美军思考:自主化无人机在空空作战中的前景

2015-05-20 08:48:00 环球网 分享
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  【环球无人机报道】有关遥驾飞机(RPA)和未来无人作战飞机(UCAV)的专业和学术讨论,不乏热烈,但鲜有著述将战术、技术和空战的长久特征紧密联系加以探讨,并在此基础之上对RPA和 UCAV的未来做出预测。本文认为,具备战术自主化能力的机驾飞行器,采用由博伊德首创的“观察-指引 -决策 -行动”(OODA)循环和高能机动结构,将为空对空作战带来全新的和无与伦比的杀伤力。本文相信,运用自主化飞行机器的综合优势来执行空战任务,在与人驾战斗机的对抗中,胜负将毫无悬念,只会令人想起《轻骑旅的冲锋》中所描述的明显不匹配(编注:1854年英军派一队轻骑旅追击和抢掠俄军一支仓皇撤退的炮兵连部队,却因指挥失误而错误地冲向另一队严阵以待的俄军炮兵连,因为作战方式的严重不匹配而受重创)。各种新技术的交集,表明颠覆空战战术的变革已经呈现,只是我们的空军囿于体制束缚,至今持怀疑态度——或许是因为制空权理论自身就产生于一种受抵制的环境,故而也沾染了谨慎抵抗新事物的惯性思维。到目前为止,为空战量身定制的RPA还没有研发出来,我们的国家和空军又面临严峻的财政紧缩,于是更滋长了明哲保身的想法。进一步,如果鼓吹机器能胜过人,能胜过世界上最优秀的战斗机飞行员,岂不使传统智慧颜面扫地,势必引发政治争论。

  但是,如果有充分理由证明机器自主化理论必将主导空中力量,如果实现此理论的技术必然会出现,那么,我们还要情绪化地加以拒绝的话,则会将我军置于战略风险之中。为证明这种说法的合理性,本文假定有一款UCAV概念机,姑且称为FQ-X,以随其浏览现实世界的新兴技术,了解这种无人机(UAV)对空中交战战术的影响。然后,本文转向简要评估这些战术影响如何波及到战役和战略层面,接着以ODA循环为背景细致评估机器自主决策的表现,继而深入探讨支撑机器自主飞行的技术。最后,本文驳斥网空防卫领域中对机器自主飞行的主要反对意见,反驳那些从道德角度反对利用机器代人、自主杀戮的观点。本文在总结中就新技术系统对未来空军构成的战术和文化双重挑战给予评说。

  FQ-X 的设计和功能

  FQ-X作为一种机器,目的是发现并摧毁敌机,要求做到体积小、重量轻、速度快、被探测性低,而且具备无比的精确打击性。该UCAV设计采用尖端的超材料,能补充雷达吸波材料的不足,形成特定的战术优势。 超材料是合成结构,能够显示出以往认为不可能的物理效果。具体来说,这种具备负折射率的超材料能够使入射电磁波围绕某个物体“弯转”环行(而不是反射回去),以这种方式折射电磁波,起到在某光谱范围内无法被发现的隐身效果。研究人员早在2001年就证实了技术上能够做到这一点,此后不到十年时间就研发出在视觉和红外光谱中隐身的技术。 到2012年,有个团队甚至研制出了可以克服几何和偏振限制的方法,这种限制一直是飞机等庞然大物采用超材料隐身的重大技术障碍。对空中力量而言,这意味着新一代极隐形材料已经出现,军方已不可能秘密独占。这些材料技术一旦投入广泛的民间和军事应用,也可能会导致生产成本下降而获得大量生产。虽然隐身技术做不到完全隐身,但是 FQ-X绝缘复合蒙皮内的超材料夹层能够有效对抗现有的探测和识别技术。FQ-X因为隐身,使敌方导弹无法锁定,这自是极好的投资回报,但隐身性所带来的更重要的好处是,FQ-X可以专注于遵循和实施 OODA循环。UCAV首先必须在两个方面胜出,一是要优于操作者的决策周期,二是要击败导弹制导系统。只要无人机在这两方面占据优势,就可无视现代空战的主要能力和手段,使耗资数十亿美元投资建立起来的国家安全屏障顿失其效。在当前空对空导弹不允许任何飞行体逃离其锁定范围的情况下,对于只有毫秒反应时间的飞机而言,配置现有的对抗手段加上新现的定向能点防御技术,就是最好的选择。

  防御能力如果不与其他工具相匹配来发现、盯紧、识别和锁定敌机,其价值是有限的。雷达技术已经演进得极为先进,低估其能力的任何肤浅假设都已不足信。例如,人们会自然地认为,如果飞机发出能量脉冲来探测敌方,那么,被此脉冲捕捉到的敌方设备应该立刻获得警示并做出响应。然而,采用低截获概率技术的现代雷达,其发射功率等级可以低于接收飞机的探测门槛,开机工作时可跨越多个频段和时段,然后将搜集到的微弱的返射波融合为连贯一致的信号。应用于主动电子扫描阵列天线的调制技术,允许发射多个光束,转化为多目标捕获和多目标打击。所有这些梦幻般的能力,关键就在于数字信号处理能力。只有具备最大处理能力和最佳软件的飞机,才能做到“先机发现、先机击杀”,占据各种先机。F-22的处理能力是每秒50亿次十进制运算速度。而可用于雷达的现代图形处理单元的数字信号处理速度已经超出这个速度的10至100倍,而且价格不贵,硬件市场随购。FQ-X 即采用一系列图形处理单元,以展示空战的“发现并盯紧”阶段在很大程度上其实是一场计算能力的战斗;它利用通用硬件获得这种计算能力的对抗,将任务的专门化过程全部纳入软件,从而降低成本和提高灵活性。

  当今空战,主要就是使用制导导弹,这本身就是对自动化的依赖,虽不言已自明;如果在据称技巧性最强的空战中,飞行机器人即机器飞行员都能够打败真人驾驶的飞机,那么对于那些相对更为简单的行动而言,我们当然更倾向于使用机器人。兹举一例作为演示,FQ-X陷入现代化有人驾驶战斗机的机炮射程内,为了摆脱,可有正G和负G机动两种选择。这种UCAV因为采用了碳纳米管复合材料结构,并且机中无人,因而具备了巨大的选择灵活性。碳纳米管是一种微观结构,1952年在实验室里成功合成,直到1991年才引起西方科学界的广泛注意。在2012年,北卡罗莱纳州立大学的研究人员已经能够规模生产出碳纳米管材料。这种材料在特定强度上比全球最先进的工程复合材料还高出 30%。

  一旦进入攻击位置,FQ-X因为体型小,只能携带相对精瘦的武器,因此必须做到超精准发射。为此,它拥有几乎从所有方位锁定目标的系统,精确得足以锁定敌机上的任何一点,发射高爆弹药或者定向能量射流将其击毁。为能明确识别目标,并且命中所希望的部位,FQ-X 必须配置集成多频谱光学和计算机视觉软件。物体探测软件的最大商家之一是谷歌(谷歌经营基于图像的搜索引擎技术)。除此之外,像OpenCV等开放源码项目,包含超过2,500种优化的检测和识别算法,也在迅速推动科学的应用。象OpenCV这样的计算机视觉框架,也能利用图像处理单元将计算速度提高到比传统计算机硬件快5至100倍。以下图 1所展现的,是从FQ-X的计算机图像视角看一场交战游戏的接近终结状态,先是从被锁定的美国飞机的显示上看,然后再从被锁定的假想外国对手的显示上看。

  一旦接到交战指令,FQ-X即向敌机的致命部位,例如引擎的第一级压缩段,发射一枚穿甲高爆燃烧弹,迅速结束交战,让对手几乎没有机会适应。进一步,FQ-X从每一场交战获得实时机器学习机会,从交战的每一个细节吸取经验教训。它可以将经验教训传与其它UCAV,使得协同作战飞机在每次参战后变得更加聪明。除了“机-机”直接共享之外,FQ-X飞行器可以向地面控制站发送其遥测结果。如果某架UAV被摧毁,其最后时刻被击中的过程可能会通过地面控制站存储在一个安全的网络。这种资料的存储看似没有明显的意义,但若与有人战斗机的损失相对照,差别和意义立刻凸显出来。飞行员的牺牲是悲剧,是指挥官必须面对的冷酷事实,它还意味着为训练和积累战斗经验投入的大量人力物力和时间全部损失。如果一名资深飞行员在战斗中殉职,年轻的新手必须接替其位置,重新开始训练和培养的周期。相较而言,机器飞行员直接从另一个机器人的死亡中承接经验教训和立刻调整,并以接近实时的速度将调整程序传发给战斗中的其它UCAV。敌机如果使用同样的战术手段攻击调整后的UCAV,将不可能再次得逞。

责编:刘昆
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