有人—无人空中编队协同作战技术研究进展.pdf
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1、军民两用技术与产品Dual Use Technologies&Products142023 年 6 月 总第 476 期无人装备21 世纪初,F-22 等隐身战斗机的出现将空战带入了隐身时代。隐身平台间空战距离被极度压缩,飞行员执行任务时面临着极大风险。无人机平台以其无人化、低成本、可消耗、战场适应能力强、配置灵活等优点越来越受到重视1,并快速走向空战舞台,在纳卡冲突、俄乌冲突中,无人机在监视、侦察、对地攻击等方面发挥了重大作用,是主要作战手段。2018 年8 月 30 日,美国国防部发布了最新版无人系统综合路线图(20172042)2,明确了人工智能和机器学习是首要支撑技术,人机协作是无人系
2、统的最终发展目标。人机协作的呈现形式是人机编组,即有人机无人机组成空中编队,无人机作为有人机的“忠诚僚机”进行协同作战3,这是世界强国面对强对抗环境的全新作战样式。有人无人空中编队协同作战技术研究进展刘洪全 同志强 王 辉 庞维建北京航空工程技术研究中心摘 要 针对有人-无人空中编队协同作战样式构建问题,首先,分析了国内外无人战斗机平台研发、演示验证项目开展情况;其次,对有人-无人空中编队协同作战主要应用场景和作战样式进行了研究;最后,分析了发展有人-无人协同作战的关键技术领域。对于空中无人作战装备研制论证、发展有人-无人空中编队协同作战任务概念和任务模式、构建适应未来智能化无人化作战的装备体
3、系具有重要的参考价值。关键词 空中编队;有人-无人协同;忠诚僚机;无人机;作战样式目前,美俄等军事强国都在发展有人无人空中编队协同作战项目4-8,并取得了阶段性成果。本文首先从无人战斗机平台和支撑技术两方面介绍有人无人编队协同作战项目的发展情况;然后探讨分析未来有人无人协同作战场景,明确典型作战样式;最后围绕有人无人协同作战关键技术,探讨技术难点,指明应重点关注的发展方向。一、无人战斗机平台项目1.美国“忠诚僚机”项目2015 年,美国空军提出“忠诚僚机”概念,旨在为 F-22 和 F-35 隐身战斗机、B-21 隐身轰炸机以及下一代战斗机等配备一款隐身无人攻击机,由后者充当军民两用技术与产品
4、Dual Use Technologies&Products152023 年 6 月 总第 476 期无人装备前者的僚机,执行远程态势感知、武器投放、欺骗干扰等作战任务。(1)XQ-58A“女武神”隐身无人机XQ-58A“女武神”是美国“忠诚僚机”项目的代表机型,由美国克拉托斯安全防卫公司(Kratos)研制,如图 1 所示,长度 8.8 m,宽度 6.7 m,速度可达 1050 km/h,飞行高度达 13715 m,续航达 3425 km,采用隐身设计,火箭助推弹射起飞、伞降回收,设有 2 个内埋弹舱,可挂载 AIM-120 空空导弹及 GBU-39 小直径炸弹。2019年3月5日完成首飞,
5、成本仅200万至300万美元。2020 年 12 月 9 日,美国 F-22 和 F-35A 隐身战斗机首次与 XQ-58A“女武神”隐身无人机进行了编队飞行,后者作为空中信息节点使 F-22 与 F-35A 实现了数据交换。2021 年 12 月,美国空军部长弗兰克 肯德尔表示,目前首要任务是部署“忠诚僚机”,2022 年克拉托斯安全防卫公司将交付 610 架 XQ-58A 无人机。(2)UTAP-22“灰鲭鲨”无人战斗机UTAP-22 无人战斗机同样由克拉托斯安全防卫公司研制,如图 2 所示,机长 6.1 m,翼展 3.2 m,机重约 930 kg,内部载荷为 160 kg,两侧翼尖可分别
6、挂载质量为 45 kg 的载荷,最大飞行速度马赫数 0.91,续航约 2600 km,单次航时不低于 3 h,最大升限达 15000 m。与 XQ-58A 类似,该无人机采用隐身设计,可携带空空导弹、制导炸弹等武器和多种先进传感器。2021 年5 月,集成自主核心系统(ACS)的 UTAP-22 无人机完成了自主飞行试验。(3)MQ-20“复仇者”无人机MQ-20“复仇者”无人机由美国通用原子公司在MQ-9“死神”无人机基础上研制,如图 3 所示,采用隐身设计,机长12.5 m,翼展20.12 m,速度可达740 km/h,机腹舱载荷为 227 kg,总载荷 1360 kg,最大升限 1800
7、0 m,可配备有源相控阵雷达。2021 年 8 月 16 日,通用原子公司宣布已获得美国空军的合同,将公司的“复仇者”无人机改装为“天空博格人”自主技术测试平台。图2 UTAP-22“灰鲭鲨”无人战斗机图3 MQ-20“复仇者”无人机图1 XQ-58A隐身无人机军民两用技术与产品Dual Use Technologies&Products162023 年 6 月 总第 476 期无人装备(4)“机外感知站”无人机2021 年 10 月,美国空军研究实验室授予克拉托斯安全防卫公司和通用原子公司一份价值 1770 万美元的合同,用于研制“机外感知站”无人机,如图 4所示。该无人机可配备“红外搜索与
8、跟踪”被动探测传感器,作为分布式传感器平台协助有人机进行隐蔽探测、跟踪。(5)EA-18G 无人电子战飞机美国海军持续改进 EA-18G 电子战飞机,打造“未来武器”作战系统。2020 年 2 月 4 日,美国波音公司宣布已联合美国海军在马里兰州帕图克森特河海军航空站成功演示了 EA-18G 电子战飞机的有人/无人编组飞行能力。测试中一架有人 EA-18G 飞机与两架无人改装的 EA-18G 飞机组成编队,共进行了 4 次飞行,完成了 21 项任务,验证了有人驾驶的 EA-18G 飞机与无人 EA-18G 飞机协同执行任务的能力,使 EA-18G向无人化实战运用又迈进一步。2.俄罗斯“忠诚僚机
9、”项目(1)S-70“猎人”重型无人机S-70“猎人”无人机长约 14 m,机高 2.8 m,翼展 19 m,如图 5 所示,配备有源相控阵雷达,飞行速度可达 1000 km/h,最大起飞质量 22.15 t,内部弹舱可携带 2.8 t 武器弹药,包括空空导弹、空面导弹精确制导和非制导炸弹等,可与“苏”-57 隐身战斗机编队,由后座武器系统控制员,通过机载数据链控制和指挥,实施协同作战。S-70 无人机于 2019 年 8 月完成首飞,2019 年 9 月底与“苏”-57 战机完成首次编队试飞,2022 年 4 月完成了首次空空导弹发射试验。(2)“雷霆”隐身无人机“雷霆”隐身无人机在俄罗斯“
10、军队-2020”防务展上首次亮相,如图 6 所示,机长 13.8 m,翼展 10 m,机高 3.8 m,飞行速度可达 1000 km/h,实用升限 12000 m,作战半径为 700 km,重 7 t,最大有效载荷 2 t,可与有人机编队协同作战,执行侦察和对地打击任务。图4 “机外感知站”无人机图5 S-70“猎人”重型无人机图6“雷霆”隐身无人机军民两用技术与产品Dual Use Technologies&Products172023 年 6 月 总第 476 期无人装备3.欧洲“忠诚僚机”项目(1)“未来空中作战系统”项目2017 年,法国和德国共同发起了“未来空中作战系统”(FCAS)
11、项目。2019 年 6 月,FCAS 概念模型在巴黎航展上揭幕,如图 7 所示。FCAS 项目主要有三大组成部分:一是下一代战斗机,以达索航空公司为主承包商,空客公司为次承包商;二是远程载具无人机,为欧洲版的“忠诚僚机”,以空客公司为主承包商,欧洲导弹集团(MBDA)为次承包商;三是“空战云”作战系统,以空客公司为主承包商,泰雷兹公司为次承包商。“未来空中作战系统”项目计划 2040 年在空中创建一个由新一代战斗机和无人机组成的互联互通、协同作战的空战系统。(2)“蚊子”项目“蚊子”项目用于为英国空军研发轻型/低成本新型作战无人机,由势必锐航空公司贝尔法斯特分公司主导,诺斯洛普格鲁门英国公司和
12、英特佩斯公司参与。项目研发团队于 2021 年 1 月获得了 3000 万英镑研制经费,计划 2023 年底前进行试飞验证,将挂载空空、空地导弹,可与“台风”战机、F-35 战机和英国下一代战斗机等组成编队进行协同作战。4.澳大利亚“忠诚僚机”项目空中力量编队系统无人机由波音公司与澳大利亚政府共同研制,已被澳大利亚空军正式定名为 MQ-28A“幽灵蝙蝠”无人机,如图 8 所示,机长 11.6 m,续航 3700 km,采用隐身设计,可支持开展侦察、监视、战场预警等飞行任务。原型机于 2019 年发布,2021年 2 月完成首飞,当前的重点工作是集成人工智能系统以实现有人无人协同作战。波音公司目
13、前已在澳大利亚建设了生产线。二、演示验证项目1.“天空博格人”项目“天空博格人”旨在开发人工智能驱动的“计算机大脑”以及一套相关控制系统,以驾驶与有人飞机联网的半/全自主“忠诚僚机”无人机,也可作为有人机的自动驾驶系统,形成有人无人编队协同作战能力。该项目于 2021 年 4 月在 UTAP-22 无人机上成功首飞,6 月在 MQ-20 无人机上完成自主伴飞飞行试验,2022年在 MQ-28A 无人机上继续开展飞行试验。美国为该项目配备了 X-62A 有人母机(F-16D 飞机改装而来)图7“未来空中作战系统”项目概念模型图8 MQ-28A“幽灵蝙蝠”无人机军民两用技术与产品Dual Use
14、Technologies&Products182023 年 6 月 总第 476 期无人装备以方便后面的有人无人编队飞行试验工作。2022 年 7月,“天空博格人”项目完成了两架生产型 XQ-58A 无人机的系列飞行测试。2.“空战演进”项目2019 年 5 月,美国国防高级研究计划局(DARPA)宣布启动“空战演进”项目,旨在研发支持空空作战任务的人工智能引擎。“空战演进”是忠诚僚机的“上层”指挥控制系统,应用人工智能技术实现自动化和智能化的视距内空中格斗。制定空战决策、确定目标优先级和选择最佳武器等高级别认知功能由飞行员执行,飞机机动、编队控制等低级别的飞机操作由“空战演进”系统执行。20
15、22 年 2 月,DARPA 发布针对“空战演进”项目第二阶段第四技术领域(全尺寸飞机)的招标书,计划改装两架 F-16D 战斗机,用于测试“空战演进”系统视距内自主交战能力。2022 年 3 月,动力系统公司公布了该项目的部分细节,计划利用现有成果来完成项目第三技术领域“阿尔法马赛克”项目相关工作,目标是把人工智能应用到更大规模的空战管理任务上。3.“拒止环境下的协同作战”项目2014 年,DARPA 启动了“拒止环境下的协同作战”项目,旨在研发分布式空战无人机的自主和协同技术,以增强无人机(包括巡航导弹、诱饵无人机及其他无人机系统)在拒止或复杂电磁环境的作战能力。关键技术主要包括自主飞行、
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