外軍無人蜂群作戰概念研究進展及分析

摘 要：無人蜂群作戰概念近幾年來一直是世界各國競相發展的重點。 本文列舉了近幾年國外在蜂群作戰方面的最新研究進展和取得的階段性成果，并總結分析了目前國外蜂群作戰概念的主要技術發展方向，包括群體控制、通用性系統設計、智能化以及人機協作等。 在此基礎上，進一步指出蜂群作戰技術發展存在的不足和難點，為國內下一步蜂群作戰發展提供思路。

關鍵詞：蜂群作戰;群體控制;通用性;智能化;人機協作; 無人機

中圖分類號：TJ760;V279? 文獻標識碼：?? A? 文章編號：1673-5048（2022）01-0052-06[SQ0]

0 引? 言

近幾年來，無人作戰系統在戰爭中的地位愈發突顯。 2020年，納卡沖突中阿塞拜疆頻繁利用無人機空襲亞美尼亞地面武裝力量，導致亞方大量裝甲車輛和火炮遭到襲擊，損失慘重。 在近期爆發的巴以沖突中，巴勒斯坦利用進口無人機對以色列多個重要設施進行了轟炸。 從上述無人作戰系統在戰場上的使用情況來看，無人作戰系統的研究已經逐漸從理論走向了戰場，但并沒有涉及到無人蜂群作戰的概念，僅是無人作戰的初級階段。 雖然只是初級階段，但從作戰效果來看，已顯現了無人作戰低成本、打擊成效顯著的特點，證明了無人作戰系統在戰場上發揮的作用不可小覷。 而作為無人作戰的高級形式——無人蜂群作戰，必然會有更大的戰爭破壞力。 目前，世界各國軍事力量不斷加大對無人蜂群作戰的研究，特別是美軍在無人蜂群作戰上的研究項目眾多、成果顯著。 文獻[1-5]介紹了美軍的多個無人蜂群作戰研究項目，包括“小精靈”、“低成本無人蜂群技術（LOCUST）”等;文獻[2]介紹了歐洲的多異構無人機實時協同和控制項目，以及俄羅斯下一代重點發展的與有人戰機協同配合的無人機蜂群作戰項目。

不難想象，無人蜂群作戰必將很大程度上改變未來的戰爭形式，可以說未來誰擁有最先進的蜂群技術，誰就能占據戰場主動權。

1 外軍蜂群作戰研究進展

1.1 追求蜂群群體協作控制和通用性架構

作為蜂群概念的提出者，美國在蜂群作戰上已經取得了諸多成果，提出了多個蜂群作戰演示概念。 2021年3月，美國國防部將其最新研發完成的無人系統技術移交給了陸、海、空三軍的相關部門，以支持后續的發展計劃。 而該無人系統實質上就是美國雷神公司研發的“土狼”無人機的Block 3版本以及相關的發射裝置，隸屬美軍的LOCUST項目。 該項目的核心在于研發了抗干擾通信數據鏈路以及能夠使無人機成群自主運行的軟件系統。

美國空軍正在實施的“金帳汗國（Golden Horde）”網絡彈藥項目計劃在庫存武器系統上增加無線數據鏈路和協作能力，以展示武器網絡化協同功能的有效性，如圖1所示。 網絡化協同武器相互之間能夠共享數據、交互，并能協同執行任務。 武器使用共享數據來改進整個武器群的信息，從而提高整個群體信息的有效性。 當每種武器探測到同一目標的位置數據時，綜合這些信息數據則可以減小目標位置的誤差，從而實現更精確的火力打擊。 “金帳汗國”計劃使用“戰術召喚”的協作自治方法，核心在于當群體滿足某些預設條件時會啟用（或禁用）的既定協作行為。 該計劃包含一個戰術集合想定，在執行任務之前，戰術想定會根據任務的不同選擇相應的武器。 計劃沒有融入人工智能或機器學習來實現目標打擊，僅從設定的戰術集中選擇方案，整個過程不會違反既定的交戰規則，附帶傷害可控。 俄羅斯近幾年也逐漸加大無人作戰的研究，在蜂群作戰上提出了Flock-93蜂群概念，如圖2所示。 Flock-

93蜂群概念中的無人機具有垂直起降（VTOL）能力，續

航能達到150 km。 Flock-93蜂群無人機計劃裝載2.5 kg載荷的炸藥;由“單眼視覺系統”實現偵察定位，目標是卡車和輕型裝甲車;采用分布式架構設計，如果領航機被敵方火力摧毀或因某種原因丟失，那么其功能就會轉移到另一架無人機上重新配置。 設計“蜂群”由有人飛行器或地面控制站來指揮。

近期，英國宣布由國防科技實驗室（DSTL）主導的多無人機輕量作業（Many Drones Make Light Work）項目完成結題，并于2020年1月28日公布了其大規模無人蜂群競賽的驗證飛行成果。 英國國防部通過“加速推進國防和安全（DASA）”計劃為該項目提供了340萬美元的經費資助。 DSTL實驗室稱，參加演示的共有220架具有不同作戰能力的5種異構固定翼無人機，共攜帶6種載荷，實現了態勢感知、醫療援助、后勤補給、爆炸物檢測與處置以及電子干擾與欺騙等功能演示。 參加演示的藍熊系統公司（Blue Bear Systems）采用移動指揮與控制系統（MCCS），由3名操作員管理著整個無人蜂群，協同處理超視覺飛行的無人蜂群異構載荷分析任務。 多無人機輕量作業項目于2016年10月啟動，目標是實現由單操作員管理20架無人機，以緊耦合的方式在對抗環境中實現協同作戰，實現全頻譜（可見光、紅外及電磁譜段）的態勢感知;以競賽的方式聚焦系統架構設計、無人平臺與傳感器、載荷系統、任務規劃管理、組網通信、系統彈性與生存能力、軍事任務與評估等方面的能力。 無人蜂群采用開放式體系構架，可執行電子干擾/電子對抗、電磁態勢感知、情報監視偵察和通信中繼等任務。

多無人機輕量作業項目的目標作戰概念包括：（1）陸地戰場支援。 在復雜戰場環境下，采用EO/IR及電磁傳感器進行廣域偵察搜索及監視，實現群體智能的涌現性。 （2）海上作戰支援。 在沿海區域戰場對水面和陸地威脅進行偵察搜索，針對艦船、雷達等目標實現跨域態勢感知。 （3）空中機動支援。 利用無人蜂群平臺對敵空中威脅進行抵近探測和干擾，在復雜環境中搜索隱蔽的陸基威脅目標。 英國皇家空軍與意大利國防承包商在空中機動支援概念研究上成功完成了一次重要的合作項目，項目演示了無人蜂群的自主飛行，蜂群中的每架無人機都攜帶了能夠執行電子攻擊的BriteCloud消耗性主動誘餌，如圖3所示。 BriteCloud是一種數字式射頻內存（DRFM）干擾器，該干擾器工作時，會首先檢測來自敵對平臺（包括飛機、艦船和地面防空系統以及來襲導彈上的主動雷達制導系統）發射的雷達脈沖，然后通過模擬這些信號來制造虛假目標。 BriteCloud可以從任何標準的55 mm誘餌發射器上發射，最初在臺風戰斗機上對該誘餌進行了測試，未來將會整合到F-35B聯合打擊戰斗機上。 與單一飛機平臺不同，新BriteClouds中的誘餌程序包經過編程和導航處理，多個BriteClouds可以協同工作以造成最大的破壞影響力。 將干擾器放置在無人機中可以在大范圍內實現最佳的覆蓋干擾，且整個無人集群能夠快速進行區域轉移，以達到快速響應的目的，靈活性極高。 Brite-Cloud還可以在更長的時間內執行多次電子攻擊。 這種可消耗、可回收、再利用的功能設計，使其可以低成本執行高風險任務。

此外，英國陸軍正在使用小型無人飛行器配合其執行任務，如圖4所示。 小型無人機可以用標準的40 mm手榴彈發射器發射，小巧的四旋翼無人機可配備各種有效載荷，包括光學攝像機以及小型高爆彈和穿甲彈頭，這些無人機在發射后可以成群飛行執行任務。

土耳其國防工業總統辦公室啟動了Swarm無人機技術開發和演示計劃，目的是開發蜂群算法和軟件，以配備至具有成群能力的無人平臺。 土耳其安卡拉（ANKARA）開發的基于人工智能的MilSoft群載無人機軟件，可以裝載在從空中、陸上和海上平臺發射的無人機群中，所獲得的圖像信息可以傳輸至其中央指揮系統。 無人機平臺的飛行時間超過0.5 h，有效載荷容量為1 kg。 通過使用MilSoft公司的群控制軟件，5架人工智能無人機協同完成了偵察、探測、識別、搜索、救援、跟蹤等多項任務。 盡管目前只使用了5架無人機，但在受控環境中，最多可以達到25架，MilSoft的目標是控制多達50架無人機。 無人機之間的通信也由MilSoft技術支持，通信距離可達500 m，此外還有10 km的網絡數據傳輸解決方案。

西班牙國防部的RAPAZ計劃將用于開發自主飛行的無人蜂群系統軟件，以執行不同類型的任務，包含情報偵察、搜索救援，以及作為游蕩彈藥執行對地目標打擊任務，系統配備了最先進的基于人工智能的遠程智能安全系統。 蜂群可由單個操作員操作，其任務行為將是自主的，并且可以適應不同的任務需求。 該平臺還能夠與地面步兵戰車配合使用。

2021年1月，新德里軍營舉行的建軍節閱兵式上，印度首次展示了一種進攻性蜂群無人機系統，模擬擊落一系列目標，包括無人機“母機”釋放的“子”無人機對坦克、恐怖營地、直升機停機坪和燃料庫發起自殺攻擊。 無人機系統包括75架自動識別和擊落目標的“神風特攻隊”任務無人機，中小型無人機在沒有任何地面人工干預的情況下，執行了一系列AI支持的模擬進攻和戰斗支持行動，包括自殺式攻擊、盤旋和空投任務，為前線部隊投放藥品和物資。

1.2 積極融入人工智能等高新技術

美軍的“集群使能攻擊技術（OFFSET）”項目目前已經完成了4次總體測試。 在第3次測試中，共動用了250多個無人機系統和/或無人地面系統（UGS）在復雜的城市環境中完成各種任務，主要測試了地面、空中不同蜂群的協作。 測試根據二維和三維態勢，實現空地蜂群基于態勢感知自主行動，同步整合仿真環境和實際環境進行測試。 在第4次測試中，以城市作戰為試驗背景，劃分多個互動階段，測試了無人車輛、固定翼無人機、多旋翼無人機自主定位可疑目標及保衛多個模擬目標的能力。

土耳其基于AI的MilSoft集群控制軟件能使成群的無人機接受來自直升機的指揮命令執行正面攻擊任務，并為其他友鄰平臺提供作戰支持。 無人機能夠在任務開始到結束的過程中自主飛行。 近期，MilSoft群載無人機軟件通過使用包含AI和機器學習技術的獨特圖像處理算法為土耳其武裝部隊（TSK）人員額外提供了對移動目標的自動檢測識別能力，并且實現了高成功率和高精度的目標識別。

2021年4月，英國藍熊系統公司推出了用于無人機蜂群和超視距（BVLOS）作戰的“平視”（Heads-Up）型增強現實（AR）系統。 該系統可以讓操作員戴著AR眼鏡查看蜂群中所有無人機的位置、運行狀況和其他參數，或查看單個無人機的詳細系統狀態。 該系統有助于多架無人機返回單個著陸區等任務，接下來還將增加其他外部數據源（如ADSB），以增強態勢感知能力。

以色列軍隊也一直在開發基于人工智能的蜂群戰術，多個國外最新報道顯示以色列實現首次將基于人工智能引導的無人蜂群投入實戰。 這些蜂群無人機可以定位、識別和攻擊哈馬斯武裝力量，無人機蜂群在街上游蕩，隨時發現和跟蹤目標，并進行精確打擊。 無人機可在3 600 m高度飛行，且可在大風、大雨等惡劣天氣下正常飛行，續航時間為75 min，作戰半徑10 km，可掛載3 kg彈藥。 無人機的人工智能系統可以引導指揮無人機對目標可能所在的街區進行搜索打擊，同時還可以引導附近的迫擊炮對目標進行打擊。? 在2021年的以哈沖突中，人工智能引導的無人機蜂群在邊境地區，摧毀了數十個目標。 以色列現正在每一個旅級單位建立一個人工智能無人機蜂群連，可獨立快速對復雜地區進行搜索跟蹤、評估和進行打擊等任務。

1.3 推進人機協作技術

作為美軍F-35“忠誠僚機”的XQ-58A“女武神”隱身無人機最近完成了發射小型無人機的測試工作。 “女武神”不僅能夠發射多架小型無人機，且多個無人機能夠成群執行多樣化軍事任務。

2021年4月下旬，美國海軍組織了一次包括美國海軍研究實驗室“超級蜂群”項目設備（該項目旨在研究如何利用和防御無人蜂群）等在內的7種無人系統，以及多達10艘有人駕駛艦艇、5架有人戰機參加的“無人系統綜合作戰問題-21”大規模有人與無人系統協同作戰演練。 演習主要評估海上無人系統開展情報、偵察、導彈射擊等任務能力，以及如何與有人系統協同作戰等。

俄羅斯航天部門最新提出“閃電”蜂群系統概念，機身設計基于小型巡航導彈，具有細長的機身、折疊翼和噴氣發動機。 該系統的無人蜂群可由各類軍事飛機發射，俄羅斯最先進的蘇-57戰機最多可攜帶8架，采用隱形技術減少雷達和紅外信號，可在復雜多變的環境中，通過相互協作和任務自動分配來擴大行動效率，還可通過增加或減少蜂群數量來重新設置任務。

2 外軍蜂群作戰發展分析

總結來看，外軍蜂群作戰近幾年或者說未來若干年主要以蜂群群體控制、加快通用/開放性體系架構、提高無人蜂群自主作戰能力、研發人機協作技術為核心發展方向。

2.1 實現蜂群群體控制提高戰斗力

從最近幾次的戰爭來看，無人系統越早部署就能越早比對方掌握戰場的主動權。 再者，無人系統也可以在實戰中不斷摸索和完善相關關鍵技術。

群體控制技術是實現蜂群作戰的關鍵和前提。 從外軍蜂群作戰發展情況來看，美國、英國、土耳其以及西班牙等多個國家把蜂群作戰的重要研究方向首先放在研發能夠實現群體協作的算法和控制軟件上。

蜂群的個體硬件平臺門檻低，技術含量并不高，部分國家對民用無人機稍作改造就能運用到軍事任務中，投入成本很低。 相對于蜂群硬件平臺，蜂群作戰的核心在于如何使這些數量眾多的低成本軍用或商用無人機個體能夠融合成為一個相互協作的群體，從而實現單架無人機無法完成的復雜任務。 因此，控制軟件才是蜂群盡快走向戰場的關鍵。 美軍的“土狼”無人機群自主控制軟件系統已經經過了多個版本的迭代發展，成熟至已部署三軍。 其他幾個國家也相繼初步實現了對若干架或者數十架無人機的群體控制，雖然離真正的蜂群規模還差很多，但在小范圍區域已初步具備群的作戰能力。

依靠群體控制軟件以及內置自主算法，未來執行軍事任務時，單個作戰人員將能夠實現對成百上千架無人機構成的群體的控制，從而指揮蜂群在復雜戰場環境中執行多樣化軍事任務。 這在戰場上將會顯著提高作戰效率，同時降低人員傷亡。

未來戰場要想在蜂群戰斗中獲勝，可能將取決于誰擁有最好的蜂群自主算法和控制軟件，以實現更佳的作戰協作、更大規模的蜂群控制以及更快的戰斗反應時間，而不僅僅是追求更好的單個硬件平臺。

2.2 通用/開放性架構提高蜂群系統的互用性

美軍在2042無人系統路線圖中把加快無人系統通用性和開放性體系架構作為四大發展主題之一。 未來體系作戰將越來越多地使用無人系統，互用性將構成充分使用無人系統技術的聯合作戰部隊的基礎。 在有人和無人系統動態混編的部隊中，無人系統必須能跨越系統和領域與其他無人系統及人員進行通信、信息共享和交互協作。

美軍無人系統眾多，標準不一，因此，美國國防部一直在致力于消除各軍種無人系統的壁壘，追求無人系統的通用化設計。 首先是無人平臺通用化設計。 從近幾年美國的蜂群項目研究情況來看，最典型的是低成本“土狼”無人蜂群項目，其已經能夠做到依托陸、海、空等多種平臺發射。 “土狼”無人機最初的設計是從美國海軍的水面艦艇上發射，后又由美國空軍從P-3C反潛巡邏機以及XQ-58A“女武神”隱身無人機上發射，近期美國陸軍又從地面裝甲車平臺發射以執行地面任務。 美國陸、海、空三軍都能使用該低成本無人蜂群技術達成各自所需的任務。 未來美國無人作戰力量將擺脫各自為戰的局面，從而實現戰場力量的融合倍增，促進其戰斗力大大提升。 此外，還能節省大量軍費用于更進一步的深入研究。 其次是軟件通用化設計，以構建彈性通信網絡，建立標準的、集成的數據傳輸標準，擴大無人系統的作戰范圍。 美軍著手將通用化能力融入其發展的網絡化彈藥計劃，就是對現有彈藥進行改造，從而使其具備自主協同打擊能力，組成“游蕩彈藥”群。 未來這種通用性設計不僅能夠使導彈發揮群體打擊的效果，大大提升作戰效能，還能使庫存中的老舊彈藥煥發新的生命[4]。

土耳其的MilSoft蜂群控制軟件已實現在多類平臺中使用。

通用性開放性架構設計將極大提高無人系統的互用性。

2.3 基于AI的蜂群可顯著提高作戰效率

基于AI和機器學習可開發具有高度自主能力的無人系統。 這種學習能力可改進和擴展無人蜂群系統的能力，變革戰場管理和指揮控制，提高無人蜂群系統執行任務的效率和效能，增強戰場作戰能力。

目前，世界軍事力量在發展蜂群作戰系統的同時，不斷融入先進的AI等技術，如視覺感知、語音、面部識別和決策工具等，蜂群將能夠執行諸如空中干擾、目標識別、自主飛行、兩棲攻擊、近距離打擊等復雜的作戰行動[6-8]。 美軍在新版無人系統發展路線圖中明確提出將AI和機器學習作為自主性的首要支撐因素。 除美軍外，其他國家也清醒認識到AI對于提升蜂群能力的巨大潛力，并已付出了大量努力，大量高新技術已經成功融入蜂群。

未來融入AI等高端技術的蜂群能利用自身的自主傳感器平臺、自動目標識別系統、數據分析系統等，提高無人蜂群精確打擊和躲避敵人防御的有效性和敏捷性。

2.4 人機協作提高非對稱作戰能力

世界各國競相發展各種無人平臺的最終目標是自主地完成作戰任務，作戰全程不需要人為干預。 但是目前面對愈加復雜的戰場環境和瞬息萬變的戰爭進程，指望無人系統在指揮和決策中迅速做出最優決定并不現實。 鑒于人腦的思維與判斷優勢，在未來作戰中將有人與無人平臺在一定范圍內混編，采用人腦指揮、機器出力的“人在回路”模式。 人機協作仍是無人系統發展的主流，其包括兩項關鍵支撐因素：人機接口和人機編組。 人機接口是指作戰人員與蜂群系統之間建立聯系、交換信息的輸入/輸出接口，將實現更高級別的人機協助和戰斗編隊，以任務和編隊為中心，將人類識別和判斷能力與無人系統的自主技術相結合，利用多域資源來滿足動態任務目標。 人機編組是對有人系統和無人系統的有效編組，編組后實現戰場協同感知、協同作戰，以產生不對稱作戰優勢的作戰能力。

美國和俄羅斯正在開發先進戰機與無人蜂群的作戰結合模式，如未來在F-35和蘇-57先進戰機項目研究上，兩國都在計劃增加發射無人機群的能力;美軍也在各種場合公布了其下一代武裝直升機與蜂群協同作戰的概念演示，可以說美軍在人蜂協同作戰上走在了全球的前列。 未來戰場上，無人蜂群將大量替代有人戰機，并充當有人戰機的僚機;有人戰機將能夠指揮一組甚至多組具有不同功能的小型無人機群，依靠無人蜂群可提前對復雜作戰區域開展偵察任務，為指揮員提供可靠的戰場情報。 此外，無人蜂群還能充當靶標消耗敵防空力量，引誘敵方探測設備工作，從而暴露位置;也可成為游蕩彈藥，隨時對敵防空力量進行打擊，保障有人駕駛戰機的安全性和完成任務的效率[9-18]。

3 結 束 語

隨著對蜂群作戰研究的不斷深入，世界各國已經逐步認識到蜂群作戰的若干關鍵核心。 綜合來看，目前對于蜂群作戰的研究仍處在起步和探索階段，對蜂群控制上大部分還只是實現了群體的一般協作，對于蜂群所表現的群體智能上的研究還不夠深入;其次，對于蜂群的控制數量也比較有限，百千架蜂群的控制技術還難以實現。 未來蜂群作戰還需要進行更多大量深入的研究。

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Research Progress and Development Analysis of

Foreign Army Drone Swarm Operation

Gu Kang*

（PLA Army Academy of Artillery and Air Defense，Hefei 230000，China）

Abstract： The concept of drone swarm operation has been the focus of development all over the world.This paper lists the latest research progress and phased achievements in drone swarm operation abroad in recent years，and summarizes and analyzes some main development directions of drone swarm operation abroad，including group control，universal system design， intelligence and man-machine cooperation.On this basis，the shortcomings and difficulties in the development of drone swarm operation technology are further pointed out，which provides ideas for the next development of drone swarm operation in China.

Key words：? swarm operation;group control;generality;intelligent;man-machine cooperation; unmanned aerial vehicle

收稿日期： 2021-06-04

作者簡介：谷康（1987-），男，安徽銅陵人，碩士研究生。