從“復制者”無人機計劃看美國對無人機系統的整合思想
2024/01/16
前 言
2023年8月,美國國防部宣布打算在后續兩年內通過一項名為“復制者”(Replicator)的計劃部署數千個可消耗的無人機系統。該計劃旨在快速促進小型無人機的生產和部署,使美國能夠“利用小型、智能、廉價和大量的平臺”來對抗潛在的競爭對手。該計劃的核心并不是研發而是整合——美國亟需將無人機系統整合進部隊內,而不是繼續將其僅作為監視系統或載人平臺的延伸。
一、“復制者”追求適應性
“復制者”計劃首先依賴的是美國幾十年來研發的無人系統,故其也延續了美國無人系統的特點:能夠承擔任務風險、獨有的性能特點(尺寸、外觀、耐久性、速度)、(相對而言的)降低成本。例如現在研發的美國空軍自主協作平臺(ACP)、美國陸軍空射效應 (ALE)、美國海軍大型無人水面艇(LUSV)都在利用這些特點來擴大其載人艦艇、飛機、火炮的覆蓋范圍和持久性。在美軍占主導地位并試圖最大限度地提高效率時,這種有人無人協同(MUM-T)是合理的。
美國無人機系統(或其他無人平臺)特點
美空軍研究實驗室(AFRL)對于自主協作平臺(ACP)生態系統的描述,此類無人平臺可在沒有操作員連續控制的情況下,完成一系列任務指令(AFRL指出,圖中各機型圖片僅供說明使用,并非美空軍計劃采購的平臺或系統)。自主協作平臺系統族包含合作式戰斗機(CCA,主要遂行制空作戰、空中防御、戰術防空壓制任務)、合作式偵察機(CRA,主要承擔傳感器組網、持久情監偵、先進作戰管理系統任務)、合作式攻擊機(CSA,主要遂行遠距穿透打擊、制網絡和電磁頻譜戰、空中攔截作戰任務)、合作式支援飛機(CMA,主要遂行空中加油、人員/貨物運輸等后勤補給任務)、合作式訓練飛機(CTA,主要用于學員培訓、威脅模擬和作戰試驗等)
美國陸軍空射效應 (ALE)作戰效果
美國海軍大型無人水面艇(LUSV)概念圖
美國想要在未來的較量中取得優勢,需要降低系統的可預測性,提高適應性。正如美國國防部副部長凱瑟琳·希克斯指出的,將作戰創新放在首位,并從兵力部署和相關的指揮、控制和通信(C3)能力中尋求優勢。而在“復制者”公告中還提及了俄烏沖突的例子——海上和空中的無人系統為烏克蘭軍隊提供了攻擊和火力協同模式,而俄羅斯沒能預測或應對這些模式。
美軍已經在尋求適應性更強的作戰方法,這些方法都可以用于“復制者”計劃。例如美國的聯合作戰概念(JWC)、分布式海上作戰(DMO)概念和聯合全域指揮與控制(JADC2)計劃都在依靠分布式、可重構、可遠程操控的力量削弱對手的感知能力,提高美軍殺傷力和應變能力。
有限的國防預算使得美國無法通過簡單的方法擴充現有的裝備、部隊來提高分布式與可重構能力。為了克服這一障礙,美國擴大了無人系統的比例,同時進行了人工智能方面的投資以提高其與載人裝備的整合能力。未來無人系統不再是載人系統的延伸,而是作為獨立部隊或是體系中的獨立元素發揮作用。
“復制者”在體系中的價值(實現規模化、提供更多選擇、實現適應性/彈性)
二、“復制者”自主性有限
無人平臺能實現的自主性能其實是有限的,如下圖,現有的無人平臺技術無法實現復雜性與耐久性的共存,而能實現的系統其研發工作也需要數年才能完成。
平臺復雜程度和耐久性的關系
按照美國國會在2023財年撥款中的指示,修訂其對無人系統的要求,使其能夠在當今技術條件下實現,這將有助于美國加快無人機體系的布置并加快實戰化進程。如美國空軍通過使用ACP進行電子戰(EW)任務而非高難度打擊任務來降低ACP所需的復雜程度。反之,美國海軍通過減少LUSV的自主運行時間使其成為導彈發射裝置。
所以,美國“復制者”計劃中的無人機是符合現有技術的,并非無限“自主”。
三、“復制者”專注于現有系統集成
正如希克斯指出的,“復制者”計劃不應該按照國防部的需求流程來開發新的裝備以滿足未來的需求,而是應該將重點放在作戰指揮官的作戰問題上。
有美智庫建議“復制者”計劃應該評估現有的系統如何解決這些作戰問題,然后再將體系解決方案制成原型。
通過將現有載人裝備與無人裝備組合成體系以滿足作戰需求與美國目前部署新裝備的方法相反。目前美國通常采用自上而下的流程,根據預測的未來作戰環境以及對美國和潛在對手裝備性能的預測分析來確定研發需求。
因此,有智庫建議美國應將發展重點從長期研發高端的單個系統轉移向已有系統的整合上,自下而上的利用目前已有的技術。
四、“復制者”整合流程
下圖總結了“復制者”整合過程中所需的功能,也就是整合流程。
“復制者”整合流程
流程(功能)1:由美國印太司令部(INDOPACOM)等指揮官確定“復制者”要解決的關鍵業務問題。
流程2:評估并選定體系。
流程3:確定優先次序和資源配置。
流程4:原型設計和實驗。
流程5:集成。
流程6:實施。
盡管上圖中流程(功能)1到6是串聯的邏輯排序,但它們實際上可能是并行和交互進行的。
五、小結
美國的“復制者”計劃為我們帶來了一些關于新型無人機系統整合的思考和啟示,比如考慮系統的適應性、認識到系統的自主性有限,以及選擇采用自上而下的發展道路還是自下而上的發展道路等方面。
參考文獻
[1] “Can It Work? Outside Perspectives on DoD's Replicator Program.
[2] Podcast: Explaining ‘Replicator’—A Plan For Thousands Of Drones.
[3] Replicator drone program needs no new money, Hicks says.