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袁成:美軍分布式空中作戰概念最新動向述析

分布式空中作戰是美軍著眼大國對抗發展的全新空戰模式,旨在將大型、昂貴、多功能有人戰機的各類功能分解到大量低成本無人機上,構建由少量高性能有人機和大量無人機組成的協同作戰體系,以較低成本實現更高作戰能力,對敵再次形成不對稱優勢。為此,美軍正系統布局關鍵技術體系,加速推動概念發展,值得密切關注。

一、美軍分布式空中作戰最新發展情況

2014年,美國防部國防高級研究計劃局(DARPA)最早提出了分布式空中作戰,并在2017年正式包裝成“馬賽克戰”概念,即借鑒馬賽克畫簡單、可快速拼接等特點,實現大量低成本、功能相對單一系統的動態組合與密切協作,形成敏捷集成、極具彈性(韌性)的空戰體系,大型高性能無人機、無人僚機、無人機蜂群等均可融入其中。目前,DARPA和美空軍研究實驗室(AFRL)正積極開展體系架構、無人機平臺、空戰管理、自主協同等相關技術研究。

1. 體系架構技術

“體系集成技術驗證”項目。DARPA和AFRL共同實施,旨在基于現有技術水平,把傳統戰機的功能分解至可互操作的有人機和無人機,并即插即用各種機載系統和武器。2018年7月,項目在對抗空域開展了飛行試驗,驗證了名為“縫合”的全新體系集成技術,實現了地面站、半物理飛行試驗系統、C-12運輸機和試驗飛機之間的互操作能力。

“體系集成技術驗證”項目設想(美國防高級研究計劃局圖片,中國航空工業發展研究中心漢化)

2. 無人機平臺技術

XQ-58A項目。AFRL研發的低成本可消耗無人機,未來可作為無人僚機使用。該機采用中等后掠角中單翼、V型尾翼、背負式進氣道隱身化布局,機長8.84米,翼展6.7米,最大飛行速度0.85馬赫,航程8700千米,有效載荷不少于230千克,成本低于200萬美元。2019年3月,XQ-58A成功完成76分鐘的首飛。6月11日,XQ-58A完成第二次試飛,無人機在71分鐘的飛行中完成了所有測試目標。6月12日,美空軍表示正考慮增加購買20~30架XQ-58A,以開展進一步的試驗。

首飛中的XQ-58A“戰神婢女”原型機(美空軍研究實驗室圖片)

“飛行導彈掛架”項目。DARPA在2017年公布,研究高度簡化、飛行和作戰功能有限、可快速批產的低成本無人機平臺,既可作為戰斗機的普通掛架,發射各類武器彈藥;也可成為無人僚機,發射后飛行至目標空域,執行巡邏飛行和武器發射等任務。

飛行導彈掛架概念圖(美國防高級研究計劃局圖片)

“小精靈”項目。DARPA在2015年啟動,美空軍情報監視偵察部門也參與其中,目標是研發低成本無人機蜂群平臺及空中投放回收等技術。2018年4月,美國戴內提克斯公司(Dynetics)獲得最終階段合同,其無人機類似于巡航導彈構型,而空中投放回收裝置與目前成熟的空中加油系統相仿。DARPA計劃在2019年下半年使用C-130運輸機開展多架無人機的空中投放回收驗證,回收速率為30分鐘4架。

“小精靈”無人機回收概念圖(美國戴內提克斯公司公司圖片)

3. 空戰管理技術

“分布式作戰管理”項目。DARPA和AFRL共同研發,發展先進算法和軟件,提高態勢感知和任務自適應規劃等能力,幫助履行戰場管理任務飛行員進行快速且合理的決策,在強對抗環境中更好地執行分布式空中作戰任務。項目開發了兩種軟件:“網絡對抗環境態勢理解系統”負責構建可分享至每個平臺的統一作戰場景,“反介入實時任務管理系統”為每個平臺制定適合的任務和飛行路徑。2017年9月,DARPA和AFRL進行了首輪飛行試驗,“利爾噴氣”公務機扮演無人機,有人機為地面駕駛的虛擬機,驗證了通信中斷后任務還可按預期繼續執行的能力。2018年3月,DARPA向BAE系統公司授出最終階段合同。

“分布式作戰管理”項目概念圖(美國防高級研究計劃局圖片)

“對抗環境強韌同步規劃和評估”項目。DARPA負責研發,旨在開發以人為中心的軟件輔助決策工具,著眼于數據傳輸標準,確定通信被切斷時輸出信息的先后順序,幫助空戰人員在復雜環境更好控制作戰行動。為此,BAE公司研發了“分布式協同指揮控制工具”自主軟件,以提高空中戰場的戰場感知能力,評估作戰前、中、后的空戰計劃和任務風險,分析作戰效果。2019年3月20日,DARPA授予BAE公司價值310萬美元的最終階段合同,并將于2019年8月或9月在美空軍基地進行為期一周的演示驗證。

4. 自主協同技術

“拒止環境協同作戰”項目。DARPA負責研發,通過發展先進算法和軟件,探索無人機蜂群的自主和協同技術,使蜂群僅需一人管理,便可協作完成發現、跟蹤、識別和攻擊目標等任務。2018年11月,6架真實和24架虛擬的無人機在“真實-虛擬-構建”環境中開展了地面和飛行試驗,驗證了無人機蜂群在強對抗環境中針對非預期威脅的適應能力。無人機蜂群可有效分享信息,協作規劃和分配任務,制定協調的戰術決策,并在最小通信情況下共同響應動態、高威脅環境。2019年春,項目已全部轉化至美海軍航空系統司令部。

“空戰進化”項目。DARPA 2020財年預算中的新增項目,旨在研究人-機協同空戰,即測量、校準、提升和預測人類對自主空戰系統信任的方法,并首先將在最激烈的空中格斗條件下進行試驗:在模擬環境中,有人機飛行員可指揮多架無人機,以貼近實戰的方式應對敵人的無人機和其他威脅因素。2019年6月,DARPA公布了ACE項目的招標書,表示其是該局更大的“馬賽克戰”空戰概念的一部分。

“空戰進化”項目概念圖(美國防高級研究計劃局圖片)

“天空博格人”(Skyborg)項目。2019年3月,AFRL表示正在開發“天空博格人”無人僚機智能空戰系統。首先系統會植入空戰模擬器,與人類飛行員一起進行對抗訓練,積累知識,提高能力。未來,系統將與XQ-58A等無人機整合,成為真正的人工智能僚機。

二、美分布式空中作戰概念的影響

目前的空中作戰是戰斗機的代際競爭,最新一代戰斗機擁有強大統治能力。隨著分布式空中作戰概念的提出,未來的空戰將是有人-無人高度協同的體系化競爭,這代表著空戰思想的重要轉變,將對未來作戰產生重大影響。

高性能有人機將承擔關鍵的指揮控制任務。分布式空中作戰裝備數量多、分布范圍廣、任務協同復雜,需要有人機在空中開展實時指揮控制。大型預警機在防區外對整個戰場進行指揮監管,而數量較少的有人隱身戰機將深入防區,主要使命為控制最前線的大量無人機,也可遂行火力打擊等傳統任務。

低成本無人機將承擔主戰任務。從單個平臺看,無人機隱身和機動能力強、續航時間長,在自主作戰系統決策和人類指控下具有較強作戰能力。另外,無人機成本低,設計壽命短,如“小精靈”無人機成本70萬美元,最多使用20次,故戰損代價低,使用顧慮少;從體系作戰看,首先大量無人機擁有規模優勢,將“飽和”敵防空雷達的跟蹤和火控通道,使其難以發現高價值空戰平臺,打擊無人機也會浪費昂貴和有限的防空導彈。其次無人機體系具有較高的強韌性,多架無人機會備份同一作戰功能,故損失部分個體并不影響體系作戰能力,而聯接無人機的網絡也將應用抗毀、低截獲、抗干擾等技術,以應對強對抗的復雜電磁環境;最后分布式作戰體系具有較高的敏捷性,大量無人機可依據敵情和戰損,實時排列組合出最優的作戰能力,通過與有人機靈活編組,快速生成多種解決方案。

軍用航空產業也將隨之呈現全新發展態勢。在分布式作戰概念的牽引下,未來空中作戰裝備呈現出作戰體系化、機體廉價化、平臺智能化、載荷小型化等特點,高性能網絡、智能算法和軟件、低成本平臺、低成本發動機、小型高性能機載設備和武器等將成為重點發展方向,未來軍用航空產業將出現變革。

袁成先生已為《空天防務觀察》提供14篇專欄文章,如下表:

序號

篇名

發表日期

1

美國國防高級研究計劃局發展創新的近距空中支援技術

2016年2月29日

2

刀尖上的新舞者——美國防高級研究計劃局航空航天專項辦公室分析

3月11日

3

美國防高級研究計劃局2015年航空領域科技項目分析

4月27日

4

美國防高級研究計劃局“小精靈”空中群射/回收無人機項目分析

10月11日

5

美國防部國防高級研究計劃局重要航空項目研究進展

2017年5月19日

6

“蜻蜓眼”受控生物無人機取得重要進展

9月15日

7

美國防高級研究計劃局實施顛覆性技術創新的各方利益分析

9月29日

8

外軍無人機蜂群技術發展態勢與應用前景

2018年10月15日

9

美空軍新版《科技戰略》針對大國戰略競爭提出新目標和新舉措

2019年5月20日

10

美國防科技創新機構與外界交流的各種舉措

6月10日

11

美國防部國防高級研究計劃局技術研發項目立項流程概述

6月17日

12

美國防高級研究計劃局“駕駛艙內自動化系統”項目分析

7月8日

13

英國國防部國防和安保加速器2018財年年報述析

7月22日

14

美軍分布式空中作戰概念最新動向述析(即本篇)

9月2日

有興趣的讀者,可點擊相關文章的“篇名”閱讀原文。

(中國航空工業發展研究中心  袁成)

本篇供稿:系統工程研究所

運 營:李沅栩

聲明: 本文由入駐維科號的作者撰寫,觀點僅代表作者本人,不代表OFweek立場。如有侵權或其他問題,請聯系舉報。

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