“灰山鶉”無人機蜂群
羅珀在2018年2月進入空軍之前,曾在國防部戰(zhàn)略能力辦公室任職6年并推動了“灰山鶉”項目的發(fā)展。“灰山鶉”是一種可消耗的微型無人機,可從各種軍用飛機上發(fā)射,并在更大、更昂貴的遠程遙控飛機(注:如MQ-9等高端無人機)或有人駕駛飛機之前飛行,執(zhí)行情報監(jiān)視偵察任務。2016年,戰(zhàn)略能力辦公室與美國海軍航空系統(tǒng)司令部合作,測試了這種先進的無人機蜂群:3架F/A-18在加州中國湖海軍航空武器站空射了100多架微型無人機。
羅珀認為:“考慮到戰(zhàn)爭的復雜性,‘灰山鶉’蜂群無人機在協(xié)同時沒有預編程,而是通過分布式大腦的決策形成了有機的整體,并能像自然界中的蜂群那樣適應彼此。由于每架‘灰山鶉’都能與其他‘灰山鶉’通信和合作,所以蜂群中沒有領(lǐng)導者,單架無人機可以自然地進入或離開編隊。”
無人機蜂群發(fā)展困境
但是,羅珀曾在今年2月表示,目前甚至很難找到進行無人機蜂群試驗的靶場。他認為國防部在發(fā)展這種技術(shù)時必須調(diào)整思路。但他補充說,在無人機蜂群進入型號研制之前,確實需要回答一些問題:“如何證明它的能力?如何測試和評估?誰將裝備它?它是武器系統(tǒng)嗎?平臺是否擁有自主集群和協(xié)同能力,還是各種平臺都有自主集群和協(xié)同的程序?
空軍負責試驗與評價、作戰(zhàn)試驗和適航的專家必須創(chuàng)造性地找出答案。國防高級研究計劃局(DARPA)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)辦公室“小精靈”項目經(jīng)理斯科特·韋爾茨巴諾夫斯基(Scott Wierzbanowski)表示,研究人員目前仍在思考無人機蜂群如何作戰(zhàn),如何加入人工智能算法和自主能力。但是他同時認為,無人機蜂群從根本上講仍是有效的作戰(zhàn)裝備。
DARPA“小精靈”和CODE無人機蜂群項目
無人機蜂群在戰(zhàn)爭的各個領(lǐng)域都有應用。高端作戰(zhàn)方面,在反介入/區(qū)域拒止(A2/AD)環(huán)境中,實力匹敵的對手會部署多套綜合防空系統(tǒng),使得空域進入變得極其困難。這種情況下,大量小型、價格低廉的無人機可飽和敵雷達系統(tǒng),降低有人機和昂貴無人機的風險。
韋爾茨巴諾夫斯基表示,低成本無人機可以分享傳感器數(shù)據(jù)并一起作戰(zhàn),如果被擊落的話,損失一架無人機在成本上也是可以接受的。“我們真的相信這種威脅環(huán)境是十分危險的,但是我們必須盡可能地接近敵人,以確定威脅到底是什么”。現(xiàn)在,考慮在寬松作戰(zhàn)環(huán)境下進行的一次秘密行動,C-130從空中發(fā)射2到4架小型無人機,部署傳感器或拓寬C-130等飛機執(zhí)行任務的路徑。
在這種作戰(zhàn)場景中,韋爾茨巴諾夫斯基說:“他們不需要‘死神’‘全球鷹’或戰(zhàn)斗機壓制敵防空。實際上,他們可以自己解決問題,而且方式可能更加簡單,這也和作戰(zhàn)中隊的目標相一致??梢詰獙Σ煌瑥碗s度的作戰(zhàn)場景是無人機蜂群擁有的關(guān)鍵優(yōu)勢之一,而傳統(tǒng)作戰(zhàn)裝備很難提供這種能力。”
去年4月,DARPA授予Dynetis公司一份為期21個月價值3860萬美元的“小精靈”項目第三階段合同。該項目聚焦于發(fā)展可支持這種分解式作戰(zhàn)行動的無人機蜂群技術(shù)。具體來說,“小精靈”項目的目的是證明多架無人機可以從一架遠離敵防區(qū)的C-130上安全發(fā)射和回收。“小精靈”無人機長4.267米,加滿油重725.75千克。這比羅珀的“灰山鶉”無人機要大很多,韋爾茨巴諾夫斯基表示“小精靈”無人機的尺寸和巡航導彈差不多。
在“小精靈”無人機蜂群完成預設的作戰(zhàn)任務后,C-130將使用類似于空中加油對接裝置的“水平對接站”在空中回收無人機。Dynetics公司首席工程師、“小精靈”項目副經(jīng)理蒂姆·基特(Tim Keeter)表示,與回收籃不同,對接裝置可以通過機械機構(gòu)牢固地鎖定“小精靈”無人機。
在第三階段,DARPA計劃于2020年1月進行第一次大規(guī)模的演示驗證:在30分鐘內(nèi)回收4架“小精靈”無人機。未來,一架C-130根據(jù)作戰(zhàn)需求最多可以回收16架無人機。另外,“小精靈”無人機也可從F-16戰(zhàn)斗機、B-52轟炸機和其他飛機上發(fā)射,而且還不需要對載機進行大規(guī)模改裝。這可能會顯著提升無人機蜂群的規(guī)模。
今年2月初,Dynetics公司團隊在中國湖開展了“水平對接站”的飛行試驗,試驗中并沒有使用實際的“小精靈”無人機。在4月初,公司計劃在有人駕駛的利爾噴氣飛機上試驗“小精靈”無人機的航電系統(tǒng)??咸乇硎荆?ldquo;航電系統(tǒng)是無人機的大腦,在試驗過程中如果出現(xiàn)任何問題,飛行員可以接管飛機的控制權(quán)。”今年夏天,“小精靈”無人機將開展第一次飛行試驗,以便在與有人機進行協(xié)同試驗之前證明自身能力。不像羅珀的“灰山鶉”,“小精靈”無人機至少目前沒有使用人工智能或者自主行為系統(tǒng)。
然而,韋爾茨巴諾夫斯基在DARPA負責的另一個項目,即“拒止環(huán)境協(xié)同作戰(zhàn)”(CODE)項目正在研發(fā)無人機蜂群的自主技術(shù)。他說:“自主對無人機蜂群協(xié)同作戰(zhàn)十分重要,因為在這種情況下,作戰(zhàn)人員將更多地處于戰(zhàn)略或監(jiān)管層面。作戰(zhàn)人員將提供指揮官的想法,而蜂群系統(tǒng)能夠基于該想法制定行動方案。”
去年年底,DARPA在亞利桑那州尤馬試驗場測試了CODE無人機在反介入/區(qū)域拒止環(huán)境中適應和響應未知威脅的能力。無人機最初可以和任務指揮官交互,但是在通信降級或失去時,無人機蜂群證明了在沒有作戰(zhàn)人員控制下仍然可以完成任務。
韋爾茨巴諾夫斯基表示:“試驗中的蜂群行為是自主編隊的基石,編隊可以協(xié)同并適應任務需求和不斷變化的環(huán)境。”
在今年4月之前,DARPA將繼續(xù)領(lǐng)導CODE項目,之后其將轉(zhuǎn)化到海軍航空系統(tǒng)司令部。然而,韋爾茨巴諾夫斯基表示,他真心希望把“小精靈”和CODE項目放在一起。“雖然這兩個項目是分別設計的,但是如果把它們相結(jié)合并進行演示驗證將是很有價值的,可以看看無人機蜂群真正可以執(zhí)行什么任務。”
韋爾茨巴諾夫斯基目前每周都與國防部相關(guān)機構(gòu)對話,一些人對項目表示出了興趣,但是興趣尚未變?yōu)橥顿Y。
人道主義援助
無人機蜂群也可以用于人道主義援助,例如災難救援。美國空軍研究實驗室(AFRL)正在和懷特兄弟研究所以及代頓大學研究所聯(lián)合開展“蜂群和搜索AI挑戰(zhàn)”項目。該項目將與英國的一個類似的競賽項目同時進行。
去年4月,英國國防科學和技術(shù)實驗室的代表到懷特兄弟實驗室訪問時提出了上述想法。當時野火正在加州肆虐,而另一場野火也為英國造成了嚴重損失。為了進行人道主義挑戰(zhàn)賽,兩個實驗室接觸了非傳統(tǒng)的小型企業(yè)和大學。希區(qū)柯克表示:“因為他們并不想?yún)⑴c軍事任務。”
挑戰(zhàn)賽要求參賽人員研究在繪制火場地圖時如何規(guī)劃和控制小型無人機蜂群。研究團隊必須使用基于AFRL平臺的無人機設計和傳感器工具以及人工智能技術(shù),并提出完成任務的最有效方式。AFRL小型企業(yè)高級技術(shù)顧問米克·希區(qū)柯克(Mick Hitchcock)表示,英國林業(yè)局將為所有團隊發(fā)布問題描述的視頻。“挑戰(zhàn)雖然聚焦人道主義救援,但是事實上與空軍感興趣的點也十分契合”。
挑戰(zhàn)賽的第一個任務場景讓團隊熟悉了軟件。之后的場景隨著挑戰(zhàn)的進行而不斷增加難度,并在3月29-31的“最終決戰(zhàn)”活動中達到了高潮。
人工智能組件
羅珀承認,美國空軍需要更多的人工智能,同時讓跨系統(tǒng)的軟件和聯(lián)網(wǎng)技術(shù)適應傳統(tǒng)的采辦規(guī)則也是一項挑戰(zhàn)。他表示,目前為止維護任務已被證明是人工智能工作的“沃土”,但在能夠影響任務和生命系統(tǒng)中,人工智能的使用風險越來越高。
不過,研究人員正在取得進展。韋爾茨巴諾夫斯基說:“這已經(jīng)不是10到15年后的事情了。這是一項可以在未來一兩年內(nèi)實施的計劃,并與我們現(xiàn)有的武器系統(tǒng)或其改型一起使用。”