无人机集群技术发展现状调研

  随着无人机自主化和网络化通信技术的发展,无人机的作战运用模式也在不断发展,使得无人机已在战争中起着越来越重要的作用,单架无人机由于受到探测能力、武器载荷等因素限制,难于完成复杂的作战任务。采用多架无人机协同方式,无人机之间通过通讯,进行信息共享,扩大对环境态势的感知,实现协同任务分配、协同搜索、侦察与攻击,能有效提高无人机的生存能力和整体作战效能。此外,由于微小无人机雷达截面小,成本低,速度快,可利用数量众多的具有自主控制能力的微小无人机组成无人机集群,用于突破敌方防御系统,对敌方目标实施饱和攻击。

  集群智能(Swarm Intelligence)作为一种“Game-Changing”的颠覆性技术,一直被中美等军事强国作为军用人工智能的核心。2002年,美国空军研究实验室通过研究表明:采用多无人机集群作战适合一些简单反应性作战任务,包括区域搜索和攻击、侦察和压制、心理战和战术牵制等。可以说是集群智能是未来无人化作战的突破口。美国国防部发布的《无人机系统路线图2005—2030》将无人机自主控制等级分为1-10级,确立“全自主集群”是无人机自主控制的最高等级,预计2025年后无人机将具备全自主集群能力。

  无人机集群技术典型研究项目

  1、小精灵项目

  2015年9月,DARPA发布了小精灵项目公告,提出通过载机在防区外发射携带侦察或电子战载荷、具备组网与协同功能的无人机蜂群,用于离岸侦察与电子攻击任务,并在任务完成后对幸存无人机进行回收的技术。

  2016年3月,DARPA小精灵项目第一阶段合同授予四家公司:复合材料工程公司、美国Dynetics公司、通用原子航空系统公司和洛马公司,发展能以集群作战方式饱和攻击敌防空系统的廉价小型无人机技术解决方案。这些无人机将配备多种不同载荷,采用齐射方式,具有数量大、尺寸小、廉价、可重复使用等特点,其关键技术包括:空中发射与回收技术、设备载荷与机体一体化概念设计、低成本结构设计、有限寿命设计、自动复飞策略、精确数字飞控与导航、小型高效涡轮发动机、发动机自动关机技术、小型分布式载荷集成技术、精确位置保持技术等。

无人机集群技术发展现状调研

  基于小精灵的作战样式变化示意图/图 来源网络

  该型无人机将通过C-130进行空中回收,具体技术方案尚未公布。该项目旨在促成空中作战概念的转变。DARPA希望以传统飞机为载机,采用在防区外发射大量具有协同和分布式作战能力的小型平台,取代如F-35等在内的功能集成型装备来突破敌防御系统,以代替目前在拒止环境中使用的传统综合式系统。这不但有能力提高在对抗环境中执行任务的有效性,还是探索显着降低作战成本的途径之一。

无人机集群技术发展现状调研

  小精灵空中部署及回收示意图/图 来源网络

  该项目分三个阶段:2016年3月进入第一阶段———系统设计阶段,该阶段经费为1580万美元;第二阶段为期约1年的技术成熟阶段,而只有第一阶段的承包商才有资格进入后两个阶段;第三阶段为期约1年半的演示验证机飞行试验阶段,最终,DARPA希望在2020年左右实施飞行演示验证,验证这种空中发射和回收无人机群的可行性及作战潜力。目前,DARPA设定的装备规模是生产1000架小精灵无人机和25套载机设备。

无人机集群技术发展现状调研

  DARPA 小精灵公告中的设计技术指标/图 来源网络

  2、“蝗虫”(LOCUST)项目

  2015年4月16日,美国海军研究办公室公布了低成本无人机集群技术(Low-cost UAV Swarming Technology,LOCUST)项目进行的一系列无人机集群技术验证工作。LOCUST项目聚焦于发展通过发射管将大量可进行数据共享、自主协同的无人机快速连续发射至空中的技术。这类发射装置及无人机体积较小,可方便整合到舰船、装甲车辆、飞机等平台之上。这种“蜂群”有目的性地集群飞行、协同配合,对敌方目标执行侦察、打击任务,从作战使用角度看,具有明显优势。美国海军研究办公室于2015年3月在多个地点完成演示验证工作,其中包括发射可携带不同任务载荷的郊狼(Coyote)无人机,并完成了9架无人机完全自主同步和编队飞行的技术验证。

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