有人/无人协同空战变革之路

史蒂夫·特林布尔

随着美国空军作战概念的发展，无人机的作用愈发重要。“天空堡”项目有望将处于实验室研究和飞行演示阶段的自主无人机技术引入新的作战系统，将一些作战概念描绘的场景变为现实。在美国空军的支持下，“天空堡”项目正在加速发展，有人/无人协同空战将于2021年步入新阶段。

二十年来，美国空军一直依赖地面操控员直接操控大型无人机系统，地面操控员的职责是实时“驾驶”无人机，或当预定计划任务发生改变时，对其进行批准。随着自主控制技术的进步，美国空军正在探寻运用何种自主无人机，能顺利过渡到新的作战模式，即通过最终取得信任的机载软件算法，来感知战场态势并由无人机自主决定如何应对意外变化和威胁。

“天空堡”（Skyborg）项目将提供一种无人机，可以增强战斗机的任务执行能力，或承担对有人机来说过于危险的任务。空军条令指出，人类将始终负责关键决策，而“天空堡”无人机将为飞行员和决策者提供关键数据，以提高作战任务中的态势感知和生存能力。

“天空堡”项目概况

2020年7月23日，美国空军宣布，已与波音、通用原子航空系统、克拉托斯和洛克希德-马丁4家公司分别签订了一份不定期交付、不限量合同以支持“天空堡”项目，合同总金额高达4亿美元。这4家公司将组成一个供应商储备库，从2021年开始交付无人机，以执行各种飞行测试，进而为“天空堡”无人机项目选定一家供应商。

进入美国空军机库的下一代作战飞行器，预计将不是第六代有人驾驶战斗机，甚至也不是诺斯罗普-格鲁门B-21轰炸机，而是有望在2023财年交付的“天空堡”无人机系统的初始作战机型。“天空堡”系列无人机有望成为新兴“可消耗”战斗平台，让可重复使用的无人机和一次性巡航导弹之间的界限变得模糊。

图1 XQ-58A 制造商克拉托斯获得4份“天空堡”供应商合同中的1份。

开发与采购

美国空军计划以不同于其他无人机的方式管理“天空堡”无人机项目。随着无人机的进一步开发，“天空堡”将使美国空军的采购理念发生根本性变革，即由制造商和软件开发商合作组成生态系统，取代由单一主承包商定义供应链的传统方式。

尽管“天空堡”被称为一种可消耗无人机，但其更像是一种可重复使用的武器。推进系统包括一次性亚声速和超声速喷气发动机，额定寿命比完全可重复使用无人机或有人机的预期使用寿命短很多。军方会根据“天空堡”的设计规格来完成符合寿命的起飞和降落次数，之后将其从战力结构中淘汰，再以稳定的速率重新采购。

美国空军研究实验室(AFRL)的规划是，“天空堡”项目经过2-3年的试验阶段后，于2023年实现初始作战能力，后续作战型无人机的开发资金可以从下一代空中优势项目或一些独立项目中获得。“天空堡”的概念甚至可与美国空军“先进战斗管理系统”（ABMS）架构产生关联。例如，“可消耗一号”（AttritableONE）项目被定义为具有“多种可消耗能力”，是 “先进战斗管理系统”架构中约30条产品线之一。空军研究实验室在回答有关“天空堡”的竞标问题时透露，“天空堡”团队和“可消耗一号”的团队正在密切协作开展相关研究。

广泛机构公告(BAA)中指出，虽然“天空堡”项目中的无人机不被认为是一个消耗系统，但其磨损容限仍将高于有人驾驶飞机，“天空堡”将发展低成本和有吸引力的无人机设计和制造概念，目标单位飞行成本要比当前有人机低很多。相较目前战术飞机，真正实现低成本，真正相应降低采购、运营和维修成本。

自主控制系统开发

“天空堡”项目的核心仍然是自主控制系统的开发，将在军事航空领域尝试应用卷积神经网络算法。根据2020年5月莱多斯（Leidos）公司签订的一份独立合同，莱多斯作为“天空堡”的系统设计代理，负责整合行业和政府渠道开发的自主控制应用程序，研制核心自主任务系统，并集成到不同公司设计的多种低成本无人机，每套系统将被用于执行不同的单一任务或一组任务。据悉，空军在麻省理工学院设立的自主控制技术加速器组织是莱多斯整合的资源之一，该组织已完成为期一年的自主技术研究。

图2 “天空堡”是一种可消耗武器，这意味着其喷气发动机等关键组件的设计寿命很短。

图3 无人机可以作为有人机的机外武器库。

供应商必须提供高度灵活的设计，莱多斯公司将提供自主任务系统，该任务系统将承担无人机操控员、飞控计算机和任务系统操作员的工作角色。但空军研究实验室强调，“天空堡”核心自主控制系统的尺寸、重量、功率和冷却系统相关细节尚未最终确定，大部分系统将基于软件并集成到无人机多种传感器，预计莱多斯公司将与合同参与方开展广泛合作。

未来空中优势需求

美国空军下一代空中优势（NGAD）项目设想了未来空战的新模式，包括由有人机和无人机组成的系统簇。根据任务的不同，系统中的无人机可以作为有人机的机外监视与瞄准系统，或作为巡飞弹与巡航导弹一起投入作战，美国空军假定无人机的作战具有高损耗率，并正在设法尽量降低无人机的成本。负责美国空军战斗机和先进飞机项目的执行官戴尔·怀特表示，空军有机会通过“天空堡”项目改变自身作战能力，在空中力量的作战和运用方式上实现突破。

低成本无人机将以多种方式改变空军的战术。首先，这些无人机可以执行更繁琐、单调的任务。这不但解放了飞行员，使其专注于其他作战任务，而且能进一步扩大态势感知能力。“天空堡”等无人机还可以通过执行更高风险的任务来保护F-22与F-35等高价值飞机，更重要的是能保护飞行员宝贵的生命。

“天空堡”项目有望将处于实验室研究和飞行演示阶段的自主无人机技术引入新的作战系统。根据美国空军的说法，“天空堡”专注于自主性，将使空军能够操控与维持大量成群的低成本无人机，这些无人机可以在作战环境中采取快速、果断的行动来击败对手。该项目的主要目的是使无人机系统能支持以飞行员为中心的行动，将为飞行员提供关键数据以支持迅速、明智的决策。美国空军采购负责人威尔·罗珀（Will Roper）在一次采访中解释说，人工智能与无人机的结合，将把“智能质量”带入空战以保持美国的空中优势。

美国空军加速发展“天空堡”项目

目前，美国空军在自主性领域的大部分开发仍处于保密状态，但追溯近3年已发布的广泛开发计划仍可窥见一角。例如，美国空军在2017年6月表扬了空军试飞学校16B班11名试飞学员的成绩，而课程中的一个测试管理项目即是“有袭击者”II （Have Raider II）。学员们对F-16可变稳定飞行模拟器测试飞机（VISTA）进行了改装，使其可自主飞行。当时空军表示，该班级的试飞学员通过引入动态任务规划构件来指挥VISTA，对周围环境中模拟弹出式威胁如移动地空导弹实现制导的同时，使无人型F-16执行模拟攻击。

大约同一时期，美国空军研究实验室启动了“低成本可消耗打击演示”（LCASD）项目，其中包含一系列被确定为“低成本可消耗无人机技术”（LCAAT）的项目。到目前为止，LCAAT和LCASD项目中最突出的部分成果，便是克拉托斯公司XQ-58A“女武神”（Valkyrie，下称XQ-58A）无人机自2019年3月以来开展的4次试飞。

加州爱德华兹空军基地第412测试联队的新兴技术联合测试部队（ETCTF）也参与了LCASD项目。为了准备包含“天空堡”在内的LCASD后续计划，新兴技术联合测试部队已于2019年7月使用以喷气发动机为动力的现有无人机开展了一系列飞行测试，目标是验证约翰霍普金斯大学应用物理实验室开发的“自主安全网”。

众所周知，在复杂环境中测试自主性（TACE）软件套件技术是空军研究实验室努力建立的无人机决策信任的一部分。TACE是一个软件程序，以空军研究实验室“地面和空中自动防撞系统”为基础，在无人机脱离安全边界后，它能够控制无人机并使其恢复到受控飞行状态。因此，TACE将允许新兴技术联合测试部队对自主无人机进行测试，当飞行测试中发生任何故障时，可以信任飞行员将无人机引导回安全状态。

空军研究实验室仍在继续开展自主无人机的试验，并把“低成本可消耗无人机技术”项目描述为“产品组合”系统。LCASD项目资助了XQ-58A的开发和测试；LCAAT项目则资助了“天空堡”和 “兰德”（Lander）、“恩尼格码”（Enigma）等其他项目，洛马、诺格和罗克韦尔-柯林斯等公司均有所参与，这些项目将为XQ-58A的开发提供存储和火控管理等多项技术支持。

图4 XQ-58A是“天空堡”无人机的潜在应用平台之一。

图5 第412 测试联队在现有喷气式试验机上使用TACE软件套件，建立对自主控制系统的信任。

实际上，“天空堡”项目正在寻求一种无人机，以演示和验证适用下一代无人机的多层级自主控制水平。美国空军研究实验室的目标是，到2023年实现“天空堡”系统簇的早期作战能力，但实际时间表将取决于LCAAT项目在2021年开展的下一轮飞行测试。空军研究实验室的指挥官希瑟·普林格尔表示，“天空堡”项目组合中的自主控制技术将涵盖从简单算法到高级团队决策，并将融入包括人工智能在内的新技术。

图6 低成本可消耗无人机技术项目被描述为 “产品组合”系统。

图7 有人机飞行员指挥无人机作战。

图8 “天空堡”作战概念中，描述了一架无人机从内埋武器舱发射AIM-120 导弹，执行空对空任务。

作战运用

美国空军正在考虑“天空堡”系列无人机的作战使用，美国空战司令部（ACC）希望在2025年后以“天空堡”替换预批次F-16战斗机，在2030年后替换MQ-9无人机，但 “天空堡”专用机队可能无法很好地适应现有战力结构。军方认为，未来冲突环境将充满挑战，具有高度不确定性。因此，让无人机首先进入战场最为合理，这将为美国空军打开许多非传统思维的大门。

从2023财年开始，以4架F-22战斗机为1个编队的作战概念中，其战力将包含“天空堡”无人机。罗珀希望飞行员根据任务的不同来决定“天空堡”完成任务后是否返航，既可以选择让“天空堡”一同返航后改日再战，也可以选择让其执行有去无回的单向任务而结束其寿命。在某些情况下，飞行员可能会判断出某目标足够重要，值得损失“天空堡”为代价，即使该无人机当时的使用寿命还没有耗尽。

随着作战概念的深入发展，多种不同设计的“天空堡”无人机将运用到空战领域之外的新场景。罗珀认为“天空堡”未来不仅仅是无人战斗机，还可以与轰炸机或加油机一起飞行，为其提供更多的防御能力。这种通用性也正是“天空堡”受到欢迎的内在原因，而且还有很多值得尝试的可能。

忠诚僚机

“天空堡”目前通常作为“忠诚僚机”的概念出现。在“忠诚僚机”概念中，一架或多架无人机由有人机控制与管理，在一次作战任务中执行监视、支援和打击等任务。但“天空堡”无人机还具有独立执行任务的能力，无需跑道甚至无需基地即可实现数百套系统的发射和回收。新型可消耗无人机的设计目的就包括在不依赖跑道的情况下，使美军形成快速作战能力。如果能明确“天空堡”作为未来的发展方向，研发将很快启动，但目前没有明确证实的消息。