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设备与工具20世纪80年代，美军在冷战末期成功实施了著名的第二次“抵消战略”，围绕传感器、网络和精确制导武器打造的信息化部队遏制了苏联机械化钢铁洪流，并在之后的海湾战争中表现出了令人震惊的作战能力，实现了以装备的性能优势战胜数量优势。但是，目前美军的高性能空中作战装备已经接近发展极限，技术过于复杂、研制周期太长、成本居高不下等问题导致服役数量严重降低，例如美国空军仅采购了187架F-22第4代隐身战斗机。而与此同时，其他军事大国的空中力量也逐渐进入了信息化时代，使美军失去了信息化独享特权。这让美军在海外局部战场，以数量较少的高端信息化空中装备较难在对手大量相对低端的信息化装备面前取得压倒性优势。例如，美国著名智库兰德公司在2008年开展了一项研究，预测未来美国和中国在台海地区发生空战的结果。研究认为，即使部署在关岛的所有F-22都能参战，受航程和滞空能力的限制，也只能有6架F-22持续参与台海地区作战。相反，中国能参战的2、3代战机可以达到72架。最终，占据战机和导弹数量优势的中国会赢得战争。因此，在当前军事信息化普及时期，美军急需通过大幅扩充装备数量，对中、俄等大国继续保持空中作战优势。而这最终使无人机蜂群成为重要发展方向。
《2016-2036年小型无人机系统飞行规划》无人机蜂群低对抗环境作战想定
无人机蜂群概念及作战优势
无人机蜂群由若干配备多种任务载荷的低成本小型无人机组成，它们参照蜜蜂等昆虫的集体行动模式，在人类指挥或监管下共同完成特定作战任务。虽然被冠以“蜂群”，但无人机蜂群并非完全模仿真实的蜜蜂群设计。实际上其与无人机个体的数量、尺寸、类型和飞行间距无关，只要是一组参照自然界生物集体行动模式遂行作战的无人机便可称为“蜂群”。
相比F-22等多功能高端战机，无人机蜂群最大的特点是个体的分散。这既有好处，同时也带来了不少挑战。好处是：作战时无人机蜂群可进行专业化分工，由于每架无人机的功能相对单一，可大幅降低研发和采购成本；无人机蜂群可增加战场传感器和攻击武器数量，使美军在局部战场拥有了空中装备数量优势；由于每架无人机的功能不尽相同，因此无人机蜂群可以执行多种任务；大量无人机可瘫痪敌人防空雷达，增加敌人确定目标难度；可消耗敌人有限数量的高成本防空弹药，即便损失部分无人机，无人机蜂群作为整体仍可共同完成任务。挑战主要来自技术方面：无人机蜂群对协同和自主的要求更高，而且需要建立管理大规模蜂群的全新指挥控制模式，因此需要攻克协同作战算法、集群个体间通信、远程指挥控制、空中发射/回收、降低成本、可损耗机体设计、小型高性能推进系统等关键技术。
103架“灰山鹑”编队飞行
美军无人机蜂群发展历程和态势
美军于20世纪90年代末率先提出无人机蜂群作战概念，并开展了一系列概念完善和技术积累工作。近几年，在感知、数字化、组网和先进人工智能等技术支持下，无人机蜂群进入了发展快车道。
美空军在2015年9月发布的《空军未来作战概念》顶层战略文件中，提出了无人机蜂群配合高超音速空地导弹作战的想定：2035年，美军企图利用高超音速导弹攻击敌高能激光防御系统，并首先由4架运输机投放200架高亚音速小型无人机蜂群，抵近实施侦察和干扰。由于探测和火力通道被无人机蜂群饱和，敌激光防御系统未能及时发现高超音速空地导弹，使其很容易被摧毁。
另外，美空军还在2016年5月发布了首份专门针对小型无人机系统的《2016-2036年小型无人机系统飞行规划》，也提出了无人机蜂群的作战概念：在低对抗环境下，无人机蜂群由C-130运输机投送，除执行情报侦察、监视任务外，还能配合中空长航时无人机实施动能打击和为AC-130空中炮艇提供目标指示；而在强对抗环境中，无人机蜂群将由B-2隐身轰炸机投送，而且还新增加了对空/对地电子攻击、压制/摧毁敌防空火力等功能。
美军无人机蜂群研究项目
当前，除了编制战略发展规划，美军各技术研发机构也启动了大量无人机蜂群项目。由于机构定位不同，各项目的愿景也有所区别。例如战略能力办公室（SCO）聚焦近期应用，发展由战斗机空射的可执行低空态势感知和干扰任务的微型无人机蜂群；海军研究办公室（ONR）发展可在舰船或滩涂发射的小型无人机蜂群，以设施侦察监视或对陆、对海攻击；而国防高级研究计划局（DARPA）发展可在强对抗环境中使用的高性能无人机蜂群，并定位其为战场最前线与高端有人/无人平台配合执行任务的主战装备。
SCO在2014年启动了“无人机蜂群”项目，并选择了麻省理工学院发展的全复合材料、锂电池推进的“灰山鹑”一次性微型无人机。“灰山鹑”长约16.5厘米、翼展30厘米、投放重量约0.3千克、续航时间大于20分钟、飞行速度75～110千米/时。自2014年9月首次配装F-16战斗机试投以来，“灰山鹑”共进行了500多次飞行试验。2017年1月9日，美国防部披露了“无人机蜂群”项目最新一次试验情况：3架海军F/A-18F战斗机投放了103架“灰山鹑”，创下军用无人机蜂群最大规模飞行纪录。试验中，“灰山鹑”蜂群未预先编写飞行程序，而是在地面站指挥下自主实现协同，展现了集体决策、自修正和自适应编队飞行能力。试验的成功表明，美军的空射无人机蜂群正朝实战化方向稳步迈进，或许不久便会列装。
ONR于2015年公布了“低成本无人机蜂群”（LOCUST）项目，发展在特定区域一起执行掩护、巡逻和攻击地面目标任务的无人机蜂群，并选择使用雷神公司的“郊狼”小型无人机进行试验。“郊狼”无人机长91厘米、翼展1.47米、重量5.9千克、最大飞行高度6096米、飞行速度110千米/时、续航时间1.5小时、可携带约0.9千克的载荷、配装电动推进系统，每架约1.5万美元。2016年5月，LOCUST项目在陆上完成30秒内发射30架“郊狼”小型无人机的试验，验证了无人机蜂群的编队飞行、队形变换、协同机动能力。“郊狼”无人机蜂群在迅速发射之后，可使用低功率无线电网络建立彼此之间的通信关系，共享位置信息和其它信息。而且所有无人机将形成“母子”关系，其中1架起领导作用，其余无人机则为下属。飞行时，地面操作员不必对每架无人机进行单独控制，仅需对蜂群进行整体控制。接下来，LOCUST项目计划在墨西哥湾开展舰基的无人机蜂群发射和飞行试验。
目前，DARPA正着眼于对抗环境中的无人机蜂群运用，通过“小精灵”“拒止环境协同作战”“体系集成技术和试验”“分布式作战管理”和“进攻性蜂群使能战术”等项目分别攻克无人机蜂群各关键技术。
LOCUST项目试验
2015年DARPA推出“小精灵”项目，研究小型无人机蜂群的空中发射/回收和高速数字式飞行控制等关键技术。“小精灵”无人机的最优性能目标为：作战半径926千米，作战半径处可巡逻3小时，设计载重54.5千克，最大速度不小于马赫数0.8，最大发射高度超过12192米，载荷所需功率1200瓦，设计寿命为使用20次，出厂单价（不包括载荷）低于70万美元。另外“小精灵”作战系统的最优性能目标为：大型平台能发射超过20架无人机，30分钟以内回收8架或更多无人机，成功回收率大于95%，回收后再次发射的时间不超过24小时。2016年3月，DARPA向Dynetics公司、通用原子公司、Kratos公司和洛克希德·马丁公司授予总共价值1610万美元的第一阶段合同。同年9月，通用原子公司在美国空军协会年度会议上，展示了其“小精灵”全尺寸无人机方案。2017年3月，DARPA表示项目第一阶段工作已顺利完成，并选择Dynetics公司和通用原子公司进入第二阶段。DARPA“小精灵”项目经理Scott Wierzbanowski表示：“第一阶段研究了无人机空中发射和回收系统的可行性，而在第二阶段，项目将进一步完善两个公司的设计概念，为极大拓展美军无人机蜂群的作战范围、灵活性和经济可承受性而努力。”根据当前安排，“小精灵”项目的第二阶段将持续一年，会完成全尺寸技术验证系统的初步设计，为单个系统部件开展风险降低试验。DARPA计划在2018年初选择一家承包商进入项目第三阶段，研制出一套全尺寸技术验证系统，并在2019年开展“小精灵”蜂群的空中发射和回收飞行试验。
“拒止环境中的协同作战”项目通过发展先进算法和软件，探索分布式作战无人机的自主和协同技术，使无人机群可在1名操作人员的管理下协作完成发现、跟踪、识别和攻击目标等任务。2016年6月，DARPA向洛马公司及雷神公司授予项目第二阶段系统集成合同，开展由1架或2架真实飞机和若干虚拟飞机组队的飞行试验。
通用原子公司“小精灵”无人机全尺寸模型
“体系集成技术试验”项目着重探索开放式体系架构技术，目标是以美军现有能力为基础，把单一装备的空战能力分布在大量可互操作的有人和无人平台上，实现各种先进机载系统和机载武器的即插即用，极大提升分布式作战的灵活性。2016年9月，DARPA向洛克希德·马丁公司授予3640万美元的第二阶段合同，继续发展体系架构，验证架构的作战效能和鲁棒性。
“分布式作战管理”项目通过发展先进算法和软件，提高任务自适应规划和态势感知等能力，帮助履行战场管理任务的飞行员进行快速且合理的决策，以在强对抗环境中更好地执行分布式空中作战等复杂军事任务。2016年5月，DARPA向洛克希德·马丁公司授予1620万美元的项目第二阶段合同，设计全功能决策辅助软件原型，帮助策划有人机和无人机参与的复杂空战。
2017年1月27日，DARPA发布“进攻性蜂群使能战术”项目招标书，研究新型蜂群战术、人-蜂群交互、软硬件集成等关键技术，目标是每3个月产生超过10种蜂群战术，评估新蜂群战术的时间小于15分钟，部署新蜂群战术的时间小于1分钟。项目最终将开展100架以上规模的无人蜂群作战试验，以提升美军地面部队的防御、火力、精确打击，以及情报监视侦察等能力。
结语
无人机蜂群作战与美军当前的作战样式大相径庭，如果美军未来实施这种作战模式，空中作战装备发展思路也必将随之产生改变。首先，美军未来大型多功能有人平台的装备数量有可能减少；其次，与低成本无人机、巡飞弹、导弹等相关的关键技术将得到重视，航空装备体系中将出现越来越多的低端平台；再次，高性能小型机载设备和武器技术有可能成为未来航空装备体系发展的重要抓手；最后，先进的自主协同算法和软件将为空中作战能力的提升做出重要贡献。总之，无人机蜂群将牵引未来空中作战装备呈现出机体廉价化、平台自主化、载荷小型化等特点，可能对未来航空装备体系的发展思路产生变革性影响。
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