关于美军“忠诚僚机”发展的思考

2021-11-06符松海冷智辉付炜嘉

无人机 2021年9期

符松海，冷智辉，付炜嘉

航空工业江西洪都航空工业集团

本文分析美军“忠诚僚机”的发展动因及空中作战模式，阐述美军典型低成本“忠诚僚机”的项目背景及其带来的潜在威胁，最后给出相关启示与建议。

2015年，美国空军研究实验室（AFRL）正式提出“忠诚僚机”概念，“忠诚”是指无人僚机绝对服从有人战斗机的指挥。在有人-无人协同作战中，无人机充当僚机，执行较为危险的抵近侦察、打击、通信中继等任务。美军“忠诚僚机”项目依托无人机及自主技术，将有效增强美国空军在未来对抗和拒止环境中的作战能力。

项目发展动因

美军不断加强空中优势能力建设

美军认为，在未来空中优势上，对手与美军的技术差距和作战能力差距正在不断缩小。采用传统的技术升级路线已经无法满足美军2030年空中优势的需求。美国《空军》杂志在2019年刊登的一篇文章《美国空军空战能力曲线——如何在21世纪20年代保持空中优势》透露，在过去数十年里，美军在每一次军事冲突中都能牢牢掌握制空权。但是，在21世纪20年代，美国空军将面临新的挑战和空中优势减弱的危险，潜在对手正在缩小与美军的技术差距。美国智库战略和预算评估中心（CSBA）于2019年3月发布的研究报告《大国竞争时代的美国空军》指出，大国竞争对手拥有的先进弹道导弹和巡航导弹、综合防空系统、反卫星武器、网络、第五代战斗机等作战力量构建了拒止环境，正在削弱美国的空中优势。中国第四代战斗机已取代过时的第二代和第三代战斗机。俄罗斯正在生产“苏”-57战斗机，已经成功研制和正在出口S-300和S-400等先进防空系统，同时正在测试更先进的S-500防空系统和开发新的S-600系统。米歇尔航空航天研究所所长、美国空军退役中将德普杜拉表示，中国和俄罗斯明白隐身战斗机的价值，它们正在非常努力地研制能创造空中优势的隐身战斗机。虽然目前中俄两国可能还未达到美军现在的作战能力，但它们最终会做到。

为应对大国竞争和均势对手带来的挑战，美军提出现实而高效的策略。

（1）回归现实，美军只为盟友提供“有限”的空中力量

美国空军未来不可能像现在一样为盟友提供“1天24小时、1周7天”的空中力量，只能给予盟友“局部、有限”的空中力量，特别是在拒止作战区域。

图1 “体系集成技术和试验”项目概念图。

（2）发展下一代空中优势概念

美军将具有下一代空中优势（NGAD）的装备和系统定义为“系统簇”。在有人机/无人机编队协同作战模式中，无人机执行侦察、空中加油、电子战、打击、早期预警等任务。目前，美军启动了“先锋”计划并开展各类演示验证，下一代空中优势“系统簇”已进入“概念完善阶段”。

2019年4月17日，美国空军公布《美国空军科技战略：加强美国空军2030年及之后的科技实力》文件。该文件提出一个未来战争的核心目标，在未来战争中，美国空军在所有作战域中应主宰时间、空间和应对复杂作战任务，以空中力量保护国家利益和维护本国领土完整。为此，美国空军科技战略提出了“发展并形成战略转型能力”“改革领导和科技管理方式”和“优化拓展科技研发机构的人才建设及对外合作机制”等具体目标及关键举措，旨在采用敏捷方式，发展技术并形成跨越式转型。该战略文件阐释了美国空军五大战略能力需求。

①全球持久感知能力。

②强适应性、抗干扰的信息共享能力。

③快速、有效的决策能力。

④应对复杂、未知的规模化作战能力。

⑤大范围快速破坏力和杀伤力。

美军大力发展未来攻击力量

美军认为，获得未来的制空权需要新的思维，未来攻击力量应采用大量低成本、可消耗、具有模块化任务载荷的平台，包括有动力和无动力平台，以适应强对抗环境下的高损耗。美军期望，未来攻击力量能够在既定的时间和空间，使用大量直接杀伤性武器、间接杀伤性武器和攻击集群来获取空中优势。

美军作战概念要求优先考虑装备成本，低成本项目将依托工业制造能力，发展装备的作战潜力。工业制造技术将为快速响应、强大的作战体系奠定基础。

作战概念

根据“体系集成技术和试验”（SoSITE）、“马赛克战”及“天空堡”（Skyborg）项目涉及的有人-无人协同作战样式可知，第五代战斗机与“忠诚僚机”组成编队协同作战，第五代战斗机充当作战指挥节点，无人机作为侦察节点，增强第五代战斗机的机动性和火力，从而提高体系作战效能。

（1）“体系集成技术和试验”项目作战概念

“体系集成技术和试验”项目用于“反介入/区域拒止”环境。美国国防预研局（DARPA）在2014年发布该项目通告，提出了分布式空中作战概念。基于“功能分解”的理念，高性能航空装备的多种功能将被拆分，大量具有不同功能的低成本可消耗无人机将取代高性能单一平台，利用作战网络实现分布式空中作战。

（2）“马赛克战”作战概念

美国国防预研局于2017年提出“马赛克战”概念，其作战理念是，采用大量低成本、功能相对单一的装备进行动态组合和密切协同，进而形成敏捷、集成、极具弹性的作战体系。基于“观察—判断—决策—行动”（OODA）环理念，“马赛克战”的作战要素或节点以数据链联结不同装备的OODA环。各观察节点相互协作，向判断节点提供多维侦察监视数据，从而形成作战域影像。基于此作战影像图，决策节点同时激活多个杀伤路径，杀伤路径会一直保持更新，直到摧毁目标，达到预期的毁伤效果。

图2 “马赛克战”概念图。

图3 “马赛克战”杀伤链。

（3）“天空堡”项目作战概念

2018年美国空军研究实验室启动“天空堡”项目，以验证智能化作战技术在有人机/无人机协同作战中的应用。在“天空堡”项目中，“忠诚僚机”作为智能化无人僚机验证平台，与有人机组成编队协同作战。美国空军将利用基于人工智能技术的无人僚机实现战争的变革，在增加机队数量的同时，降低成本，提高作战打击速度。这些“忠诚僚机”起辅助作用，但不能替代人类大脑。相比有人机，“忠诚僚机”可以更接近敌方防空系统，能够更持久作战。“忠诚僚机”也可以执行诱饵、电子战、先进作战管理功能节点、情监侦（ISR）、武器投射等任务，发挥新的作用。

作战能力

依据美国智库战略和预算评估中心《未来空战部队发展五谏》的描述，未来空中作战应当挖掘无人机的潜力，优先发展能大幅提升空军作战能力的技术。在未来空战中，有人机在后方指挥作战，而各种构型和不同尺寸的无人机在前线执行作战任务，如隐身无人机和先进无人机执行持久监视、时敏目标打击等任务，低成本可消耗无人僚机执行空中防御、高价值平台保护、巡逻、空中加油、通信中继等任务。

无人僚机具有数量多、成本低、可消耗、可复用等特性，利用人工智能技术可显著提升空军作战效能。

首先，无人僚机利用多源信息通道，如公共通信网络及军用网络，联结各类空中平台，为先进有人战斗机提供海量情监侦信息。有人战斗机指挥大量低成本无人僚机执行作战任务，飞行员能获得更广阔的战场视图，从而做出更优的决策。

第二，无人僚机利用人工智能技术处理重复、简单、枯燥的作战任务，减轻飞行员负担，使其集中精力投入战略和战术层面的工作，高效完成上级指派的作战任务。

图4 有人-无人空中编队部署在不同威胁区域概念图。

图5 《未来空战部队发展五谏》描述的有人-无人空中编队协同作战概念图。

最后，人工智能技术可以更快地对威胁目标进行优先级排序，为作战人员提供多种作战预案，使作战人员快速确定高价值打击目标。

项目背景

XQ-58A 无人机

XQ-58A“女武神”（下称XQ-58A）无人机基于BQM-167靶机改进而成，由克拉托斯（Kratos）公司与美国空军研究实验室联合开发，是一种高亚声速远程隐身无人战斗机。作为美国空军“忠诚僚机”项目的重要验证平台，该机具有成本低、隐身性能高、续航时间长和任务适应能力强等特点。2020年，克拉托斯公司对外公布了无人机平台发展路线图。

（1）项目进展

美国空军研究实验室“低成本可消耗无人机技术”（LCAAT）项目于2015年启动，克拉托斯公司于2016年承接该项目并研制低成本无人机平台。“天空堡” 无人机项目启动后，克拉托斯公司XQ-58A作为其验证平台之一，正在开展各项验证试验。

XQ-58A无人机的测试方案包括5次飞行计划，分两个阶段实施，旨在验证和评估系统性能、气动特性、发射与回收系统的功能。

2019年3月5日, XQ-58A在亚利桑那州尤马试验场完成首飞，试飞持续了72min。

2019年6月11日, XQ-58A开展第二次飞行试验，飞行时间约71min。

2019年10月，XQ-58A进行第三次试飞，但飞行90min后在尤马试验场损毁。事后专家确定坠机的主要原因是，XQ-58A在飞行中遭遇强风，并且临时飞行测试回收系统发生故障。

2020年1月, XQ-58A完成第四次飞行试验。在60min的飞行中，该无人机展示了高空飞行能力，最后利用伞降技术安全着陆。此次飞行试验取得圆满成功，证明第三次试飞后安全气囊系统的改进设计非常有效。截至2020年1月，XQ-58A“女武神”已累计飞行超过5h，超出了最初预定的飞行测试目标。

2020年12月9日，XQ-58A与美国空军F-22和F-35A战斗机组成编队，首次采用半自主模式与有人战斗机协同飞行。此次试飞达到了80%的飞行试验目标和100%的编队飞行目标。美国空军研究实验室的项目经理迈克尔·维普曼称，这是XQ-58A无人机第五次成功试飞，也是该机首次搭载新的任务载荷与F-22和F-35A战斗机协同飞行。

2021年3月26日，XQ-58A完成第六次试飞, 发射了一架最大起飞重量12.5kg的巡飞弹。

（2）项目目标

①开展项目验证试验

a.先进作战管理系统（ABMS）项目验证试验

现阶段，XQ-58A作为空中网关，为不同平台提供通信中继服务。

b.“空战演进”（ACE）项目验证试验

XQ-58A作为验证平台，为空战人工智能软件开发提供基础平台。美军正在利用XQ-58A验证机，探索人工智能技术和机器学习算法如何实现智能化有人-无人协同空战。

c.“天空堡”项目验证试验

基于XQ-58A验证机，美军正在测试低成本、智能化、开放式构架自主无人僚机技术，以及一系列智能化技术的基础算法和软件系统。

②产品开发

a.战术无人机

美军正在开发XQ-58A无人战斗机。该机未来有望采用独立作战或有人-无人协同作战模式，携带制导武器实施对地攻击任务。

b.下一代靶标

XQ-58A作为靶机使用，模拟第五代战斗机。

（3）主要作战能力

XQ-58A隶属于“先锋”计划中的技术验证平台，用于探索未来空战技术。

①远程对地打击能力

XQ-58A采用扁平机身、背负式进气道、内埋弹舱等布局设计，具备较强的隐身能力。该机设计航程≥5500km，最大飞行速度Ma 0.85，具备远程巡航能力。该机机长8.8m，任务载荷重量272kg，最大起飞重量2.7t，发动机推力约1000kgf。根据推重比推测，该机不能满足持续高过载机动要求。公开资料显示，XQ-58A机身左右两侧各有一个内埋弹舱，可携载2枚GBU-39或其他制导武器。

图6 克拉托斯公司于2020年发布了无人机平台发展路线图。

②多样化任务执行能力

基于可拓展性及模块化任务载荷设计技术，该机拥有开放式构架系统，能快速实现技术迭代升级。XQ-58A既可独立执行作战任务，又能以集群模式作战，同时还可作为有人机/无人机编队中的“忠诚僚机”，与F-35等隐身战斗机协同作战，执行空中网关、武器投射、情监侦等任务。

（4）低成本快速制造技术

克拉托斯公司在设计上采取了多种降低XQ-58A成本的技术。一是建立基于使用特点的低成本设计规范和标准体系，并创建与使用需求和性能要求相适应的权衡模型和经济性评价模型；二是采用模块化任务载荷。美军可根据作战任务，配置不同的任务系统；三是使用现货产品；四是采用先进低成本制造技术，探索弹性制造、自动装配等低成本制造技术的可行性。以上措施将降低XQ-58A的制造成本和使用成本，现阶段美军将验证成本与能力的对应关系，为未来低成本无人机的作战能力界定奠定决策基础。

UTAP-22无人机

UTAP-22“灰鲭鲨”（下称UTAP-22）无人机尺寸更小，成本更低，由克拉托斯公司研制，是“天空堡” 项目的验证机之一。根据同类靶机成本估算，UTAP-22单机价格在50万～100万美元之间，低于一枚中程空空导弹价格。该机适合作为低成本、飞行性能要求不高的验证机。

2017年2月，克拉托斯公司两架UTAP-22无人机与AV-8B战斗机成功开展了有人机/无人机协同飞行试验，以及单人同时控制两架无人机的飞行试验顺利完成。据报道，UTAP-22不仅可以作为有人战斗机的“忠诚僚机”，还能以自主或半自主模式执行编队侦察任务。

2021年4月，美国空军一架UTAP-22无人机搭载“天空堡”项目“自主核心系统”（ACS）开展飞行测试，测试持续了2h10min。此次试飞圆满完成，标志“自主可消耗无人机试验”计划到达了第1个里程碑节点。今年5月，UTAP-22无人机集成“自主核心系统”，与F-16C战斗机开展协同飞行。

在试验中，“自主核心系统”由有人机和地面指控站监控，展示了基本飞行控制能力。该系统可响应导航命令，能对地理围栏做出反应，不会飞出指定空域。与此同时，UTAP-22无人机展示了与F-16C有人战斗机编队飞行的机动动作。此次飞行测试主要验证“自主核心系统”对无人机的控制能力，保证无人机在指定区域完成一系列基本机动飞行。地理围栏是指，为某一区域定义飞行边界，可以通过各种方式设置区域边界，比较简单的方法是用GPS坐标划出一块区域。此次试飞设置地理围栏的目的是，对无人机飞行范围进行限制。由于UTAP-22会自主改变航线，能确保其在这个指定空域飞行。

后续美国空军将开展一系列“自主核心系统”飞行试验，展示多架无人机与有人机协同飞行的能力。

图7 F-15战斗机挂装一次性UTAP-22，可执行情监侦任务。

图8 UTAP-22无人机与F-16C有人战斗机协同飞行。

ATS无人机

“空中力量编队系统”（ATS）无人僚机是波音澳大利亚分公司和澳大利亚皇家空军联合开发的产品。该无人机被命名为“空中力量编队系统”，旨在保护有人战斗机和协助有人战斗机作战。澳大利亚皇家空军对美军“忠诚僚机”的后续研发表现出浓厚的兴趣，因此对波音公司“忠诚僚机”项目进行了投资，以期研制一种新型自主无人机编队系统，实现多机型编队协同作战，未来有望增强澳军有人-无人协同空战能力。

（1）项目进展

2019年2月，波音澳大利亚分公司正式启动“空中力量编队系统”无人僚机设计工作。

2020年10月，波音澳大利亚分公司在昆士兰州的工厂首次完成ATS无人僚机总装。

2020年10月，波音澳大利亚分公司进行了多次地面高速滑行试验，验证了地面操纵、导航和控制等性能。

2021年2月，澳大利亚皇家空军宣布采购6架波音公司ATS无人僚机，合同总金额8900万美元，分三年接收无人机及其配套系统。

2021年3月2日，ATS无人僚机验证机在澳大利亚南部的伍默拉（Woomera）训练场完成首飞。

（2）主要作战样式

①协同瞄准与攻击

a.ATS无人僚机与F/A-18战斗机协同飞行。

b.在空战过程中，ATS前出执行侦察任务。

c.当ATS探测到敌方空中目标时，通过低时延数据链将参数发给有人战斗机。

d.引导有人机先敌开火，摧毁敌方空中目标。

以这种样式作战，空军能实施突然性打击并获得更高的作战效能。

②前出执行预警任务

a.ATS无人僚机与E-7预警机和P-8反潜巡逻机协同飞行。

b.ATS前出，按预设航线开展侦察。

c.当ATS发现潜在威胁时，向有人机提供必要预警信息。

d.特种飞机随时改变航线，飞往安全空域，确保飞机和飞行员安全。

（3）技术特征

①隐身性和自主性

ATS机体采用复合材料制成，具备一定的隐身性。结合总体气动外形、机翼后掠角可以判断，ATS为一型高亚声速无人机，可与多型有人机协同作战。ATS项目团队为更好地平衡成本和自主性，使用了大量仿真手段，试图弄清楚ATS无人机应具有何种等级的自主性，才能做出“足够好的”决策，并通过少量试飞来验证“足够好的”自主决策能力。

②低成本零部件使用和快速制造技术

ATS使用了成熟的商用喷气发动机，航程可达3700km，其机载传感器选用了商用低成本传感器，并采用共用生产线及自动化设备降低制造成本。相较F-35等昂贵的战斗机，“空中力量编队系统”是一种低成本无人机，可以大量制造和部署，并根据作战需要可随时损耗。

（3）多任务执行能力

图9 ATS 与战斗机协同瞄准与攻击作战想象图。

图10 ATS无人僚机与特种飞机协同作战想象图。

ATS无人僚机初步配置的重点任务载荷是情报和电子战传感器。在作战过程中，ATS首先收集情报和干扰敌方电子侦察系统，为有人战斗机扩展作战范围；二是有人机向“忠诚僚机”发出指令，让无人僚机前出充当诱饵，诱骗敌方防空系统雷达开机；三是装载低成本传感器的“忠诚僚机”组成蜂群协同作战，获取更大的侦察范围。

由上述分析可知，“空中力量编队系统”携带模块化任务载荷，能完成侦察监视、干扰、诱骗等任务。未来，ATS作为一种多用途无人机，将列装澳大利亚皇家空军。

美军“忠诚僚机”的特点

技术特点

（1）无人僚机采用模块化、开放式架构设计，可作为人工智能技术的载体。

（2）无人僚机既可利用简单算法，开展自主飞行和控制试验，也可利用更加复杂的人工智能技术，完成特定任务或子任务。

（3）无人僚机的人工智能技术具备扩展性，可以向其他平台推广。

低成本、可消耗性、可复用性是美军现阶段“忠诚僚机”的核心特点。低成本无人僚机研制速度快，有利于快速验证各种无人机智能技术、协同技术及相关作战模式。

构建新的作战体系

低成本无人僚机将加快“成本-能力”对应模型研究，推动新的作战能力生成。

传统装备以高性能、多功能单平台构建作战体系，而低成本无人僚机则以功能相对单一的大量平台构建强大的作战体系。正如在二战时期的欧洲战场上，苏联T-34坦克群凭借数量优势，击败了性能强大的“虎”式坦克。

潜在威胁分析

美军低成本无人僚机在短时间内难以对亚太地区构成威胁。但是，经过长期积累，美军将拥有智能化无人僚机技术优势。

现阶段，美军无人僚机仅用于技术验证，短期内无法形成作战能力。在亚洲的美军基地中，只有冲绳、乌山、建设中的鹿儿岛基地距离热点地区较近，其他军事基地距离热点地区较远，试验中的美军“忠诚僚机”难以直接运用。在平台方面，XQ-58A无人机采用伞降回收方式，回收可靠性不佳，二次使用需要修复，影响后续作战架次。但是，美军持续开展智能空战技术探索，将为未来作战能力生成奠定基础。

启示与建议

根据美国智库对“忠诚僚机”作战运用的研究成果、性能分析及验证结果，本文结合实际情况，给出下面启示与建议。

重视创新发展

为构建2030年空中优势，应对大国竞争局势和势均力敌的对手，美军确定了无人僚机作战能力目标，要求新平台必须融合颠覆性技术和低成本制造技术双重优势。虽然高性能、低成本、功能相对单一的大量平台在短时间内不会列装美军部队。但是，通过创新作战概念，美军将单平台作战能力拆解，化解单平台的集成难度，把其研制难题转移到分布式装备体系上，推动了低成本“忠诚僚机”项目的发展，缔造了全新空战模式，其创新思维值得我方学习。