美军自主无人系统发展及启示*

孙浩亮 梁海军 张东顺

（1.陆军工程大学 南京 210007）（2.陆军指挥学院 南京 210045）（3.国防大学 北京 102200）

1 引言

自主无人系统是指在无人工干预的情况下，能够利用先进算法实现与环境的交互，从而独立执行一项或多项任务的无人系统。2015年，美国发布了新的“国防创新计划”（也被称为“第三次抵消战略”），将人工智能和自主无人系统的发展和应用上升为战略层面，各类自主无人车、自主无人艇、自主无人机、自主无人潜航器、巡飞武器等得到较大发展，并广泛应用于战场。

2 美军发展自主无人系统的重要考量

自主无人系统是未来美军战略能力的重要组成。通过研究世界主要武器生产国的官方国防战略出版物发现，无人系统自主化发展是世界主要军事强国国防战略的重要组成。美国于2015年提出的第三次抵消战略寻求创新发展颠覆性技术，以保持其战略优势，其中人工智能和自主化将是美军战略能力的关键组成［1］。

自主无人系统将对未来战争产生颠覆性影响。自主无人系统具有以下作战优势：一是自主无人系统降低了与作战人员持续通信的需求，反应速度是人类的成千上百倍，能够更快地执行观察、调整、决策、行动；二是自主无人系统具备强大信息解析能力，能够获得对敌决策和行动优势；三是自主化可以提高无人系统的打击精度，从而降低附带损伤；四是自主无人系统能够代替人类长时间执行枯燥、恶劣、危险及纵深任务，减少作战人员的认知生理负荷及伤亡，从而提升作战持久性，扩大军队作战范围［2］。基于此，自主无人系统逐渐融入联合作战体系后，网络信息体系的侦察预警效能将大大提高，态势信息共享更加实时高效；武器装备体系和部队规模结构将加快重塑，人机融合特征日益凸显；联合作战行动转换频繁、动态调整，呈现多维一体的并行性与无序性；联合打击更加精确快速，作战进程大大加快；保障需求快速响应，物资投送精确直达并自主避开敌威胁区域，后装保障行动更加安全高效［3］。

自主无人系统能有效节约大量成本。一是相比于载人平台，自主无人系统对于重量、动力、防护能力及其他需求的减少，直接导致平台制造成本的降低；二是无人系统自主性的提高能够降低操控无人装备所需的人员数量，从而显著节约人员成本，如美空军曾设想裁减50%以上人员，计划一名飞行员能够同时控制多架飞机；三是无人系统自主性能的提升减少了人员培训的需求，从而降低了培训成本，如驾驶飞机在移动的航母上降落，对于飞行员来说需要大量的训练和实践，而具备自主起降功能的X-47B无人机则能轻松做到。

3 美军自主无人系统装备现状及发展规划

3.1 美军当前装备的典型自主无人系统

3.1.1 地面自主无人车

美陆军自主无人车发展十分迅速，功能也不断增强，已逐渐形成系列化，其中较为典型的是美军第三步兵已经开始装备的具备一定自主功能的新型无人驾驶武器系统SWORDS。SWORDS具备自主导航功能，能够在复杂的城市环境中自主行动，也可以在沙地、水面和厚度为0.3m的雪面行驶，同时还可以沿着楼梯升降。此外，美军现投入使用的典型自主无人车还有R-Gator智能化军用无人地面车、龙腾无人自主车、“压碎机”无人地面战车、“玛提尔达”小型无人车等。

3.1.2 空中自主无人机

为提升无人机作战速度和效率，美军正加紧研制更高自主水平的无人机，其中较为典型的就是X-47B。X-47B飞行性能较高，作战半径长，可在航母上自主起降，并有自主空中加油能力。X-47B无人驾驶飞机具备高度智能的空战系统，可以为美军执行全天候的作战任务提供作战支持。此外，美军现投入使用的典型自主无人机还有MQ-9“死神”、Robocopter无人驾驶战斗攻击直升机、“沙漠鹰”等。

3.1.3 自主无人水面艇

随着制导技术和控制技术取得巨大进步，美军无人水面艇迎来了高速发展阶段，其自主作战能力也得到了较大提升。反潜艇追踪无人水面艇（ACTUV）是由美国DARPA主持的一项重点水面无人艇项目，其目的是研发一次可在海面数千平方公里范围内自主追踪地方低噪声柴电潜艇的无人舰艇，重点关注无人驾驶、超长续航和自主跟踪搜索这三个方面功能。此外，美军现投入使用的典型自主无人水面艇还有ACTUV“海上猎人”、“斯巴达侦察兵”、“幽灵卫士”、“蓝色骑士”等。

3.1.4 自主无人潜航器

自主无人潜航器是一个水下高技术仪器设备俄集成体，可用于执行反潜战、水雷战、情报侦察、巡逻监视、后勤支援及水下施工等领域。经过多年发展，美海军无人潜航器的自主化水平得到较大提升，其中具有代表性的有REMUS系列自主无人潜航器，包括REMUS 100、REMUS 600、REMUS 6000三型，主要用于美海军深海作战任务。此外，美军现投入使用典型自主无人潜航器还有“游骑兵”、“海爪”、“金枪鱼-21”、“海马”、“海神”等。

3.1.5 智能制导弹药

智能制导弹药是一种爆炸性的弹药，在点燃、释放或发射后，通过自动瞄准目标或瞄准点来主动修正初始瞄准以及随后出现的错误［4］。当前，美军绝大多数制导弹药的自主化仅用于发现、跟踪和打击目标或人类预先指定的目标位置，并不支持目标选择。美军拥有一定目标选择自主权的智能制导弹药只有远程反舰导弹LRASM，是当前美军最新型的可多平台发射的隐身远程反舰导弹，可智能识别、自主决策与捕捉海上移动目标。

3.1.6 巡飞弹

巡飞弹是一种混合类型的武器系统，结合了制导弹药的攻击方式与无人机的机动性，可以长时间巡飞来寻找和打击地面上的目标［5］。“弹簧刀”巡飞弹是美军最具代表性且技术较为成熟的巡飞弹，通常被用于针对高价值目标等，于2012年起被用于阿富汗实战的数量已达数千枚，颇具战果。除此之外，美军还发展了其他可由各种平台携带的不同类型的巡飞弹，具有代表性的有Altius600小型巡飞弹、Vintage Racer高超音速隐身巡飞弹、“雀鹰”巡飞弹等。

3.2 美军自主无人系统发展规划

美国自2016年以来，先后发布了《机器人与自主系统战略》、《自主地平线：未来发展方向》、《智能自主系统科技战略》等多部白皮书或报告，详述了自主无人系统的发展现状、影响、规划及具体举措。

3.2.1 《机器人与自主系统战略》勾画陆军无人系统自主化发展蓝图

2017年3月，美陆军发布《机器人与自主系统战略》，这是美陆军第一份关于机器人与自主系统长远发展的战略性文件。该战略确立了机器人与自主系统未来发展的五个能力目标，即增强态势感知能力、减轻士兵体力和认知负担、增强部队后勤保障、提高行动与机动能力、保护士兵。为实现以上能力目标，该战略明确了机器人与自主系统在近期（2017年～2020年）、中期（2021年～2030年）和远期（2031年～2040年）的优先发展事项与投资重点［6］。

3.2.2 《自主地平线：未来发展方向》引领空军自主无人系统发展

2019年3月，美国空军发布《自主地平线：未来发展方向》。该文件阐述了自主无人系统的应用前景及对空军作战的影响；确立了人与自主无人系统协同发展的方向；从体系化的角度对自主无人系统的开发和应用做出了战略规划。该文件有两个主要目标：一是为空军高层领导人指明自主无人系统潜力以及它们如何改变各级作战的愿景；二是向科技界提供总体框架和路线图，并推动系统发展［7］。

3.2.3 《智能自主系统科技战略》描绘海军智能自主系统未来愿景

美海军于2021年7月发布《智能自主系统（IAS）科技战略》，旨在融合自主性、无人系统和人工智能，使无人系统成为海军力量结构中可信赖和可持续的一部分。该战略概述了IAS相较于传统武器系统的关键优势；其次分析了美海军IAS愿景、战略目标及影响；最后就如何在未来成功应用IAS提出五方面举措建议。近期内，美海军将把无人系统能力集成到全域作战力量中，来推动海军部队人机编队发展。

4 美军自主无人系统发展模式特点

长期以来，美军把无人系统自主化发展作为谋求军事竞争优势新的战略增长点，不断加大经费投入，着力提升自主无人系统建设发展效益。由美军自主无人系统发展历程可见，除注重顶层设计、重视预研螺旋渐进、突出采购竞争机制之外，还具有以下突出特点。

4.1 以作战能力需求为牵引

作战对手和环境的变化以及作战概念的创新对美军提出了新的作战能力需求，进而为无人系统自主化发展明确了方向和重点。

4.1.1 应对强大作战对手的能力需求提出发展要求

美国于2018年公布的《国家安全战略》指出，过去美军长期进行以阿富汗、伊拉克等国为作战对象的非对称性反恐战争，未来则要转向与中俄等与美国实力相称的强大对手的较量［9］。美军认为，要在与中俄的对抗中获胜，必须拥有更快的反应速度和更强大的信息决策优势，仅仅依靠有人武器平台或单人操作多个无人系统的模式已经无法适应未来战争节奏，必须提高无人系统的自主作战能力，发挥人机融合优势。

4.1.2 基于复杂作战环境的能力需求明确发展重点

当前越来越多国家拥有先进的传感器、低噪声潜艇、超声速和高超声速反舰导弹、无人平台等系统，美军保持海上优势的难度加大［11］。未来美军将在复杂的拒止环境下遂行作战任务，因此必须具备快速投放及精确打击能力、复杂作战环境应对能力、装备自主协同作战能力。基于以上能力需求，美军认为需重点研发的自主技术包括：自主目标识别、自主学习与决策、自主控制、自主故障检测与修复等单机智能技术，集群自组织、抗干扰通信等多机协同自主技术等［12］。

4.1.3 面向全新作战概念的能力需求指明发展路径

美陆军于2018年11月发布了《机器人与自主系统支持多域作战》白皮书，明确了陆军机器人与自主系统需具备的能力，为其建设发展指明了方向路径。2017年8月，美国DARPA战略技术办公室首次提出“马赛克战”概念。为满足“马赛克战”作战能力需求，美空军构建了一套无人机相关技术架构，并在此技术架构基础上开展了大量自主化发展项目，重点发展无人系统自主决策、自主协同、自主避障、自主任务规划、自主态势感知等能力［13］。

4.2 以关键技术突破为基础

近年来，美军无人自主系统相关项目快速发展，致力于关键技术攻关，进行了多项演示验证，并加速推进无人自主技术投入武器装备研制。

4.2.1 开展核心通用技术研究，增强无人系统自主性

美国DARPA正在开展大量无人自主系统核心通用技术和基础性技术研究，如“快速轻量自主”（FLA）项目旨在开发一种新的导航、感知、规划和控制算法，使无人系统能够在未知、杂乱的环境中实现自主、高速运行。2018年7月，FLA项目完成第二阶段飞行试验，演示了最新FLA软件在模拟城市环境中，在没有人类帮助的情况下执行现实世界的任务。

4.2.2 推动蜂群技术发展，强化自主集群作战能力

为降低作战成本，提升系统抗毁能力、突防能力和作战灵活性，美军积极探索蜂群技术以实现自主集群作战。如“小精灵”（Gremlins）项目是美军无人机蜂群技术领域的典型研究项目，最终目标是进行一次有效的概念验证飞行，设想让现有大型飞机发射成群的小型无人机，任务结束后由C-130运输机回收。2021年11月，该项目两架X-61A“小精灵”无人机成功验证安全功能和自主编队飞行技术，其中一架被C-130成功回收。

4.2.3 增进人机协同技术，提高自主协同作战能力

为有效结合有人机和无人机两者特有的作战优势，美军正广泛征集自主协同技术，增强无人机与有人机的协同作战能力。如美空军“忠诚僚机”（LW）项目旨在将有人驾驶战斗机与具备自主作战能力的无人机实现有效集成，完成协同作战。2020年12月，美空军首次开展了F-22/F-35A有人机同XQ-58A无人僚机的编队飞行数据共享测试，预示着有人无人协同向实战化应用迈出重要一步。

4.3 以研发生态构建为支撑

为促进自主无人系统良性发展，提高建设效益，美军构建了军方研究机构、大学研究实验室和私营企业研究机构三类组织机构为主体的研发生态。

4.3.1 军方研究机构是自主无人系统发展的主要引领者

军方研究机构通常致力于自主无人系统相关的基础研究和应用研究。从历史角度来看，政府和军方研究机构在颠覆性技术的发展中扮演了至关重要的角色。相关机构主要有美国国防部高级研究计划局、美国空军研究实验室、美国陆军研究实验室、美国海军研究实验室等。

4.3.2 大学研究实验室是自主智能技术进步的有力推动者

大学研究实验室的主要任务是通过基础性研究推动科学技术的发展。在美国，大学实验室接受军队资助开展军事项目研发的情况并不少见，但其工作很少超出应用研究阶段。当前，在机器人和自主系统研究领域较为领先的大学有卡内基梅隆大学、华盛顿大学、斯坦福大学、麻省理工学院和加州大学伯克利分校等。

4.3.3 私营企业研究机构是自主无人系统开发的重要参与者

私营企业研究机构的重点主要集中在研发工作的开发部分。其中，民用公司需要在研发上斥巨资以保持竞争力，通过创新吸引顾客以增加或保持市场份额；国防公司则是在一个具有垄断性质的市场中运行，其研发工作在很大程度上是由政府需求的变化所决定的。当前，美国从事自主无人系统技术和装备研发的私营企业研究机构主要有谷歌公司、德事隆公司、洛克希德·马丁公司、波音公司、雷神公司、通用动力公司等。

5 结语

“他山之石，可以攻玉”。美军自主无人系统发展带给我们很多有益启示，我们应结合自身实际加以吸收借鉴，在自主无人系统领域形成我军独具特色的发展路径。同时，应立足军事斗争准备这个基点，形成切实有效的反制措施，以制衡强敌、制胜疆场。

一是制定完善自主无人系统发展路线图，提高建设指导的计划性、主动性和积极性。明确发展使命任务、能力需求、发展目标、实现路径和环境支撑，并根据自主无人系统建设环境和军事斗争准备的需要，对路线图进行动态修正。

二是从我军实际出发，确立“总体把握、由上至下、融入全局”的发展模式。首先，从无人化智能化发展趋势中把握自主无人系统发展的目标定位；其次，从联合全域作战能力要求中整体谋划自主无人系统的结构规模；再次，从我军发展战略全局中系统规划自主无人系统的发展途径。

三是坚持走科技自主自立道路，发挥军民融合优势，加速推进人工智能技术体系建设。在基础层，重点突破芯片技术；在基础层，聚焦算法、自然语言处理、机器学习等技术发展；在应用层，加快机器人技术和无人驾驶技术创新升级。其次，同步推进与人工智能紧密相关的生物学、心理学和语言学等学科的研究。

四是着眼军事斗争准备，制定“软硬兼备”的反制措施。如开发激光、电磁轨道炮等低射击成本武器对抗敌自主武器集群；争锋相对，研发比对手更加经济有效的自主无人系统；通过电子战手段，破坏敌自主无人系统间的通信网络，使其陷入混乱；通过虚假数据实施欺骗，使敌自主无人系统做出错误决策，甚至采取网络攻击或篡改算法程序控制敌自主无人系统。