云彈藥引信的技術命題

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(1.北京理工大學機電學院，北京 100081；2.解放軍63961部隊，北京 100012)

0 引言

云彈藥系統是基于分布式感知與計算和自主組群與協同攻擊的智能集群彈藥系統[1]，云彈藥引信即集群彈藥智能引信。云彈藥系統由大量低成本微小型智能巡飛彈等無人飛行器及其攜帶的多類載荷組成。這是一類高度自主的察打一體智能無人武器系統，是實現無人戰爭或人機協同非接觸式戰爭的重要手段。其主要作戰任務使命是：1)對預定區域中的技術兵器等裝備和人員實施時空壓制；2)對防空導彈陣地、艦面武器等重要目標實時飽和攻擊；3)對機庫、掩體內目標、從掩體中露出的時敏目標、利用地形地物進行遮蔽的目標以及運動目標實時精確攻擊；4)對地面雷達實施電子欺騙和電子干擾。云彈藥可對上述目標實施多方向多批次多毀傷效應飽和攻擊，以及電子干擾、假目標欺騙、通信中繼等多種作戰任務。以打擊防空導彈武器系統為例，云彈藥作戰使用流程是，組成云彈藥的巡飛彈以子彈藥形態裝于作戰飛機、無人機、機載布撒器和導彈等運載體內，巡飛彈攜帶偵察、毀傷、干擾、誘餌等不同載荷。運載體在接近目標處拋出大量巡飛彈并自動組群構成云彈藥，各群巡飛子彈藥的數量規模依對目標類型的自動識別而自動優化組合。例如攜帶干擾載荷的巡飛子彈藥在空中組成稀疏群，對地面雷達實施持續的分布式干擾，以掩護其他巡飛彈群的攻擊。對于導彈發射車和相控陣雷達天線，可由攜帶破甲殺傷多模戰斗部或云爆戰斗部的巡飛子彈藥組群攻擊；對于指揮通信車、電源車等支援保障車輛或方艙，可由攜帶破甲殺傷戰斗部的巡飛子彈藥組群攻擊。導彈發射車和相控陣雷達天線屬于高重要度目標，巡飛子彈藥優先組群對其實施全向飽和攻擊，剩余的巡飛子彈藥再自動組群對其他目標如指揮通信車等支援保障車輛或方艙等實施攻擊。

當巡飛彈群受到地面攻擊而損傷時，通過“群間呼喚”自動調動準備攻擊非高重要度目標的巡飛彈自動“入群”實行云彈藥跨群自組織修復(自愈)。

由上述可知，云彈藥的主要技術特征是“分布式、集群、智能、協同、多效應攻擊?！彼鼮槿斯ぶ悄芗夹g在彈藥領域的應用提供了廣闊的發展空間，相應地對其引信也提出了許多新的需求，構成云彈藥引信的技術命題。

1 國外云彈藥發展概況

曾任美國空軍第一副參謀長的戴維·德普圖拉中將于2011年率先提出“作戰云”的概念[2]，其基本內涵是以全球柵格化信息網絡為基礎，以分布式指揮與控制體系為核心，將高度信息化的空天平臺與陸基、?；淦髀撓灯饋?，自動構建一種無所不在的防御復合體，且具有受到攻擊時自我修復的能力，以應對中國不斷增強的“反介入與區域拒止”能力。

2014年9月，美國《航空周刊》發表了“作戰云”構想圖，由偵察/通信/導航衛星、F-15/16四代戰機、F-22/35隱身戰機、RQ-180無人偵察機以及航母戰斗群構成高度融合的作戰體系[3]。

2015年2月，美國智庫戰略與預算評估中心高級研究員布萊恩·克拉克在國際海上安全中心(CIMSEC)網站上發表了“撥開層級 一種防空新概念”的文章[4]，對美國海軍正在推動的以“分布式殺傷”概念實施反艦和對地攻擊進行了分析。

2015年4月，美國海軍研究局的李·馬斯托洛安尼報道了美國海軍的“低成本無人飛行器蜂群技術(LOCUST-Low Cost UAV Swarming Technology)[5]，利用多管發射裝置發射大量成本低于1萬美元的“郊狼(Coyote)”巡飛彈，如圖1所示。

“郊狼”可在自主或有限人為干預的狀態下集群協同編隊飛行，執行戰場偵察監視，假目標誘騙吸引火力、通訊干擾或集群攻擊等任務，以癱瘓敵方高價值目標或防御體系。

2016年5月23日，美國海軍研究局(ONR)和佐治亞理工學院(GIT)聯合發布了LOCUST項目的30枚“郊狼”巡飛彈自主協同編隊飛行演示試驗的視頻。

2016年8月，LOCUST項目在墨西哥灣進行了由30枚“郊狼”巡飛彈組成的“蜂群”自主協同飛行試驗，驗證了“蜂群”編隊的智能算法、感知、通信、自動避障、解構與重構以及自動返回等能力。

2017年1月，美國國防部高級研究計劃局(DARPA)發布了“進攻性蜂群使能戰術(OFFSET-Offensive Swarm Enabled Tactics)”項目的招標書，尋求開發以城區作戰為軍事需求，規模大于100枚巡飛彈蜂群編隊的系統架構、博弈軟件設計及系統集成與算法。進攻性蜂群使能戰術主要包括五個關鍵領域：蜂群自主性、人與蜂群編隊、蜂群感知、蜂群網絡和蜂群邏輯，以提升作戰部隊的C4KISR能力。

2017年1月，美國軍方公布了微小型巡飛器“山鶉”(Perdix)的最近一次飛行演示，利用三架海軍F/A-18F戰斗機，以0.6Ma飛行速度投放了103枚“山鶉”巡飛器，測試了“山鶉”自適應編隊飛行、集體決策等群體智能行為。

圖2所示的“山鶉”是麻省理工學院(MIT)的碩士研究生設計并用3D打印技術制作的，它的輪廓尺寸僅有4.9 cm×6.2 cm×18 cm，重量不到500 g，利用電動力螺旋槳推進飛行，用鋰電池作為動力源[6]。美國國防部戰略能力辦公室(SCO)于2014年9月開發“山鶉”巡飛器的軍事用途，2015年6月，美國國防部在阿拉斯加的“北方利刃”軍事演習中利用F-16的曳光彈投射器進行了72次“山鶉”的投射與飛行測試，累計投射了500枚“山鶉”，完成電子對抗任務。

2 云彈藥引信的8個技術命題

2.1 基于目標類型及部位識別的智能起爆控制

云彈藥可以攜帶破甲/殺傷/縱火多模戰斗部，這種戰斗部有多個起爆點，依所攻擊目標的類型，通過改變戰斗部的起爆點和起爆時間序列，可以形成單個桿狀射流、多個爆炸成型彈丸(EFP)或大量自然破片，對目標產生不同的毀傷效應[7]。

由于大多數云彈藥以0.1～0.6Ma低速飛行，為成像末制導系統提供了足夠的目標探測識別、制導控制時間，其對目標類型的識別率和命中精度很高。對于導彈發射車這種較大尺度的目標，云彈藥不僅可以識別目標類型，還可以選擇所攻擊的目標要害部位。例如裝于儲運發一體化發射箱中的“愛國者”防空導彈，其上部1.2 m為制導艙段，往下依次為戰斗部艙段和發動機艙段?？捎枚嗝稊y帶多模戰斗部的巡飛彈自動組群對其不同部位實施多向多部位集群飽和攻擊。當攻擊制導艙段時，引信應控制實現有限多點起爆，使戰斗部形成多個爆炸成型彈丸破壞制導艙段內部的器件和電路；當攻擊戰斗部和發動機艙段時，由于導彈戰斗部和發動機采用低易損性炸藥和低易損性推進劑，需要用較大威力的桿式聚能射流才能將其引爆或引燃，因此引信應控制低炸高近炸單點起爆。

2.2 集群智能協同毀傷控制

當對目標射擊時，多發彈藥同步起爆產生的爆轟沖擊波迭加毀傷效應要明顯大于非同步起爆的毀傷效應，這就是國內外炮兵部隊均開展“單炮多發同時著地”射擊訓練的原因。對于實施集群攻擊的云彈藥來說也是如此。

當用云彈藥系統攻擊相控陣雷達天線等面積較大的目標時，若用殺爆戰斗部僅在雷達天線上形成有限尺寸的破孔，只能降低天線的探測效能而不能使其徹底癱瘓?？梢圆捎脦в泻芷破嗄鸲凡亢驮票瑧鸲凡康难诧w彈，實施集群協同多攻擊點同步起爆，使天線產生大面積結構損傷和大尺度變形，使其徹底喪失功能。

這種“同向異位同步起爆”的集群協同毀傷效應，只有采用帶有智能引信的云彈藥才能實現。它對于攻擊機場停機坪上的飛機、飛行指揮控制塔臺以及驅逐艦上的雷達天線、導彈發射裝置、艦載直升機以及艦艏等目標要害部位也具有明顯的優越性。

2.3 集群密集飛行的彈間抗干擾

2016年2月26日，《參考消息》網站轉載《華盛頓郵報》發表伊格內休斯的文章：“五角大樓想要威懾俄羅斯和中國的奇特武器”。文中報道美國國防部副部長沃克和空軍上將塞爾瓦在2016年2月提出，美軍在用于對付中國和俄羅斯的“第三次抵消戰略”中，正規劃可在90 min內投放2 700枚UAV對中俄機場、雷達站、導彈發射陣地、彈藥庫發動飽和攻擊的相關技術，如圖3所示，并已撥款開展研究。

當云彈藥以密集隊形實施末端攻擊，引信已解除保險處于待發狀態時，需解決彈間近距離飛行防撞和防止彈間干擾導致提前誤爆的問題，由此需要研究巡飛彈近程探測自動規避技術和近炸引信抗彈間干擾技術。

2.4 巡飛彈二次攻擊的“恢復安全”控制

當巡飛彈攻擊目標時，如未命中目標從目標旁擦邊而過，可以返飛回來對目標進行二次攻擊，這是巡飛彈比導彈在功能上的一個顯著優點，當巡飛彈自目標“擦邊而過”之前，引信已經解除保險處于待發狀態?！安吝叾^”之時，引信不能產生起爆信號?！安吝叾^”之后，引信應立即自動恢復保險再次處于安全狀態，為下次攻擊做好準備。巡飛彈引信應具有安全—解除保險—恢復安全自主控制的功能。

2.5 基于戰場態勢感知的自毀/絕火自主控制

云彈藥引信依對戰場的態勢感知，在空域和時域不用維度上對自毀或絕火實施自主控制。當巡飛彈飛出規定的作戰空域且無法自動飛回時，或被襲受損、能源耗盡下落時，引信應轉為“自毀”或“絕火”。當處于敵方區域時，引信應自毀，一是實現裝備與技術的保密，二是可以對敵方地面目標造成附帶損傷；當處于己方區域時，則應“絕火”，防止因戰斗部爆炸對己方地面設施、裝備和人員造成附帶損傷。

2.6 毀傷效果實時評估、自主學習與再次攻擊優化

云彈藥包括引信還可以具有自主學習功能。在一個集群內，尚未實施攻擊的巡飛彈基于對已完成攻擊任務巡飛彈對目標的毀傷效果評估與學習，自動優化集群的彈種組合、攻擊方向、攻擊部位、攻擊時序和起爆方式，以達到更好的毀傷效果。

2.7 彈間攻防對抗的敵我識別

發展云彈藥相關技術，不能只著眼于“攻”，還要考慮“防”。如何針對國外正在大力發展的“蜂群”攻擊武器與戰術，發展我國的相關防御武器與戰術，是一個現實而緊迫的課題。

不論是防空導彈或高炮，均不具備有效防御上百乃至上千枚巡飛彈“蜂群”攻擊的能力?？梢钥紤]采用高功率微波武器或強激光武器，對巡飛彈的飛控系統實施電子干擾，或燒毀巡飛彈的電子部件及電池；即使采取這些防御對抗措施，仍會有不少“漏網之魚”仍對我方目標造成損傷。此時就要“以群治群，以彈對彈”，發展“巡飛彈群間對抗技術”。這時巡飛彈制導系統和引信必須具有敵我識別功能，制導系統控制只迎擊或追逐敵方巡飛彈，引信則保證只對敵方巡飛彈予以毀傷，不會誤傷己方巡飛彈。

2.8 動態無損回收的安全控制

2015年8月，美國DARPA宣布啟動“小精靈(Gremlins)”項目，旨在研發低成本可回收重復使用的蜂群UAV系統，該項目使用C-130運輸機等空中平臺進行投放 ，蜂群UAV攜帶不同的載荷，在敵區自主協同進行偵察監視、情報搜集、電子干擾和火力壓制敵防空系統，完成任務后剩余的UAV由C-130運輸機進行空中動態無損回收，并對其進行維護，以保證在24小時內能夠再次投入使用。

2017年3月15日，DARPA宣布Dynetics等4家公司均已完成第一階段研究任務，將從中優選出兩家繼續開展第二階段研究，2018年初再從兩家中優選出一家，計劃在2019年開展“小精靈”項目的演示驗證飛行試驗，驗證蜂群UAV的空中投放和回收性能。

對于毀傷型巡飛彈，要研究空中或地面回收時引信的安全控制問題。對于已處于待發狀態的引信，需要在回收前恢復到安全狀態。關鍵是如何讓巡飛彈引信“知曉”它將要被回收，從而在回收前進行恢復安全的狀態控制。

3 拓展視野，創新思維，開創人工智能在引信中應用的新局面

3.1 云彈藥及其引信是彈藥與引信智能化的高級形態

云彈藥與其他智能化彈藥的最大區別，是對目標實施分布式、集群、自主協同攻擊與優化決策，以及未命中后再次攻擊。它為人工智能在彈藥中的應用開辟了廣闊的空間，云彈藥的高度智能化，體現了智能彈藥技術與裝備的高級形態。同樣地，解決上述8個技術命題的云彈藥引信，也是智能引信的高級形態，它向我們展示了引信技術與裝備未來發展的一個重要方向，值得開展持續深入的研究。

3.2 云彈藥及其引信是人工智能技術在彈藥引信領域應用的一個廣闊舞臺

國務院在2017年7月20日發布的《新一代人工智能發展規劃》(國發[2017]35號文)中指出，人工智能的迅速發展將深刻改變人類社會生活、改變世界，人工智能成為國際競爭的新焦點。人工智能是引領未來的戰略性技術，世界主要發達國家把發展人工智能作為提升國家競爭力、維護國家安全的重大戰略，力圖在新一輪國際科技競爭中掌握主導權。

文件從維護我國國家安全和戰略利益出發，要求必須放眼全球，把人工智能發展放在國家戰略層面系統布局、主動謀劃，牢牢把握人工智能發展新階段國際競爭的戰略主動，打造競爭新優勢，開拓發展新空間，有效保障國家安全。

文件明確指出，群體人工智能是人工智能技術的一個發展重點。要求突破群體智能、自主協同與決策等基礎理論研究，突破低成本低能耗智能感知、復雜場景感知、實現超人感知和高動態、高維度、多模式分布式大場景感知，群體智能的組織、涌現、學習的理論與方法；重點突破面向自主無人系統的協同感知與交互、自主協同控制與優化決策、知識驅動的人機物三元協同與互操作理論，形成自主智能無人系統創新性理論體系架構。

文件的這些要求，全面深刻地揭示了人工智能技術在云彈藥及其引信中應用的研究方向，特別是協同感知與交互、自學習、自主協同控制與優化決策，是引信智能化的研究重點。

3.3 云彈藥引信必須與云彈藥的飛行控制、制導控制及數據鏈路交融發展

在思考與規劃云彈藥引信的研究命題時，必須防止“將云彈藥引信從云彈藥系統中摘出來獨立研究”的思維方式，這是由云彈藥系統本身是一個開放的復雜人工智能系統的本質所決定的。云彈藥引信的感知、確認、推斷和控制必須與云彈藥的飛行姿態控制、飛行航路控制、自動避障、群自愈、跨群航路控制等飛行控制以及目標識別與分類、攻擊點選擇、二次攻擊決策與控制等末制導控制有機結合在一起，實現三者的傳感器共用、信息共享、算法關聯、軟件嵌套、硬件共體交融發展。

[1]李杰，游寧，李兵，等. 云彈藥系統[J]. 兵工學報，2015，36(2)：250-254.

[2]杜和.作戰云概念和組織變革：空天作戰指揮與控制的新時代[R]. 北京：知遠戰略與防務研究所，2014.

[3]Butler A. Pentagon’s combat cloud’ concept talking shape[J]. Aviation week & Space Technology，2014.

[4]Rryan Clark. Peeling back the layers: A new concept for air defence[EB/OL](2015) [2017].http:cimsec.org//5222.

[5]Lee Mastroianni. LOCUST-Low Cost UAV swarming technology[EB/OL]. (2015-04-15)[2017-11-09]. http://www.onr.navy.mil.

[6]John Hansman. Project perdix capstone[EB/OL]. (2011)[2017]. http:// beaverworks//.mit. edu.

[7]蔣建偉，俊峰，李娜等. 多模毀傷元形成與侵徹效應的數值模擬[J]，北京理工大學學報，2008(9)：756-758.