高度关注集群智能发展应对无人作战对现代战争的深刻改变

中国航空规划设计研究总院有限公司 佟京昊

2020 年7 月23 日，习近平总书记在视察空军航空大学无人机实验室时指出：“现在各类无人机系统大量出现，无人作战正在深刻改变战争面貌。要加强无人作战研究，加强无人机专业建设，加强实战化教育训练，加快培养无人机运用和指挥人才。”

一、境外集群智能无人机发展情况

无人机自20 世纪七八十年代正式投入战争以来，一直以无伤亡、多用途、小巧灵活等优势活跃在现代军事行动当中。在著名的“贝卡谷地空战”中，以色列正是通过释放大量诱饵无人机，成功诱骗叙利亚防空部队的雷达开机并发射防空导弹。在预警机等电子战装备的支援下，以色列的美式空战体系成功使叙利亚耗资数十亿美金开发的苏式防空战术瞬间失灵，贝卡谷地内的萨姆（SAM）系列防空导弹系统被悉数击毁，大量战机被击落，成就了西方军事届吹嘘多年的82∶0 的辉煌空战战果，并将世界空中战争从“平台对平台”时代推入“体系对体系”时代。

作为世界军事革命的领跑者，美国近年来在人工智能军事化发展方面持续发力，已取得足以改变未来战争模式的巨大技术进展。美国陆海空三军均发展了一系列智能化装备项目，并列装了数以万计的无人化智能武器系统平台，无人武器装备作战方式正由传统的配合军事人员的人-机协同模式向武器装备间自主协同的智能集群作战模式过渡。

美国国防部高级研究计划局（DARPA）作为引导美军技术变革的核心力量，自20 世纪后期开始就资助了一系列人工智能领域的技术研究，其中将集群智能（Swarm Intelligence）应用于军事领域一直是其重点研究方向之一，并在近几年间逐步取得突破。2014 年，DARPA 提出在拒止环境中实现机器协同作战（CODE）项目，主要内容就是研究无人机集群智能作战体系架构和开发相关算法软件。该项目进展顺利，整个项目的3 个阶段已于2018 年底结束。除DARPA 外，美国国防部战略能力办公室（SCO）和海陆空三军研究机构都开展了各自的无人装备集群智能项目研究。

美国空军分别在2014 年和2016 年公布了《遥控驾驶无人机飞机指导：愿景与赋能概念2013—2038》与《2016—2036 小型无人机系统飞行规划》，根据起飞质量不同对中高端遥控无人机（RPA）和小型无人机系统（SUAS）进行了分类，并提出了完全不同的应用设想和技术要求。美军在中东和阿富汗战场应用了一系列战术，使得以“全球鹰”和“捕食者”为代表的RPA 类无人机被公众所熟知，但是使未来作战方式和战场环境改变更大的却可能是尚不为大众所了解的SUAS 类小型智能无人机集群。

好莱坞电影《天使陷落》中展示了一种尚未在实战中应用的全新战法——无人机集群自主攻击，由数百架无人机组成的集群自主进行飞行编队、战术突防、追踪攻击目标，只需得到击杀许可，就可自行击杀目标，而远程控制者只需审查批准被攻击对象是否可被击杀即可。需要指出，这一战法并不是来源于编导的脑洞大开，而是基于共识主动性（stigmergy）的自主协同集群智能无人机（SUAS）典型的战法应用之一[1]。

图1 美国空军研究实验室（AFRL）的无人系统自主性技术发展情况

二、共识主动性与集群智能

集群智能是一项足以改变战争模式和战争规则的颠覆性技术，也是美军无人军事装备的风向标领域。集群智能本质上属于仿生学领域，来源于人类对动物集群行为（Swarm behaviour）的观察，包括蜂群、蚁群的活动和候鸟的迁移等。1959 年，法国生物学家PierrePaul Grasse 在研究昆虫的群体行为模式时发现，大群落昆虫之间存在高度结构化组织和行为方式，可以使昆虫群体完成远远超出个体能力的复杂任务，使无智能生物通过集群行为展现出具有组织性、协调性等特点的智能化行为特征。蚁群的工作模式就是这种智能集群的典型代表，美国有专门的团队历时数年观察和研究行军蚁和阿塔切叶蚁之间复杂的攻防战争。这些无智能昆虫通过个体之间简单的信息传递，在大规模集群（百万级）作战中表现出能够根据环境情况和对手行为而进行战术转换和战法配合的典型智能行为特征。

显然集群智能技术如能应用于军事领域，将带来颠覆性变革。近年来，美军一直在不断加强军事领域集群智能应用的研究。美国国防部于2007 年将原无人机发展路线图更名为无人系统路线图，开始统筹推进各种智能武器装备的发展。2018 年10 月，美国雷神公司公布了其开发的使无人机群无需依赖地面控制站就能进行自行定位、自主决策的无人机集群控制技术。美国空军研究实验室（AFRL）的无人系统自主性技术发展情况如图1 所示。

实现集群智能的关键在于共识主动性的建立。共识主动性是一种集群内个体根据集群信息而采取相应行为的群体行为机制。蚂蚁作为一种简单的无智商昆虫，虽然只是通过其他成员遗留在环境上的信息素来相互交流，但却让它们的大集群行动具备智能化特点，可以完成多种复杂协同工作。共识主动性是集群内成员根据集群环境信息确定行为方式的一种行为机制，因此群体行为不需要存在具备指挥、控制功能的超级个体，就能产生复杂的行为方式。因此，共识主动性是一种以去中心化为特点、自组织的系统性行为方式，使得集群行动不需要任何集中规划、控制，甚至也不需要个体之间的直接通信，而是基于一种复杂的行为模式和集群结构，使得低智能的个体之间保持高效协作，不需要个体具备复杂的存储、逻辑、通信能力，甚至在彼此不能感知的情况下，也能完成复杂的群体行动任务。

基于共识主动性的集群智能技术就是一种典型的去中心化技术，而去中心化也正是集群智能技术的优势所在。只要智能集群中不存在控制中心，任意一台智能集群武器平台的损毁对整个集群而言就无法产生整体性影响；同时，不论增加多少武器平台进入集群，都不会对集群造成指挥、通信或算力负担。事实上，昆虫的作战模式就是去中心化的，其作战反而比具备高等智能的其他生物更坚决、更统一、更具大集群优势，这就是集群智能这一技术应用于战争的根本优势所在。

但是去中心化并不意味着没有分工，在蚂蚁的战斗行动中，不同体型的蚂蚁也有完全不同的职责分工，因此只要在同一集群智能体系中，各装备根据自身特点进行职能分工，甚至是根据重要性进行排序，同样可以组成复杂的作战体系。基于集群智能的自主协同武器装备体系一旦投入战争，将在战术层面对所有以人类智能为基础的部队形成压倒性优势；其拥有完美的战斗技巧和极其成熟的团队合作模式，却毫无个人意识，完全没有恐惧、犹豫甚至荣誉感，始终极端冷静地分析周围环境、战场变化和团队需求，并且一直保持100%的战斗热情，随时准备为达成战术目标而牺牲。

三、集群智能作战带来的挑战

强进攻、难防御是集群智能机器作战的主要特点。美国海军研究院曾以无人机集群为假想敌攻击具备最先进的“宙斯盾”防空系统的航母舰队。多次模拟试验表明，只要有8 架无人机通过集群行为攻击，就会有2.8 架无人机能躲过拦截，命中目标。即使“宙斯盾”系统按照现有最先进的技术来升级，8 架无人机中至少也有1 架无人机可突防成功。如果无人机的数量增至10 架以上，则“宙斯盾”系统只能拦截前面的7 架左右。集群智能的优势就是大规模协同，伴随着进攻无人机数量的提升，这种优势将进一步加大。

廉价可损伤将成为未来智能武器的另一个重要特征之一。机器作战与人类作战在本质上是不同的，机器作战中通过牺牲和损失部分武器装备平台以达成目标将是常规战术之一，因此可损伤、低成本的武器平台将成为未来智能武器装备平台区别于当前载人武器平台的重要特点之一。目前，美国空军已经公开征集下一代低成本可损伤航空器的设计方案。

智能集群装备对战将使战争重回以量取胜时代，在传统大集群战争中，参战个体数量与指挥效率是负相关的。但是在集群智能作战状态下，参展个体数量的增加将同时提升作战集群的战斗力和运算能力，战法选择也更多样，所以数量上的优势将成为关键性优势。而由于人工智能的训练程度与智能化程度是集群智能的核心技术，平台自身的性能差距造成的战力区别将可能被缩小。

目前，伴随着5G、星链、大运载火箭等先进技术的不断突破，大规模智能集群系统投入实战的技术环境正在迅速成熟。自主协同的智能集群武器装备的出现颠覆了传统高性能载人武器在战场的优势地位，这种颠覆性军事技术的突破与成功，将有可能使军事强国几十年来积累的军事霸权优势被抵消，的确需要在战略层面加以重视。