龍威林
摘 要:本文通過梳理美軍無人系統(tǒng)發(fā)展的現(xiàn)狀,分析得出了其面臨的主要困難,并在此基礎(chǔ)上對我國無人系統(tǒng)發(fā)展的方向進(jìn)行了初步的探討。
關(guān)鍵詞:無人系統(tǒng);現(xiàn)狀;啟示
1 美軍無人系統(tǒng)的應(yīng)用
過去十幾年間,無人系統(tǒng)在美軍軍事行動中扮演著越來越重要的角色,這些系統(tǒng)從水下到大氣層的上方區(qū)域,從火柴盒大小到波音737飛機(jī)那樣的尺寸。但不管在哪里,不管尺寸如何,他們都表現(xiàn)出了出色的能力及性能,承擔(dān)了人類無法擔(dān)負(fù)的更多風(fēng)險,釋放出了巨大的能量。
首先是無人機(jī)系統(tǒng)。在美國國防部接受無人技術(shù)后,空中領(lǐng)域得到最大程度的關(guān)注。無人機(jī)系統(tǒng)投資將繼續(xù)占據(jù)著國防部無人系統(tǒng)投資的大半江山,國防部已經(jīng)列裝一大批能夠執(zhí)行廣泛任務(wù)的無人機(jī)系統(tǒng)。起初,無人機(jī)系統(tǒng)任務(wù)主要面向戰(zhàn)術(shù)偵察,然而,這一范圍已經(jīng)擴(kuò)至ISR和戰(zhàn)場態(tài)勢感及任務(wù)領(lǐng)域的大部分能力。隨著軍事部門裝備多種能執(zhí)行攻擊任務(wù)的武器系統(tǒng)來打擊重要性目標(biāo),無人機(jī)系統(tǒng)在攻擊任務(wù)中扮演著越來越重要的角色。
自伊拉克和阿富汗行動開始以來,無人地面系統(tǒng)支援了一系列的行動,包括機(jī)動、機(jī)動支援和長久支援。機(jī)動行動包括利用速度和火力接近和消滅敵人。機(jī)動支援任務(wù)包括減少自然和人工障礙及危險。長久支援包括利用、維護(hù),支援、與作戰(zhàn)勤務(wù)保障相關(guān)的無人地面車。
大約有8,000輛各種類型的無人地面車參與了“持久自由行動”和“伊拉克自由行動”。截止2010年9月,這些部署的無人地面車已經(jīng)執(zhí)行了125,000多項任務(wù),包括可疑目標(biāo)識別和道路清理,定位和簡易爆炸裝置拆除。在撤除簡易爆炸裝置任務(wù)中,陸軍、海軍和海軍陸戰(zhàn)隊爆炸物拆除小組使用無人地面車探測和銷毀了11,000余個簡易爆炸裝置。
與無人機(jī)系統(tǒng)和無人地面系統(tǒng)一樣,無人海上系統(tǒng)也有可能挽救生命,降低人員風(fēng)險,提供持久監(jiān)視和降低行動成本。
2 美軍無人系統(tǒng)發(fā)展面臨的困難
2.1 互操作性不強(qiáng)
為最大程度地發(fā)揮無人系統(tǒng)的潛能,無人機(jī)各系統(tǒng)彼此間要相互協(xié)調(diào)操作,與有人系統(tǒng)在海陸空領(lǐng)域也必須實現(xiàn)無縫操作。系統(tǒng)的互操作性是實現(xiàn)這些目標(biāo)的關(guān)鍵。如果正確實施,互操作性可以成為力量倍增器,提高聯(lián)合作戰(zhàn)能力,減少整合的時間,簡化后勤保障,降低總成本。
2.2 自主性不高
隨著無人系統(tǒng)任務(wù)的新擴(kuò)展,無人系統(tǒng)的快速擴(kuò)張及有人和無人系統(tǒng)的同步使用已給各軍種帶來了人力負(fù)擔(dān)。因為可以利用的人力資源有限,各軍種正設(shè)法提高操作效率。另外的好處是大大降低了高帶寬通信需求,減少決策周期時間。通過自動化受命、處理、運用和分發(fā)無人系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù),效率得到提升。通過智能回應(yīng)周圍的環(huán)境條件,適當(dāng)管理機(jī)載傳感器和處理。但是實現(xiàn)高程度的自主性面臨以下挑戰(zhàn):一是為實現(xiàn)更多的自主能力需要進(jìn)行科學(xué)與技術(shù)投資;二是制定什么樣的決策以及在什么條件下可以安全、符合道理地向無人系統(tǒng)授權(quán)的政策和指導(dǎo)方針;三是研發(fā)新的核查、驗證、測試和鑒定技術(shù),實現(xiàn)對自主性的“信任”。
2.3 空域整合困難
無人機(jī)系統(tǒng)的快速增長強(qiáng)烈需求其進(jìn)入國家空域系統(tǒng)和國際空域。測試新系統(tǒng)和訓(xùn)練無人機(jī)操作員所需要的空域已經(jīng)迅速超出了目前可用于軍事行動的空域。在目前的監(jiān)管環(huán)境下,許多無人機(jī)駐地都無法進(jìn)入兼容軍事行動的空域。
目前,無人機(jī)系統(tǒng)進(jìn)入國家空域系統(tǒng)主要是受到規(guī)則遵守問題和臨時政策的限制。只有通過美國聯(lián)邦航空局的一個(臨時)豁免或授權(quán)證書的授權(quán),國防部無人機(jī)才能在一些受限、警告的禁區(qū)進(jìn)行行動。
2.4 通信不順暢
無人機(jī)系統(tǒng)目前的運行涉及以各種手段開展高度的人機(jī)交互,以實現(xiàn)指揮控制和數(shù)據(jù)傳輸。保護(hù)這些通信鏈路和經(jīng)由它們傳輸?shù)男畔@些行動來說是至關(guān)重要。隨著列裝系統(tǒng)數(shù)量的增長,通信規(guī)劃者面臨通信鏈路的安全性、無線電頻譜的可用性、頻率和帶寬沖突解決、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和連接距離等挑戰(zhàn)。面對受命、處理、運用分發(fā)和通信等挑戰(zhàn),需要采用智能數(shù)據(jù)分析手段。
2.5 訓(xùn)練模式落后
隨著和平時期部隊部署的態(tài)勢,我們需要審核無人機(jī)系統(tǒng)訓(xùn)練,并制定總體戰(zhàn)略。目前,由于現(xiàn)實世界中的一些不測事件大量需要無人機(jī)裝備,所以大多數(shù)日常訓(xùn)練需要在戰(zhàn)區(qū)作戰(zhàn)條件下完成。同時,國防部各部門正在努力解決無人機(jī)訓(xùn)練需求。由于無人機(jī)部隊在作戰(zhàn)區(qū)域減少并重新部署,各軍種需要在和平環(huán)境下在無人機(jī)系統(tǒng)駐地和所選的聯(lián)合訓(xùn)練基地繼續(xù)進(jìn)行全面的和聯(lián)合的部隊訓(xùn)練。
2.6 推進(jìn)和電力系統(tǒng)發(fā)展滯后
無人系統(tǒng)在海陸空的開發(fā)和部署急劇增加,同時導(dǎo)致對高效,強(qiáng)勁,便攜的后勤保障推進(jìn)系統(tǒng)和電力裝置需求的增加。隨著這些系統(tǒng)繼續(xù)展示它們的價值,操作員希望它們在不加油的情況下工作得更久,執(zhí)行更多的任務(wù);這些要求加重了內(nèi)在動力裝置的負(fù)擔(dān)。因此各軍種和行業(yè)實驗室正重點找尋能夠改進(jìn)推進(jìn)系統(tǒng)和電力裝置的高效方案。無論何種能量類型,航行器的總體設(shè)計,從材料使用到對物理環(huán)境的自主響應(yīng),都要事先考慮最大限度地提高續(xù)航能力。
2.7 使用方式單一
有人-無人編組指有人與無人系統(tǒng)作為一個一體化編組執(zhí)行一項共同任務(wù)所建立的關(guān)系。美軍很早就展示了將無人系統(tǒng)集成到目前有人部隊構(gòu)架方面的成績,但還需要做好更多的工作才能發(fā)揮無人技術(shù)的全部潛能。提高有人-無人編組能力既是一項技術(shù)挑戰(zhàn)(如聯(lián)接系統(tǒng)),也是一項政策挑戰(zhàn)(如為操作半自主無人系統(tǒng)與有人聯(lián)合行動制定作戰(zhàn)規(guī)則)。
3 對無人系統(tǒng)發(fā)展的啟示
3.1 實現(xiàn)互操作性
實現(xiàn)互操作性構(gòu)想需要利用互操作性和開放結(jié)構(gòu)之間的緊密聯(lián)系,這個方法由幾個元素組成。一是開發(fā)支持開放架構(gòu)概念的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)模型和服務(wù);二是開發(fā)模型、軟件組件、接口標(biāo)準(zhǔn)、基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)等多個數(shù)據(jù)庫能夠在多個領(lǐng)域之間使用、擴(kuò)展、適應(yīng)并組成無人機(jī)系統(tǒng),支持軟件組件重復(fù)使用。這些知識庫應(yīng)該鼓勵使用商業(yè)現(xiàn)成的解決方案,同時避免造成過去的那種“單點瓶頸”。這種做法的目標(biāo)是為所有用戶提供多個收集點,實現(xiàn)最好的做法、接口和應(yīng)用;三是政府,工業(yè)界和學(xué)術(shù)界之間協(xié)作、共同管理數(shù)據(jù)庫并驗證組件;四是把目前正在開發(fā)的系統(tǒng)轉(zhuǎn)到開放架構(gòu)中。
3.2 提高自主性
自主系統(tǒng)的顯著特征是在未知環(huán)境中的自我引導(dǎo)能力。相較于自動化系統(tǒng)的諸多能力,這種能力是一種重大的進(jìn)步。無人系統(tǒng)若要完全發(fā)揮其潛能,必須能夠達(dá)到高度自主的行為狀態(tài)并能夠與其周圍的環(huán)境互動。具體體現(xiàn)在了解和適應(yīng)環(huán)境的能力,實現(xiàn)受命、處理、運用和分發(fā)過程中更高的自主性,與其他自主系統(tǒng)的協(xié)作能力,新的確認(rèn)和驗證方法的開發(fā),確保安全使用的政策指南。另外,無人系統(tǒng)裝備需求的增多更凸顯出操作員的數(shù)量有限,因此自主技術(shù)的進(jìn)步顯得至關(guān)重要。
3.3 空域綜合的條件
一是飛機(jī)必須具備適航性。適航性是任何飛機(jī)系統(tǒng)(有人或者無人)進(jìn)入國家空域系統(tǒng)的基本要求。適航性認(rèn)證保證國防部飛機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計、生產(chǎn)和維護(hù)實現(xiàn)安全飛行。認(rèn)證的準(zhǔn)則、標(biāo)準(zhǔn)和遵守方法建立了一套安全飛行一定種類和級別飛機(jī)的最低設(shè)計和性能要求;二是必須由合格的飛行員/操控員操控。由于無人機(jī)系統(tǒng)采用視覺遙控、視覺輔助或是完全自主等方法進(jìn)行起飛、巡航和降落,無人機(jī)系統(tǒng)的飛行員/操控員的訓(xùn)練需要與飛行有人飛機(jī)不同的技能;三是遵守飛行規(guī)定、標(biāo)準(zhǔn)和程序。政策協(xié)議在保持國家空域系統(tǒng)安全的同時,還能準(zhǔn)許某些要求獲得實施。
3.4 研制先進(jìn)的通信技術(shù)
為存在間斷性無線傳播聯(lián)系的作戰(zhàn)行動提供支持已經(jīng)十分普遍。這種支持增加了先進(jìn)誤差控制編碼、多路輸入多路輸出結(jié)構(gòu)、各類路徑分集技術(shù)、集成網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)多樣性等的使用,所有這一切都將提高端對端的服務(wù)質(zhì)量。未來無人系統(tǒng)的通信系統(tǒng)的效能將視天線、發(fā)射/接收系統(tǒng)、水下通信、頻譜設(shè)置、信號處理、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和光纖通信不斷的發(fā)展而定。
全球都在激烈地競爭數(shù)量有限的帶寬。同時,對于無人系統(tǒng)提供更高的像素,更持久的覆蓋,連續(xù)的信息流的需求也不斷增加。因此,必須使用能夠支持物理和軟件進(jìn)步,并從根本上轉(zhuǎn)變我們處理和傳輸大量數(shù)據(jù)的技術(shù),幫助我們克服這些相互沖突的要求。
3.5 創(chuàng)新訓(xùn)練模式
簡單來講,創(chuàng)新訓(xùn)練模式需要解決的問題包括:
政策:隨著關(guān)注點轉(zhuǎn)向日常的繼續(xù)訓(xùn)練,無人機(jī)系統(tǒng)進(jìn)一步整合到國家空域系統(tǒng)中,需要在政策上解決訓(xùn)練能力方面沒有預(yù)見到的斷層。
教育:無人機(jī)系統(tǒng)需要習(xí)慣性地被集成到訓(xùn)練方案的殺傷鏈之中。使用者必須學(xué)會將無人機(jī)系統(tǒng)作為作戰(zhàn)資源使用,必須學(xué)會如何利用這些相對新型的裝備開展訓(xùn)練。戰(zhàn)術(shù)、戰(zhàn)役和戰(zhàn)略級無人機(jī)系統(tǒng)及情報、監(jiān)視、偵察準(zhǔn)則應(yīng)該寫入適當(dāng)?shù)穆殬I(yè)軍事教育課程。在駐地訓(xùn)練、兵種聯(lián)合訓(xùn)練和聯(lián)合協(xié)同訓(xùn)練中心輪訓(xùn)期間,參訓(xùn)人員必須知道有關(guān)操控員知識更新、飛行最低限度和繼續(xù)教育的要求等問題,訓(xùn)練必須受到重視。
訓(xùn)練自動化和模擬:武器系統(tǒng)能力的快速擴(kuò)展要求相關(guān)模擬訓(xùn)練的擴(kuò)展。為有效地使用資源,這種擴(kuò)展需要提高模擬逼真度及與實際平臺的集成,這要求改善訓(xùn)練環(huán)境和課堂課件。
基地駐扎和能力獲?。弘S著訓(xùn)練要求的明確,為了提供更加有效的訓(xùn)練,必須對比擬駐扎基地的現(xiàn)有能力與必須獲取的能力。
3.6 改進(jìn)推進(jìn)和電力系統(tǒng)
研制高效小規(guī)模推進(jìn)發(fā)動機(jī)將帶來革命性的系統(tǒng)能力,實現(xiàn)高功率密度和高效率(低油耗)的結(jié)合。同時,電源是所有無人系統(tǒng)能力的關(guān)鍵推動者。改進(jìn)型電源必須緊湊,重量輕,可靠性高;提供足夠的電量完成預(yù)期的任務(wù),滿足全方位的環(huán)境和安全要求。電源的設(shè)計必須根據(jù)特定平臺和使用概況進(jìn)行優(yōu)化。依據(jù)平臺和任務(wù)要求,適用的技術(shù)可能包括能量收獲(例如光伏),電能儲存裝置,燃料電池和發(fā)電機(jī)等。
3.7 實施有人-無人系統(tǒng)編組
隨著通信和傳感器技術(shù)的進(jìn)步革新,新的使用領(lǐng)域肯定會接踵而來。例如,為增強(qiáng)現(xiàn)場圖片的效果,依賴操作員將其他傳感器(如音頻或觸覺)信息加入到視頻中。此外,隨著使用者繼續(xù)將多個有人和無人系統(tǒng)融入到作戰(zhàn)行動中,他們將很快能夠使用“視場”的方法,類似目前許多視頻游戲中看到的“上帝之眼”。使用者將能夠使用多個傳感器從多個角度(如無人地面車輛、無人機(jī)或有人傳感器)觀察一個目標(biāo),獲得更強(qiáng)大、更全面的態(tài)勢感知能力。
4 小結(jié)
美國在研發(fā)、生產(chǎn)和部署無人系統(tǒng)方面已取得很大進(jìn)展。這些系統(tǒng)有效地整合到海陸空各個領(lǐng)域,廣泛支持了聯(lián)合作戰(zhàn)的需求。無人系統(tǒng)固有的優(yōu)勢,包括持久性和降低人員生命風(fēng)險,在伊拉克和阿富汗的作戰(zhàn)行動中得到清晰的展示。
顯然,無人系統(tǒng)在未來的社會活動結(jié)構(gòu)中將繼續(xù)擴(kuò)展,這種擴(kuò)展不但在無人技術(shù)已經(jīng)支持的能力領(lǐng)域部署更多的系統(tǒng),而且還將擴(kuò)展到目前尚未涉及的新任務(wù)領(lǐng)域。但隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,眾多共同的挑戰(zhàn)顯露出來,它們將涉及經(jīng)濟(jì)、科技、文化、軍事等各個領(lǐng)域。只有各個領(lǐng)域通力進(jìn)行合力,繼續(xù)規(guī)劃一條經(jīng)濟(jì)可行的前進(jìn)道路,才能有效應(yīng)對這些共同挑戰(zhàn)。