来源 | 战术导弹技术
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李磊 1 汪贤锋 2 王骥 3
1. 北京海鹰科技情报研究所，北京 100074；2. 北京航天华盛科贸发展有限公司， 北京 100074；3. 北京计算机技术及应用研究所，北京 100039
DOI：10.16358/j.issn.1009-1300.20220516
【引用格式】李磊,汪贤锋,王骥.外军有人-无人机协同作战最新发展动向分析[J].战术导弹技术,2022(1):113-119
摘 要有人-无人机作战成为外军提高作战能力的倍增器。分析了近期外军在作战理论、装备、技术等方面有人-无人机协同作战发展的动向，包括新型作战概念牵引有人-无人机协同作战理论发展；作为僚机的无人平台不断推出新型号；关键技术侧重发展自主、网络、信任度等方面。从作战效能、战场风险、战术等角度，分析有人-无人机协同对未来战场的影响。总结了外军有人-无人机发展整体态势，为我国相关领域发展提供参考。 关键词有人-无人机协同作战；分层作战样式；忠诚僚机；未来航空作战系统；XQ-58A女武神；空中力量编组系统
1 引 言
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。面对未来复杂的作战环境，利用传统装备进行攻击已不能满足作战需求。经济上可承受的无人机与有人机协同作战成为一种有效解决途径。同时，人工智能和无人机装备的不断发展，为有人-无人机协同作战发展提供了技术支撑。近两年外军在作战理论、无人机、关键技术的发展，正全面推动着有人-无人机作战能力的形成。为此，本文从作战理论、无人僚机、关键技术等方面，全面梳理外军在有人-无人机协同作战取得的进展，分析其带来的影响，为我国相关技术发展提供借鉴。2 新概念牵引有人-无人协同作战发展
2.1 美国在新作战概念牵引下深化分层作战样式发展
面对大国竞争，2015年以来，美国提出分布式作战、马赛克战、联合全域作战等新作战概念。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。美国空军研究实验室于2020年6月发布的“天空博格人”视频中，强调有人机在防区外作为指控节点，可复用的“忠诚僚机”居中，一次性的蜂群突前，执行诱骗、侦察打击等任务，如图1所示。美国米切尔航空研究所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诱使对手雷达开机，协同穿透性制空战机打击对手雷达目标［1］。
▲ 图1 “天空博格人”项目中的分层作战样式[2]2.2 欧洲通过未来作战航空系统概念牵引有人-无人机协同作战发展
欧洲不断推进的未来作战航空系统概念，即利用互联资产协同能力，形成系统之系统概念。无人机集群与有人作战飞机的配合，利用无人机的欺骗功能和数量上的优势，压制和摧毁对手，增强战斗力，提高作战效能，提高有人平台的生存力。未来作战航空系统概念体系由下一代有人战机、无人机和作战云构成。针对未来作战空中系统架构，空客与达索公司开展了作战和技术方面的评估，于2020年9月，提交了5种最佳备选方案，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）编队协同作战。2020年11月，空客构建多域作战云构想，在多域作战云（MDCC）支撑下，有人和无人机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，充分利用有源和无源传感器的多来源数据，通过人工智能和机器学习，实现更快和更高效地数据处理，使军事行动效率更高，支持跨全域无缝协同，如图2所示。
▲ 图2 未来空战系统概念下的有人-无人协同作战样式[3]3 无人机平台的研制取得重要进展
外军正在推进研制与有人机协同作战的无人机，典型平台包括XQ-58A“女武神”（Valkyrie）、“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，其尺寸相对较小。美国XQ-58A“女武神”是美国“忠诚僚机”的典型代表，是美国空军研究实验室与克瑞托斯防务公司合作开发的一款高亚声速、远距离攻击型无人机。该机主要用于监视、侦察和远程作战任务。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。该项目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，以实现快速设计和制造。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，如图3所示。该无人机长9.14 m，翼展8.23 m，质量为1134 kg，最大起飞质量为2700 kg，最大可携带540 kg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 kg。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。同时，该机紧凑的尺寸和较少的后勤保障，可实现在偏远和受限地点的作战行动。该机的巡航马赫数为0.72，可在15.24 m和13714 m的高度上飞行，最大航程可达5556 km。
▲ 图3 XQ-58A“女武神”无人机XQ-58A的第四次飞行试验于2020年1月完成。在60 min的飞行中，该无人机展示了其在高空飞行的能力［4］。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，但在该次测试中，通信有效载荷失去了连通性，测试目标未能实现。2021年3月，XQ-58A完成第六次飞行试验，并首次完成机内武器舱释放微型无人机的试验。“空中力量编组系统”是由波音公司领导的澳大利亚工业团队合作开发的一款新型无人机，可执行从情报、侦察与监视（ISR）到战术预警等各种任务，是澳大利亚首架军用无人机，长11.7 m，能飞行3700 km。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。“空中力量编组系统”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，可包括红外搜索和跟踪系统、搜索探测雷达、通信中继、电子战、激光武器等载荷，以执行对空、对地、战场侦察和电子攻击等任务。2020年9月，首架“空中力量编组系统”无人机完成了发动机的启动。［5］2021年3月完成首飞试验［6］。
▲ 图4 “空中力量编组系统”无人机MQ-25A“黄貂鱼”，由美海军和波音共同开发，旨在发展不依赖陆基油轮的空中加油能力，扩大舰载机的飞行范围，实现在距离航母926 km处为4~6架舰载机加油7.26 t。该无人机长约15.545 m，翼展22.86 m（折叠后9.54 m）。2021年，MQ-25A验证机相继成功试验对F/A-18E/F战斗机、E-2D预警机、F-35C战斗机的空中加油试验。3.1.2 注重“猎人”和“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”隐身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。S-70“猎人”作为俄罗斯的“忠诚僚机”，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，最大起飞质量约25 t，最大飞行速度可达1400 km/h，最大航程约为5000 km。该机机体大量采用复合材料和隐身涂层，且具有飞翼式布局和内置弹舱，具有很强的隐身突防能力。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测试，以评估机载无线电电子设备与弹药导引头的适配性。目前正面临研究与苏-57战机协同作战的任务。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，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。2021年2月，俄表示正在建造2~3架“猎人”原型机。
▲ 图5 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“雷霆”无人机示意图。有人机可以引导3~4架“雷霆”无人机。作为“忠诚僚机”，“雷霆”无人机可发射火力摧毁地面目标或使用电子战载荷执行压制和致盲等，协助有人机突破对手防空体系。此外，“雷霆”还可以摧毁其它地面目标。“雷霆”无人机机长13.8 m，翼展10 m，质量在5~7 t，最高速度1000 km/h，巡航速度650~800 km/h，战斗载荷1~2 t，飞行半径为700 km，升限12 km，由两个推力为2500 kg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“开辟道路”。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50~500 kg的巡航导弹、可修正-滑翔炸弹等武器。2021年，俄公开了“雷霆”无人机全比例模型（图6），并已完成风洞试验，样机正在制造中。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。
▲ 图6 “雷霆”无人攻击机全比例模型3.1.3 验证“麻雀鹰”和“小精灵”等无人机集群平台X-61A“小精灵”（Gremlins）无人机是DARPA在2015年启动［7］，为分布式空中作战概念发展的可回收无人机。采用开放式体系架构，可集成侦察、通信等载荷，其参数见表2。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［8］。2021年10月，用C-130成功完成一架X-61A的回收。▼ 表2 “小精灵”无人机计划指标与实现指标对比[9]
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”，能执行拒止环境中情报监视、侦察和电子战任务。该无人机质量为91 kg，有效载荷13.6 kg，作战半径322 km。2020年9月，完成MQ-9挂载“麻雀鹰”无人机的飞行试验。
▲ 图7 MQ-9挂载“麻雀鹰”无人机3.2.1 成功完成无人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。飞行试验在美国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国海军在研其他无人机系统协同作战。这项技术可使美国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［10］。3.2.2 不断推进将F-16C-F战斗机改装成QF-16无人战机美空军代号为“阿凡达”项目，即将F-16C-F战斗机改装成QF-16无人战机，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。美国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的最大平飞马赫数1.47，最大飞行高度达12000 m，可轻松完成包括7 g空中急转弯，“破S机动”等大过载空中格斗机动。QF-16可搭载现役F-16的全套武器系统，最大载弹量达8 t。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，成功改装第一架QF-16，截至目前，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”。4 注重关键技术持续研发
美国空军研究实验室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。美国空军研究实验室在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。装备“天空博格人”系统的无人机有三个特点：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，能独自完成各种复杂的任务，可以作为有人机的僚机，也可以自主独立地执行任务。2021年，完成该项目下研发的“自主核心系统”的两次飞行试验。2020年9月完成的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，该项目的成果应用在“复仇者”无人机上，演示验证了自主协同飞行。4.2 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。重点研究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”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国海军航空系统司令部（NAVAIR）和美国海军陆战队迁移，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，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。2021年2月，开始开展分布式相关通信研究。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。2020年5月开始第一阶段的研究。2021年3月，进入第一阶段的中段，取得以下成果：多机场景的虚拟AI格斗、一架配有测试飞行员对AI信任装置飞机的试飞，以及一架全尺寸喷气教练机的改装，可搭载一名第三阶段将产生的智能“飞行员”。［11］在美国国防部号召下，美各军种都在学习美国空军F-35全面引入数字孪生体的成就，无人系统已开始全面采用数字孪生体工程方法。波音领导的澳大利亚公司在“空中力量编组系统”无人机设计上，采用数字孪生等新兴航空设计制造技术，利用前期大量的计算机模拟设计、生产、总装测试，大幅缩短了原型机的整个开发周期。5 影响分析
（1）无人僚机平台以成本可承受的方式有效增强作战能力，提升作战体系的生存性。未来，有人机数量远远不能满足作战需求，大幅度增加有人机数量，成本上也不现实。利用无人僚机平台的可消耗、可复用、价格适中、可搭载各种载荷等优势，成为增强作战能力的可承受有效途径［12］。此外，有人机与无人机协同作战中，有人机统筹在防区外作为指控节点，无人机分散部署在防区内协同突防，这种配合方式有效提升有人机的生存能力和整个作战体系的抗风险性。（2）有人-无人机协同作战体系以多样性的组合和战术，增加对手对抗难度。有人机与各类异构无人机可形成更为分布的作战编队，针对各项任务灵活组合，增加了战场复杂性。同时，基于智能技术，生成多样化的战术，使对手难以预测，提升了兵力运用的弹性。（3）数字孪生技术将加快有人-无人机协同的战场应用。利用数字孪生协同设计方式将改变现有装备的研发范式：目前主要是设计飞机，训练飞行员的模式在研发装备；未来，研发工程师和作战使用人员将一起设计自主平台，一起训练，增加训练的可预测性，从而增加使用人员对自主系统的信任，加快自主系统的战场使用，从而加快了有人-无人机协同作战能力形成。6 结束语
外军正用新型作战概念牵引有人-无人机协同作战样式发展。同时，通过发展无人僚机、自主技术、组网技术、信任度、数字孪生技术等，不断推进着有人-无人机协同作战能力的形成。未来，我们除了紧密跟踪外军有人-无人机协同作战相关样式、技术进展外，需进一步加强对其发展水平的研判，利用正向论证的思路，采用推演等手段，加强有人-无人机协同作战效能、战术、规则的探索。
本文来源：《战术导弹技术》2022年第1期
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