美无人机协同作战如何提升实战效能？

美国无人机协同作战研究报告

摘要

无人机协同作战，通常被称为“蜂群”（Swarm）或“忠诚僚机”（Loyal Wingman）作战，是美国维持其军事技术优势、应对未来高强度冲突的核心研究方向，它旨在通过将大量低成本、智能化的无人机与有人平台或自主系统协同，构建一个高度网络化、去中心化、弹性且高效的作战体系，从而改变传统的战争形态，本报告将深入剖析美国在该领域的研究现状、技术支柱、发展路径及未来挑战。

核心概念与战略意义

1 定义与内涵 无人机协同作战并非简单地将多架无人机编队飞行，而是指一个由“有人/无人协同”（Manned-Un Teaming, MUM-T）和“无人-无人协同”（Unmanned-Unmanned Teaming, UUT-T）构成的复杂系统,其核心特征包括：

• 去中心化: 单个无人机（节点）具有一定的自主决策能力，即使与指挥链路中断，也能根据预设规则和局部信息执行任务，整个系统不依赖于单一“指挥官”。
• 网络化: 各节点通过高速、安全的战术数据链（如Link 16, MADL）实时共享信息（位置、状态、目标、威胁），形成“战场态势图”。
• 涌现性: 群体行为并非个体行为的简单叠加，而是通过个体间的简单交互（如跟随、避障、协同攻击）涌现出复杂的、难以预测的群体智能。
• 弹性: 系统对节点的损失具有极强的鲁棒性，部分无人机被摧毁后，剩余节点能自动重组队形、重新分配任务,继续执行作战使命。

2 战略意义

• 抵消强敌优势: 通过“数量优势”和“分布式杀伤”来对抗对手强大的防空系统、传感器和火力，蜂群战术能饱和式攻击,压垮敌方防御。
• 降低人员伤亡风险: 将高风险任务（如穿透防空区、对地攻击）交由无人机执行,有效保护飞行员生命安全。
• 提升作战效能与成本效益: 用大量廉价的无人机消耗昂贵的敌方防空导弹，或执行侦察、电子战等任务，实现“以小博大”,效费比极高。
• 扩展有人平台能力: “忠诚僚机”概念下，无人机作为有人战机的“延伸手臂”，可以提前进入危险区域执行侦察、诱饵或攻击任务,为有人战机铺平道路。

关键使能技术

无人机协同作战的实现依赖于一系列颠覆性技术的融合。

1 人工智能与机器学习 这是协同作战的“大脑”。

• 自主决策与路径规划: 使无人机能够自主规划最优航线、规避威胁、协同攻击,减少对人工遥控的依赖。
• 群体智能算法: 模仿自然界（如鸟群、蜂群）的集群行为，实现自组织、自同步的编队控制，常用算法包括强化学习、遗传算法、粒子群优化等。
• 目标识别与分配: 利用深度学习算法，无人机自主识别、分类目标,并根据威胁等级和自身状态进行任务分配。

2 先进通信与组网技术 这是协同作战的“神经网络”。

• 高速、抗干扰数据链: 如低可探测性数据链，确保在强电磁干扰环境下,各节点间仍能可靠通信。
• 自组织网络: 网络能够动态重构，当某个节点失效或移动时，其他节点能自动建立新的通信链路,保证信息流通。
• 边缘计算: 将部分数据处理和决策任务下放到无人机本地，减少数据传输延迟,提高响应速度。

3 先进传感器与感知技术 这是协同作战的“感官”。

• 协同感知: 多架无人机通过数据融合，共享各自雷达、光电、电子侦察等传感器的信息，形成比任何单一平台都更广阔、更精确的战场感知能力。
• 低成本传感器: 大量使用低成本、小型化的传感器（如商用级摄像头、微型雷达），以降低整体成本,实现大规模部署。

4 微型化与低成本化 这是协同作战得以大规模部署的基础。

• 3D打印等技术: 大幅降低无人机机身和零部件的制造成本。
• 模块化设计: 采用通用化、模块化的设计，便于快速生产、维护和功能升级。
• 商用现货: 积极采用成熟的商业技术（如芯片、电池、航电）,加速技术迭代并降低成本。

主要研究项目与典型平台

美国国防部高级研究计划局、各军种及工业界都在大力推进相关项目。

1 DARPA的核心项目 DARPA是协同作战概念的“孵化器”和“推动者”。

• “小精灵”（Gremlins）项目: 旨在研发可由大型运输机（如C-130）在空中回收和发射的无人机群，这些无人机执行完侦察或电子战任务后，由运输机“捕获”并带回基地，实现重复使用,极大降低成本。
• “进攻性蜂群使能战术”（OFFSET）项目: 专注于城市环境下的蜂群战术，通过举办“蜂群冲刺”（Swarm Sprint）活动，邀请学术界和工业界开发蜂群自主行为的算法和应用,探索蜂群在城市巷战中的无限可能。
• “代码协同”（CODE）项目: 专注于软件层面，旨在开发一套开放的、可扩展的自主控制系统，让不同厂商、不同类型的无人机都能在同一套软件框架下协同工作。

2 美国空军的研究

• “天空博格人”（Skyborg）项目: 空军的“忠诚僚机”核心项目，目标是开发一款自主核心系统，能搭载在不同类型的无人机上，使其成为有人战机的“忠诚僚机”，执行伴随、护航、攻击等任务，已成功与F-16、F-35等战机进行多次有人/无人协同飞行测试。
• “下一代空中主宰”（NGAD）项目: 第六代战斗机的设计理念之一就是作为空中指挥节点，指挥和控制一个由“忠诚僚机”组成的无人机群。

3 美国海军的研究

• “低成本无人机蜂群技术”（LOCUST）项目: 研究从陆地发射管或军舰上快速发射大量小型无人机,执行饱和攻击或电子压制任务。
• “无人机航空监视与打击”（UAS Launch and Recovery）项目: 致力于开发无人机从军舰上弹射起飞和拦阻回收的技术,为海上蜂群作战铺平道路。

4 典型平台

• XQ-58A “瓦尔基里” (Valkyrie): 为“天空博格人”项目量身打造的“忠诚僚机”验证机，具有高速、长航时、隐身（部分）和低成本的特点。
• “空中出租车”（Air Taxi）原型机: 如“蜂鸟”（Hummingbird）等，是微型、低成本无人机的典型代表,可用于城市蜂群作战。
• “幽灵蝙蝠”（Ghost Bat）: 由波音和澳大利亚合作开发的忠诚僚机原型机，体型更大,具备更强的载荷和航程。

主要应用场景

• 穿透防空区: 大量小型无人机在前方吸引和消耗敌方防空火力,为后续有人攻击机或大型无人机打开通道。
• 饱和攻击: 对敌方高价值目标（如航母、指挥中心）同时发起多方向、多波次的攻击,使其防御系统饱和。
• 情报、监视与侦察: 分布式无人机群可对广阔区域进行持续、多角度的侦察,通过数据融合提供高精度的战场态势图。
• 电子战: 无人机群可携带电子干扰载荷，对敌方雷达、通信系统进行协同干扰，形成“电磁迷雾”。
• 压制敌方防空: 无人机可携带反辐射导弹，协同攻击敌方雷达站,为后续部队扫清障碍。
• 城市作战: 在复杂的城市环境中，无人机群可协同进行楼内侦察、标记目标、引导火力,减少地面部队伤亡。

面临的挑战与未来趋势

1 主要挑战

• 技术挑战:
  • 自主性与可靠性: 如何确保AI在瞬息万变的真实战场中做出正确、可靠的决策，避免“意外”事件。
  • 网络安全: 如何防止敌方黑客入侵、接管或欺骗整个无人机群,这是系统最脆弱的环节。
  • 人机交互: 如何设计直观、高效的指挥控制界面,让单个操作员能高效地管理一个庞大的无人机群。
  • 电磁频谱拥挤: 在日益拥挤的电磁环境中,如何保证通信的畅通和安全。
• 作战与伦理挑战:
  • 指挥控制权: 在高度自主的系统中，最终的开火决策权应归属谁？是操作员、算法还是AI？
  • 法律与伦理: 自主武器系统引发了关于战争伦理和国际人道法的广泛讨论。
  • 成本与复杂性: 虽然单架无人机成本低，但整个指挥、控制、通信、计算、情报、监视和侦察（C4ISR）系统的研发和部署成本依然高昂。

2 未来趋势

• 从“蜂群”到“智能体群”（Swarm to Agents）: 未来的协同作战单元将不仅仅是物理上的无人机，而是包含软件、数据、传感器在内的“智能体”，可以跨域（陆、海、空、天、网电）协同。
• AI驱动的“自主学习”与“进化”: 无人机群将能通过机器学习，从每一次任务中吸取教训，不断优化战术和协同策略，实现“越战越勇”。
• 与“联合全域指挥与控制”（JADC2）深度融合: 无人机协同作战将成为JADC2体系中的关键“杀伤”和“感知”节点，实现跨军种、跨域的无缝协同。
• 混合编队与有人/无人深度协同: 未来的空战将是有人高级别指挥官与大量无人“僚机”的混合编队,人与机将形成一种共生关系。

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