两年来，一些军事强国进行了无人机“蜂群”战术演练，在世界上引起广泛关注。

无人机“蜂群”作战，是一种全新概念的作战模式，对未来战争的影响也将是颠覆式的。随着研究的深入，无人机集群作战正在从概念走向雏形。

传统饱和打击战术的核心，是从不同方向、不同层次向同一目标发射超出其防御上限的导弹，以数量优势形成绝对力量优势，压迫及摧毁其防御体系，达到对敌重要目标进行毁灭性打击的战术目的。而这种战术需要庞大的火力投射平台和充足的武器弹药基数作支撑，无论是从经济性还是技术性来看，都让世界上大多数国家望而却步。

军用无人机的兴起恰恰弥补了这一缺憾。

首先，其单个目标微小。无人机集群在进行攻击时，防空系统对单个目标的识别、瞄准、锁定都十分困难。如世界上现有的微型无人机，配备锂电池，整个机身尺寸仅为一部智能手机大小。这类无人机利用3D打印技术制造，并在机身上广泛使用复合材料，因此也使其电磁信号特征十分微弱，对其进行拦截也愈加困难。

其次，无人机集群作战低耗高效。运用无人机作战，不仅可大大节省资金、减少人员伤亡，而且可通过重新配置，重复执行高密度、不间断袭击等作战任务。挂载了炸弹的无人机集群，总成本也要比导弹低得多。如目前用于模拟作战的无人机，单价往往仅为万余美元，而一枚导弹的成本则高达上百万美元。在作战中即使这些无人机损失过半，仍可达成预定作战目标。

美国海军大批量装备的“宙斯盾”系统，自称是“世界上最成熟、最严密的舰载武器系统”。该系统集成了AN/SPY-1相控阵雷达、多类传感器、干扰器、诱饵弹、“标准”系列防空导弹、127毫米舰炮和2座“密集阵”近防武器系统。但通过美国海军数百次的模拟实验得出结论：就连这套最先进的防御系统，在应对无人机蜂群攻击时也显得力不从心。当无人机集群以250千米/小时的速度来袭时，防御系统往往难以合理分配火力，从而可使部分无人机避开拦截，向舰艇发起攻击。

无人机“蜂群”作战的横空出世，让饱和打击理论这一战略构想在新时代有了无限延伸。

对于世界上大多数经济军事实力相对较弱的国家来说，无人机“蜂群”作战更受青睐。与通过购买某种先进重型战斗轰炸机和防空导弹系统作为“撒手锏”相比，这些国家将数量可观的退役飞机改造为亚音速巡航导弹更为实用。他们可运用“下等马换上等马”的思路，大量消耗敌军先进的地空导弹，从军事经济学的角度谋求战胜对手。通过拆除退役飞机上所有不必要的设备和零件，以此来增加载油量和载弹量，再经改装达到单向最大航程，基本可具备远程巡航导弹的要求。

无人机蜂群集渗透侦察、诱骗干扰、察打一体、协同作战、集群攻击等特点于一身，同时随着智能、网络、协同与控制技术及无人操控平台技术的发展，无人机成本也会进一步降低，未来战场嗡嗡的“蜂群”或将大显身手。

这项“铺天盖地、惊天动地”的技术，美、英、俄、中都在发力…

诱惑太大，美军正全面开展无人机蜂群的关键技术攻关！

日前，美空军发布的新版《科技战略》，为无人机蜂群技术的发展注入了一支强心剂。

看起来颇具科幻大片气质的这条发展之路，实际上并不平坦，存在诸多挑战。

【以下为我司综合产品视频，请点击】

【以上为我司综合产品视频，请点击】

文 | 袁成 航空工业信息中心

来源:  瞭望智库（zhczyj）

一篇题为《蜂群：备战未来空战》的文章登上了4月号美国《空军》杂志封面。美空军负责采办、技术和后勤的助理部长威尔•罗珀对无人机蜂群的发展充满信心：“我认为这就是未来战争的样子。”

(美国《空军》杂志4月号封面)

相比传统战机，无人机蜂群将进一步推动空中作战从隐身单平台或小编队作战转向网络化、分布式、体系化作战，在对地、对海、对空侦察甚至攻击方面拥有颠覆性的作战能力，从而深刻影响未来空中作战样式。

诱惑不止在作战领域，研发无人机蜂群还将带动低成本有限寿命机体、发动机及人工智能等技术发展，可以更多地使用模块化、小型传感器等商用成果，促进军民融合，加速技术迭代。

然而，这条路并不平坦。

1

“无人机蜂群作战”到底是什么？

大自然向来都是人们进行装备设计的灵感来源，比如，受鹰击长空启发设计了飞机，观察鱼翔浅底启迪了潜艇的发明，这些灵感都来源于单个生物体。

然而，大自然中还有很多爱好集体行动的生物。虽然它们每个个体相对较小，但通过集群形成规模效应后，可以共同施行远超其个体能力的捕食或防御行为。

随着人工智能、通信组网和低成本制造等技术的不断进步，人们开始有能力模仿生物间的集体协同行为，并逐渐形成了无人机蜂群的概念。

(无人机蜂群设想)

20世纪90年代末，美军率先提出无人机蜂群作战概念，并开展了一系列概念完善和技术积累工作。

2015年9月，美空军在《空军未来作战概念》顶层战略文件中提出了无人机蜂群配合高超声速空地导弹作战的想定：

2035年，美军提出利用高超音速导弹攻击敌高能激光防御系统，并首先由4架运输机投放200架高亚音速小型无人机蜂群，抵近实施侦察和干扰。由于探测和火力通道被无人机蜂群饱和，敌激光防御系统未能及时发现高超声速空地导弹，使其很容易被摧毁。

2016年5月，美空军发布了首份专门针对小型无人机系统的《2016-2036年小型无人机系统飞行规划》，进一步明确了无人机蜂群及其作战概念：

无人机蜂群由若干配备多种任务载荷的低成本小型无人机组成；

它们参照蜜蜂等生物的集体行动模式，在操控人员的指挥或监督下，通过自主组网遂行统一作战任务；

构成蜂群的无人机可以是相同的（同构），也可以是不同的（异构）；

组群方式可以是主从型的，也可以是无中心的。

由此可看出，目前在商业娱乐领域较为成熟的可以摆出各种形状的无人机集群，并不属于美军定义的无人机蜂群,因为它们中的每一架都是程序控制飞行，无人机之间并无通信联络。

另外，无人机蜂群同最近同样炙手可热的忠诚僚机在人-机协同方面也存在差异。

根据《规划》描述，在忠诚僚机概念中，有人机飞行员负责管理每架忠诚僚机的作战行动，僚机与僚机之间协同较少。

而在无人机蜂群概念中，特别注重无人机之间的自主协同，有人机飞行员只对蜂群整体进行作战管理。在这种情况下，可以大致把无人机蜂群整体看成1架忠诚僚机。

(高度网络化互联的无人机蜂群)

权利要求书

1. 一种磁吸式自动互锁接口，其特征在于：所述磁吸式自动互锁接口为复合凹凸口结构；所述磁吸式自动互锁接口在俯视图和对插的截面，均具有凹凸属性，一端为凸口，另外一端为凹口；飞行器（101）一体化翼面俯视图的升力主翼（1021）前端为凸状体；飞行器（101）一体化翼面俯视图的平衡尾翼（1023）尾部为与升力主翼（1021）的凸状体相匹配的凹状体；凸状体和匹配的凹状体都设有磁性元件。

2.根据权利要求1所述的一种磁吸式自动互锁接口，其特征在于：所述飞行器（101）一体化翼面俯视图的升力主翼（1021）凸状体设有倒角或圆角；所述平衡尾翼（1023）的两侧也设有与所述升力主翼（1021）的前端凸状体（1026）相匹配的倒角或圆角。

3、一种磁吸式自动互锁接口，其特征在于：所述升力主翼（1021）的外倒角横截面为凸状体（1026）；平衡尾翼（1023）的倒角为凹状体（1027）。

4、一种磁吸式自动互锁接口，其特征在于：所述凸状体（1026）的其中一侧或两侧设有倒角或圆角；所述凹状体（1027）设有与所述飞行器（101）的前端凸状体（1026）相匹配的倒角或圆角。

5、一种磁吸式自动互锁接口，其特征在于：所述凸状体（1026）的凸出端设有磁性元件（10261）；所述凹状体（1027）的凹进端也设有磁性元件（10271）。

6、一种磁吸式自动互锁接口，其特征在于：所述凸状体（1026）的磁性元件（10261）为永磁体或电磁铁；所述凹状体（1027）的磁性元件（1027）为相对的电磁铁或永磁体。

说明书摘要

本发明的一种磁吸式自动互锁接口主要应用于飞行器或机器人领域的快速且精准的空中自动对接用途。该接口的设计用途为通过水平和上下方向的复合凹凸口，实现飞行器的水平和上下方位快速定位，实现可靠对接、精准定位；通过凹凸口的倒角设计，加快空中定位速度；通过磁性元件的永磁体，产生无需电能的、牢固的前后飞行器或机器人连接关系；通过对凹凸口其中一侧的电磁铁通正向电流，产生与永磁铁牢固相吸的磁场，加强互相之间的连接；通过对磁性元件的电磁铁通逆向电流，产生与永磁铁相斥的磁场，解散飞行器或机器人前后连接，实现自动脱开。该发明不仅可以使得飞行器或机器人集群工作更低功耗，关键时刻实现飞行器或机器人的互救！

说明书

一种磁吸式自动互锁接口

技术领域

本发明的一种磁吸式自动互锁接口属于飞行器或机器人领域。

背景技术

现有的飞行器或机器人领域，均没有进行运行中的自动磁力对接功能。但是目前有很多领域有这种需求。表现比较突出的是无人机领域，经常进行千架的编队飞行。

但是这些编队均为电控方式的无线电编队，存在受干扰概率大、长距离飞行不节能，功耗大，飞行距离近等显著缺点，比较不具有实用性，仅仅具有观赏性。

发明内容

为了解决上述的不足之处，本发明提供一种磁吸式自动互锁接口。

2. 本发明所采用的技术方案是：一种磁吸式自动互锁接口，所述磁吸式自动互锁接口为复合凹凸口结构；所述磁吸式自动互锁接口在俯视图和对插的截面，均具有凹凸属性，一端为凸口，另外一端为凹口；飞行器一体化翼面俯视图的升力主翼前端为凸状体；飞行器一体化翼面俯视图的平衡尾翼尾部为与升力主翼的凸状体相匹配的凹状体；凸状体和匹配的凹状体都设有磁性元件。

进一步地，所述飞行器一体化翼面俯视图的升力主翼凸状体设有倒角或圆角；所述平衡尾翼的两侧也设有与所述升力主翼的前端凸状体相匹配的倒角或圆角。

7、进一步地，所述升力主翼的外倒角横截面为凸状体；平衡尾翼的倒角为凹状体。

8、进一步地，所述凸状体的其中一侧或两侧设有倒角或圆角；所述凹状体设有与所述飞行器的前端凸状体相匹配的倒角或圆角。

9、进一步地，所述凸状体的凸出端设有磁性元件；所述凹状体的凹进端也设有磁性元件。

进一步地，所述凸状体的磁性元件为永磁体或电磁铁；所述凹状体的磁性元件为相对的电磁铁或永磁体。

本发明的技术效果是：该接口的设计用途为通过水平和上下方向的复合凹凸口，实现飞行器的水平和上下方位快速定位，实现可靠对接、精准定位；通过凹凸口的倒角设计，加快空中定位速度；通过磁性元件的永磁体，产生无需电能的、牢固的前后飞行器或机器人连接关系；通过对凹凸口其中一侧的电磁铁通正向电流，产生与永磁铁牢固相吸的磁场，加强互相之间的连接；通过对磁性元件的电磁铁通逆向电流，产生与永磁铁相斥的磁场，解散飞行器或机器人前后连接，实现自动脱开。该发明不仅可以使得飞行器或机器人集群工作更低功耗，关键时刻实现飞行器或机器人的互救！

附图说明

图1为本发明的俯视结构示意图；

图2为本发明的接口截面结构示意图；

图中：101：机体；1021：升力主翼；1023：平衡尾翼；1026：凸状体；1027：凹状体；10261：磁性元件；10271：磁性元件。

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步的描述。

如图1和图2所示，一种磁吸式自动互锁接口，所述磁吸式自动互锁接口为复合凹凸口结构；所述磁吸式自动互锁接口在俯视图和对插的截面，均具有凹凸属性，一端为凸口，另外一端为凹口；飞行器101一体化翼面俯视图的升力主翼1021前端为凸状体；飞行器101一体化翼面俯视图的平衡尾翼1023尾部为与升力主翼1021的凸状体相匹配的凹状体；凸状体和匹配的凹状体都设有磁性元件，凸状体和凹状体上的磁性元件在不得电的情况下可以相互吸引，在得电的情况下相互排斥。

进一步地，所述飞行器101一体化翼面俯视图的升力主翼1021凸状体设有倒角或圆角；所述平衡尾翼1023的两侧也设有与所述升力主翼1021的前端凸状体1026相匹配的倒角或圆角；设置倒角或圆角其目的是为了便于两个飞行器的对接。

进一步地，所述升力主翼1021的外倒角横截面为凸状体1026；平衡尾翼1023的倒角为凹状体1027。

进一步地，所述凸状体1026的其中一侧或两侧设有倒角或圆角；所述凹状体1027设有与所述飞行器101的前端凸状体1026相匹配的倒角或圆角。

进一步地，所述凸状体1026的凸出端设有磁性元件10261；所述凹状体1027的凹进端也设有磁性元件10271。

进一步地，所述凸状体1026的磁性元件10261为永磁体或电磁铁；所述凹状体1027的磁性元件1027为相对的电磁铁或永磁体。当凸状体1026上设置永磁体时，凹状体1027上便设置电磁铁；当凸状体1026上设置电磁铁时，凹状体1027上便设置永磁体。永磁体和电磁铁相互配合控制飞行器间的对接和分离。

本发明采用电磁相结合的方法来控制若干飞行器或机器人间的连接与分离，能够实现飞行器或机器人间的快速连接与分离；

同时本发明在飞行器或机器人间的连接采用卡槽结构，使得飞行器或机器人间连接的更为稳固。

在低对抗环境下，无人机蜂群由C-130运输机投送，除执行情报、侦察、监视任务外，还能配合中空长航时无人机实施动能打击和为AC-130空中炮艇提供目标指示；

而在强对抗环境中，无人机蜂群将由B-2隐身轰炸机投送，而且还新增加了对空/对地电子攻击、压制/摧毁敌防空火力等功能。

同年8月，美国防部发布《2017-2042财年无人系统综合路线图》，首次将人工智能和机器学习列为影响无人系统发展的一个支撑因素，表示其将在推动蜂群行动等方面具有巨大潜力。

(低对抗环境下无人机蜂群作战)

2

将在多种战争形态下发挥重要作用

相比F-22、F-35等传统高性能战机，无人机蜂群集群规模大、单机成本低，因此具有许多优势，例如：

通过大范围分布，具备较强态势感知和压制或摧毁敌防空系统能力；

抗毁能力强，部分无人机损失后，蜂群仍可完成任务；

单架无人机的成本远低于传统防空导弹，可增加敌防御成本；

作战灵活性强，可与多种飞机和武器协同（与少量高性能有人／无人平台组成体系作战编队），作为主战装备群执行任务；

等等。

因此，按照设想，除了对目标发起攻击之外，未来无人机蜂群将在对地、对海、对空、城市巷战等多种作战场景中发挥多种重要作用。

*对地作战

由于当前的防空导弹系统主要针对F-15等传统战机设计，因此无人机蜂群可以利用数量规模，形成非对称的作战优势，还可以执行以下任务：

(无人机蜂群对地作战)

情报监视侦察：大量小型无人机可携带各类传感器同时针对地面目标开展情报监视侦察行动，通过融合多种来源的信息提高任务执行的速度和准确性。

压制防空系统：目前的防空导弹雷达系统只能跟踪和锁定有限数量的目标，因此大量无人机群可以饱和攻击敌防空雷达跟踪和瞄准通道，瘫痪敌防空系统，即能保证友机快速通过敌方区，又可为打击敌防空系统提供支持。

充当诱饵：无人机蜂群可组成与有人机相似的信号特征，消耗敌昂贵的防空导弹。

对地电子压制：蜂群中的部分无人机可携带电子对抗装置，干扰敌地面电子设备。

战毁评估：无人机蜂群被击落部分个体仍可实施作战任务，因此可以深入敌方区完成关键目标的损伤评估。

*对海作战

无人机蜂群反舰的作用也不小，利用大型水面舰艇价值高、目标大、机动能力较差等不足，对其开展饱和攻击；还可配装至两栖登陆舰或驱逐舰，作战时率先前出侦察和定位沿海和滩涂的敌人，甚至可以直接开展自杀式对地攻击，支持抢滩登陆。

(无人机蜂群反舰)

*对空作战

反无人机蜂群：随着无人机蜂群研究的不断深入，各类反无人机蜂群技术也开始浮出水面，以其人之道还治其人之身即有效手段之一。

对空电子压制：可在空中组成一面广阔的电子对抗阵列，对敌来袭军机或武器实施电子作战。

*城市巷战

无人机蜂群可飞临每栋建筑，观察、发现狙击手等目标，并引导地面火力予以清除；

携带烟雾发生器，通过烟雾掩护地面友军前进；

可在友军地面部队周围形成“无人机墙”，抵御敌来袭火力。

(巷战无人机蜂群)

*心理战

大批无人机同时突然飞临战场，势必对敌造成极大震撼，形成心理战效果。

此外，无人机蜂群还可执行弹药、医疗物品空投补给和战场气象监测等支援任务。

3

赢在未来，美军正全面开展关键技术攻关

研发无人机蜂群的诱惑不止在作战领域，还将带动低成本有限寿命机体、发动机及人工智能等技术发展，可以更多地使用模块化、小型传感器等商用成果，促进军民融合，加速技术迭代。

近几年，在感知、数字化、组网和先进人工智能等技术支持下，无人机蜂群进入了发展快车道。美军正全面开展无人机蜂群的关键技术攻关，启动多个项目推进至飞行演示验证。

“灰山鹑”

2014年，美国防部战略能力办公室启动了“无人机蜂群”项目，试验平台为麻省理工学院的“灰山鹑”一次性微型无人机。其长16.5厘米、重0.3千克、续航时间大于20分钟、时速约为75-110千米。

2016年，项目演示了103架“灰山鹑”空中快速投放和按指令组群飞行，创下国外军用无人机蜂群最大规模飞行纪录。

试验中，“灰山鹑”蜂群未预先编写飞行程序，展现了集体决策、自修正和自适应编队自主协同飞行能力。

(灰山鹑无人机)

“郊狼”

2015年，海军研究办公室实施了“低成本无人机技术蜂群”项目，试验平台为雷神公司“郊狼”小型无人机，其长91厘米、重5.9千克、时速110千米。

2016年，项目完成在30秒内投放30架“郊狼”的试验，验证了“郊狼”蜂群的自主编队飞行、队形变换、协同机动能力。

2018年6月，美海军授予雷神公司2968万美元合同，生产“低成本无人机蜂群技术创新海军原型机”。

(郊狼无人机蜂群正在地面发射)

“小精灵”

国防部国防高级研究计划局（DARPA）2015年推出“小精灵”项目，研究小型无人机蜂群的空中投放／回收等关键技术。

“小精灵”无人机的最优性能目标为：作战半径926千米，作战半径处可巡逻3小时，设计载重54.5千克，最大速度不小于马赫数0.8，最大发射高度超过12192米，载荷所需功率1200瓦，设计寿命为使用20次，出厂单价低于70万美元。

“小精灵”无人机的空中投放／回收系统设计参考了成熟的空中加油系统，由绞车、线缆、线缆末端的对接装置、机械爪等部件组成。回收时无人机与对接装置在空中对接，之后由机械爪抓进机舱。

项目将在2020年1月开展C-130运输机空中投放和回收多架机的试验。

(小精灵无人机空中发射回收系统)

另外，DARPA还通过“进攻蜂群战术”、“拒止环境协同作战”和“协奏曲”等项目，发展无人机蜂群巷战战术、自主协同和小型多功能传感器等多项关键技术。

4

不能输在起跑线上？蜂群成为各国新宠

英国在无人机蜂群研发方面紧随美国之后。

2016年9月，英国国防部发起奖金达300万英镑的无人机蜂群竞赛，参赛的蜂群完成了信息中继、通信干扰、跟踪瞄准人员或车辆、区域绘图等任务。

2019年1月，美国空军研究实验室(AFRL)，英国国防科学技术实验室(DSTL)，莱特兄弟研究所和戴顿大学研究所表示正计划举办一场竞赛，探索如何利用自主无人机蜂群执行搜索救援任务。竞赛围绕绘制野火地图展开，促使参赛团队探索全新、高效和灵活任务规划以开发无人机蜂群的搜索和救援能力。

2月，在英国皇家联合服务研究所的国防智囊团演讲中，英国国防大臣加文•威廉姆森表示，该国计划部署具有网络能力的蜂群无人机中队，用于“迷惑”敌人和“击溃”敌方防空系统。

3月，英国国防部国防和安保加速器（DASA）机构在“很多无人机使作战轻松”项目中授予蓝熊系统研究公司250万英镑，研究无人机蜂群技术，最终将进行真实的飞行演示验证。

英军设想，无人机蜂群通过与F-35和台风战斗机一起作战，这将允许飞行员进行更精确和更具毁伤力的作战，同时也会更加高效和安全。

俄、韩等国也披露了无人机蜂群的作战概念。

俄无线电电子技术集团在2017年透露，未来战斗机可采用1架机或2架机与20-30架蜂群无人机协同作战样式，执行空空作战、对地打击、空中侦察等任务。

韩国陆军也在同年称正以朝鲜的弹道导弹阵地和核试验设施为目标，大力发展无人机蜂群技术，首先用于侦察，后续用于打击。

5

要真正服役，还须突破重重难关！

(“2030科技战略”中的无人蜂群配图)

无人机蜂群虽然拥有上述优势，可以执行多种作战任务，但其发展并非一路坦途，仍存在诸多挑战减缓其进入部队服役的进程。

在技术方面，无人机蜂群对协同和自主的要求更高，而且要建立管理大规模蜂群的全新指挥控制模式，因此需要攻克一批关键技术，如协同作战算法、集群个体间通信、远程指挥控制、空中发射/回收、降低成本、可损耗机体设计、小型高性能推进系统等。

在作战流程方面，无人机蜂群作战主要分为投放、进入战场、作战、退出战场和回收等几步。现在人们讨论最多的是无人机蜂群在抵达目标上空后如何作战，一些重要问题被忽略了，比如：

无人机蜂群在何平台发射？

以何种编队进入战场？

怎么与有人平台配合？

作战完成后是否回收、以何种方式回收？

等等。

要知道，如果不以全作战流程视角设计无人机蜂群，较难取得装备开发决策人员的支持。

在作战能力验证方面，无人机蜂群因为整体数量多，个体体积小和成本低等特征，可以获得上述作战优势，但是这些特征反过来也会让蜂群体现出对网络依赖度高、作战半径小、留空时间短、机载传感器性能低、发射回收平台易被敌击毁等先天劣势。

因此，其作战能力到底如何，恐怕还需在真实作战环境开展实战化演习才能得到验证，例如让无人机蜂群和传统战机执行相同的全流程作战任务，检验其是否拥有颠覆性的作战能力。

但是，美军并不了解如何对无人机蜂群开展试验，例如空军负责采办、技术和后勤的助理部长罗珀在今年2月表示，目前在美国甚至很难找到无人机蜂群的试验靶场。

在部队文化方面，美国空军在接受新鲜事物方面往往谨小慎微，可能还需要更高层领导再次“强推”。

就像其最初并不认可隐身作战飞机和无人机，只能通过国防部“强推”等手段使其被迫接受。事实上，F-117隐身飞机和MQ-1“捕食者”察打一体无人机等经过实战检验，确实变革了现代空战。

根据美军设想，无人机蜂群未来可在强对抗环境中与F-35等高性能有人战机配合执行主战任务。但是，从现状来看，美军无人机主要在伊拉克、叙利亚等弱对抗环境中承担侦察或察打一体等作战任务。

美国空军是否接收承担主战任务的无人机，进而改变作战中队的机队编成和指挥官的使用习惯？现在仍需观察。

另外，类似无人机蜂群这种高度自主的作战系统面临的最大挑战就是如何取得人类的信任。

无人机蜂群自主规划的飞行路线是否合理？

它们能完成交待的作战任务吗？

能否放心地让无人机蜂群自主执行杀人任务？

当下，人工智能系统对人类来说只是一个“黑箱”，我们不能理解其是如何做出决策的。未来只有发展出可解释的人工智能系统，让人类了解其思考、推理的过程，才能让作战人员真正信任包括无人机蜂群在内的自主作战系统。

尽管无人机蜂群的发展道路并不平坦，但是2019年4月17日美空军发布的新版《科技战略》为其注入了一支强心剂。

该战略文件在阐述“复杂性、不可预测性和规模”战略能力时特别提及了无人机蜂群并配图。说明其极有可能成为空军未来的重点发展对象，加速关键技术研发、原型机演示验证和进入部队服役的进程。

延伸阅读：

美国智囊惊呼中国“匈奴王”回归！中国119架无人机集群为何令西方如此不安？

固定翼无人机的集群飞行能力，代表着未来无人机应用的重要方向，也是智能无人系统“改变游戏规则”的体现。该领域的竞争日趋激烈。早在2017年6月，中国电科宣布已成功完成119架固定翼无人机集群飞行试验，刷新此前67架固定翼无人机集群试验纪录——在智能无人集群方面实现又一突破。

“这完全回到了古代匈奴王的战术，”美国兰德公司高级工程师兰德尔·斯蒂布说，“一支轻型攻击部队能够击败更强大、更先进的对手。它们突然冒出来，从各个方向进行攻击，然后突然消失不见，反反复复。”

回顾历史，从人类飞行之梦到真正冲上云霄、从有人驾驶到无人机、从单一无人机操作到蜂群式协同行动，人类空天科技的发展从幻想起步，在千万人心血的孕育中成为现实。

文 | 千里岩  瞭望智库特约国际观察员

1

梦想：从“空天母舰”说起

20世纪末，暴雪公司开发出一款名为“星际争霸”的电子游戏，风靡全球，在70后和80后玩家中尤为盛行。游戏中的一款经典武器“空天母舰”，惊艳了诸多游戏迷的双眼：一个巨大的空天母舰能够释放出12个小型战斗机，发起集群攻击，迅速摧毁目标。

这个画面很科幻。

然而，短短十几年之后，更华丽的场景呈现在现实之中：一刹那，战机释放出成百架微型无人机，一时间铺天盖地，像蜂群一样席卷敌军。更令人惊叹的是，通过人工智能技术的应用，这百余架无人机可以互相配合、进行协同作战……

这，就是即将成为现实的无人机蜂群战术。

毫不夸张地说，未来，无人机占主流的作战模式一定会颠覆现在的战场模式，多任务无人机智能编队（即无人机蜂群）将很可能在相当程度上取代现行“预警机+作战飞机”的模式。

此外，无人机轻量化、小体积、灵活起飞和可回收的特点，可能给陆军现有的“察打一体”火力指挥体制带来革命性颠覆，甚至，很可能使作为强国标志而纵横四海的航母编队在一夜之间成为过时的东西……

许多划时代的科技成果均来源于人类伟大的幻想。

实际上，“空天母舰”之集群攻击概念并非暴雪首创，早在二战前，勇于创新的人们就已经开始构想这种战术并进行了无数次实践。

2

代价：机毁人亡的惨剧

在空战中，最理想的方案是一架飞机能够完成所有作战任务。然而，正所谓“样样通必然样样松”，由于技术限制，如果想适应所有的作战需求，飞机的综合性能将一无是处。其实，从军用飞机出现以来，我们就不得不对飞机的种类进行分化，如战斗机和轰炸机等，分化后的几种功能又相对单一，无法满足全部作战需要。

因此，各国退而求其次，转向追求将几种不同类型的飞机整合在一起，产生了一些脑洞大开的“子母机”型号，比如：

*苏联的TB3轰炸机可以外挂三架战斗机；

*美国曾试验从飞艇外挂战斗机，以及专门挂在B29轰炸机下的XB85战斗机；

*纳粹德国更疯狂，在其“末日计划”中提出了十几个相关方案。

只是很可惜，当时的技术水平决定了飞机都必须有人操纵，因此飞机体积很大；而且，当“母机”回收“子机”时，需要双方驾驶员操纵精确并保持稳定。

因此，实现整合的难度系数太大。

可是，如果不能回收，航程有限的“子机”将无处安身，“母机”也丧失了持续作战能力。

美国最早的寄生式战斗组合要数“梅肯”号飞艇和“雀鹰”战斗机的组合。考虑到上述“痛苦”，美国决定使用飞行相对稳定的飞艇作为母体，上面安装一种“秋千”状的挂架，挂载4架“雀鹰”战斗机——打算释放战斗机的时候，像荡秋千一样把战斗机“扔”出去。

但是，当战斗机返回之时，二者在保持同样速度的情况下，母机伸出秋千，战斗机的飞行员需要准确操纵飞机、缓慢接近这个秋千、准确地把飞机上部的挂钩挂入秋千环中，而后，飞艇上的回收机务人员把机身固定架套在战斗机的机身上，用卷扬机将飞机拉回母体上。

这个过程非常复杂，就像空中杂技一样困难。

并且，飞艇有个重大弱点——抗风暴性奇差。在短短两年时间内，“梅肯”号和姊妹艇“阿伽门农”号都因为被风吹断了尾部而坠毁，造成了上百名艇员遇难。

最后，美国不得不放弃了这个原本看起来很有前途的路线。

当然，美国人绝不就此甘心罢手。

二战后，他们以B29轰炸机为母机开发了EB29+XF85战斗机组合。为了挂载寄生式的小型战斗机XF85，载机EB29专门设置了吊架等回收装置。

不过，还是老问题，两架高速飞行的飞机之间气流复杂使得飞行员无论如何都难以确保回收时候保持平稳飞行。在7次试验中，子机和母机发生碰撞造成结构损坏的有4次，成功的3次其实也都是险象环生，仅凭运气。

所以最后美国空军只能结论“ 即使在经验丰富的试飞员的操纵下，回收也是个困难的工作”，只得彻底作罢。

各国不得不放弃了这个诱惑十足、野心勃勃的的战术方案。

3

转机：无人机重燃希望

最开始的无人机都是程序控制性的，通过机械或者电子计时器计算速度和飞行时间，在这个基础上规划一个返回航路。

例如，某无人机飞行速度700KM/小时，那么在地图上量好飞行方向就应该可以飞到某地，计时器设定为一小时后自动启动让飞机作出转舵返航动作，然后根据转舵角度确定无人机返回地区，回收分队前往“守株待兔”……在此过程中，无人机操控人员跟飞机基本没有什么互动。

如今，时过境迁，无人机的出现已经使上述状况发生改变。

现在，有了先进的电脑技术和卫星通讯系统，不但可以事先给无人机输入“电子地图”，一路上通过机载传感器不断地按图索骥，更可以通过卫星网络随时跟操控人员进行联系，不管是中途改变任务还是遭遇敌人拦截，都能作出相应对策。

并且，相对于有人驾驶的作战飞机，无人机具有诸多优势：

*不用顾虑驾驶员的生存问题，无须配备复杂庞大的驾驶员生命维持系统，可以将体积微型化，使其难以被发现和跟踪；

*可以采取大型化路线，塞进更多的燃料，从而实现数十个小时的留空时间；

*可以在各种极端情况（超过人体极限）下工作，诸如轻松实现高超音速飞行，大幅度机动动作等等。

并且，无人机成本低廉、效果显著，损失一架无人机不过是损失一部机器，不存在人员伤亡，大规模工业产品可以让成本不断降低。

随着以计算机技术、网络通讯技术为基础的人工智能控制系统逐渐成熟，无人机技术出现了新飞跃：

*通过机载传感器，无人机将所感知到的战场信息迅速上传战场战术网络系统，并向所有作战平台分发共享；

*通过卫星网络或者战区指挥网络，无人机可接受实时指令，使用携带精确制导弹药冲到第一线、执行“定点清除”任务，让恐怖分子无处遁形；

*先进计算机控制的电传操纵系统可以通过互相的交联通讯，使得两架飞机之间的协调动作更加顺畅，毕竟机器的稳定性赛过飞行员。

可以说，目前，无人机在战场上已经大放异彩，不仅仅能够执行侦察、监视等辅助性任务，在某些任务领域早就挑起“大梁”，例如，美国正在致力于使X47B无人机（可以用于夺取制空权和对地攻击多用途）实现舰载。

因此，以无人机的方式实现“空天母舰”有了现实的基础。

科技实力独步全球的美国自然不甘落后。

在雄厚的技术基础上，以DARPA (美国国防高级研究计划局）为首的若干研究部门，明确提出了开发小型集群化作战的无人机研发项目。未来，美军将致力于装备多种这样的无人机系统：具有一定智能自主能力、体积小型化、可在集群条件下互相协调甚至与有人机协同作战，并且成本低廉、可以回收。

这就是蜂群无人机战术。

其灵感来自蜂群：蜜蜂群体行动时，每只蜜蜂并不需要掌握所有信息，只跟自己周围几只小伙伴进行信息交流，然后，通过网络式共享信息，从而使整个蜂群明确行动目的。

4

革命：蜂群无人机战术

2015年底，俄军出动无人机集群进入叙参加地面反恐作战，世界上首次无人机机群作战由此展开，对击溃“伊斯兰国”防线起到不可低估的作用。

这种蜂群战术具有革命性意义！

对于集群无人机而言，其中并没有领导者或者核心设备。集群无人机是一个自组织的系统，所有的无人机单体都是平等的。集群性能够让无人机对一个区域进行有效搜索，在一起飞行并不会发生碰撞。而且操作一整个集群无人机仅仅需要一个操作员。

设想一下，如果一架F16作为母机突然释放出数十甚至更多个子机，一起发动攻击，每个子机根据战术网络共享敌情信息、依靠机载人工智能控制系统进行选择和判断，最后分别扑向预定目标，就相当于在一瞬间使整体攻击力成倍递增。若其中还有其他个体分别承担电子战、警戒等作战任务，那么，在传统有人驾驶飞机上飞行员难以独自完成的警戒（一般要依靠僚机）、发现目标、发动攻击等一系列必须动作，将由无人机蜂群迅速完美执行。

值得一提的是，这些子机依靠3D打印等技术制造，成本低廉。不必担心对方火力拦截，即便损失了也不可惜，完全可以采取“自杀式攻击”。从这个角度来说，等于使敌方火控系统的任务压力迅速增加数十倍——面对这种“神风”式的饱和攻击，即便防守方火力十分强大，也是无可奈何。打个比方，就像一头壮壮的熊面对一群疯狂扑来的马蜂，除了抱头逃走，也没有什么更好选项了。

更重要的是，由于无人机具有上述种种优势，其体积大小完全可以根据使用环境来决定，起飞方式具有高度灵活性：既可以是有人作战飞机撒布，也可以是大型无人机撒布，甚至还可以是用车载乃至手抛起飞。因此，不仅仅空军和海军航空兵的无人机可以使用蜂群战术，即便是普通的舰船，甚至到陆军的步兵分队这一层次，也有可能使用小微类型的蜂群无人机灵活执行各类任务。

想想看，原本步兵需要冒着敌人火力去拼死炸碉堡的行动，现在变成了躲在战壕里，掏出无人机扔上天（更可能还是支起来发射架），然后在操作台上像玩游戏一样就把敌方的火力点逐个打掉了。

这个画面并非痴心妄想。

叙利亚战场上，某交战双方已经开始使用无人机互相轰炸，只不过因为所用某型号无人机本来是我国产的玩具，用来作战的话，效果可想而知——无论是载重还是精确程度都非常“草根”。

随着无人机技术进一步发展，危险而强大的蜂群无人机在未来战场上必将得到广泛应用，说无处不在也不为过。

试想一下，海军舰船普遍携带蜂群出动将是一副什么景象？那是满世界的航母啊！

5

障碍：道高一尺，魔高一丈

当然，想象总是更加美好。若要付诸实践、使无人机蜂群在实战中发挥重要作用，现阶段，我们至少需要跨越下面这三道门槛。

首先，人工智能问题。

目前，无人机的自主性普遍较低，即便是赫赫有名的美国“捕食者”无人机，也需要有一个飞行员通过地面站在远距离上对其进行遥控。依赖远距离遥控，仅仅就信号传输处理耗时而言，必然导致无人机对于战场情况作出反应出现延迟。

在对地攻击中，这么一两秒钟的延迟也许不算问题，但是，在未来激烈的空中对战中，时机差之毫厘，战果将失之千里。

另外，在无人机群的飞行过程中，有一点非常关键：各无人机之间必须互相交流信息后进行协调计算，从而确保不会发生碰撞，然后涉及任务分配、目标选择等。这些功能的实现都需要强大的人工智能系统运作。

然而，人工智能水平越高，对机载计算机的能力要求就越强大，所需能耗就会翻倍。

目前的电脑以Intel的I5CPU芯片为主，运算速度跟20年前的386时代相比，早已不知道翻了多少倍。不过，只要拆开你的台式机机箱，看看目前的电源模块功率标称是多少，CPU上的风扇有多么巨型，再回忆一下当年386时代的小巧玲珑电源模块和没有风扇的样子，相信你就明白了这个问题其实一点都不是小事。

其次，通讯问题。

虽然无人机群倾向于依靠强大的人工智能，尽可能的减少操作者对其进行干预程度，但是肯定不可能对其放任不管。战场上什么情况都可能出现，举个例子，如果敌对目标放弃抵抗，那么就必须及时中止无人机蜂群攻击行为。

这时，人工智能系统很可能无法识别变化，仍然需要人类指挥员进行决策。无人机之间、无人机与有人机配合作战时，都需要依靠战区战术网络系统进行信息共享，这就对无人机蜂群的通讯能力提出了很高的要求：通讯速率必须要快！

不能被敌方截获甚至入侵、造成信息“劫持”，最后操纵你的无人机把你的炸弹扔在你的司令部房顶，而当下无人机一旦受到电磁压制干扰，既无法通过卫星网络确定自己位置，又不能跟操纵员取得联系接受操控，就出现迷航坠落的现象也必须得到改变。

2016年底伊朗击落美国无人机RQ170时，据说就是采取了这种方式。

目前，虽然采用了跳频和直接扩频等诸多保密通讯方式，但是，正所谓“道高一尺，魔高一丈”，未来战场情况将越加复杂，面对更多样化的挑战，操控如此强大的武器系统，显然需要更可靠的通讯指挥手段。

最后，能源储存问题。

如果蜂群无人机采取类似X47B这种大型化模式，就可以使用跟现有航空发动机类似的型号，依靠空中加油以便实现长时间留空，并且为机上设备提供足够的电力。

不过，大型无人机也有其弱点，一方面，因为体积较大，所以灵活性较差，与小型机相比，更容易被发现和跟踪、摧毁；另一方面，与有人驾驶飞机相比，大型无人机较为廉价，但是造价仍然不太便宜。因此，为了追求战术灵活性和最佳费效比，在未来的战争中，最具前途的还是大量小型无人机组成的蜂群。

但是，小型无人机也有短板：迫于其体量较小，装载燃料必然有限，甚至大量的小微无人机必须整体依靠电池作为动力，这样的话，如何解决好机载设备低能耗和大容储量电池问题，对于其发挥更大作战效能的影响十分关键。

目前，电子计算机技术走到了一个“瓶颈”期，要支持一个高度智能化的蜂群存在一定难度。未来的量子计算机、生物计算机或者激光计算机等高效低能耗的新型计算机技术

一旦成熟，必然会给无人机蜂群带来翻天地覆的变化。

《美国空军杂志》空战未来属于蜂群，一到两年就能实现

作者：Amy McCullough

发布时间：2019年4月

编译：学术plus 谭惠文

来源：http://www.airforcemag.com/MagazineArchive

文章主要内容编译如下

查看原文请点击文末“阅读原文”

威尔·罗珀，美国空军后勤助理部长，2018年2月担任空军的最高技术职务，负责监督Perdix项目等新技术开发。Perdix是一种expendable微型无人机，可以从各类军用飞机后部释放，并先于那些大型且昂贵的远程驾驶飞机或有人驾驶飞机之前到达目标区域，执行情报、监视和侦察任务。

战略能力办公室与海军航空系统司令部合作，在2016年测试群集能力，从3架F/A-18大黄蜂上发射超过100架微型无人机。由于作战的复杂性，Perdix并非预先编程，再将个体进行同步。而是一个有机整体，共享一个分布式大脑进行决策，像自然界中的蜂群一样相互适应。因为每个Perdix都与其他Perdix进行交流和合作，所以蜂群没有领导者，而是一个个能够优雅地适应进出团队的无人机。

然而，想要测试这种技术并不容易。罗珀说：“我跟国防部申请说，想把100架微型无人机踢出战斗序列，他们说，好吧，但是得告诉我每架无人机的飞行计划。“我没有。他们要做自己的事情，但我可以画一个方框，确保他们不会离开那个方框。”…国防部说：我们必须从“你需要一个飞行计划”改为“不需要一个方框，而是一个边界”。”

但在蜂群“超越科学技术的世界”之前，必须要认真正视并会回答一些问题：如何测试和评估它？谁能拥有它？是武器系统吗？使用它的平台是否拥有自主性、集群性和协作性，或者是否有将自主性插入各种平台的集群性和协作程序？对此，空军测试和评估、作战测试和适航性专家必须创造性地给出答案。国防高级研究项目局战术技术办公室的项目经理Scott Wierzbanowski说，蜂群技术虽然可以数年内应用于战场，但是若进行高端战斗，其所需的人工智能和自主性技术仍不成熟。但也表示，蜂拥仍然是当今作战的有效工具。

蜂群全面应用于战争的各个阶段。在反进入、区域封锁（A2/AD）环境中，对手通常部署多个综合防空系统，极难穿透空域。此时，成群结队的小型、低成本无人机可以使威胁达到饱和，从而降低有人驾驶和昂贵的远程驾驶飞机的风险。低成本的无人机将共享传感器数据并协同工作，即使被击落，也不至于有太大损失。

2018年4月，DARPA授予Dynetics公司一份为期21个月，价值3860万美元的合同，为Gremlins计划的第3阶段提供资金。Gremlins将重点聚焦分解聚集（disaggregated operations）所需的使能技术上。

小精灵无人机身长约14英尺长，充满燃料时重约1600磅。比Perdix微型无人机要大得多，和目前巡航导弹的尺寸相似。在该项目第三阶段，DARPA希望在2020年可以达到在30分钟内回收4个小妖精，并定于今年夏天进行第一次试飞。与Perdix不同，小精灵不会融合人工智能或自主行为，至少目前还没有。

DARPA在去年年底测试了CODE无人机在A2/AD环境中的适应和应对突发威胁的能力。飞行器最初能够与监督任务指挥官进行交互，但当通信被降级或拒绝时，也可以在没有人指挥的情况下完成任务。随后DARPA发布文章说：“这是一个自治团队，可以根据任务需求和不断变化的环境进行协作和调整。”

然而，DARPA战术技术办公室项目经理Scott Wierzbanowski坚持每周与国防部相关人员进行沟通，但是，那些官员表示更倾向于将两个项目系统整合在一起，各取其优点，迄今为止，也没有明确投资意向。

“群体和搜索人工智能挑战”研究项目，由赖特帕特森空军基地的空军研究实验室、赖特兄弟研究所和代顿大学研究所合作进行。该研究项目考验了参赛者在绘制深林火灾地图时，规划和控制模拟的小型无人驾驶飞行器群的能力。过程中，各小组必须使用相同的、基于AFRL平台，以及人工智能技术的无人机设计和传感器组。

AFRL小型企业高级技术顾问米克•希区柯克（Mick Hitchcock）在接受空军杂志采访时说，“虽然挑战的重点是人道主义任务，但事实上，这也同样适用于空军。”该挑战于3月31日“最后决战”中结束。希区柯克说，英国“在这个领域做了很多工作”，而美国“已经从互动中学到了很多东西”。

罗珀承认，空军在人工智能方面仍大有可为。同时也认识到，要开发跨多个系统的软件和网络技术，同时匹配传统的采办规则，将是现下最大的问题。尽管如此，Wierzbanowski认为，研究人员的进展“不需要10到15年那么久，而是可以在未来一年或两年内就实现，并直接应用于当前的武器系统或衍生产品中。”

文章转自：学术puls（ID:caeit-e）

原文链接：http://www.airforcemag.com/MagazineArchive/Magazine Documents/2019/April 2019/Air Force Magazine April 2019 Full Issue.pdf

开启无人机“蜂群” 作战模式

无人机“蜂群”是指将多种任务载荷的低成本小型无人机基于开放式体系架构进行综合集成，以通信网络信息为中心，以系统的群智涌现能力为核心，以平台间的协同交互能力为基础，以单平台的节点作战能力为支撑，构建具有抗毁性、低成本、功能分布化等优势和智能特征的作战体系。

无人机“蜂群”任务类型示意图

生物集群现象启示出无人机集群作战样式

无人机“蜂群”和“集群”是近年来出现的概念，是无人机技术、网络技术、智能控制技术等新型技术高度融合的产物。从严格的意义上讲，无人机“蜂群”和“集群”是两个不同的概念，有一定的联系也有一定的侧重，二者都体现了编队无人机数量多的特征，都是受生物集群行动而触发灵感产生的仿生作战样式。“集群”主要用于区别过去少量同类型或不同类型有人无人飞机的编队，“蜂群”一般特指数量巨大的同类型无人机编队协同飞行；从广义上讲，可以认为二者是一个概念的不同表述。目前，国际上唯一一例无人机“集群”作战事件是2018年1月5日俄罗斯军队成功抵御了敌无人机“集群”攻击事件，虽然这次规模不大、协同程度不高，但是，这标志着无人机“蜂群”作战已经从概念进入实战。

单机行动型无人机

测试119架的无人机群

在去年举办的中国四川国际航空航天展览会上，开幕当晚，中国无人机群以全新方式横空出世：一次起飞千架无人机，进行空中编队表演公开，这是精心打造全球首场无人机高空表演。参与表演 1000架小型无人机在音乐声中，在空中不时变换成飞行队伍，机上闪烁着多彩的灯光，拼成不同的图案，在夜空画出一幅幅美好寓意的光影佳作。

上千架无人机可以进行复杂的编队飞行，以组成不同的图案，且不会发生碰撞，这本身说明，我们已经突破无人机编队飞行的诸多技术难点。比如：人工智能、网络信息、通信及遥控技术等等，任何一项都不是小事。美国不管承认与否一样被甩开了，美国举办过类似的表演活动吗？目前的许多中国企业都可以办到，也开始为各类活动提供相关的表演了，只是规模小点。

目前的表演属于程序控制的，整个表演是通过事前编制的系统来进行的，不是太复杂，却意味着，我们已解决了无人机在空中的准确定位技术，以及机群控制技术。

有人将这次表演称为：空前盛况，精美绝伦！非常不错的评价，这是一场不错的视听享受，但是中国科研人员拼命式的要搞定一千架的空中表演真是事出有因，不是为好玩，背后代表的军事意义更为深远。

如果将千机表演的技术扩展到军用无人机的使用上，那么对现代作战将是变革式的影响。目前按技术的限制，军用无人机的活动几乎为单机的，如果能实现大机群编队飞行，那么将彻底改变现代战争的方式。

也许未来的无人机作战方式就是，数以千计的无人机组成的大型集群，可以编入各种不同的无人机，以适应对不同的情况。不再以侦察为主，兼顾攻击，可以主动搜索与摧毁敌人的一切地面目标，如：指挥所、车辆、工事等。

人工智能的应用让无人机群的作战行动就是自动的，自动编队，自动搜索目标，自动攻击目标等。至于作战中的损失，也许可以不用考虑了，数量太多了，损失起来不心痛的，也许击落它的代价比它造成的损失更大。一个无人机编队就可能歼灭掉对手大量的机械化部队，从而让一场地面进攻变成灾难。这回大家明白，为什么无人机群弄得越大越好？越大越难越有意义。

如今一场由小型无人机组成的千架编队，看到我们已经在许多技术上，已经获得解决，那么也许就如何将其应用到军用无人机上，相信不久的将来我军就会拥有具备实战能力的军用无人机群了。

美国在2016年发布的《小型无人机系统飞行规划2016—2036》中，从战略层面提出了“蜂群”“编组”等新型作战概念，近年来，美军通过项目、计划和作战概念驱动，开展了一系列关于无人机“蜂群”的研究、试验和演示验证项目。

美国国防部高级研究计划局（DARPA）实施的“小精灵”项目，就是把具备自主协同和分布式作战能力、可回收的小型无人机组成蜂群，执行情报监视侦察、压制防空系统、电磁战、网络战和其他可拓展的任务，减小造价高昂的多用途有人空中平台在强对抗战场环境下承担的风险，同时降低作战使用成本，提高战术使用灵活性。目前项目已经进入第三阶段，将在C-130运输机上实施多架无人机的发射和安全回收试验。

美国海军研究局（ONR）开展了“低成本无人机蜂群技术”项目，完成40秒钟内在海上连续发射30架无人机以及无人机群编组和机动飞行试验。项目采用陆基或舰基多管发射装置，可以每秒一架速度发射上百架小型无人机，可执行巡飞、情报、吸引火力、通讯干扰等任务。

2016 年10月26日，美国海军3架F/A-18E/F“超级大黄蜂”战斗机一共投放了103 架SCO项目资助发展的“灰山鹑”（Perdix）小型无人机，这群小型无人机演示了集体决策、自修正和自适应编队飞行。在试验中，Perdix无人机彼此间可进行通信联络，具有环境感知能力和互相寻找、组队能力，整个机群无领袖，可允许每架无人机进入或离开整个机群系统，并且整个机群系统。可以看出，该项目已经完美地诠释了无人机“蜂群”的三大特点：无中心化、自主化、自治化。

无人机“蜂群”主要利用大型陆海空平台搭载大量无人机，在特定区域释放或发射，形成战斗集群，无人机群通过自主协同和数据共享，实现飞行控制、态势感知、目标分配和智能决策，遂行集群系统侦察、电子干扰、网络战、网电复合瘫痪、集群轰炸、联动侦察打击等作战任务。主要有以下两种作战模式。

侦察探测模式

对陆地、海面大型目标的搜索发现、定位跟踪无异于“大海捞针”，利用外部手段（例如天基探测）实现目标概略定位后，通过无人机“蜂群”完成大面积覆盖式扫描探测与跟踪是未来一种典型的作战模式。在该模式中，利用重构宽频带天线、超宽带低噪复用信道等技术，实现侦察、干扰、探测、通信4种功能在系统架构、天线设计、信道复用、数据处理、信息融合等层面的一体化，解决无人机“蜂群”在有限载重下的载荷复用问题。同时，蜂群内部各无人机之间通过位置共享、探测信息共享、多源/多模信息融合，可高效实现蜂群整体对目标的多基线测量、交叉定位、信号特征增强、交叉印证，最终实现对目标的发现、识别、跟踪。

攻击模式

无人机“蜂群”通过自主规划能力、编队协同、人机接口和开放式架构，适应带宽限制和通信干扰，减少任务指挥官的认知负担，支撑拒止环境下协同作战。由于自身平台限制，无法携带常规杀伤武器，因此在目标打击阶段可行的方式有以下几种：一是智能精确打击模式，蜂群内部互相协作，自主选择目标、攻击形式、编队形式，通过多点、多次、快速打击，以小火力实现对重点目标、关键部位的精确打击，起到“四两拨千斤”的效果；二是超高速攻击模式，将无人机平台自身转化为动能武器，以大于5马赫，甚至达到20马赫的高速攻击，使得传统防御系统面临“清零”危险；三是电磁干扰压制模式，即不采用传统的杀伤性武器系统，利用自身携带的多功能侦察干扰一体化载荷，对目标实施电磁干扰压制。

生物集群行为是一种普遍存在的自然现象，生物界中的细菌、昆虫、鸟类、鱼类、水生动物和人都会出现集群行为。在生物群体中，个体的感知/行动能力有限，遵循简单的行为规则，却能够通过相互协作完成迁徙、觅食、筑巢、御敌等复杂的团队活动，在群体层面上呈现出有序的自组织协调行为。无人机“蜂群”是伴随着无人机协同控制技术和人工智能技术发展而来的新型作战样式，它继承了生物集群行为，是基于一定智能化的无人机编成群组，通过生物仿真计算模拟生物集群行为策略，按照去中心化方式实施管理，实现高度智能自主的协同作战活动。由于单个无人机所能携带的任务载荷较为单一，执行任务能力有限，通过多架无人机的能力互补和行动协调，能够实现整个系统的效能提升。

无人机“蜂群”具有行为主体的简单性、组织结构的分布式和集群系统的智能化等特征。首先，每个无人机遵循简单的行为规则，仅具备局部的感知、规划和通信能力，并针对外部环境做出简单的反馈行为。其次，无人机“蜂群”具有分布式的组织结构，整个“蜂群”系统中不存在中心节点，通过个体间的信息交互而实时改变自身的行为模式，以适应复杂的动态环境，而且整个系统具有较强的鲁棒性，不会因为某个或部分个体的故障而对整体造成影响。此外，无人机“蜂群”系统通过调整个体的自身状态来增强群体的生存能力，能够通过环境反馈的状态适应性地改变自身行为，实现策略、经验的学习，通过良好的自组织行为和智能自主行为来解决较为复杂的问题，实现较复杂的任务。

国内对无人机任务规划与协同控制问题的研究起步相对较晚，通过近几年的努力，国内相关研究机构如国防科技大学、西北工业大学、北京航天航空大学等单位在多无人机自主协同控制、任务分配、战术规划等方面取得了较多的成果。中国电子科技集团于2016年10月进行了67架固定翼无人机的集群编队飞行，之后，于2017年5月和2017年12月，分别进行了119架和200架小型固定翼无人机集群试验，演示了密集弹射起飞、空中集结、多目标分组、编队合围、集群行动等概念，突破了无中心集群整体控制、实时集群任务规划、机载小型高动态无线自组网等核心技术，并在实际试飞中得到了验证。南京航空航天大学也开展一系列研究和试验工作，实现了一站36架无人机集群发射和编队飞行，一站6架无人机两两编队飞行，一站8机（涵盖四种类型无人机）编队飞行与协同作战，完成了2架固定翼与20架旋翼无人机集群飞行的演示验证试飞工作。

“蜂群”技术未来可能会融入所有武器系统中，既可以无人机间组网，也可以有人机和无人机组网，甚至也可以与卫星、地面装备、舰船等装备进行跨域、异构组网。总之，“蜂群”作战是未来空战的一个重要模式，是争取未来空战胜利的重要作战方式。在有人机的监控和指挥下，使无人机具备“蜂群”式协同作战能力，将无人机“蜂群”整合至现有作战体系之中，可以提高有人机与无人机的战场生存概率，提高作战效率，从而能够有效执行多样、复杂的任务。

来源：科普时报

无人机蜂群作战概念研究

原创： plus评论员 学术plus 2018-07-09

无人机蜂群作战概念研究

plus评论员  张昊

2016年，美国空军发布了首份小型无人机系统（SUAS）发展路线图。路线图阐述了小型无人机的作战任务，包括：压制/摧毁防空系统（SEAD/DEAD）、协同打击与侦察（SCAR）、反无人机、超视距作战、气象探测、空中分层网络、信息优势。此外，无人机蜂群在海军反舰作战、对陆支援等方面也扮演着重要角色。

针对无人机蜂群作战，美国各机构都开展了相关技术研究，重点项目包括：美国空军研究实验室（AFRL）提出的“忠诚僚机”项目、美国海军研究办公室（ONR）提出的“低成本无人机集群技术”项目、美国国防高级研究计划局（DARPA）提出的“小精灵”（Gremlins）项目和“体系综合技术和试验”（SoSITE）项目以及美国防部战略能力办公室开展的“灰山鹑”无人机蜂群试验等。

目前，美国无人机蜂群作战项目均处于研制试验阶段，尚无成熟的装备。美无人机集群项目在系统架构、平台研发和无人机控制技术上均有较多的技术积累，但当前无人机系统尚不具备高等级自主能力，且受到机载传感器载荷技术上的限制，目前没有系统级别的集成能力。

作战样式分析

当前无人机蜂群作战有两种典型的作战概念，即“忠诚僚机”模式、集群作战模式。这两种概念均为协同作战样式，但协同对象各不相同，“忠诚僚机”指无人机与有人机之间的无人-有人协同，“集群作战”则是大量小型无人机之间的机-机协同。

“忠诚僚机”（无人-有人协同）是由有人机平台充当编队长机，多个无人机作为僚机的作战系统。此类协同中的无人平台、传感器、武器等资源控制权均由有人机控制。在有人机的作战指令下，无人机执行远程态势感知、武器投放、欺骗干扰等作战任务，充当前出的“传感器”、“射手”等角色，一方面大大扩展有人机的作战任务池与作战频次，另一方面可有效保护有人机的防区外安全。

集群作战（机-机自主协同）的概念是一群小型无人机自主协同作战，利用传感器三角定位优势，通过网络在集群内各节点实时共享平台的自身信息、外部载荷数据等，从而根据交战实际情况，快速处理和分配载荷任务。

2.1有人-无人协同

在空-空、空-地以及空-海等不同作战环境下，有人机与无人机协同作战模式通常为无人机前置，充分利用无人机的隐身、蜂群战术、战损比小等优势，深入敌方防区，负责目标探测、目标攻击等任务，保障有人机的防区外安全。

（1）有人机-无人机协同探测

在有人-无人协同探测中，可采取以下三种方式完成探测任务。

• 由无人机前置负责探测目标，可通过有源机载雷达传感器对目标实施定位。然后通过数据链将目标信息传送至后方有人机，由有人机负责信息处理、威胁评判和打击决策。

• 有人机通过其有源雷达传感器对目标进行照射，多架无人机前置接收反射波，通过无源定位的方式完成探测，再将目标信息回传至有人机，这降低了目标起伏特性，拓展了探测距离。由于无源定位精度与接收站的排布方式相关，可利用无人机平台的机动性，实时调整排布方式，提高定位精度。

• 利用敌方目标自身的辐射源，前置的无人机蜂群可直接实现无源定位，通过数据链对有人机完成信息传递，对目标完成探测。

（2）有人机-无人机协同攻击

对于有人机-无人机协同攻击方面，每架无人机各自配备雷达、光电红外、电子支援等传感器及不同类型武器，可作为有人机的“武器库”，直接对目标实施打击和干扰，也可作为作战的中继节点，为有人机发射的武器制导。典型的作战模式如下：

• 在有人-无人编队中，有人机负责指挥多架无人机执行攻击任务，实现分布式协同攻击作战。有人机将已探测到的目标信息通过协同网络实时传输给无人机集群，启动无人机电子战和武器系统发射指令，压制敌方防空系统，对敌目标进行攻击和干扰。或者由有人机对敌目标发射武器，无人机对其中继制导，拓展武器打击距离。执行打击任务时，小型无人机通过巡弋、交战、撤离、再交战的作战方式，为大型有人机提供威胁目标探测、精确目标指示、实时毁伤评估等打击信息保障，增加编队作战的杀伤链配置选项，降低大型有人机探测、对抗威胁目标的必要性与成本。

• 在整个作战任务中，有人机作为长机，负责目标探测识别跟踪、信息处理、作战任务分配等，通过数据链传输给无人机僚机，指挥无人僚机完成作战任务。无人僚机的作战角色可定义为：充当武器发射平台，对有人长机指定目标发动攻击；为有人长机吸引防空火力并摧毁威胁目标；实施防区外干扰；作为ISR的信息融合节点。这种打击模式拓展了攻击半径，也保障了有人长机的安全。

• 

2.2 集群作战

小型无人机集群（机-机协同）作战最大特征在于体系的区域分布性，单元自主特性以及“去中心化”特性，集群中的个体单元均未处于中心控制地位，在单一平台受损后仍可有序协同作战，所以集群作战具有极佳的战场生存能力和任务完成能力，可完成协同探测、协同攻击等作战任务。

（1）无人机集群协同探测

在目标探测方面，小型无人机因具有低截获概率、低检测概率（LPI/LPD）的内在特性，可在敌方防区内执行远程侦察，或飞到云层下方近距离侦察、监视、跟踪多个目标。但受限于较小的重量尺寸，小型无人机有效载荷轻，供电能力有限，难以装载较重且需大功率发射的有源雷达，所以小型无人机可装备相对简单、尺寸小、重量轻的无源探测设备实现集群协同探测。

多架无人机可针对目标辐射源通过三角定位对其完成探测，亦可通过外辐射源方式对目标进行定位。外辐射源方式要求有特定的辐射源照射目标，再通过外辐射源的直达波与目标反射回波进行相关处理对目标进行定位。外辐射源可以采用我方已知的外辐射源，如地面电台或地面雷达，也可利用无人机的无源侦察设备搜索敌方的外辐射源，如预警机等。

（2）无人机集群协同攻击

无人机蜂群的典型攻击模式是由运输机或战斗机等大平台携带至防区外发射，集群式作战网络基于各平台的位置、任务参数、载荷能力、预期效果，为每一项优先作战任务选择分配最适合的无人机。无人机蜂群除可接近目标实施“自杀式”攻击或引导己方导弹实施打击外，还可对目标实施电子战“软杀伤”。集群通过三角定位、时频差等无源精确定位与瞄准技术，综合利用多平台上的侦察资源、统一进行任务的动态分配，为引导目标信号干扰提供决策，压制敌方导弹防御系统、切断敌方通信乃至向敌方数据网络中注入恶意代码，实现“赛博攻击”等功能。

未来发展

2018年以来，美国无人机集群技术成熟度已经得到了极大的发展。5月1日，美国Dynetics公司获得了DARPA“小精灵”项目的第三阶段合同，其设计具备空中发射和回收的能力，并将开始制造，未来该项目将在2019年进行真实情况下的试验。这意味着小型无人机的技术水平已经到了一个新的层次。但迄今为止，公开渠道中的小型无人机载荷技术还没有太多的披露，目前能够确定的是，小型无人机将能够根据任务需求装载不同的载荷，可执行侦察、打击等一系列任务，未来将对该方面进行更多的关注。

（全文完）

本文符合开放转载要求

免申请、直接转