无人机在未来海战场中的应用分析

2018-03-01张洪涛惠俊鹏

兵器装备工程学报 2018年1期

代威,张洪涛,惠俊鹏

(1.中国运载火箭技术研究院研究发展中心，北京 100076； 2.哈尔滨工业大学，黑龙江哈尔滨 150006)

近年来，随着科学技术飞速发展和军事变革持续推进，无人机的研发与应用已经进入一个崭新时期，在未来体系博弈、信息博弈中占有重要地位的无人机系统是这场新变革的重要体现。无人机所执行的任务已从空中侦察、战场监视和支援有人驾驶战斗机向压制对方防空系统、实施快速地面打击和防御等领域扩展，正在逐步实现从辅助博弈手段向基本博弈手段的跨越。本文结合海洋博弈使命、任务，介绍了国外无人机在博弈体系中的定位，分析了无人机未来的应用前景。

1 海上形势分析

目前，海洋已成为世界各国利益冲突的重点，可能诱发海上局部博弈，对于任意国家均迫切需要加强海洋局势的控制力与稳定性，随时作好博弈的准备。

根据海上冲突可能的爆发方式和发展走向，对可能诱发的博弈规模进行分析：在战略威慑有效的前提下，大国之间围绕海洋的军事冲突升级为全面对抗的可能性很小，博弈形态可能是小规模冲突、临海诸国围绕岛屿争夺所开展的中等规模冲突、别国介入的中高烈度局部战争3个层次。因此，应具备中高烈度局部海上博弈的能力。

2 无人机发展及应用现状

当今世界，以信息技术为核心的军事高科技的发展及其广泛应用，正在深刻改变着军事斗争的面貌，引发军事领域一系列革命性的变化，而无人机是这场新军事变革的重要体现。

随着科学技术飞速发展和军事变革持续推进，世界无人机的研发与应用已经进入一个崭新时期。尽管从目前的实际情况来看，无人机不可能很快取代轰炸机、战斗机等传统飞机成为战争的主力，但无人机与有人驾驶飞机的配合使用将进一步提高攻击一方的进攻能力和作战灵活性，使战争的形态发生变化。无人作战飞机具有实现人员零伤亡、作战性能优越、成本低等显著特点，已经逐步成为现代战争不可或缺的重要武器平台，所执行的任务已从空中侦察、战场监视和支援有人驾驶战斗机向压制敌方防空系统、实施快速地面打击和导弹防御等领域扩展，正在逐步实现从辅助作战手段向基本作战手段的跨越。

目前，全球无人机已发展到了200多种型号，尤以美国和以色列发展最快，西欧和一些发展中国家也有不同程度的进展[1]。美国经过几次高技术局部战争的磨练，已成为世界无人机发展的领跑者。目前美国已研制了上百种无人机系统，路线图涉及40种，参加四次局部战争的无人机有30多种，列装和计划发展的无人机主要有10种左右。美军目前已列装和已规划的无人机系统项目时间进度如图1所示。

图1 美军目前和已规划的无人机系统项目时间进程

美国已列装的无人机系统包括：MQ-1“捕食者”(Predator)[2]、RQ-4“全球鹰”(Global Hawk)、MQ-9“死神”[3]、RQ-2B“先锋”(Pioneer)、RQ-15“海王星”(Neptune)、RQ-5A/MQ-5B“猎人”(Hunter)、RQ-7A/B“影子”200(Shadow 200)、MQ-1C“天空勇士”(Sky Warrior)。

试验验证无人机项目包括：RQ-8A/B“火力侦察兵”(Fire Scout)、“全球鹰”海上演示型(GHMD)、“广域海上监视系统”(BAMS)、无人空战系统航母验证项目(UCAS-D)、未来战斗系统(FCS)等。

X-47B由美国诺斯罗普·格鲁曼公司制造的人类历史上第一架无需人工干预、完全由电脑操纵的“无尾翼、喷气式无人驾驶飞机”，也是第一架能够从航空母舰上起飞并自行回落的隐形无人轰炸机，如图2所示。其设计时速800 km/h，最大飞行高度12 km，最大起飞重量超过20 t，具备高度的空战系统，可以为美军执行全天候的作战任务提供作战支持。X-47B无人战斗机具备良好的隐身性能和战场生存能力，拥有非常优异的雷达和红外低可探测性，保证其能够突破敌方防空圈，为后续有人驾驶作战飞机打开道路；可携带各种传感设备和武器装备载荷，可满足联合作战和网络作战的需求；此外该型机还能够进行空中加油以提高战场覆盖能力和远程飞行。目前“X47-B”已经完成航母弹射起飞、触舰复飞、阻拦着陆、空中加油等试验科目，但由于海军与国会对于该项目的定义分歧，“X47-B”下马，但其仍然可以看作是美国武装无人机发展的一块重要里程碑。

图2 美国X-47B无人机

各军种目前和计划的无人机系统可执行的任务如图3所示[4]。美军把无人机划分为四大类，涉及18项任务，其中，小型级起飞重量小于25 kg；战术级起飞重量在25 kg到600 kg间；战场级起飞重量在25 kg到600 kg；作战级按攻击平台设计，带内埋炸弹舱或外部武器挂架，起飞重量600 kg以上。

作战指挥部/军种无人机系统任务需求优先排序表如表1所示[4-5]，表1中前面数字代表第四版路线图任务优先级数据，而括号中的数字为第三版路线图任务优先级数据。从该表可以看出，美军将侦察作为最紧迫的需求，各类型无人机均以侦察作为首要任务，而精确目标定位与指示仅次于侦察任务。信号情报和作战管理任务的优先级也相对较高。其他任务中，小型无人机侧重于作战搜索与救援；战术无人机侧重于化学/生物侦察；战区无人机侧重于通信/数据中继；作战无人机侧重于武器化/打击。新版路线图与旧版相比，在水雷探测/反水雷任务上优先级有了明显的提升，与之类似的还有诱饵/探路、作战管理、隐蔽传感器潜入；而数字地图和近海潜水战的优先级有明显下降。其他任务优先级根据无人机类型的不同有小幅度波动。

图3 各军种目前和计划的无人机系统可执行的任务图

表1 作战指挥部/军种无人机系统任务需求优先排序

3 无人机在博弈体系中的应用前景

在现代战争中，高、中、低空和远、中、近程等各类型军用无人机分别执行着侦察预警、跟踪定位、特种作战、中继通信、精确制导、信息对抗、战场搜救等各类战略和战术任务。

3.1 动态组网功能

针对各种固定目标、地面移动目标、海面舰船、空中各类飞行目标等，通过无人机智能组网协同实现更高效费比和更高综合性能的侦察或打击；动态组网是无人机系统执行各项任务的基础和保障，其目标是让体系博弈中的每个单元都可按照协议进入网络战场，并立即得到全面的信息共享服务，依托这种无缝链接和共享信息，形成栅格化组网能力，为作战提供信息优势、决策优势，进而形成行动优势[6]。

动态组网必须具备多节点高动态快速接入能力，同时对于实时性、高效性、安全性、可靠性等方面提出了功能性要求[7]，具体如下：

1) 网络的开通、建立便捷，无需复杂规划，仅初始化参数即可，无需进行复杂的链路、网络规划；

2) 网络运行稳定性、可靠性好，网络采取分布式结构，无时间基准站、网络管理站等中心节点；

3) 网络运行灵活性好，网络支持成员自动入网、退网，通过分布式协议自适应调整接入策略实现接入网络；

4) 网络运行自主性好，网络支持根据业务信息需求和信道状况统计情况，自适应动态调整通信资源，高效利用信道；

5) 网络可重构性好，网络利用其灵活自主的信道统计接入机制，可根据信道资源完成网络自动重构分配，能快速适应各种网络拓扑；

6) 网络抗毁能力好，网络利用其分布式拓扑结构，无中心关键节点，可为无人机群的协同提供较好的抗毁性支持。

3.2 多维化感知功能

侦察无人机通过安装光电、雷达等各种传感器，实现全天候的综合侦察能力，侦察方式高效多样，可以在战场上空进行高速信息扫描，也可低速飞行或者悬停凝视，为部队提供实时情报支持[8]。高空长航时战略侦察无人机从侦察目标上空掠过，可以替代卫星的部分功能，执行高空侦察任务，凭借高分辨率照相设备拍摄清晰的地面图片，并可以组织和规划低空无人机进行侦察，具有重要的战略和战术意义；便携式低空无人机可以大量使用，满足部队连排级战场监视、目标侦察、毁伤评估等战术任务，并可与高空无人机进行信息和高分辨率图像的交互。

针对多维化感知，一方面是指利用单个无人机上多个传感器的信息进行感知。另一方面是指利用多个无人机甚至是无人机群，综合多平台多传感器的信息进行感知[9]。这就需要开展三方面的工作：

一是在掌握多种典型目标、自然和人工干扰、环境等特性信息的基础上，快速认知出所处场景、匹配识别出目标，评估电磁环境、干扰特性，具备与环境交互、学习新知识、反馈环境信息、自适应优化等特征。

二是针对来自多个传感器的感知信息进行组合，实现多源信息融合处理，得到对目标和场景的联合估计。并且通过分布式多平台系统结构设计，使各子单元都可以通过网络共享战场态势信息，根据系统感知结果修正原有工作状态，提高感知系统工作的针对性和有效性。

三是不断探索无人机多维感知的群体智能，使无人机群感知目标与环境后可以像人类大脑和群体一样智能地采取应对措施，进一步提升无人机多维感知能力。

3.3 指挥控制功能

在威胁多元、复杂和危险的背景下，人成为博弈体系中的薄弱环节。而无人机能适应枯燥、肮脏、危险的环境。随着OODA周期的缩短，指挥人员的体能极限日显不足，指挥员长期从事同一任务，体力上、心理上都会难以为继[10]。随着信息化战争带来的爆炸式信息增长，指挥人员通常要处理数十条实时信息、紧盯多个屏幕，不断检查来自多处的实时视频，还要与相应情报分析人员不断沟通确认。人类指挥员连续从事指挥作业10 h以上就会感到精疲力竭、效率低下，而无人机可以不间断地飞行数十小时，依托未来人工智能技术，不需要补给和休息可不间断地行使指挥任务，不仅在指挥速度、平稳度、一致性等方面高人一筹，还能够很快接受新知识或新技能的灌输。

无人机系统的自主性和智能性是大势所趋。人难以同时控制多个作战节点，此外，由于电子对抗手段越来越丰富，通信信道也越发易于遭受干扰。如果指挥人员没有及时响应，人将会越来越远离控制圈[11]。未来也许将形成人机混合编组指挥的概念，人类指挥员和无人机系统既要能够相互沟通，又要相互信任，人类指挥员承担起无人机指挥员“监督者”的角色。

3.4 智能化功能

攻击无人机携带作战单元，发现重要目标进行实时攻击，实现“察打结合”，可以减少人员伤亡并提高部队攻击能力[12]。典型应用类型包括主战攻击无人机体积大、速度快，可对地攻击和空战，攻击、拦截地面和空中目标，是实现全球快速打击能力的重要手段；战术攻击无人机在部分作战领域可以代替导弹，采取自杀式攻击方式，对敌实施一次性攻击；攻击型反辐射无人机携带有小型和大威力的精确制导武器、激光武器或反辐射导弹，对雷达、通信指挥设备等实施攻击。

未来的无人机系统在多维化感知的基础上，能自主地对各种感知的信息进行处理，对外界环境、目标特性及其变化进行分析、判断和推理，具有一定的思维能力和联想能力，从而能做出正确的决策和反应，主动地选择和攻击目标[13-14]。交战过程中，无人机还需要不断获取复杂、动态的战场态势信息，目标和兵力的变化、打击毁伤情况、敌方的干扰欺骗等都会给战场态势信息带来很大的不确定性，这就需要解决海量战场态势信息的“去伪存真”问题，快速形成准确的知识图谱，实现有效推理与战场态势预测。相对地，完全按照人预先设计好的程序动作而不能适应各种复杂环境条件自主攻击敌方目标的无人机则不具备智能化交战功能。因此，可以认为自主性与高智能是无人机系统实现智能化交战功能的基础。

4 结论

随着世界各大国远程快速打击力量的发展和军事战略调整不断升级，使海洋方向进入与反进入能力之间的博弈不断升级。为了确保国家安全和利益拓展，本文结合海战场作战使命和任务，介绍了以美国为代表的国外无人机在海战场中的应用情况，分析了无人机系统在未来海战场中的应用需求，利用其灵活多变的特点创新提出动态组网等能力需求，为无人机的创新运用广开思路。

[1] 马建光,王小虎,陈立立.世界无人机发展与未来战争[J].唯实,2014(9):87-89.

[2] 刘洋,李一波,王扬扬.从“捕食者”看高空长航时察打一体化无人机的特点[J].国际航空,2009(12):26-28.

[3] 张孟.美国下一代攻击无人机MQ-X[J].兵工科技,2009(12):51-53.

[4] CLAPPER J,YOUNG J,CARTWRIGHT J,et al.Unmanned systems roadmap 2007—2032[J].Office of the Secretary of Defense,2007,188.

[5] WEATHERINGTON D,DEPUTY U.Unmanned aircraft systems roadmap,2005—2030[J].Deputy,UAV Planning Task Force,OUSD(AT&L),2005.

[6] 卓琨,张衡阳,郑博,等.无人机自组网研究进展综述[J].电信科学,2015(4):1-11.

[7] 陈思静,张可,贺颖.高动态自组织无人机网络架构设计与模式研究[J].计算机科学,2015(12):50-54.

[8] 黄克明，王涛，胡军.无人机作战仿真平台设计及其关键技术研究[J].兵工自动化，2016(1):90-92.

[9] 欧阳瑞斌.无人机群通信技术研究[D].北京：北京理工大学.2016.

[10] 陈朋.无人机分布式协同仿真技术研究[D].南京：南京航空航天大学，2016.

[11] 李亚平.高速侦察打击一体无人机关键技术研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2016.

[12] 张羚,董淑福,孙启禄.无人机系统指挥控制与通信研究[J].飞航导弹,2015(12):1009-1319.