DARPA“进攻性蜂群战术”项目的发展

袁成 董晓林

“进攻性蜂群战术”是DARPA的一个无人机集群技战术项目，旨在为地面士兵使用的无人系统作战蜂群开发作战战术、人机交互和软硬件集成技术，帮助美军应对城市作战中面临的各种挑战。

2018年2月底，诺斯罗普·格鲁门公司在赢得美国防预研局（DARPA）“进攻性蜂群战术”（OFFSET）项目第一阶段合同后，对外公开了可验证蜂群战术和技术的物理试验台，以展示其技术开发能力并为竞争项目第二阶段占位。

项目背景

美军目前高度重视无人机蜂群技术研发，DARPA、战略能力办公室、空军研究实验室、海军研究实验室等多家机构均启动了大量研究项目，并在真实环境中开展了多次无人机蜂群的演示验证，投资规模已达数亿美元。上述研究项目的平台基本上选取可在空中或海上发射的固定翼无人机，任务多为配合这些空中或海上作战力量针对敌方的一体化防空系统或装甲车辆等地面目标开展情报监视侦察、引诱或干扰等任务。

但是，美军目前认为无人蜂群系统的作战潜力仍没有被完全开发和实现。例如，在遍布小街小巷的城市里，美军小规模地面作战部队有大量使用蜂群系统以提高巷战能力的需求。这是因为城市的建筑物在作战时会形成各种障碍，使美军不得不进入狭窄的所谓“死亡空间”。这时地面部队不可能关注到所有建筑物，而且还需同各个方向随时出现的敌人作战。为了应对上述威胁，保护友军安全，美军经常需要费时费力地清空每一栋建筑。除此之外，美军很难确认隐藏在建筑物内和人群中的敌人。例如，在之前的很多城市战中，装备较差的敌人经常隐藏在医院和教堂中，从而占据了城市巷战的主动权。另外在拉卡和摩苏尔决战中极端组织（如ISIS等）会使用人体盾牌，以免遭火炮和空中力量打击。

美军认为，无人蜂群系统有三种帮助地面作战人员发现和确认目标的途径。一是无人机蜂群可在城市环境中分辨出敌人和平民。在高强度城市战中，无人机可以飞临每栋建筑，观察窗口或门廊是否有敌人狙击手。这样能够显著降低为掩护美军部队前进而向建筑射击的耗弹量。另外，无人机蜂群在飞临敌人附近时，还可以扰乱敌人的作战计划。二是无人蜂群可为美军地面部队提供掩护。城市战中进攻部队时刻都处于被发现和被瞄准的状态。这时无人蜂群可携带烟雾发生器，产生大量烟雾，掩护攻击部队前进。三是无人蜂群可为美军地面部队提供保护。无人蜂群可在进攻部队前方或周围形成“无人蜂群墙”，帮助美军地面部队挡住来袭子弹。“无人蜂群墙”的作战效能虽然取决于很多变量，但其确实可为美军地面部队越过敌人设置的“死亡空间”赢得时间窗口。

虽然无人蜂群在城市战中拥有上述潜力，但美军当前在研的无人蜂群项目尚不具备配合地面部队在动态威胁环境中遂行机动、防御和交火等任务的能力，与美军地面作战需求之间存在一定差距。

项目内容

为克服美军在城市作战中面临的各种挑战，提高小单位作战部队的作战效能，DARPA启动了OFFSET项目，并于2017年1月27日发布了项目的跨部门公告（BAA）。OFFSET项目旨在发展基于游戏的开放架构，为城市作战的无人蜂群系统，包括小型无人机系统（可能更倾向于多旋翼类无人机）和/或小型无人地面车辆，生成、评估和集成战术。

DARPA为OFFSET项目设定的主要技术指标是：每三个月产生的战术超过10种、评估新蜂群战术的时间小于15min、部署新蜂群战术的时间小于1min、每100个无人平台的集成时间小于24h，最优目标是组成250个或数量更多的异构蜂群系统，在8个环境复杂的街区自主执行最长6h的各种作战任务。该项目研发周期42个月，分为三个研究阶段；项目第一阶段为18个月，第二和第三阶段分别为12个月。

OFFSET项目将研究两个技术领域，一是蜂群自主性，包括智能移动、决策和与环境相互作用，实现灵巧、复杂的群体行为；二是人机编队，保证蜂群指挥官可以判断、配合和影响蜂群的行为。具体的关键技术包括开放软件和系统架构、游戏软件设计和基于游戏的团体研发、沉浸式交互技术、分布式机器人系统集成和算法研发等。

以上述技术为基础，项目将在新型蜂群战术创新、人蜂群交互、软硬件集成等领域开展广泛研究，并利用民用资源和技术降低研发成本、逐步提升蜂群能力。

在战术创新方面，DARPA将利用Unity 3D、Unreal等游戏开发软件模拟真实的蜂群作战场景，创建并推演蜂群战术。通过战术通用语表述自主蜂群能力，以便更清晰、直观地捕捉指挥官的意图。另外，OFFSET項目将变革无人蜂群系统的发展途径。当前的无人蜂群系统采用自下而上的发展方式，即先开发蜂群算法，然后产生若干蜂群动作，最后合成蜂群战术，但形成的战术往往脱离实战，不能满足用户需求。而OFFSET项目采用自上而下的发展方式，首先根据作战需求创新蜂群战术，之后生成若干蜂群动作、编写蜂群算法，开展无人蜂群的演示验证，最终实现蜂群战术与实战的无缝对接。在项目进行过程中，蜂群作战场景的复杂程度将通过调整大量技术和作战试验变量而逐渐提升，以挑战蜂群架构和蜂群战术。其中的变量为蜂群尺寸、异构蜂群平台的混合（如空中和地面混合编队）、任务执行时间和其他与蜂群系统相关的特征；在人蜂群交互方面，为捕捉和传达指挥官的意图，需要考虑与未来蜂群系统的交互界面。项目将使用增强现实、虚拟现实等手段，以手势、触摸和触感界面减少人机交互认知误差，评估蜂群战术作战效果；在软硬件集成方面，项目将把发展的空中和地面自主蜂群系统的战术集成至真实物理实验台上，希望在基于游戏的虚拟环境以外的环境中提升蜂群能力。

此外，OFFSET项目还将建立一个实时、联网的交流社区，鼓励蜂群系统的集成商、第三方开发商、政府团队和最终用户在社区中针对蜂群战术和算法等内容进行交流，使军事需求与技术研发挂钩，形成高质量的蜂群战术。为此，DARPA在项目中设立了被称为“蜂群冲刺”的快速技术研发和集成活动。该活动分为两种，一是“核心蜂群冲刺”，每6个月举行一轮；二是“AD HOC蜂群冲刺”，可根据特定技术研发领域按需开展活动。DARPA期望“AD HOC蜂群冲刺”能够同“核心蜂群冲刺”同步进行。大约每6个月，DARPA计划向潜在的参与者征求建议书，每轮“蜂群冲刺”活动聚焦OFFSET项目五大技术研发领域（蜂群战术、蜂群自主、人蜂群编队、虚拟环境试验台、真实环境试验台）的某一项。每一轮“蜂群冲刺”活动结束时，都要在真实环境和虚拟环境开展基于能力的试验，以测试和评估OFFSET项目特定技术研发领域的集成情况。另外，试验也为DARPA、两家集成商、“蜂群冲刺”参与方和作战人员提供了直接接触的机会，可以进一步优化OFFSET项目的目标性能，以满足未来真实作战的需要。“蜂群冲刺”的参与者可以与项目的系统集成承包商合作，也可以相互合作，创造和测试创新的蜂群战术和使能技术。

项目进展

2017年10月，据DARPA官网报道，OFFSET项目第一阶段系统集成商合同分别授予了雷神公司（约320万美元）和诺格公司（约371万美元），他们将在真实和虚拟环境中设计、研发和部署蜂群技术开放式架构。每一个蜂群系统将包含可扩展的基于游戏的架构（用来设计和集成蜂群战术）、蜂群战术交流系统（促进各相关方的合作）、沉浸式界面（实现人类和蜂群系统编队和协同）和真实环境试验台（验证所发展的能力）。为了实现蜂群能力，每个研究团队都将开展试验和系统集成工作，包括在各自架构中测试所研究的战术和技术。

2018年2-3月期间，DARPA分别授予洛克希德·马丁公司（36万美元）和查尔斯河分析公司（约49万美元）首轮“核心蜂群冲刺”合同。这轮活动聚焦为由50个无人机和无人地面车组成的混合异构蜂群开发蜂群战术，以在15—30min的任务周期和在两个城市街区范围内将目标隔离。与作战相关的战术包括侦察、确认进入和退出点、在相关作战区域建立防线等。

结束语

DARPA是美国防部的颠覆性技术创新机构，一直以来都在努力发现未来战争的军事需求，为美军探索未来战争所需的技术。从OFFSET项目可看出，其以当前军事需求为导引，摒弃了DARPA传统的技术开发方法，而以蜂群战术为核心有的放矢地研发蜂群行动和底层算法，使推出的蜂群战术立刻能够满足部队需求。而且，在开发蜂群战术时还要求使用部队当前的战术通用语，这样可使项目研发的软硬件远离纯技术的“象牙塔”，直接供部队人员试验或使用。

OFFSET项目更加面向当前需求的原因可能有两点，一是城市巷战目前仍是美军地面部队面临的难题。从美军冷战后经历的索马里、伊拉克等戰争可看出，在城市巷战或复杂地面环境作战中，装甲车辆、战机、导弹、卫星大多会失去作用，战争重新回归到了类似两次世界大战欧洲战场那样原始的、残酷的城市攻防战、徒步肉搏战。美军现有的高科技优势无法被利用，只能更多依靠美国大兵更高的作战素养予以应对。因此，OFFSET项目反映出美军希望使用蜂群等先进技术快速变革城市巷战的迫切愿望。该项目虽为DARPA启动，但其中可能有陆军或海军陆战队的深度参与。二是美军无人蜂群技术可能即将具备实战化水平。在OFFSET项目之前，美军各蜂群项目虽无直接面向地面作战需求，但正在发展并验证的体系架构、自主性、组网、作战管理等各类技术已具备相当高的水平，这为美军未来的无人蜂群装备打下了坚实的技术基础。面对如此迫切的巷战需求，美军可能希望借助DARPA灵活的体制机制，加速无人蜂群技术转化，以实现城市巷战作战能力的快速提升。