美军无人机蜂群技术发展现状与趋势

2019-01-30胡雷刚陆军航空兵学院无人机中心张英伟陆军航空兵学院航空勤务系梁成诚中国人民解放军61213部队

无人机 2018年11期

关键词：蜂群编队载荷

胡雷刚/陆军航空兵学院无人机中心张英伟/陆军航空兵学院航空勤务系梁成诚/中国人民解放军61213部队

无人机蜂群作战技术日趋成熟，正逐步从概念走向现实。本文跟踪美军无人机蜂群项目发展，梳理了“小精灵”、“低成本无人机集群技术”、“微型无人机高速发射演示”、“近战隐蔽一次性自主无人机”等项目进展和特点，分析了美军蜂群无人机发展趋势。

无人机蜂群以功能相对单一的低成本单元非对称式抵消传统大型多功能平台的能力，获得了各国军方及各种军事组织的广泛关注。外军特别是美军对无人机蜂群进行了大量的研究、试验和演示验证，技术日趋成熟，无人机蜂群作战逐步从概念走向现实。

无人机编队、集群与蜂群

多架无人机共同使用时，通常用无人机编队、集群和蜂群等不同概念描述，三者概念相近，涵义略有区别：

无人机编队是指两架以上无人机在空中按规定的间隔、距离和高度差组成的编队，无人机也可与飞机、直升机等空中飞行器组成混合编队。

无人机集群通常是由遂行同一任务、受统一指挥并保持视距联系或战术联系的若干个无人机编队、无人机组成无人机编队。

无人机蜂群通常指遂行同一任务、由较多数量无人机组成、具有一定自主和协同能力的无人机编队，多采用微小型无人机。

大中型无人机功能相对完备，即使编队运用，同时出动数量也有限，少见几十架共同执行任务；单架微小型无人机性能相对单一，采用编队方式使用可以利用数量或组合弥补性能单一的短板，更重要的是可以利用低可探测和数量多等特点获取非对称优势。因此，编队协同多以大中型无人机研究为主，无人机蜂群则以微小型无人机为主，以较大数量规模集体行动。

微小型无人机初级编队门槛较低，具有一定无人机技术能力和制作能力的组织或个人，利用消费级无人机就可组织一定规模的无人机蜂群，出于恶意方式使用越来越容易；但面向军事用途的高标准无人机蜂群研发，仍以各国军方为主。

美军无人机蜂群技术发展现状

美国军方在大力发展大型隐身察打一体无人机的同时，着力发展蜂群无人机。美国国防部预研局、战略能力办公室、空军研究实验室和海军研究局等机构和部门开展了多个项目试验验证，研究各有侧重，体系互为补充。

“小精灵（Gremlins）”项目

2015年9月，美国国防部预研局发布“小精灵”项目，旨在发展一种载机发射、空中回收、执行侦察监视或电子攻击任务的无人机蜂群系统，以提高无人机战术灵活性，降低多用途、造价昂贵空中平台的作战风险。

“小精灵”无人机质量约320kg，最低指标为：作战半径556km、载荷27.3kg、最大速度0.7Ma、续航时间1h，最佳指标为：作战半径926km、续航时间3h、设计载荷54.5kg、最大速度不低于0.8Ma、最大发射高度12912m，每架约70～100万美元，可由运输机、轰炸机、战斗机或无人机等空中平台（如C-130运输机，B-52、B-1轰炸机，MQ-9“死神”无人机）搭载、发射，可重复使用20次。无人机由空中平台防区外发射，快速渗透进入敌防区，携带侦察、监视或电子战载荷，分布式协同遂行任务，可压制敌方导弹防御系统、切断敌方通信、引导精确火力打击，或入侵敌方数据网络实施赛博攻击，完成任务后撤离、空中回收。

项目分为系统与技术设计、初步设计、原型机飞行验证三个阶段，计划2020年完成项目演示验证；2017年3月进入第二阶段，进行无人机560km外释放、6100～9100m高度飞行、大于1h巡航技术验证；计划2018年第三季度进入第三阶段，开发全尺寸技术演示验证系统，2019年下半年进行无人机集群的空中发射和回收验证。

“低成本无人机集群技术”项目

2015年4月，美国海军研究局（ONR）公布“低成本无人机蜂群技术研究”（Low-Cost Unmanned Aerial Vehicle Swarming Technology，LOCUST，“蝗虫”）项目，旨在利用舰船、车辆、飞机或无人机等平台管状发射器，快速连续发射低成本无人机，协同进攻或防御，以数量优势压制敌人，

项目所用的“郊狼”无人机其机翼和螺旋桨可折叠，长0.79m，高度0.3m，翼展1.47m，重5.4～6.4kg，载荷1.8～2.7kg，作战半径37km，续航时间1.5h，飞行高度150～365m，最大速度157km/h，续航速度111km/h，成本约1.5万美元。有两种发射方式：一种是空中平台在6096m以下投放，自由下落中打开机翼转入稳定飞行；一种是发射管发射，发射后打开降落伞，展开机翼和螺旋桨进入飞行模式。可按预定路线飞行，也可受视距链路控制飞行。2016年已实现40s发射30架“郊狼”无人机，理想目标是6s发射30架。

“郊狼”无人机采用模块化设计，大部分零件可直接3D打印生产，成本低、可损耗，可搭载不同任务载荷，执行情报搜集、通信干扰、吸引火力等任务，消耗敌方作战资源，也可挂载战斗部作为武器直接攻击目标。2015年完成9架无人机完全自主同步和编队飞行技术验证，2016年夏季进行了舰载快速发射30架规模的集群试验。

“微型无人机高速发射演示”项目

2014年，美国战略能力办公室主导开展“微型无人机高速发射演示”项目，旨在通过有人机释放微型无人机群执行态势感知、情报侦察和电子干扰等任务。

项目所用“山鹑”（Perdix）无人机为全复合材料、锂电池推进一次性微型无人机，长约16.5cm，翼展30cm，重0.3kg，续航时间大于20min，飞行速度75～110km/h；“山鹑”采用3D打印组装，成本低、生产速度快，机翼可折叠，可由战斗机搭载、发射，也可从地面或海上发射，空中自主编队、协同作战。

2014年9月开始配装F-16战斗机试投，已进行数百次试验；2016年10月3架F/A-18F“超级大黄蜂”战斗机在0.6Ma飞行中投放103架“山鹑”，演示了集体决策、自修正和自适应编队飞行。目前，“山鹑”已发展至第七代，美国战略能力办公室仅对外提及其低空情报侦察能力，在发展升级中预计可搭载多种载荷，具有较强的饱和攻击潜力。

“近战隐蔽一次性自主无人机”

“小精灵”

“蝉”

2015年5月，美海军研究实验室对外公开自主研发的“近战隐蔽一次性自主无人机”（CICADA，“蝉”），是一种低成本、GPS导航的一次性使用微型无人机，单机重65g或更轻，机身3D打印，主要组成部件（包括机翼）为电路板，亦称“飞行电路板”，自身无动力装置，滑翔比约3.5，可由空中平台“布撒”投放，高空滑翔自主导航飞行到预定地点。无人机携带天气、温度、湿度、气压传感器或声学探测、生化探测等微型电子设备，降落地面后通过数据链互连成自组织网络，在指定区域形成稳定的“无人探测蜂群”，开展军用侦察、情报搜集。

该型无人机体积小、重量轻、成本低，每架成本约250美元，且采用3D打印制作，组装量少、生产速度快，通过“布撒”方式投放，便于大量、高效部署，可快速建立指定区域范围内的传感器或通信网络。2017年4月，美海军利用P-3“猎户座”侦察机投放最新型号无人机进行蜂群飞行测试，每个发射管可携带、释放32架无人机。

“攻击性蜂群使能战术”项目

2016年12月，美国国防部预研局（DARPA）启动“攻击性蜂群使能战术”（Offensive Swarm-Enabled Tactics，OFFSET）项目，重点关注蜂群自主性和人-蜂群编队，旨在提高小单位作战部队在城市区域的作战能力，目的是让地面部队有能力控制数十个甚至数百个无人机和地面无人系统，组成蜂群在复杂城市中执行防护、侦察、监视、精确打击等任务，实现城市区域无人机蜂群作战，计划至少验证100种战术。

项目采取分阶段“蜂群冲刺”推进，鼓励中小企业、学术机构和团队提供多样化的解决方案，当前第一阶段重点搭建蜂群技术开放架构，开发“小型自主空中和地面车辆蜂群”指挥和控制技术，以促进无人机与不同类型车辆联合集群作战。参照“攻击性蜂群使能战术”项目竞赛方式，我国空军也于2018年4月征集开展智能无人机集群系统竞赛活动。

其他无人机蜂群相关项目

美军国防部预研局还开展了“体系集成技术试验”（SoSITE）、“拒止环境中的协同作战”（CODE）等项目，从多个角度共同推进微小型无人机集群技术。SoSITE项目着重探索分布式作战体系架构，使用开放式系统架构在各种有人和无人平台上分散各种关键任务功能，如电子战、传感器、武器、导航等功能，实现各平台不同任务模块即装即用、无缝连接，可满足无人机蜂群灵活搭配、协同组网需求；CODE项目通过发展协同算法和软件，探索分布式作战无人机的自主和协同技术，支撑集群无人机的协同作战。

美国空军研究实验室开展了“编群战术空间”计划、“忠诚僚机”（Loyal Wingman）项目。“编群战术空间”计划重点研究无人机间的协同作战，演示了12架无人机的自主协同飞行、搜索和模拟打击；“忠诚僚机”项目重点研究无人机与有人机协同作战，其理念是在作战环境中无人机由有人机指挥控制，在前承担突防、侦察、攻击任务。

美军无人机蜂群发展趋势

综合上述研究重点和方向，无人机蜂群发展呈现量级系列化、功能多样化和使用灵活化的特点和趋势。

无人机蜂群量级系列化

已公开无人机可按十克级（“蝉”无人机）、百克级（“山鹑”无人机）、千克级（“郊狼”无人机）、十千克级、百千克级（“小精灵”无人机）形成量级系列。不同量级无人机根据动力装置、发射方式区别，速度涵盖从亚音速到自主滑翔飞行，作战半径从500～900km到几千米不等，飞行时间从1～3h到十几分钟不等；根据载荷重量区别，可配备多种模块化载荷设备。

无人机蜂群功能多样化

虽然单架微小型无人机载荷有限、功能单一，但无人机蜂群借助数量优势组合多种载荷，可以实现包括但不限于预警探测、广域监视、前沿侦察、电子对抗、饱和攻击、战术诱饵、主动防御、网络战等多种功能；无人机蜂群自身灵活性加上任务载荷的多样性，战术应用具有很大创新空间，例如，若在任务载荷中配备目标特征模拟装置可以模拟假目标实施诱骗干扰，配备电磁干扰装置或定向能武器可具备拦截能力，已有公开报道美军特种作战司令部计划借助蜂群无人机开展心理战。

无人机蜂群组织智能化

无人机蜂群通过有限智能个体的协同合作体现为集体智能，可实现自主编队甚至分组壁障，即使在部分毁伤条件下也可重构编队，如“山鹑”无人机可集体决策、自修正和自适应编队飞行。目前蜂群无人机多采用链路控制飞行或GPS导航飞行，随着图像导航、自主重构等技术成熟应用，无人机蜂群将会更加智能化，抗摧毁性、抗干扰性更强。

无人机蜂群使用灵活化

由于无人机蜂群可从地面车辆、海面舰艇、空中载机等多平台发射，功能多样、可应用场景多样，可供飞机编队空中攻击使用，也可供班/排地面战术使用；可人/蜂群、有人机/蜂群协同使用，可与地面无人系统配合使用，也可与水面无人舰艇、水下无人潜艇配合使用；可用于各种军事用途，也可用于海上搜救、气象监测等民事任务；非正规军事力量、组织乃至个人也有能力使用以实现侦察、攻击等意图，2018年1月俄罗斯驻叙利亚赫梅明空军基地、塔尔图斯海军基地分别遭受恐怖分子10架、3架无人机蜂群袭击。

无人机蜂群生产高效化

微小型无人机制造生产效率高，自身成本低，战时可大量消耗、补充，如“郊狼”、“山鹑”、“蝉”等无人机采用3D打印制造部件，组装生产速度快，“郊狼”无人机仅为“鱼叉”导弹成本的1/80，“蝉”成本仅250美元甚至可进一步降低，可满足战场高损耗、高消耗要求，快速消耗敌方防空导弹，高效摧毁敌方雷达等高价值武器装备，具有非对称作战成本优势。