似的自主无人机技术。LCAAT和LCAAPS项目在"天空博格人"项目中实现合并。“天空博格人”项目除了洛·马公司和现已成为波音子公司的极光飞行科学公司，“天空博格人”项目与其他公司都签订了合同。波音公司、通用原子公司、克拉托斯公司和诺斯罗普公司已于2020年7月获得高达4亿美元的合同，包涵了“天空博格人”项目后续可能的交付订单。装备“天空博格人”系统的无人机一是具有开放式架构，能快速插入新的功能和能力，具有可扩展性可在各种平台上的工作。二是具有弹性，具有可靠的通信和导航，以及自主能力，即使与外部世界的联系受到干扰或欺骗，这些能力也将发挥作用。三是自主性，能独自完成广泛的任务，从起飞和着陆等简单的事情到更复杂的功能，包括根据各种情景因素或预先定义的目标动态做出独立决策。可以作为有人机的僚机，也可以作为自主独立的执行任务。
2020年9月结束的DARPA“分布式作战管理项目”，重点开发合适的控制算法和机载决策辅助软件以及用于驾驶舱的先进人机交互技术，以提高分布式自适应规划和控制以及态势感知能力，协助机载作战人员和飞行员在强对抗环境中执行空空、空地作战任务。重点突破了四个方面的技术，包括分布式自适应规划和控制；分布式态势感知；人机交互界面；项目测试。2020年10月，该项目的成果被用于陆军。
2019年结束的DARPA“拒止环境中的协同作战”项目，研发和演示先进的自主协同算法和软件，扩展美军现有无人飞行器（包括巡航导弹、诱饵和其他无人机系统）能力，以便在拒止环境中对高机动的地面和海上目标进行动态、远程协同作战。重点突破了飞行器自主、人机交互系统、编队协同自主、开放式架构四个方面的技术。2020年11月，该项目的成果在应用在“复仇者”无人机上，演示验证了自主协同飞行。
2020年11月，美国陆军授予BAE系统公司多项合同，用于为“未来垂直升力”项目开发自主技术，以增强有人-无人协同（MUM-T）能力。BAE系统公司将开发人机交互、平台资源能力管理和态势感知管理等技术，以提供态势感知，信息处理，资源管理和决策能力。
02、“满足任务最优化的动态适应网络”等项目推动有人无人平台组网通信、小型抗干扰天线的研发
DARPA的“满足任务最优化的动态适应网络”（DyNAMO）项目，旨在对抗环境中实现各类有人机、无人机以及所配装传感器之间的准确通信，具体而言，开发创新技术实现自适应的动态空基网络，保证各类航空平台可在干扰环境下，以一定的安全等级实现即时高速通信。重点自适应网络管理技术，在干扰环境中或关键动态网络突然中断时，能通过不同路由方式使信息得到恢复。2020年12月，DARPA演示验证了“满足任务最优化的动态适应网络”（DyNAMO）项目下开发的软件项目，演示验证了该软件可桥接多个不同无线电网络，即使存在恶意干扰，该软件仍可实现不兼容战术无线电数据链路之间的通信。该项目成果正在向美海军航空系统司令部（NAVAIR）和美海军陆战队迁移，将部署在可重编程多信道无线电平台上，用于飞机和地面车辆。
2020年6月，DARPA启动弹性组网分布式马赛克通信（RN DMC）项目，计划开发由分布式的小型收发机单元组成的马赛克天线来，旨在实现远距离通信，以便替代大功率功率放大器和大型定向天线。此外该项目还计划使用射频测量来估计信道响应并调整载波相位，在预期方向形成定向波束及空间零陷，以提升通信系统的抗干扰能力。该项目研发的小型天线将用于有人机、无人机等平台。
03、“空战演进”项目加强人类对无人机信任度研究
2019年DARPA 启动的“空战演进”项目旨在发展空中近距离格斗（俗称狗斗）的自主能力，提高作战人员对自主化作战的信任。重点研究度量、调整、提升以及预测指挥官对战斗自主性的信任度的方法；将自主的空中格斗应用至更为复杂、异构、多飞行器的战役级模拟场景中，为未来实兵、战役级的“马赛克战”试验奠定基础。重点发展四个技术领域：研发用于局部行为（个体和编队战术行为）的自主作战系统（构建近距离空战算法）、设计实验方法，用于模拟和测量飞行员对空战格斗中的自主作战系统的信任（测量信任度）、在全局行为中使用并信任自主化系统（扩大至马赛克战应用范围）、建设具有作战代表性的全尺寸飞行器实验基础设施（提供全尺寸飞行器演示）。2020年5月已将第一阶段授予Dynetics公司开展研究。2020年8月，模拟空战比赛中，人工智能以5 ：0 战胜F-16飞行员。
一是无人机与有人机协同，可有效增强作战作战效能，提升风险承受能力、生存能力及作战体系的弹性。有人机数量远远不能满足作战需求，无人机以可消耗、可复用、价格适中等特点，成为增强作战能力的可承受方式。
二是突破关键技术同时，需加强发展信任度的探索。美国在不断推进有人-无人机协同作战中的自主、作战管理、人机交互、通信组网等技术。同时，在探索发展信任度方面的问题，如“空战演进”项目。我国应借鉴美国的发展思路，重视有人机飞行员或作战管理人员对自主系统信任度方面的探索，使相关技术突破后，快速与有人机协同应用。
三是重视相关战术发展。面对未来实战化使用，需开发不同应用场景、探索相关作战规则，支撑未来快速投入战场使用。
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