張旭輝

（中國運載火箭技術(shù)研究院，北京，100076）

0 引 言

人工智能及其相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用、無人/智能等新概念裝備的不斷涌現(xiàn)、分布協(xié)同/智能集群等新型作戰(zhàn)概念的持續(xù)出現(xiàn)，都在推動戰(zhàn)爭形態(tài)加速向智能化戰(zhàn)爭演進，未來戰(zhàn)場的復(fù)雜性和不確定性將日益增強[1]。

本文從未來戰(zhàn)爭下裝備和技術(shù)的視角，提出了下一代武器系統(tǒng)的典型形態(tài)構(gòu)想，重點分析了未來武器系統(tǒng)的模式變革、基礎(chǔ)研究、科學(xué)問題、核心技術(shù)等不同維度下的關(guān)鍵問題，以探索適應(yīng)智能化戰(zhàn)爭的下一代武器系統(tǒng)概念。

1 智能化戰(zhàn)爭對下一代武器系統(tǒng)的需求

1.1 智能化戰(zhàn)爭影響分析

人工智能技術(shù)對下一代戰(zhàn)爭的影響是深遠的，將改變戰(zhàn)爭的參戰(zhàn)力量、武器形態(tài)、作戰(zhàn)樣式、制勝機理等方方面面，智能化戰(zhàn)爭特別呈現(xiàn)出“對抗更加復(fù)雜、變化更加迅速、效率更加重要”三方面特點：

a）對抗更加復(fù)雜。隨著人工智能、網(wǎng)絡(luò)信息等技術(shù)的發(fā)展和運用，未來智能化戰(zhàn)爭面臨全域全維、海量作戰(zhàn)手段的綜合博弈。多兵種多域聯(lián)合作戰(zhàn)將成為未來作戰(zhàn)的標準范式，不同烈度的多個作戰(zhàn)場景并發(fā)出現(xiàn)。大量智能無人與自主系統(tǒng)等新型作戰(zhàn)力量的出現(xiàn)，又進一步促使戰(zhàn)場的維度、戰(zhàn)場的空間、戰(zhàn)場的尺度、戰(zhàn)場的復(fù)雜性極速膨脹。

b）變化更加迅速。在大國軍事裝備的發(fā)展中，人工智能技術(shù)將廣泛滲透于各類武器系統(tǒng)設(shè)計、研制與使用的全壽命周期中，新興前沿技術(shù)的應(yīng)用、智能核心算法的升級也將顯著加快，新興作戰(zhàn)概念又不斷促使新概念武器持續(xù)快速出現(xiàn)，快速形成新的作戰(zhàn)能力，讓戰(zhàn)爭的主體不斷升級、不斷變化。對手也將進一步根據(jù)反制的作戰(zhàn)概念催生新式武器，這些都會讓每代作戰(zhàn)裝備的發(fā)展間隔變小，同代裝備的更新升級變快。

c）效率更加重要。未來大國軍事裝備將隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，識別判斷、決策執(zhí)行的效率更高，能夠在中高烈度、復(fù)雜對抗環(huán)境下進行高質(zhì)量、高節(jié)奏的可持續(xù)戰(zhàn)斗。通過智能優(yōu)化設(shè)計高/低端武器的搭配及協(xié)同方式，以及大量無人自主系統(tǒng)與有人系統(tǒng)的有機融合，可以降低作戰(zhàn)成本，提高作戰(zhàn)效費比。

1.2 對下一代武器系統(tǒng)的能力需求

為塑造、利用并適應(yīng)上述發(fā)展趨勢，需要未來智能化戰(zhàn)爭中的下一代武器系統(tǒng)具備3個方面能力：

a）極度靈活，控得住戰(zhàn)場復(fù)雜。下一代武器系統(tǒng)要能夠在紛繁復(fù)雜的對抗環(huán)境中，通過靈活組態(tài)，實現(xiàn)靈活適應(yīng)，獲得適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境、適應(yīng)復(fù)雜對手、應(yīng)對突發(fā)情況的優(yōu)勢，同時給對手制造復(fù)雜困境，阻止對手獲得適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境的優(yōu)勢。

b）極速升級，跑得贏技術(shù)換代。遵循“科技是核心戰(zhàn)斗力”的準則，下一代武器系統(tǒng)能夠在技術(shù)極速發(fā)展的環(huán)境中，通過開放架構(gòu)、新型升級模式，獲得系統(tǒng)升級的速度優(yōu)勢，實現(xiàn)能力升級跑得贏威脅變化、技術(shù)發(fā)展的速度，快速引入科技成果并實現(xiàn)全系統(tǒng)整體提升，主動創(chuàng)造技術(shù)換代與突襲能力。

c）極致高效，經(jīng)得起規(guī)模消耗。智能化戰(zhàn)爭是質(zhì)量與數(shù)量、性能與成本的綜合比拼。下一代武器系統(tǒng)應(yīng)該能夠獲得質(zhì)量和規(guī)模的雙重優(yōu)勢，解決好高低合理搭配問題，靈活定制匹配戰(zhàn)場不同區(qū)域、不同烈度對抗的高效解決方案，能夠獲得對抗效能優(yōu)勢。

2 下一代武器系統(tǒng)形態(tài)構(gòu)想

面對極度靈活、極速升級、極致高效的能力需求，下一代武器系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)是一種按智能架構(gòu)全新設(shè)計的裝備形態(tài)：a）在能力生成上，能夠面向靈活多樣的作戰(zhàn)任務(wù)進行功能/性能/系統(tǒng)構(gòu)成的快速重組；b）在能力升級上，能夠面向戰(zhàn)場對抗形勢的動態(tài)變化進行針對性的智能迭代進化，可快速引入前沿技術(shù)的突破成果并持續(xù)升級；c）在能力運用上，能夠面向不同作戰(zhàn)目標/作戰(zhàn)任務(wù)進行簡捷高效的按需定義。整體上呈現(xiàn)“系統(tǒng)快速重構(gòu)、功能按需定義、飛行靈活變形、戰(zhàn)力智能進化、技術(shù)持續(xù)升級”的五方面形態(tài)特征[2]。

2.1 系統(tǒng)快速重構(gòu)

下一代武器系統(tǒng)將不再是單一高度定制，而是面向某一作戰(zhàn)范疇的武器系統(tǒng)簇概念。武器系統(tǒng)采用面向能力的開放性平臺構(gòu)型，對動力、探測、戰(zhàn)斗部、結(jié)構(gòu)等子系統(tǒng)進行組成模塊化、架構(gòu)標準化、接口通用化、測試簡捷化設(shè)計，通過“即插即用”的模塊化子系統(tǒng)，使得導(dǎo)彈能夠在工廠、戰(zhàn)場從武器裝備部件配置庫中進行作戰(zhàn)裝備的組裝，將不同子系統(tǒng)進行替換、裁剪與重構(gòu)，形成不同作戰(zhàn)功能、不同彈道模式、不同打擊樣式的作戰(zhàn)武器裝備，從而滿足復(fù)雜多樣的戰(zhàn)場任務(wù)需求[3]。

2.2 功能按需定義

針對作戰(zhàn)現(xiàn)場中任務(wù)靈活可調(diào)整、打擊目標多域可變化、能力性能可動態(tài)升級的柔性化能力需求，功能按需定義是下一代武器系統(tǒng)的又一典型特征。功能按需定義，是基于開放通用的計算處理硬件平臺，通過對計算、存儲、處理各類資源進行高度抽象，實現(xiàn)硬件資源與作戰(zhàn)功能的解耦，以實現(xiàn)通過軟件對硬件進行定義與控制，即只需按需定義就可以方便快速地改變武器系統(tǒng)的功能與性能，有效應(yīng)對未來智能化戰(zhàn)爭的復(fù)雜性和不確定性。

2.3 飛行靈活變形

變構(gòu)型等前沿技術(shù)的突破與應(yīng)用，將產(chǎn)生明顯區(qū)別于傳統(tǒng)彈道、巡航、滑翔等飛行模式的作戰(zhàn)樣式，實現(xiàn)水下/低空/高空/大氣層外等多域空間的任意跨越。面向多樣作戰(zhàn)任務(wù)需求，下一代武器系統(tǒng)的外形和物理屬性，能夠在飛行中根據(jù)飛行空域變化、不同介質(zhì)特點，通過智能感知并自主決策，主動改變飛行器外形、動力、結(jié)構(gòu)等形態(tài)，實現(xiàn)跨域變速飛行，從而具備彈道模式靈活組合、飛行空域靈活適應(yīng)、飛行速域靈活調(diào)整能力[3]。

2.4 戰(zhàn)力智能進化

未來作戰(zhàn)場景復(fù)雜多變、作戰(zhàn)對手快速發(fā)展，對下一代作戰(zhàn)武器也提出了戰(zhàn)力極速演變、智能進化升級的能力需求。戰(zhàn)力的極速演變與智能進化升級能力，是以臨戰(zhàn)/戰(zhàn)時的戰(zhàn)場需求與實時數(shù)據(jù)為輸入，以戰(zhàn)場已有裝備和備件為素材，以進化博弈技術(shù)作為核心技術(shù)途徑，快速完成軟件算法更新、硬件中間件改造、協(xié)同信息鏈重構(gòu)，快速形成新戰(zhàn)力直接交付，實現(xiàn)可重構(gòu)武器的“邊打邊改、愈戰(zhàn)愈強”。

2.5 技術(shù)持續(xù)升級

軍事科技的發(fā)展逐步加速，顛覆性技術(shù)、戰(zhàn)略前沿技術(shù)的突破與應(yīng)用，將促進形成新的作戰(zhàn)力量、催生新的攻防手段、產(chǎn)生新的作戰(zhàn)樣式，可能從根本上改變戰(zhàn)場的攻防優(yōu)劣態(tài)勢。相比于傳統(tǒng)裝備更新?lián)Q代、大幅改進、少量次數(shù)的升級模式，下一代武器系統(tǒng)應(yīng)具備快速集成、小幅改進、持續(xù)升級的能力進化模式。通過采用開放柔性的總體架構(gòu)，作戰(zhàn)武器全剖面的各類系統(tǒng)均可靈活集成不同的顛覆性技術(shù)、戰(zhàn)略前沿技術(shù)突破成果，保持作戰(zhàn)武器的技術(shù)持續(xù)領(lǐng)先。

3 有關(guān)問題

為實現(xiàn)上述形態(tài)構(gòu)想，需從武器系統(tǒng)的模式變革、基礎(chǔ)研究、科學(xué)問題、核心技術(shù)等不同維度，研究相關(guān)理論問題并突破難點技術(shù)（見圖1）。

圖1 下一代武器系統(tǒng)有關(guān)難點梳理Fig.1 Difficultis of the Next Generation Weapon System

3.1 模式變革

a）力量編成的精準匹配。

未來智能化戰(zhàn)爭的參戰(zhàn)力量是由智能化高性能作戰(zhàn)平臺、足夠數(shù)量的低成本分散力量單元組成的混合力量結(jié)構(gòu)。針對不同烈度沖突的作戰(zhàn)需要，需要通過靈活和精準適應(yīng)的方法，高低合理搭配，智能組合高價值平臺與大量分散低成本武器，實現(xiàn)各種烈度下協(xié)同作戰(zhàn)的精準匹配，從而獲得質(zhì)量與效益的雙重優(yōu)勢。

b）能力生成模式的革新。

實現(xiàn)極度靈活、極速升級的下一代武器系統(tǒng)，需要采取武器研制可快速轉(zhuǎn)變?yōu)樽鲬?zhàn)能力的模式，變革研—訓(xùn)—用的既有模式。面對未來對抗更加復(fù)雜、變化更加迅速的智能化戰(zhàn)爭，武器系統(tǒng)難以通過一次設(shè)計滿足紛繁復(fù)雜的對抗環(huán)境和升級需求，需要采用新的研發(fā)模式、開發(fā)新的技術(shù)，通過武器研制與作戰(zhàn)能力快速迭代模式，研制部門快速生成原型武器、使用部門快速訓(xùn)練反饋，邊設(shè)計、邊生產(chǎn)、邊運用、邊反饋，不斷磨合迭代，快速形成裝備、快速訓(xùn)練裝備、快速更新裝備、快速補充模塊。

3.2 基礎(chǔ)研究

a）可重構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計方法與評價準則。

下一代武器系統(tǒng)可根據(jù)任務(wù)配置模塊、根據(jù)任務(wù)選擇飛行剖面、根據(jù)任務(wù)定義功能，其設(shè)計方法不同于傳統(tǒng)面向特定需求的系統(tǒng)設(shè)計方法，需要考慮不同構(gòu)型下武器系統(tǒng)的包絡(luò)覆蓋與優(yōu)化整合。由于設(shè)計維度較高，多個學(xué)科之間耦合關(guān)系復(fù)雜，需要建立適應(yīng)可重構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計方法，以及評價該類系統(tǒng)好壞的評價準則。

b）技術(shù)可動態(tài)升級的架構(gòu)問題。

傳統(tǒng)開發(fā)、集成和部署新技術(shù)的復(fù)雜性，延長了新技術(shù)轉(zhuǎn)化成戰(zhàn)斗力的周期。下一代武器系統(tǒng)戰(zhàn)力智能進化、技術(shù)持續(xù)升級，要求武器系統(tǒng)的技術(shù)升級架構(gòu)必須具有足夠的靈活性、適應(yīng)性和彈性，需要設(shè)計一種能夠最小代價、敏捷高效、便捷操作且讓作戰(zhàn)人員易于接受的技術(shù)升級架構(gòu)和升級模式。

c）異構(gòu)系統(tǒng)的兼容與互操作問題。

下一代武器的系統(tǒng)快速重構(gòu)、能力按需定義特征，要求戰(zhàn)場上許多不同類型的元素、單元和能力異構(gòu)混合運用，需要解決不同武器單元標準的兼容問題，構(gòu)建異構(gòu)系統(tǒng)的互操作架構(gòu)，支撐以不可預(yù)測的方式高速構(gòu)建和重組系統(tǒng)。例如，重組的系統(tǒng)如何實現(xiàn)相互調(diào)用資源、相互分配任務(wù)等；不同單元間傳遞信息時，如何解決沒有通用數(shù)據(jù)標準前提下的相互理解問題；如何解決非本機軟件在多種不同系統(tǒng)單元的遷移運行問題。

3.3 科學(xué)問題

a）復(fù)雜系統(tǒng)對抗的納什均衡態(tài)問題。

在智能化戰(zhàn)爭中，體系對抗、單元對抗的任務(wù)規(guī)劃和博弈決策，其本質(zhì)都是納什均衡態(tài)的求解問題。武器系統(tǒng)及裝備體系作為典型的復(fù)雜系統(tǒng)，在納什均衡態(tài)求解中需要充分考慮由局部最優(yōu)到全局最優(yōu)、由對稱場景到不對稱場景、由完全信息到不完全信息、由單體到多體等帶來的特殊需求，在有限計算資源、高動態(tài)等條件下實現(xiàn)納什均衡態(tài)的準確求解。

b）可變形系統(tǒng)的非定常多場耦合問題。

飛行靈活變形給下一代武器系統(tǒng)高效實施多樣化任務(wù)提供了更多可能，同時也帶來了系列科學(xué)問題。高速/高超環(huán)境下的變形、變構(gòu)型，其飛行過程是一個集空氣動力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、熱力學(xué)、飛行力學(xué)等多個學(xué)科為一體的非定常多物理場耦合問題，需要深化對非定常復(fù)雜氣動力/熱/彈性/飛行力學(xué)等多場耦合特性的認識，建立適用于工程應(yīng)用的快速、高效的多場耦合預(yù)示與評估方法。

3.4 核心技術(shù)

a）智能博弈推演與系統(tǒng)重構(gòu)規(guī)劃技術(shù)。

智能博弈推演與系統(tǒng)重構(gòu)規(guī)劃技術(shù)是實現(xiàn)面向任務(wù)定義系統(tǒng)的前提，通過構(gòu)建攻防作戰(zhàn)要素全、對抗強度大的攻防推演平臺，基于大量可重構(gòu)、自主化的作戰(zhàn)模塊單元，采用自博弈技術(shù)，進行超大規(guī)模輪次的針對性攻防對抗推演，生成百萬量級的大數(shù)據(jù)，通過強化學(xué)習(xí)、反事實網(wǎng)絡(luò)等智能算法，給出系統(tǒng)重構(gòu)組合方案，訓(xùn)練生成特定場景下最優(yōu)的裝備配置與協(xié)同方式，實現(xiàn)戰(zhàn)力的智能進化與升級。

b）硬件模塊化與軟件可定義技術(shù)。

硬件模塊化與軟件定制化是實現(xiàn)系統(tǒng)按需重構(gòu)的物質(zhì)基礎(chǔ)。硬件模塊化重點解決下一代武器各系統(tǒng)、各模塊的定義與分配問題，滿足快速重構(gòu)和快速升級的需要。軟件可定義技術(shù)重點解決在硬件能力給定的條件下，通過軟件定義功能、定義任務(wù)，最大限度發(fā)揮系統(tǒng)效能的問題。

c）飛行器在線智能變形技術(shù)。

飛行器在線智能變形技術(shù)，是通過局部或整體改變飛行器的外形、動力、結(jié)構(gòu)等物理屬性，使飛行器能夠?qū)崟r適應(yīng)多種任務(wù)需求，并在多種飛行環(huán)境中保持效率和性能最優(yōu)。在大空域?qū)捤儆虻沫h(huán)境條件下，變構(gòu)型飛行器的載荷環(huán)境復(fù)雜、動力學(xué)模型變化顯著、氣動熱環(huán)境分布以及干擾形態(tài)復(fù)雜、氣動/飛行力學(xué)/熱環(huán)境等專業(yè)耦合嚴重，需深入研究對象瞬變過程的自適應(yīng)控制、智能精巧變形機構(gòu)與高效驅(qū)動、變構(gòu)型結(jié)構(gòu)材料與動/靜熱密封等難題，最大化變形收益并降低設(shè)計風(fēng)險。

d）可升級系統(tǒng)的遷移學(xué)習(xí)技術(shù)。

為了最大限度發(fā)揮技術(shù)快速升級、算法持續(xù)進化的優(yōu)勢，需要解決可升級系統(tǒng)的遷移學(xué)習(xí)問題，實現(xiàn)運用已存有的知識對不同但相關(guān)領(lǐng)域問題進行求解，即遷移已有的知識來解決目標領(lǐng)域中僅有少量甚至沒有標記樣本數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)問題，從而將某一技術(shù)的突破快速傳播到整個系統(tǒng)。

4 結(jié)束語

隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，戰(zhàn)爭形態(tài)向智能化加速演進的趨勢已不可避免。智能化戰(zhàn)爭必將帶來武器形態(tài)、作戰(zhàn)概念的顛覆與發(fā)展，為應(yīng)對智能化戰(zhàn)爭的提前到來，應(yīng)加緊開展智能化武器系統(tǒng)及作戰(zhàn)概念研究，適應(yīng)并引領(lǐng)未來智能化戰(zhàn)爭。

本文對智能化戰(zhàn)爭中的下一代武器系統(tǒng)形態(tài)和特點進行闡述，分析了未來新型作戰(zhàn)概念、下一代武器裝備形態(tài)及核心關(guān)鍵技術(shù)，探索推動適應(yīng)未來戰(zhàn)爭形態(tài)的下一代武器概念研究。