導讀
近年來各國在空天戰(zhàn)場上的競爭愈發(fā)激烈，制空權已經(jīng)成為戰(zhàn)爭制勝的基本前提和決定因素。無人機由于其在偵察、隱身以及對地火力等技術領域的快速發(fā)展已經(jīng)改變了傳統(tǒng)空戰(zhàn)的模式，因此各軍事強國都加大了研發(fā)無人機的力度。但目前現(xiàn)有的無人機多數(shù)為偵察型和對地攻擊型，鮮見集對地攻擊、偵察、攔截以及空空對戰(zhàn)能力于一身的用于爭奪制空權的無人戰(zhàn)斗機。目前各軍事強國正在探索性地開展這種多功能的新一代無人戰(zhàn)斗機的研究。可以想象，在未來爭奪制空權的戰(zhàn)斗中，新一代的無人戰(zhàn)斗機必將起到至關重要的作用。
未來戰(zhàn)爭中制空權尤為重要
現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，制空權至關重要。不管是海灣戰(zhàn)爭還是伊拉克戰(zhàn)爭，由于伊拉克的空軍力量薄弱，與其說是雙方對戰(zhàn)，不如說是伊拉克單方面地被屠殺。美軍在空軍配合進攻下，不到一個月就占領了伊拉克全境。而伊拉克軍隊早在戰(zhàn)爭之初就被空軍炸的七零八落，軍工設施基本被摧毀，美軍的傷亡卻很少。
利比亞戰(zhàn)爭時，其政府用坦克和飛機鎮(zhèn)壓反對派，本來是穩(wěn)操勝券，但在西方國家出動強大的空軍力量對利比亞政府軍進行軍事打擊以后，政府軍損失慘重，之后就節(jié)節(jié)敗退，最終政權被推翻。
現(xiàn)代戰(zhàn)爭血的教訓告訴我們，在未來戰(zhàn)爭中，交戰(zhàn)雙方對制空權的爭奪將會達到白熱化，可以說哪一方得到了制空權，哪一方就取得了戰(zhàn)爭的制勝點；而失去制空權的一方，其結局將不言而喻。
無人戰(zhàn)斗機的發(fā)展趨勢圖
在無人化裝備將會成為主角的未來戰(zhàn)爭中，各大軍事強國都加大了無人機的研發(fā)力度。但現(xiàn)役的無人戰(zhàn)斗機通常只具備偵察或?qū)Φ卮驌舻饶芰?，距離實現(xiàn)制空還面臨著許多難題：
◆無人戰(zhàn)斗機的速度尚且無法達到現(xiàn)役戰(zhàn)機的超音速水平。
◆大部分無人機的載荷較小，難以攜帶先進對空搜索設備，在對空作戰(zhàn)中無法有效搜索目標。
◆由于無人機對掛載武器的重量要求很苛刻，尚且無法裝載重型空空導彈，因此現(xiàn)有的無人戰(zhàn)斗機所掛載的武器系統(tǒng)通常針對對地攻擊，無法進行對空火力作戰(zhàn)，從而難以爭奪制空權。
◆在敵我識別、態(tài)勢感知、自主空戰(zhàn)、遠程通信與防電磁干擾等方面能力欠缺，這些問題是制空無人機能否安全飛行并完成空戰(zhàn)任務的關鍵，有賴于人工智能、信息感知與融合、數(shù)據(jù)鏈路等技術的突破。
各軍事強國在研的新一代無人戰(zhàn)斗機
近年來，美、英、俄等國在對下一代戰(zhàn)機的規(guī)劃中提出了雷達全頻域隱身、紅外隱身、超常規(guī)機動、高空高速長航時、增強態(tài)勢感知能力等需求，這與制空無人機的需求一致。在此對目前處于在研或者演示驗證階段的高性能、新概念的無人戰(zhàn)斗機進行盤點。
英國“雷神”無人戰(zhàn)斗機
“雷神”無人戰(zhàn)斗機由英國航空航天系統(tǒng)公司開發(fā)，其隱身性能、自主防衛(wèi)人工智能以及高航程的性能將被著重強化，被賦予了跨越洲際的遠程打擊任務需求，預計將于2030年投入使用。
該無人機的速度在500～700英里/小時，飛行距離未知，已于2011年成功試飛，并且自2012年以來，英國一直在對“雷神”進行測試。
“雷神”無人戰(zhàn)斗機
“雷神”無人戰(zhàn)斗機的機載傳感器的集成以及導航、自動控制技術和通訊系統(tǒng)已經(jīng)被測試，成功地驗證了熱/紅外信號控制技術，并在飛行試驗中成功地應用了共形數(shù)據(jù)系統(tǒng)，有效地減小了雷達散射截面，提高了其隱身性能。除此之外， “雷神”還將具有以下特點：
◆未來可以由地面指揮，也可以通過衛(wèi)星和指揮部進行通信，具有更強的續(xù)航能力，能夠高速洲際飛行，可在衛(wèi)星監(jiān)控下到達地球的任何一個角落，并執(zhí)行精確打擊遠程和跨洲際目標的任務。
◆將內(nèi)置兩個炸彈艙，能在多個目標上空投放彈藥，具有遠程攻擊能力。“雷神”除了開發(fā)其對地攻擊目標之外，還在開發(fā)其攻擊空中目標的性能，從而提高其制空能力。
◆能夠通過裝備的自動人工智能系統(tǒng)和識別系統(tǒng)，對敵方進行監(jiān)視和偵查，并且防衛(wèi)自身免受其他敵機的攻擊。
2018年以來，該無人機已經(jīng)在澳大利亞進行多次秘密試飛，未來該無人機有關自主作戰(zhàn)能力的關鍵技術還將被重點評估。
俄羅斯“鰩魚”無人戰(zhàn)斗機
“鰩魚”無人機是一款重型隱形無人機，于2011年由俄羅斯簽署“鰩魚”無人戰(zhàn)斗機開發(fā)協(xié)議，并由俄羅斯米格公司設計。由目前俄方的公布數(shù)據(jù)可知，其翼展11.5米，全長10.3米，高度為2.7米，最大起飛重量為10噸，最大低空飛行速度為800公里/小時，最大武器載荷為2.2噸，作戰(zhàn)升限能達到12000米，作戰(zhàn)半徑為2000公里。
“鰩魚”無人戰(zhàn)斗機
“鰩魚”的機體結構采用大量復合材料以減輕結構重量，其隱身的內(nèi)置彈艙內(nèi)能夠攜帶炸彈武器和kh31型反艦導彈（該重型導彈長度達4.7米，重量1.5噸），主要任務是反艦、精確對地攻擊以及壓制地面防空系統(tǒng)。
“鰩魚”采用了全數(shù)字式飛行控制系統(tǒng)，具有極強的隱身性能，能夠出其不意地突破敵方防空系統(tǒng)。
“鰩魚”機身與部分可掛載武器
除了極強的隱身設計之外，“鰩魚”無人機的另一亮點在于其將首次應用AI作戰(zhàn)系統(tǒng)，將具備完全自治能力，自主完成起飛降落、智能選擇航線、完成對地對海打擊等整個過程，對其重要目標實施攻擊。
據(jù)稱，俄羅斯開發(fā)這款無人機的目的是將其與其第五代戰(zhàn)斗機Su-57協(xié)同作戰(zhàn)以突破敵方的防空網(wǎng)，使得Su-57戰(zhàn)機的飛行員能夠通過數(shù)據(jù)鏈控制“鰩魚”無人機執(zhí)行突防、突擊等一系列高風險任務，從而大幅減少有人戰(zhàn)斗機執(zhí)行此類任務的頻率。
俄羅斯“獵人B”無人戰(zhàn)斗機
“獵人B”隱身無人戰(zhàn)機為俄羅斯首款將隱身設計置于首位的無人機，該機全重為20噸，有效載荷可達10噸，最大航程為3500公里，最大平飛時速為920公里，最大升限為10500米。
“獵人B”無人戰(zhàn)斗機
該機采用了高速飛翼式布局，未來可能會采用非加力型的發(fā)動機，從而縮減發(fā)動機總體長度，同時可能將發(fā)動機安裝位置降低，并采用S型進氣道，從而更加完善其隱身性能。
據(jù)俄媒透露，“獵人B”無人機具有優(yōu)異的載荷能力與機動性能，內(nèi)部武器載荷已經(jīng)與俄羅斯蘇34戰(zhàn)斗轟炸機相當，是目前問世的載彈量最大的無人戰(zhàn)斗機。
“獵人B”內(nèi)置彈倉尺寸可能與Su-57戰(zhàn)機比較相似，估計其至少可以攜帶4枚各類導彈，能夠發(fā)射為Su-57戰(zhàn)機定制的機載精確制導武器（包括KH-59MK2遠程對地攻擊導彈、KH-58UShK反輻射導彈、雷鳴系列滑翔炸彈、Kh-38M通用近程對地攻擊導彈以及KAB-250/KAB-500M精確制導炸彈等等）。目前俄軍方正在為其研制多種空對空和空對地彈藥。
“獵人B”機身與部分掛載武器
機上配備了光電紅外傳感器和電子戰(zhàn)系統(tǒng)，非常適合遠程隱身對地攻擊、偵察監(jiān)視等任務。“獵人-B”更注重速度機動性能，速度性能對于攻擊無人機而言，比偵察無人機要重要得多，能大幅提高其在高烈度對抗戰(zhàn)場的生存能力。
但該無人機目前也只是處于實驗初期的驗證機，距離實戰(zhàn)還比較遠，其發(fā)動機適應性與隱身性能尚且有待改進。
目前俄制無人機的短板在于信息處理、通信/數(shù)據(jù)鏈技術水平較為落后，缺乏小體積精確制導武器，這將限制俄制無人機的實際應用。
歐洲“神經(jīng)元”無人戰(zhàn)斗機
“神經(jīng)元”無人機是由法國、瑞典、意大利等六國參與的無人戰(zhàn)斗機技術演示驗證項目，是歐洲首次完全使用建模與仿真技術設計和開發(fā)的一款隱身作戰(zhàn)飛機。
“神經(jīng)元”以鈦、鋁合金為骨架，外層主要采用碳纖維、樹脂等復合材料制成，長9.5米、翼展為12.5米、空重4.9噸，最大速度可達980km/h，實用升限為14,000米，續(xù)航時間超過3小時。
“神經(jīng)元”沒有駕駛艙，機身設計采用隱身融合體的飛翼結構，并且選用全復合材料，在材料表面涂有隱身涂層，從而具有低可探測性，即強隱身性能。根據(jù)歐洲官方稱，該作戰(zhàn)飛機顯示在雷達屏幕上的尺寸不會超過一只麻雀的大小。
“神經(jīng)元”無人戰(zhàn)斗機
“神經(jīng)元”的機體備有兩個內(nèi)置武器艙，可掛載激光制導或GPS制導炸彈，最大武器有效掛載量為400公斤。地面指揮系統(tǒng)可通過實時指令指揮該無人機發(fā)射巡航導彈實施超視距的防區(qū)外精確打擊，此外它還可掛載2～4枚AIM-132空空導彈，能夠進行空空對戰(zhàn)（所有攻擊必須在操作者的指令下完成）。
據(jù)稱“神經(jīng)元”將攜帶全自動作戰(zhàn)系統(tǒng)，還可攜帶數(shù)據(jù)中繼設備，集偵察、監(jiān)視、攻擊能力于一身，可以在不接受任何指令的情況下獨立完成飛行，并且能夠在復雜的飛行環(huán)境中進行自我校正，具有優(yōu)異的隱身性能、自主編隊、數(shù)據(jù)連接集合作戰(zhàn)能力，加上其航程和載荷都已經(jīng)接近有人戰(zhàn)機，該款無人戰(zhàn)斗機具備極佳的空對地作戰(zhàn)能力，其實力或許不亞于有人戰(zhàn)機，綜合作戰(zhàn)能力將遠遠超過現(xiàn)役的普通無人機。
“神經(jīng)元”武器系統(tǒng)的剖面示意圖
然而，盡管截至目前，該無人戰(zhàn)斗機的隱身實驗、武器投放實驗、海上環(huán)境實驗以及電磁信號實驗等以及與西班牙“臺風”戰(zhàn)斗機進行的伴飛測試都已經(jīng)順利完成，但其在規(guī)劃時并未將解決最具挑戰(zhàn)性的容錯技術、行為智能和自適應推理系統(tǒng)（如神經(jīng)網(wǎng)絡）等人工智能列入開發(fā)目標，其作戰(zhàn)仍遵循現(xiàn)役無人機的作戰(zhàn)模式（利用地面控制站或衛(wèi)星鏈路，由人工對其作戰(zhàn)過程進行全程干預，只是在巡航時可切換為自動駕駛模式），由此可見其未來的實際作戰(zhàn)能力還有待商榷，加之從1999年研發(fā)至今該無人戰(zhàn)斗機仍然沒有研發(fā)成功，何時進入實用階段還未可知。
美國“穿透性制空”型無人戰(zhàn)斗機
美國將第六代無人戰(zhàn)斗機定位為“穿透性制空”型無人戰(zhàn)斗機，以遠程和有效載荷作為主要設計要求，未來可能會開發(fā)有人與無人機兩個版本，將成為美國空軍專門用來進行空中戰(zhàn)斗的空對空戰(zhàn)斗機，能夠優(yōu)化戰(zhàn)斗，但也會給世界未來空戰(zhàn)帶來威脅。
PCA戰(zhàn)斗機構想圖
目前關于第六代戰(zhàn)斗機的工作還處于預研和理論階段，有關該戰(zhàn)斗機的消息很少，只能通過2018年底《防務新聞》的報道得到少量資料。
與F-22相比，穿透性制空無人戰(zhàn)斗機可能具有更多的有效載荷、更好的隱身以及傳感器能力，從而使其能夠在中國、俄羅斯和其他潛在對手未來可能擁有的高端防空系統(tǒng)威脅下行動。
PCA將采用無尾升力體布局，以大幅降低超音速飛行阻力，提高超音速巡航性能和超音速機動性，同時兼顧亞音速的機動性能。將采用最先進的變循環(huán)自適應發(fā)動機，不僅推力大，而且能根據(jù)巡航、空戰(zhàn)的不同狀態(tài)，自動改變發(fā)動機的運轉(zhuǎn)模式，達到最佳油耗狀態(tài)，因此其航程可能將比現(xiàn)在同體積的戰(zhàn)機遠得多。
PCA戰(zhàn)機的YF-120自適應變循環(huán)發(fā)動機（由美國通用電氣公司制造）
PCA戰(zhàn)斗機的機型設計會比F-15或F-22更大，將會增加其內(nèi)部容積以能夠攜帶大量的彈藥，從而提升戰(zhàn)斗力，可能會具有類似于轟炸機的設計元素，從而能夠達到更遠的航程，并且進一步突破動力和自主化等領域的技術難點。
PCA戰(zhàn)斗機會采用主動防御系統(tǒng)，并大量使用人工智能技術對數(shù)據(jù)進行分類和分析，以減少飛行員的工作量，具有提高空地協(xié)同結合作戰(zhàn)效率的能力，以及控制、指揮多架無人機空中協(xié)同作戰(zhàn)的能力。
通過對“雷神”、“鰩魚”、“獵人B”、“神經(jīng)元”等無人戰(zhàn)斗機以及美國PCA戰(zhàn)斗機的盤點發(fā)現(xiàn)，各國非常重視有關無人戰(zhàn)斗機的隱身性能、航速航程、掛載武器等方面的研究，在一定程度上提高了無人戰(zhàn)斗機的制空能力，但距離制空無人戰(zhàn)斗機的最終成型還有段距離。
美國引領無人戰(zhàn)斗機向智能化方向發(fā)展
未來戰(zhàn)爭的智能化發(fā)展在空戰(zhàn)領域表現(xiàn)尤為突出，而空戰(zhàn)涉及到敵我雙方的位置關系與優(yōu)劣勢、雙方戰(zhàn)機性能/設備/當前能量優(yōu)劣、外界環(huán)境影響、設備狀態(tài)等諸多因素，沒有嚴格的規(guī)則限制與明顯的規(guī)律可循。
要想占據(jù)制空權，不僅需要提高無人戰(zhàn)斗機的隱身性能、航程航速與空空作戰(zhàn)能力等，人工智能系統(tǒng)在空戰(zhàn)中尤其在無人戰(zhàn)斗機上應用的研究也尤為重要。美國在將人工智能系統(tǒng)裝備于現(xiàn)役無人戰(zhàn)斗機的演示驗證以及空戰(zhàn)用人工智能的研究方面取得了一定進展。
“阿爾法”人工智能
2016年美國辛辛那提大學開發(fā)的“阿爾法”人工智能，在空戰(zhàn)模擬器中戰(zhàn)勝了退役的美國空軍上校。
“阿爾法”屬于“動作及簡單戰(zhàn)術行為”人工智能，采用了“遺傳模糊邏輯”智能技術，能夠組織全部傳感器數(shù)據(jù)，構建戰(zhàn)斗場景的映射，能夠在不到一毫秒的時間內(nèi)做出行動決策，在動態(tài)環(huán)境中，其反應速度是人類對手的250倍。
“遺傳模糊邏輯”簡示圖
“遺傳模糊樹”算法基于遺傳算法和模糊邏輯系統(tǒng)，將大型模糊邏輯問題拆散成了許多小型模糊邏輯問題，從而使得“阿爾法”能夠在更低配置的計算機上順利運行。目前，“阿爾法”能夠同時躲避數(shù)十枚來襲導彈，并對多目標進行攻擊，能夠協(xié)調(diào)隊友以及觀察學習敵人戰(zhàn)術，其所需的硬件配置極低，僅需要一臺普通個人電腦即可運行。
“阿爾法”在模擬環(huán)境中已經(jīng)表現(xiàn)出了侵略性、敏捷性、變化性與可靠性，辛辛那提大學將繼續(xù)開發(fā)“阿爾法”，讓其與飛行員一起訓練并擴展其功能，并且通過構建更加真實的空氣動力學和傳感器模型，提升擬真度。未來將“阿爾法”人工智能用于空戰(zhàn)將會增加容錯率。
基于VOXL平臺的輕型空中計算技術
2019年美國陸軍授予ModalAI初創(chuàng)公司有關在其VOXL平臺基礎上開發(fā)輕型空中計算技術，為武裝部隊作戰(zhàn)使用的第一類無人機系統(tǒng)設計硬件架構的合同。
ModalAI公司的VOXL平臺能夠利用智能手機生態(tài)系統(tǒng)，為室內(nèi)外、空中和地面機器人創(chuàng)建高度集成并且基于機器視覺的自主導航系統(tǒng)，能夠通過4GLTE技術進行連接，從而可以與開源技術(如Linux、機器人操作系統(tǒng))和PX4兼容，為大量應用程序創(chuàng)建靈活的軟件架構，并且可以使用人工智能對障礙物進行規(guī)避，進一步規(guī)劃任務路徑并實現(xiàn)自主操作。
MQ-9無人戰(zhàn)斗機裝備的“敏捷禿鷲”系統(tǒng)
2015年由錫拉丘茲研究公司與美空軍研究實驗室合作開發(fā)了一款高性能嵌入式計算體系結構——“敏捷禿鷲”系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用人工智能和機器學習等技術，對機載傳感器獲取的視頻、圖像等大量數(shù)據(jù)進行處理，查找、識別和跟蹤目標，實現(xiàn)對目標的態(tài)勢感知和快速識別，從而提高無人機傳感器的大數(shù)據(jù)分析能力。該系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)處理高效、目標識別迅速、帶寬需求降低的優(yōu)點。
“敏捷禿鷲”行動概念
該系統(tǒng)采用人工智能技術，能夠在遠程無人機上進行機載高性能嵌入式計算，實時對數(shù)據(jù)進行處理和傳輸，從而增強無人機情報數(shù)據(jù)獲取效率以及態(tài)勢感知能力，具有數(shù)據(jù)處理高效、目標識別迅速以及帶寬需求降低的優(yōu)點。
MQ-9無人機
2019年9月，美軍空軍將“敏捷禿鷹”人工智能系統(tǒng)裝備在MQ-9無人戰(zhàn)斗機上，進行為期10個月的集成與演示驗證。驗證該人工智能系統(tǒng)能否使MQ-9無人機對大范圍的行動進行監(jiān)視，能否無需人工干預，自主識別預先定義的感興趣目標并發(fā)送它們的位置，自行決定是否執(zhí)行致命打擊。“敏捷禿鷲”系統(tǒng)將進一步增強無人機的效能，使其向自主武器系統(tǒng)發(fā)展。
無人機的智能化還將體現(xiàn)在：采用人工智能技術針對空中戰(zhàn)場形勢實施自主的判斷、作戰(zhàn)決策以及武器控制。達到這種智能化的程度，對戰(zhàn)斗力所起到的作用，可能會超過單純用人腦進行類似判斷、決策和控制時達到的效果。很多實驗數(shù)據(jù)表明智能化的無人機空戰(zhàn)系統(tǒng)，可以會打敗現(xiàn)在最先進的飛機F-22。
各軍事強國都在加強對未來戰(zhàn)爭制空權的爭奪，而新一代無人戰(zhàn)斗機正是控制制空權的關鍵。在新一代無人戰(zhàn)斗機的研發(fā)中，各國都對其隱身、航速航程以及掛載武器等方面性能進行了提升，為未來戰(zhàn)爭中控制制空權邁出了堅實的一步。而美國作為頭號軍事強國，更是引領未來無人戰(zhàn)斗機在態(tài)勢感知、自主導航、自主決策等智能化方面取得了較大進步。
總結
隨著科技的發(fā)展，未來戰(zhàn)爭必將是無人裝備作為主力軍的高科技戰(zhàn)爭。而現(xiàn)在戰(zhàn)爭血的教訓告訴我們，未來戰(zhàn)爭中的制空權尤為重要。各國在研的新一代無人戰(zhàn)斗機都沿著加強制空性能的方向發(fā)展，以美國為代表的軍工強國還加強了無人戰(zhàn)斗機智能化方面的研究。相信未來的無人戰(zhàn)斗機在具備爭奪制空權參數(shù)性能的同時，還將沿著智能化的方向進一步發(fā)展。
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