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美无人作战领域历经多年发展,以5G技术、人工智能技术、云计算技术等为代表的高新技术,不断助力无人领域向前发展。其衍生的各类无人作战系统已具备较强的实战能力,逐渐成为信息化、智能化战争的重要节点,悄然地改变战争模式。
美国依照计划开展研究
当前无人技术主要涉及无人机、无人地面车辆、无人水面艇和无人潜航器四类,覆盖陆海空三个作战平台。近年来,美在此军事方面上的经费投入持续增加,各类型装备数量逐年上升,遂行任务能力进一步增强,作战效能在伊拉克战争、阿富汗战争、利比亚战争以及叙利亚战争等战争中得到充分体现。美国防部2018年8月30日公开发布《2017—2042财年无人系统综合路线图》,进一步将无人系统整合到作战体系,明确相关的投资领域,以确保各军种的无人系统发展目标及工作与国防部规划保持一致,具体体现在以下几个方面。
一是加快通用开放体系架构、部件模块化及试验鉴定验证等进程,提升无人系统的互用性及体系作战的融入。未来,体系作战将越来越多的使用无人系统,在有人和无人系统动态混编的部队中,无人系统必须能跨越系统和领域与其他无人系统及人员进行通信、信息共享和交互协作,部队和系统之间必须有多个指挥层级,不同作战单元之间有强有力的通信、信息共享和任务分配,并在战场上实时进行任务分派。
二是基于人工智能发展不断增强自主作战能力,提高无人系统作战效率和效能。基于人工智能和机器学习可开发具有高度自主水平的无人系统,这种学习能力可扩展无人系统的功能,变革战场管理和指挥控制模式,提高无人系统效率和效能,进一步提升战场作战能力,适应未来不确定的战场环境。同时深度利用人工智能技术,使无人系统具有类人智慧,提高作战安全性和效率,提升人机编组能力,实现从任务支持到作战支持,发展接近全自主的无人系统。
三是强化赛博防御、信息保障和电子战防护建设,确保无人系统作战的网络安全。无人系统在通信/GPS拒止環境中易受赛博的限制、电子战攻击。在无人系统发展中,需要不断加强集成赛博防御、电子战防护技术,以确保信息的完整性、实用性和安全性。2018年7月,美国CTSi公司和L3技术公司在美国海军支撑下完成用于高度竞争和GPS拒止环境的一体化通信导航系统的飞行测试,该系统为“增强型链路导航系统(ELNS)”,是提供导航能力的系统,引领了飞行器定位、导航和授时(PNT)功能的发展新方向。可利用在通信和GPS拒止环境中仍能发挥作用的波形,完成对抗敌军探测和中断盟军信号的行动。
美军无人装备发展重点变化
21世纪初,美陆军将无人装备重点发展方向聚焦于代替士兵遂行高风险任务,由技术人员进行远程遥控,通过机械臂等功能部件实现想定。经过不断的科研实践,美军发布《无人系统综合路线图(2017—2042)》。该路线图将美军未来无人系统发展阶段划分为近期、中期和远期,强调了无人装备发展的互操作性,表明美军将重点推动有人—无人协同领域的科技发展,提高现有系统的交互程度和开放性。
相对于世界平均水准而言,美陆军现役无人装备已在人机交互层面具有较大优势,能够有效协助士兵高效完成战斗任务,显著降低任务风险。近些年来,美军无人系统在战场上发挥了不可忽视的重要作用。不仅如此,美军始终保持着对该领域的较高投入和研发精力,不断根据科技发展趋势调整下一阶段攻关方向,力争牢牢占据无人系统高地。
美海军无人系统以舰载无人机和舰载潜航器为主,二者在可预见的未来内仍将是海军无人装备的主力军,但值得注意的是其自身技术水平在不断更新。目前,美无人系统大多可以做到自主寻的、长期巡航,具有较强的自主性和智能性。美海军计划利用大数据、云计算等新兴技术为其无人系统增添活力,促进其在整体战术框架内的深度融合,加强信息交流体制内的顺畅快速,大幅提高作战效率和集群能力,进一步稳固美世界霸主地位。
美无人机系统初期任务重点为对敌方实施空中打击,受限于当时技术条件,仅限于单机作战,经过数十年的发展,美现役无人机系统不仅能够满足支援保障、侦察勤务等任务需求,在大规模“蜂群”协同作战方面也取得了重大突破。信息化战争时代对武器装备的科技水平提出了更高的要求,制空权的争夺也进入到新的阶段。
从信息搜集到目标指引,从精确打击到范围覆盖,无人机系统不断迭代,搭载新兴技术。现阶段美空军已开始在F-35战机上实践人机协同作战理念。XQ - 5 8A隐身无人机此前主要与美F-35和F-22战机进行人机协同作战,在2021年4月份其成功投放ALTIUS-600小型化无人机,进一步提升作战能力。后者作为攻击性无人机可以集群使用,通过“蜂群”战术对敌造成大范围杀伤。美军早在2015年8月就实现了50架无人机的主-从式协同飞行,加之6年来的各种新式无人系统的涌现,其对制空权的竞争力不容小觑。
美军无人装备新性能对应的高新技术
美陆军无人装备发展重点持续向人机交互领域倾斜,通过5G技术更是在原有基础上极大地加快了其发展速度。未来战场险象环生,后方指战员对战场的实时感知能力极为重要。无人装备自身既可搜集战场实况信息,又可实现信号中继、通信压制等战术想定。加之5G技术的运用,未来战场可视化程度将大大提升、信息传输效率将得到质的飞跃、人机交互水平将提升到前所未有的高度。美海军无人装备发展重点持续向独立自主、超长巡航层面倾斜。现阶段美无人潜航器已經可以独立处理多种战场情况,接下来将朝着集群编队的态势进一步发展,通过神经网络技术对更加复杂的海底情况进行深度学习,构建“机械大脑”,适应极端海战环境。在另一方面,海军无人装备续航能力受到更大考验,传统的动力系统虽能保障大多数情况需求,但美海军正在考虑将核技术应用到无人潜航器领域,以应对各种挑战。
美空军无人装备发展重点持续向侦察勤务、智能集群层面倾斜。未来美无人机不仅仅担负着空中打击的直接战斗任务,战场情报的搜集能力也在逐步加强。
同时,美通过三维建模技术快速高效地构建战场地形图,为后续行动提前规划好行动路线与作战方案,大幅提高作战效率。与此同时,美军基于遗传模糊树构建高性能无人空战系统,在保持原有需求的前提下可显著扩充无人机数量,提升“蜂群”数量,并且进一步加强空战能力。
美军无人装备发展优势与短板
自人工智能和互联网技术的发展兴起,美军都将无人装备发展作为装备发展的重点项目和前沿实验项目,以确保其作为世界第一军事强国的地位。随着无人装备发展的不断深入和投入应用,美军在这一领域逐渐积累技术经验,形成技术壁垒,并形成一系列无人装备发展优势。从历史和技术的角度来看,美军无人装备具有两方面优势:一是技术积累优势,二是使用经验丰富。
长时间以来,美军对于无人作战装备的发展及其重视,并集成其本国的优势电子科技、人工智能产业,形成技术优势。随着自动化、人工智能和通信网络技术的发展和日益成熟,美国凭借其高新技术优势,在无人装备系统领域呈现出智能化、综合化和体系化优势。作为无人装备领域的领跑者,对于智能化、综合化和体系化优势的利用,将会减少无人装备对于数据链、通信链的依赖,提高自主决断能力和续航能力。总结其技术优势主要体现在以下几个方面。
更加广泛的作战支援范围。对于无人作战装备来说,其一般功能是提升战场感知能力,搜集战场情报。美军过去多年来致力于战斗无人装备的研制和应用,并在阿富汗和伊拉克战场经过了实战考验,同时以X-47为代表的划时代无人作战装备,也在紧密测试当中。
更精密的系统设计和自主能力。通过长期的技术积累,美军在多样化、知识化的探测与识别技术方面成果丰富,并通过与美高新技术企业合作提高无人平台的态势感知能力。此外,发展无人系统协同技术,实现系统跨域同步,增强无人系统与有人装备、无人系统间的协同作战能力,改变了目前的装备体系构成,前瞻性地设计未来作战样式。
更全面的无人装备梯队。近年来,美军各军种都在无人装备领域有着建树,并且验证各方面技术。就美国海军来说,X-47B在航母上成功起降,对于编队技术和释放回收技术有着重大意义;全球鹰无人机的更新升级不断提升着导航和路径规划问题;“广域海洋监视项目”测试了传感器技术。
美军对于无人装备有着丰富的使用经验。近20年来,经过对上百种无人飞行器、无人地面装备和无人潜航器的实验使用,美军已经建立起一套完整的无人装备训练、维护和使用体系,并且训练出一大批具有丰富经验和熟练操作能力的操作员。无论是在伊拉克、巴基斯坦、叙利亚还是在也门地区,世界上多数的热点地区都有美军无人装备的出现,并发挥了重要作用。
美军的X- 47B只是其庞大无人装备的一部分,在过去的相当一段时间,无人潜航器在美国海军的使用极其频繁,例如持续追踪无人潜航器,主要用于遂行海上及水下的情报监视侦察、水雷对抗、反潜战任务。美国陆军和海军陆战队在伊拉克和阿富汗有着丰富的地面无人车辆驾驶经验,可以操纵无人地面装备进行建议的搜爆和侦察任务。
尽管美军在无人装备领域深耕多年,但不足和缺陷之处也存在已久,可以总结为两方面:经费的不足和未来发展路线不明。
美军近年来发起第三次抵消战略,其部分原因是美军正面临财政紧缩的困境。在这种大背景下,无人装备的发展在经费收紧的环境下显得动力不足。尤其是在全球战略对手不断发展的对抗中,美军要保持现有优势,就必须在研发领域投入更多资金。这就要求美军方面在有限的研发资金中,合理分配项目,适时下马未来前景不明朗的项目。虽然无人装备的使用和维护比有人装备更加经济,但前期巨额的研发费用使得无人装备的发展陷入艰难抉择。
自无人装备被研发以来,未来的无人装备究竟向何种方向发展一直都是论证的难点和重点。从“人机一体”到“无人蜂群”,不断革新的前沿理论牵引着无人装备的发展,也在一定程度上打乱了原有的研发路线。但基于深厚的军事以及经济支撑,尽管在探索的道路上存在曲折,美在不断尝试的过程中仍占据着无人领域技术开发的前列。