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探究美军智能化武器装备体系的个发展现状及趋势

  2020-03-10    1859  上传者:管理员

摘要:军事智能化的基础和前提是智能化武器装备体系的完善建立。而要想实现智能化武器装备体系的集约高效发展,首先需找准定位,精准聚焦。基于此,本文以美军的智能化武器装备体系为研究对象,梳理了其发展历程,总结了其在各作战领域的典型作战运用,并分析了其下一步的发展趋势,以期为我国的智能化武器装备体系的建设和发展提供借鉴和参考。

  • 关键词:
  • 人工智能
  • 军事智能化
  • 智能化武器装备体系
  • 虚拟信息
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智能化武器装备体系的发展运用,推动着军事智能化不断向前发展,是军事智能化的基础和前提。通过梳理美军智能化武器装备体系的发展现状、典型作战运用和发展趋势,能够借鉴外军积极经验,准确定位、精准聚焦,促进我军智能化武器装备体系的集约高效发展。


一、美军智能化武器装备体系发展现状


智能化武器装备体系是指在人工智能、大数据、云计算和物联网等技术的支持下,具有能动地满足各种作战需求属性的武器装备体系。智能化涵盖了多个技术领域,基于不同技术领域研发的武器装备体系所处的发展阶段也不相同。

(一) 无人机、无人车、无人艇加速列装部队,无人作战平台已走上战场

美军一直高度重视对无人系统、无人作战平台等方面的研发与应用,通过各种专项规划、发展路线图,指导发展方向,确保其在无人作战方面保持绝对优势。当前,美军多种型号的无人机、无人车和无人艇等加速列装部队,无人作战平台已走上战场。

一是无人机运用广泛且不断改进升级。美军的无人机兵力结构与战力规模强大,并不断推出各类新型无人机。2003至2012年间,美军无人机数量相对其现役军用飞机总数的占比从1%飙升至40%以上。目前,美军拥有无人机7500余架,形成了高、中、低不同档次无人机搭配的装备格局(见表1)[1],有效支撑着它在全球各地的战略战役和战术优势。DARPA以及美军各军种均有若干在研的无人机系统项目。如DARPA的“小精灵”集群型无人机可从C-130运输机上投放和回收,可用于执行情报侦察监视、高风险区域运送武器和其他装备等任务。

表1  美军当前无人机兵力结构表

二是无人车类型多元,可用于作战和保障。作战类无人车主要有背包无人车和角斗士战术无人车。超过2000组的背包无人车走上了伊拉克和阿富汗战场。作战人员背负背包无人车携行,抵达目标区域后,持游戏杆控制器操控无人车实施作战任务,有效减少了人员伤亡。勤务支援类无人车的典型代表是“大狗”。“大狗”可装载物资和设备跟随部队前进,能够克服各种地形障碍,实现精确快速的物资补给。

三是无人潜航器多型在研,使命任务有待拓展。美军多数型号的无人潜航器处于在研状态,包括“蛇头(Snakehead)”“海神(Proteus)”“虎鲸(Orca)”等,根据排水量和动力类型的不同,涵盖了便携型、轻型、重型和大型各个级别[2]。已列装的无人潜航器,如“蓝鳍金枪鱼(Bluefin)12D”“艾弗(Iver)580”等,大多只担负搜寻水雷或海洋测绘与研究任务,其它任务还有待试验和拓展。

(二) 感知、学习、抽象、推理等自主技术研发步伐加快,不断强化与传统武器装备体系的融合与渗透

以感知、学习、抽象和推理等能力为表征的自主技术是军事智能化最活跃、最受人关注的领域。美军正在加快自主技术的研发步伐,通过强化自主技术与传统武器装备体系的融合与渗透,提升作战效能。

一是紧贴军事需求,持续挖掘传统人工智能领域。在传统人工智能领域,美军目前主要关注4类项目:(1)语音识别项目,该项目可支撑导航辅助和作战管理;(2)自然语言开发,该技术可为作战管理的基础;(3)视觉技术,该技术是自主无人作战平台的基础;(4)可用于所有应用的专家系统[3]

二是寻求优势地位,积极开创下一代自主技术基础研究。正在开展的下一代自主技术研究主要有可解释的人工智能项目和终身学习机器项目等。可解释的人工智能项目目标是建立一套新的或改进的机器学习技术,生成可解释的模型,结合有效的解释技术,使得使用者能够理解、一定程度地信任并有效管理未来的人工智能系统。终身学习机器项目预期开发支持下一代自适应人工智能系统所需的技术,使其能够在实际环境中基于情景进行在线式现场学习并改善性能,不需要进行线下再编程或再训练。该项目试图将生物学习机理应用于计算机机器学习系统,打破现有机器学习系统对预编程和训练样本的依赖,提高智能系统行动的自主性,增强环境适应能力。

三是强化技术运用,不断将自主技术融入传统武器装备体系。美军将人工干预、态势感知、自主决策、协同导航以及模组化设计等技术与传统导弹相结合,研发了NSM远程打击导弹、LRASM远程反舰导弹等智能导弹,这类导弹在自主感知威胁、自主在线航迹规划、多弹协同、目标价值等级划分和目标识别等方面具有极高的智能化水平[4]

(三) 基于人体增强、增强现实、脑控技术等前沿技术的智能化武器装备体系正在从概念到原型不断落地

军事智能化的技术领域范围广泛,除了因“阿尔法狗”而大热的人工智能技术,还包括了人体增强、增强现实和脑控技术等前沿技术。美军的军事智能化建设在这些领域持续发力,基于这些前沿技术的智能化武器装备体系正在从概念到原型不断落地。

一是基于人体增强扩展作战人员体力与脑力极限。人体增强技术综合利用材料、生物、信息、机械等领域的技术作用于人类的身体,可显著改进与提升人的体力和脑力。近期,美军重点关注的人体增强技术包括:视网膜植入、人工耳蜗等视听增强技术;药物、大脑植入、脑机接口等脑力增强技术;外骨骼等体力增强技术。DARPA的“增强人体机能外骨骼”项目旨在研制可帮助地面士兵携带更多武器、更好护甲和更多补给的外骨骼系统。被称为“人体负重外骨骼”的仿人体结构特点设计的外穿型机械骨骼,既能够使士兵完成爬行、深蹲和提举重物等一系列动作,又可减少士兵因提举战斗载荷而引发的肌肉骨骼损伤[5]

二是基于增强现实强化战场感知与协同。增强现实技术可将计算机生成的虚拟信息合成到用户感知的真实世界中,实现对真实世界的增加和强化。近年来,美军开发了“战场增强现实系统”,其系统样机已实现了指挥中心与各战斗员之间的信息传输,未来将满足城市作战中提供单兵环境位置及协同信息的需求。该系统可直观反映战场真实地形地貌,使作战人员能身临其境地了解作战地形,将对未来作战演练、兵棋推演等产生重大影响[6]

三是基于脑控技术攻心夺志,不战而屈人之兵。脑控技术通过对脑电波的分析处理,可远距离读取和遥控从视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉到语言、情绪、潜意识和梦境等神经系统活动。美军研制的可阅读士兵脑电波的“读心头盔”,士兵无需开口说话就能“阅读”对方的脑部活动。美国空军研究实验室已具备了向大脑中直接输入语句的能力。美国研究人员还借助激光研制出了新型心理幻觉武器,能在战场任何地面和大气层中映射出虚假影像[7]


二、美军智能化武器装备体系典型作战运用


美军预见到智能化技术在军事领域的广阔应用前景,提前布局、探索试验,希望抢占军事智能化应用先机,力求与潜在对手拉开“代差”。智能化武器装备体系的应用已渗透和扩展到战争的各个领域,如侦察监视与信息处理、自主决策与辅助决策以及指挥控制与作战行动等。

(一) 在侦察监视与情报信息处理中的应用

智能化武器装备体系的应用,首先在侦察监视与情报信息处理领域得到了充分展现。

一是无人作战平台长时广域开展侦察监视。美军在波黑战争、科索沃战争、阿富汗战争和伊拉克战争中多次使用“捕食者”无人侦察机为战区指挥官及合成部队指挥官进行决策提供情报支持,主要用于小区域或山谷地区的侦察与监视,为特种部队提供详细的战场情报。

二是增强现实实现战场信息感知。增强现实赋能的武器装备体系可为作战人员提供更加及时全面的战场信息。航空作战环境感知利用现实增强技术,在飞行员座舱的前方玻璃上的头盔显示器上,可将矢量图形叠加到飞行员的视野中,不仅能向飞行员提供导航信息,还提供了包括敌方隐藏力量的增强战场信息。基于增强现实技术的“顶点猫头鹰”头盔瞄准显示器,已部署于位于阿富汗的法军和美军的“虎”、NH90、AH-1Z“眼镜蛇”等直升机上。美军近期即将为F-35战斗机配备多功能头盔。

三是深度学习助力情报信息处理。美军在试验使用AI技术研判卫星侦察图像,由此搜索对手的核设施、军事基地和导弹阵地等常规手段难以发现的高价值目标。使用基于神经网络的AI系统和深度学习算法构建的基线版软件,在覆盖海域面积约为9万平方千米的卫星图像数据中识别出了多座地空导弹阵地,与专业照相侦察分析人员的判读结果进行对比后,其准确率超过90%,而耗时仅有42分钟,远远低于后者的60小时。

(二) 在智能决策、辅助决策中的应用

智能化战争时代,军事斗争的角力点正在转向认知域。智能化武器装备体系正在改变单纯作战平台的属性,开始向智能决策、辅助决策领域渗透应用。

一是智能决策开始走向舞台。美军一直致力于研究智能化决策在军事领域的运用。2016年,Alpha系统在模拟空战中对抗两名退役的战斗机驾驶员,结果人工智能系统取得了胜利。该系统可收集来自战斗机上传感器所采集的大量数据、通过分析处理这些信息,提供合适的建议,进行智能化决策或辅助决策,速度比人类要快数百倍。

二是算法优势实现辅助决策。算法是兵棋推演和人工智能的核心,是实现智能决策的关键,也是智能化武器装备体系必须强化的软件。美军曾运用人工智能先进算法分析战场信息,通过分析“伊斯兰国”的作战策略,发现了后者涉及汽车炸弹和土制炸弹的多种行为规律,为美军筹划决策作战行动提供了大量帮助。美军的“深绿”系统运用计算机仿真技术,推演预测未来态势发展的多种可能,高效辅助指挥员评估作战方案计划,并在必要时协助指挥员生成新的替代方案。“指挥官虚拟参谋”系统综合应用认知计算、人工智能和计算机自动化等领域核心算法来应对海量数据源及复杂的战场态势,提供主动建议、高级分析及可个性化定制的自然人机交互,从而为指挥官及其参谋进行决策提供从准备、规划、执行到评估的全过程决策支持。

(三) 在指挥控制和作战行动中的应用

指挥控制和作战行动是“OODA环”的核心和终端环节,是将前一阶段的认知优势转化为最终的行动优势的过程,因此也是智能化武器装备体系天然的用武之地。美军的多类多型智能无武器装备都在指挥控制和作战行动中以不同的作战方式得到了应用。

一是人机协同作战。有人平台与无人平台结合,可以充分发挥各自的特点,因此更具实用性。美空军的“忠诚僚机”计划设想以F-22、F-35等有人高价值飞机为长机,若干架低成本、高机动性的无人机作为僚机,组成一个空中战斗编队共同遂行作战任务。无人化的僚机在与长机飞行员对战场的共同认知下,跟随有人长机实施战斗,保护长机,并可在必要时牺牲自己。美国陆军已经把有人-无人编组作战作为重点能力进行建设。该项目的目的是充分发挥各自优长,形成1+1>2的效果。

二是集群攻防作战。集群的个体之间通过自主协同或作战云支撑,密切配合以达成共同的作战目标。美军集群攻防作战的两类运用模式,一类是饱和式突防,使用无人机集群突破宙斯盾的实验表明,构成集群的无人机数量越多,则突防成功率越高;一类是消耗式防御,美军曾试验使用3架F-18(“大黄蜂”)投出103架简易型无人机,消耗敌方防空导弹,保护高价值飞机最终突防成功。

三是精确智能弹药打击。美军NSM远程打击导弹和LRASM远程反舰导弹等智能导弹,具有自主感知威胁、在线规划航迹、目标识别和多弹协同等功能,主要用于对高价值目标的打击。针对量大面广的低价值目标,微感知、微处理、微控制、微动力、微集成等微系统技术催生的微小型导弹是作战应用的首选。美军已部署了“长钉”导弹、“长矛”导弹和“微型直接碰撞杀伤”导弹等微小型导弹。


三、美军智能化武器装备体系发展趋势


(一) 重点发展智能筹划决策系统,运用算法夺取战场制智权

决策优势历来是美军追求的重点之一。其迫切希望在军事筹划决策系统中引入智能化技术,不仅能够为指挥员提供海量情报信息的深度挖掘和分析,还能对可能的前景和结果进行预测,从而加快筹划流程,提高决策的科学性和可靠性。近年来,美军的指控系统建设取得了突出成就,信息采集、传输、存储、处理和显示等环节均已成型;作战仿真、数据工程和模型建设等有质的飞跃。但是,作战筹划决策系统发展正在遭遇智能化发展的瓶颈,在态势理解、决策辅助、作战任务规划、对抗方案推演等方面均不尽如人意。面对不断加速的战争进程,美军对智能作战筹划与决策的需求越来越迫切,智能筹划决策系统正在成为其重点发展的方向。

算法是智能的核心与灵魂,在夺控制智权中的作用更加凸显。智能算法正在从概念走向实践,成为决策优势新的增长点,成为新的战斗力生成要素。智能算法在未来战争中将发挥验证新战法,寻找制胜策的作用。美军已成立了“算法战跨职能小组”和“机器学习中心”等机构,负责将智能算法引入国家安全领域。

(二) 网络分布、集群协同,提高战场生存率和突防成功率,集约精准释能

高价值武器装备体系是体系作战的关键环节,也是体系作战的薄弱环节,往往首先遭受敌方精确打击或积极防御。为应对这一威胁,美军智能化武器装备体系的发展越来越强调去中心化和去平台化。根据网络分布和集群协同的构想,美军计划使其智能化武器装备体系的每个个体之间能够通过自适应网络构建集群,从分散部署的不同地域展开协同攻防,形成分布式杀伤力,目的是提高智能化武器装备体系的战场生存率和突防成功率,实现体系精准集约释能。

网络分布和集群协同的发展趋势,一是提高了单体智能化武器装备的进攻杀伤能力,所有单体配备进攻装备,具备威慑敌人的能力,并为集群作战奠定基础;二是实现跨地域分散部署进攻能力,迫使敌人花费更多决策时间和物资投入,同时提升己方隐蔽性,增加敌人打击难度;三是少数单体任务失败后,不影响集群继续作战,并达成最终的作战目的。

(三) 集成化、模块化设计,延拓智能作战平台的通用性

梳理美军智能化武器装备体系的发展规划可以看到,集成化、模块化设计正在成为其重要的发展趋势。采用集成化、模块化设计,一是能够有效降低智能化武器装备的采购成本和维修保障资源需求;二是便于实现面向特殊作战需求的系统功能定制;三是能够确保最大限度实现平台之间的互联互通互操作性,形成体系作战能力。预计美军智能化武器装备体系的研发将尽量采用成熟商用技术,用集成化的方式把专业领域先进技术制成模块化专用装置,以延拓智能作战平台的通用性。


参考文献:

[1]黄国贤,译.美军无人机发展刍议.中国指挥与控制学会[EB/OL].(2018-10-02)[2019-06-02].

[2]钟宏伟.国外无人水下航行器装备与技术现状及展望[J].水下无人系统学报,2017(4).

[3]钱宁,等.美国DARPA人工智能研究综述防务快讯[EB/OL].(2018-07-11)[2019-06-02].

[4]高端装备发展研究中心.国外智能导弹装备发展现状[EB/OL].(2018-09-11)[2019-06-02].

[5]吴勤.颠覆未来作战的前沿技术系列之人体增强[J].军事文摘,2016(1).

[6]吴勤.颠覆未来作战的前沿技术系列之增强现实[J].军事文摘,2015(17).

[7]张瑷敏,朱婧倩,编译.脑控武器:亦真亦幻有点“玄”[N].解放军报,2018-06-01(11).


王晗,杨子明,张晓龙.美军智能化武器装备体系发展[J].国防科技,2019,40(4):15-19.

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期刊名称:智能计算机与应用

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