蜂群+空中收放+自主,美军无人机三板斧

发布时间:2019-04-10 16:00

作者:zvikaa 来源:默虹美海军学习小站

    据美《空军杂志》报道:无人机蜂群技术可以在未来几年内进入战场,至少在有限的能力范围内,但是需要一些时间来结合高端战斗所需的人工智能和自主权。

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   美国空军负责采购,技术和后勤的助理部长威尔·罗珀说:“我喜欢蜂群技术,鉴于我的工作认识,我认为这就是未来战争的样子”。技术


蜂群技术


   在国防部战略能力办公室工作了近六年之后,Roper在2018年2月接管了空军的顶级技术工作——负责监督Perdix“灰山鹑”项目的开发以及其他新技术。 

  Perdix是一种可消耗的微型无人机,可以从各种军用飞机的尾部释放,然后在那些更大、更昂贵的无人机或有人驾驶飞机前面飞行,进行情报、监视和侦察任务。战略能力办公室与海军航空系统司令部合作,在2016年测试了先进的蜂群能力,从加利福尼亚州中国湖海军航空武器站的三架F / A-18超级大黄蜂上发射了100多架微型无人机。

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    “由于战斗的复杂性,Perdix不是预先编程的同步个体,它们是一个集体有机体,共享一个分布式大脑用于决策,并像自然中的群体一样相互适应,”Roper当时说道。“因为每个Perdix都与其他Perdix进行通信和协作,因此群体没有领导者,整个团队可以忍受个体无人机的加入或退出。”

    但罗珀在2月份对记者说,甚至找到一个合适的靶场也很困难,认为美国国防部必须调整其思路来应对这种技术。 

“我去找他们说:’我想从战斗机中发射出去100架微型无人机,’国防部那帮人说,’可以啊,不过请告知这100架无人机的每架机的飞行计划,’”罗珀说。“‘我也不知道啊!他们是自主飞行,协同决策的,每架飞机会做自己的事情,不过我可以画一个空域限制,并确保他们不会飞出那个空域。……国防部的管理人员必须从’我需要每架机的飞行计划’转变为’给我一个飞行空域和边界’”。然而目前看,还很难。

    但是,在无人机蜂群技术成熟前,还有很多问题需要回答:“你如何证明它?你如何测试并评估它?谁拥有它?这是武器系统吗?使用它的平台是否拥有自治权和集群协作?或者是否有一个集群和协作程序将自治权插入到各种平台中?

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      上图:消耗性微型无人机.Perdix微型无人机能够进行低空智能、监视、侦察和其他短期任务。它们可以是空中、海上或地面发射的,可以以小型和大型群体模式执行任务。 资料来源:战略能力办公室,Perdix情况说明书

      对于上述问题,美国空军测试和评估与作战测试专家必须创造性地给出确定答案。 

    国防高级研究计划局战术技术办公室的项目经理Scott Wierzbanowski表示,研究人员仍在研究无人机群体如何运作以及如何结合人工智能算法和协作自治。但他也表示,从基本意义上说,“无人机蜂群”仍然可以成为今天战士的很有价值的武器。

小精灵

    无人机蜂群在整个战场环境中内都有应用。在大国高端对抗中,考虑一种反介入/区域拒绝(A2 / AD)环境,其中对等对手部署了多个集成防空系统,使得普通飞机很难穿透空域。成群的小型廉价无人机可以使威胁饱和,从而降低有人驾驶和更昂贵的无人机的风险。

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    Wierzbanowski说,低成本的无人机将共享传感器数据并一起工作,即使如果它们被击落也没关系,一来失去个体不影响整体,二来失去无人机的成本也是可以接受的。 

    “我们确实认为其中一些威胁区域将非常危险,而且我们知道我们需要足够接近才能在这些区域内做某些事情。” 

现在,第一步考虑的是在低威胁的环境中进行秘密行动,如在C-130“大力神”飞机后面可以发射一小群2-4只无人驾驶飞机,部署传感器,扩大C-130或其他飞机的路径,掩护C-130或者执行其使命。 

   在那种情况下,“他们不需要更昂贵的MQ-9“收割者”无人机,或者QR-4C“全球鹰”,或者战斗机来提供对敌人防空的压制,”Wierzbanowski说。“这样我们的大型飞机就可以“自力更生”,完全靠自己的资源来做一些更简单快捷的任务。这种可扩展性也是关键优势之一,传统武器就很难做到。”

  去年4月,国防部高技术项目局DARPA授予Dynetics公司一份为期21个月,价值3860万美元的合同,为其“小精灵”Gremlins项目的第三阶段研发提供资金。在Wierzbanowski的监督下,Gremlins专注于支持未来分解业务所需的技术。具体来说,Gremlins开始证明多架飞行器可以安全地从远离敌方防御系统的C-130飞机上发射和回收。

在Gremlins完成预编程任务后,C-130将使用类似于空中加油设备的水平扩展坞来收放无人机。Greylin项目的Dynetics总工程师和副项目经理Tim Keeter说,扩展坞机制不是一个篮子抓去,而是机械地锁定Gremlin无人机。

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Gremlins无人机本身长约14英尺,满油后重约1600磅。Wierzbanowski说,这比目前的巡航导弹大得多,比Perdix微型无人机也大得多。

   在第三阶段,DARPA希望Dynetics能展示在30分钟内回收四架Gremlins无人机,目前的计划安排是2020年1月。从长期来看,单个C-130可以携带多达16个这样的无人机,具体取决于任务要求。理论上讲,Gremlins无人机也可以从F-16、B-52和其他飞机上发射,而对飞机几乎没有任何改动。这个意义是很大的。

     2月初,该团队在中国湖进行了飞行试验。到4月初,Dynetics计划在专用测试飞机“利尔喷气”上测试Gremlin无人机的航电设备。

  “这就像把我们的无人机的大脑放在他们的测试飞机上,”Keeter说。“当它出现任何问题是,人们可以发现,和接管。”

       第一次Gremlins无人机飞行将在今年夏天开始,然后就是跟运载平台结合。 

       与Roper的Perdix“鹌鹑”不同,Gremlins“小精灵”不会包含人工智能或自主行为 - 至少现在还没有。 

    然而,Wierzbanowski监督DARPA的另一项计划。“高威胁环境中的协作行动”或“CODE”无人机计划着眼于“无人机组合作所需的自主权,其中有人操作者更多地处于战略层面或监督层面,”他说。“他只是提供了指挥官的意图,系统能够从指挥官的意图中找出系统能够做到的事情,然后自主完成。”

    去年年底,DARPA在亚利桑那州的尤马试验场测试了CODE无人机在A2 / AD环境中适应和应对意外威胁的能力。最初的飞行器能够与监督任务指挥官进行互动,但是当通信质量下降或被拒绝时,无人机证明他们也可以完成任务而无需人工干预。

    “所展示的行为是自治团队的基石,可以协作并适应任务要求和不断变化的环境,”Wierzbanowski在DARPA发布中表示。 

    DARPA将继续管理CODE无人机计划,直到今年春天,它将过渡到海军航空系统司令部。然而,Wierzbanowski说,如果他能做主,他会喜欢将Gremlins“小精灵”的空中收放能力和CODE无人机的自主决策放在一起,看看能做些什么。

    不过目前,三个项目还是在不同的项目组,各自研发。但最终整合到一起是可以预期的事情。

    Wierzbanowski说,他每周与国防部的利益相关者进行对话沟通进展。

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上图:在飞行中改变计划:DARPA的协同作战中高威胁环境(CODE)无人机计划将使多个无人机协同感知,适应和意想不到的威胁和新的目标作出反应。这些系统可以共享信息、计划和分配任务目标、制定协调的战术方案,并在高威胁环境中做出反应。资料来源:DARPA; 美国空军


    Roper承认空军“需要在人工智能方面做得更多”,以及通过匹配传统采购规则来开发跨越多个系统的软件和网络技术所带来的挑战。 

    Roper说,到目前为止,进展还是不错。 

    “这不再是未来10到15年的事情,”Wierzbanowski说。“这可以在未来一两年内实施,实际上可以用于我们现有的武器系统升级,或者是我们现有武器系统的衍生物。”