智能无人集群技术将如何影响未来战争

转自公号蓝海智谷2019年6月18日
曹瑞飞
技术进步促进战斗力提升有两个基本方向,一个是侧重于向着“质”的方向发展,强调单件武器装备的战技术性能提升,比如世界主要军事大国争相发展的新型战机、导弹、潜艇等武器;另一个是侧重于向着“量”的方向发展,通过“量”的累积及战法创新谋求作战能力“质”的飞跃,我军在建国初期的很长一段时间,保有大量常规作战部队就是出于这样的考虑。自然界中动物的生存策略也有两种类似模式,一种是处于食物链绝对顶层,像老虎、豹子、金雕等,个体力量强大,独自生存;另一种是处于食物链相对底层,像蚂蚁、蜜蜂、沙丁鱼等,个体力量弱小,群体生存。集群装备的发展思路源于群体生物的生存策略,力求通过数量优势实现战斗力提升。从发展过程和趋势看,智能无人集群技术不是某项单一技术,而是无人控制、群体智能、人工智能、无线移动网络等多种相关技术的综合运用。 

        智能无人集群技术的前沿动态        

近几年,智能无人集群技术不论在基础理论、工程技术还是在实践应用中,都呈现出快速的发展势头,世界主要大国在军用和民用领域展开了激烈的角逐。

2014年,匈牙利罗兰大学完成了10架四旋翼飞行器在室外环境下的自主集群飞行实验,最大特点是其任务决策利用了生物集群行为的机制,实现了类似鸟群的自主飞行。

2015年4月,美国海军公布了“蝗虫”(LOCUST)项目,LOCUST全称是Low-cost UAV Swaring Technology,即低成本无人机集群技术,旨在研究通过发射管将大量可进行数据共享、自主协同的无人机快速、连续发射至空中的技术;2016年3月,美国海军完成了30架“郊狼”无人机连续发射和编组飞行试验。2016年5月,美国空军正式提出《2016-2036年小型无人机系统飞行规划》,希望构建横跨航空、太空、网空三大作战空间的小型无人机系统,并在2036年实现无人机系统集群作战;同年10月,美空军进行了无人机“蜂群”试验,由3架F/A-18战斗机释放的103架“山鹑”微型无人机集群,安全飞行到了预定目标。

2017年12月7日,在2017年度《财富》全球论坛晚宴上,广州亿航智能技术有限公司采用1180架旋翼无人机,完成了精彩的飞行灯光表演。2017年6月10日,中国电子科技集团完成了119架固定翼无人机集群飞行试验,成功演示了密集弹射起飞、空中集结、多目标分组、编队合围、集群行动等动作;2018年5月,该单位实现了200架固定翼无人机集群飞行试验,刷新了由其创造的世界纪录。2018年2月15日,春晚珠海分会场进行了由无人机、无人船、无人车组成的“三无”表演,给观众留下了深刻的印象,其中81艘无人船队是由珠海云洲智能科技有限公司负责提供。2018年3月,云洲智能成功完成了复杂海况下,56艘无人小艇队形保持、动态任务分配、队形自主变换、协同避障和容错控制等测试科目,多Agent框架下的无人艇集群在动态环境中的运动决策与协同一致性技术得到了验证,在世界范围尚属首次,实现了无人艇编队协同控制技术由被动协同到主动协同的新突破,标志着我国无人艇的协同控制技术达到了国际领先水平。

        智能无人集群技术装备的分类        

智能无人集群技术的广泛适用性,决定了其在军事领域的巨大应用价值。利用智能无人集群技术对传统武器装备进行升级改造或深度融合,便可创造出形式多样的智能无人集群装备。从作战空间角度划分,可以将智能无人集群装备区分为太空中的小型卫星集群、空中的智能无人飞机集群、地面的智能无人战车集群、水面的智能无人船艇集群、水下的智能无人潜航器集群和无人潜艇集群等。另外,各类智能无人集群装备均可作为承载平台,根据任务需要加装特定功能模块,进而衍生出种类丰富、功能独特的专用武器装备系统。例如,通过加装通信模块可实现系统之间的联合通信,构建更加健壮的联合指挥通信网络;通过加装侦察模块可有效拓展侦察范围,相互印证侦察目标,提升侦察效果;通过加装火力打击模块可实现“侦察”与“打击”系统之间的无缝链接,做到“发现即摧毁”等。

        军用智能无人集群技术装备的特点        

从技术原理、发展历程和已经实现的军用和民用装备系统来看,智能无人集群技术装备主要有以下特点。

一是体积小、质量轻。2015年3月,美国海军研究办公室完成了低成本无人机集群技术项目第一阶段的测试工作,试射了“郊狼”无人机,其重量仅有5.9千克。常见的拍摄用无人机单人即可携带,有些小的无人机甚至还没有人的手掌大。

二是数量多、规模大。集群装备与传统装备的显著区别就在于其庞大的数量和规模优势,自然界中的“蜂群”“蚁群”“鱼群”“鸟群”等也是依靠规模优势来保持种群的繁盛,这也是集群装备的发展趋势,必将向着数量更多、规模更大的方向发展。

三是种类多、样式全。智能无人集群技术装备的核心优势在于其智能控制的硬件和软件系统,而这一核心优势不仅仅局限于无人机、无人船等装备,可以拓展运用到多种武器平台,发展出种类丰富、样式多样、功能独特的武器装备。

四是成本低,生产快。智能无人集群装备的发展重点不在于研发全新的装备,而是侧重于通过将传统装备进行体积小型化、功能专门化并辅以智能控制并大量部署的方式,实现规模效应。可以大大降低生产成本、缩短生产周期、快速形成战斗力。

        智能无人集群技术装备的作战优势        

由于智能无人集群技术装备独特技术优势和巨大的规模优势,相较于传统武器装备更能适应未来战争,表现出明显的作战优势。

一是强大的战场生存能力。集群装备体积小巧、隐身性能高,敌方侦察设备很难发现,即使发现也很难及时有效摧毁;另一面,由于广泛采用动态无中心自组网的技术,集群中部分装备的损坏,不会造成整体功能丧失,这是其强大战场生存能力的根本原因。

二是强大的环境适应能力。智能无人集群技术装备相较于人类士兵或者有人直接操作的装备更能适应高温、严寒、缺氧、危险地形等极端自然环境,也更够适应惨烈血腥的交战环境,能够不知疲倦、不感孤独、不厌其烦地连续作战。

三是快速的战场恢复能力。集群装备因其成本低,便于大规模生产和储备。交战中一旦发生装备受损,可以采取快速补充投放或重新部署的方式,及时接替作战;也可以采取现场快速抢修的方式,继续投入作战,保证作战任务的尽快完成。

四是强大的突防能力。由于集群装备强大的战场生存能力和相较于兵力的速度优势,非常适合于执行抵近侦察、火力突击、渗透袭击等任务,是坦克、步战车、攻击直升机、歼击机等传统突击力量的有力补充。

        智能无人集群技术装备的典型应用        

随着集群控制算法、通信网络设计、任务规划、路径规划、编队控制、控制算法与通信技术的耦合等集群核心技术的发展突破,以及机器人、人工智能、无线移动网络等相关技术的日趋成熟,军用智能无人集群技术装备呈现出广阔的发展和应用前景。

一是集群协同侦察。敌情是作战行动的重要依据,由于作战任务区域的环境复杂性、目标动态性、传感设备的不确定性以及时间紧迫性等原因,传统的侦察手段很难抵近进行全时、全方位、全要素的精准侦察,侦察效果往往不尽如人意。利用配备多种传感设备的集群装备,可以多维度、多方向,多批次、长时间进行协同侦察,通过相互印证电子侦察、光学侦察、红外侦察以及雷达侦察等多种侦察手段的结果,可有效扩大侦察范围、拓展侦察要素、提高侦察精度、动态跟踪目标,明显提升侦察效果。

二是快速强力突击。集群装备体积小、隐蔽性强的特点,使其便于进行火力突击,尤其是针对重点目标的精确打击;多路集群装备同时发起集火射击,巨大的数量优势和速度优势既能提高杀伤概率,又可以增加攻击的突然性;尽管集群装备体积较小、弹药携带量有限,但其速度优势可大大缩短攻击周期,总体攻击效果相当可观;集群装备类型多、样式多、速度快、无人承载,作战中既可以发挥技术优势,也可灵活运用发挥谋略优势,相较于传统兵力和火力突击效果更加明显。

三是全域集群对抗。集群装备的对抗空间将是陆、海、空、太空、电磁、网络等全维度,对抗的活动将覆盖侦察、控制、打击、通信、导航、电磁和网络攻防等全方面,对抗的方式和手段也将呈现出机器辅助对抗、人机协同对抗、机器自主对抗等多种样式并存,全域集群对抗将成为战场上一种新的对抗形态。

四是精准高效保障。集群装备由于体积小、重量轻,机动速度快,便于在恶劣环境条件下遂行物资运输、弹药补给、伤员后送、通信中继、破障排爆等各种保障任务,显示出明显优于人类士兵的巨大优势。物流行业的无人货运飞机、货运汽车已经运行,交通行业的无人驾驶汽车、公交车已经上路,民用智能无人集群技术的成功运用和和商业化运作经验,给战场无人精确高效保障提供了很好的技术积累和经验借鉴,必将深刻改变战场保障模式。