张洋
中航工业发展研究中心青年学者
远望智库特约研究员
2017年3月，美国洛马公司领导的团队与美空军联合开展了新一轮有人机／无人机编组关键技术演示试飞，成功地对可支撑美空军“忠诚僚机”构想的一些关键技术进行了验证。该演示试飞表明：美军继领先形成有人直升机控制无人机的实战能力之后，又在无人机僚机技术研究方面取得了阶段性进展。
一、本轮演示开展的基本背景
“忠诚僚机”构想旨在实现有人驾驶作战飞机与无人作战飞机（UCAV）形成长、僚机编组，使后者能自主与长机编队、根据长机指示进行占位机动、领受并自主执行任务。美空军在长期开展相关科技研究的基础上，为支撑第三次“抵消战略”而提出了该构想。
以实现有人机和无人机之间的互用性为目标，美空军连年设立专题开展应用研究，奠定了技术基础。从2005财年开始，美军在其6.2类（应用研究类）科技计划安排中，在“航宇飞行器技术”项目（PE 0602201F）的“飞行控制与驾驶员－飞行器接口”专项下，设置了旨在“实现有人机和无人机之间安全的互用性”的先进飞控技术专题，以开展多架无人机在敌对环境下高度可靠地合作执行抵近侦察任务演示为目标，研究混合主动控制等无人机及机群先进飞控技术。2005－2014财年，美空军共为该专题投入约9940.5万（约合人民币6.84亿元），为后续发展奠定了基础。
为支撑第三次“抵消战略”，美空军调整专题，将重心聚焦到有人机／无人机编组，并提出“忠诚僚机”构想。2014年美国防部启动主要针对中国的第三次“抵消战略”，高级的有人机／无人机编组被识别为一项重点技术。美空军遂从2015财年开始，将前述专题定名为“有人机／无人机编组技术”，以开展有人机／无人机编组在对抗环境中执行压制敌防空任务演示为目标，研究先进控制技术。在此基础上，美空军提出“忠诚僚机”构想，并于2015年7月发布“用于‘忠诚僚机’的自主性”信息征询书。2015、2016财年，美空军共为“有人机／无人机编组技术”专题投入约2235万（约合人民币1.54亿元），2017－2021财年估计将再投入约6054万（约合人民币4.16亿元）。此间，美空军与洛马公司“臭鼬工厂”等合作，已先后完成“海弗－空袭者Ⅰ”（HAVE Raider Ⅰ）和“海弗－空袭者Ⅱ”两轮演示试飞。
二、本轮演示取得的主要进展
综合美空军和洛马公司透露的情况，2015年开展的首轮演示试飞（即“海弗－空袭者Ⅰ”）利用1架F-16战斗机和1架扮演无人作战飞机（UCAV）的F-16试验机（保留飞行员以确保安全）形成长、僚机编组，完成了长机指挥与控制僚机、自主编队飞行、僚机航线跟随、僚机完成长机指定的预先规划任务后进行战斗毁伤评估、僚机重新加入编组、自动空中防撞系统等演示，为本轮演示试飞（即“海弗－空袭者Ⅱ”）奠定了好的基础。
本轮演示试飞持续了两周，仍由一架F-16试验机扮演UCAV（仍保留飞行员以确保安全），与“臭鼬工厂”一个地面站中的虚拟长机编组，主要在以下三个方面取得了成果：
一是僚机基于任务优先度与可用资源，自主规划并自适应执行了对地打击任务。首轮演示从飞行控制角度演示了自主性，本轮演示则升级到从作战管理角度演示。在本轮演示中，僚机一方面按照指挥员给出的优先事项排序单排列任务优先度，结合对可用资源的评估，自动地规划了它自身需要参与的对地攻击任务；另一方面，僚机在依靠自身或外部信息捕获到一个随遇的地面威胁时，自动地调整了任务规划，在最大程度地降低在新威胁面前暴露概率的同时达成任务目标，展现了基于实时动态再规划的自适应任务执行能力。通常情况下，无人机的任务规划及其调整都是在控制站中完成的，本轮演示取得的成果将有利于减轻未来有人机／无人机编组中长机飞行员的工作负担。
二是成功使用了基于开放式系统架构的软件集成环境，演示了更好的编组交互方式。在首轮演示中，长机飞行员通过驾驶舱正前方控制面板来直接控制僚机，而在进入无线电静默状态后采取机翼闪动（横滚90°然后复原）方式来提示僚机改变战位，如提示僚机从战术状态进入战斗编队（由并列飞行变为更靠近的梯队编队）等。本轮演示一方面成功地应用了“开放式任务系统－无人机指挥与控制倡议”（OMS UCI）软件环境，为今后快速集成各种符合OMS标准的软件“零件”提供了基础。通过该环境，科技人员在本轮演示中将运行任务规划及自适应任务执行算法的处理机便捷地集成到F-16试验机，并与该机的飞控计算机（驻留运行首轮演示中检验过的先进自主控制程序）建立通信网关，实现了快速集成新能力；同时，还通过OMS UCI进一步开展了更多的长机飞行员与僚机交互方案的评价，如触摸屏、话音识别等。
三是僚机在执行任务的过程中，自主适应了一些与自身相关的意外情况设定。在本轮演示中，科技人员为僚机设置了失去某种特定类型的打击武器、飞行路径偏离、在任务过程中的某个关键点失去通信联络等意外情况，检验了其自动适应条件变化的能力。这一演示的目的是观察“任务意外管理机制如何接管飞行器并执行既定规划，以及在通信一旦重新联通时再加入网络”，僚机的这些能力在演示中成功得到检验。
三、未来发展预测
根据美空军的设想，在未来的“反介入／区域拒止”环境中作战时，需为五代机（F-22、F-35）和发展中的“穿透型制空”平台配备无人机僚机，提供感知、干扰和打击协助。美国防部常务副部长沃克曾在2016年3月30日透露，美空军正在研究F-35与无人驾驶的F-16编组作战；本轮演示之后，“臭鼬工厂”也透露它正利用其五代机座舱的飞行员－飞行器接口，把较简单的飞行员意图高效准确地翻译为UCI信息结构，使之可传递到无人机，又不明显增加飞行员的认知负担。这表明美空军当前的目标是为五代机编配“忠诚僚机”。
按照美空军的计划，将在2018－2022财年对“忠诚僚机”构想进行一系列关键演示，其中的高潮是在2022财年利用1架真正的无人机僚机（而不是有人机扮演的）开展有人机／无人机编组打击实验。洛马公司也正自筹资金推动自主性技术成熟，目标是在未来数年内将其技术成熟度等级提到6级或更高，为美空军开展“忠诚僚机”的工程与制造发展做好准备。不过，尽管本轮演示表明美军无人机僚机技术研究取得了阶段性进展，但发展到接近实用的程度还需要有大的突破。例如，虽然僚机在本轮演示中实现了自主任务规划和自动适应意外情况，但机上的自主软件仍是确定的，也即某个特定的输入只会形成同样的输出。因此，今后还需进一步引入机器学习等人工智能技术，才能使无人机僚机有可能真正适应动态变化的复杂环境。
张洋
中航工业发展研究中心青年学者
远望智库特约研究员
2017年3月，美国洛马公司领导的团队与美空军联合开展了新一轮有人机／无人机编组关键技术演示试飞，成功地对可支撑美空军“忠诚僚机”构想的一些关键技术进行了验证。该演示试飞表明：美军继领先形成有人直升机控制无人机的实战能力之后，又在无人机僚机技术研究方面取得了阶段性进展。
一、本轮演示开展的基本背景
“忠诚僚机”构想旨在实现有人驾驶作战飞机与无人作战飞机（UCAV）形成长、僚机编组，使后者能自主与长机编队、根据长机指示进行占位机动、领受并自主执行任务。美空军在长期开展相关科技研究的基础上，为支撑第三次“抵消战略”而提出了该构想。
以实现有人机和无人机之间的互用性为目标，美空军连年设立专题开展应用研究，奠定了技术基础。从2005财年开始，美军在其6.2类（应用研究类）科技计划安排中，在“航宇飞行器技术”项目（PE 0602201F）的“飞行控制与驾驶员－飞行器接口”专项下，设置了旨在“实现有人机和无人机之间安全的互用性”的先进飞控技术专题，以开展多架无人机在敌对环境下高度可靠地合作执行抵近侦察任务演示为目标，研究混合主动控制等无人机及机群先进飞控技术。2005－2014财年，美空军共为该专题投入约9940.5万（约合人民币6.84亿元），为后续发展奠定了基础。
为支撑第三次“抵消战略”，美空军调整专题，将重心聚焦到有人机／无人机编组，并提出“忠诚僚机”构想。2014年美国防部启动主要针对中国的第三次“抵消战略”，高级的有人机／无人机编组被识别为一项重点技术。美空军遂从2015财年开始，将前述专题定名为“有人机／无人机编组技术”，以开展有人机／无人机编组在对抗环境中执行压制敌防空任务演示为目标，研究先进控制技术。在此基础上，美空军提出“忠诚僚机”构想，并于2015年7月发布“用于‘忠诚僚机’的自主性”信息征询书。2015、2016财年，美空军共为“有人机／无人机编组技术”专题投入约2235万（约合人民币1.54亿元），2017－2021财年估计将再投入约6054万（约合人民币4.16亿元）。此间，美空军与洛马公司“臭鼬工厂”等合作，已先后完成“海弗－空袭者Ⅰ”（HAVE Raider Ⅰ）和“海弗－空袭者Ⅱ”两轮演示试飞。
二、本轮演示取得的主要进展
综合美空军和洛马公司透露的情况，2015年开展的首轮演示试飞（即“海弗－空袭者Ⅰ”）利用1架F-16战斗机和1架扮演无人作战飞机（UCAV）的F-16试验机（保留飞行员以确保安全）形成长、僚机编组，完成了长机指挥与控制僚机、自主编队飞行、僚机航线跟随、僚机完成长机指定的预先规划任务后进行战斗毁伤评估、僚机重新加入编组、自动空中防撞系统等演示，为本轮演示试飞（即“海弗－空袭者Ⅱ”）奠定了好的基础。
本轮演示试飞持续了两周，仍由一架F-16试验机扮演UCAV（仍保留飞行员以确保安全），与“臭鼬工厂”一个地面站中的虚拟长机编组，主要在以下三个方面取得了成果：
一是僚机基于任务优先度与可用资源，自主规划并自适应执行了对地打击任务。首轮演示从飞行控制角度演示了自主性，本轮演示则升级到从作战管理角度演示。在本轮演示中，僚机一方面按照指挥员给出的优先事项排序单排列任务优先度，结合对可用资源的评估，自动地规划了它自身需要参与的对地攻击任务；另一方面，僚机在依靠自身或外部信息捕获到一个随遇的地面威胁时，自动地调整了任务规划，在最大程度地降低在新威胁面前暴露概率的同时达成任务目标，展现了基于实时动态再规划的自适应任务执行能力。通常情况下，无人机的任务规划及其调整都是在控制站中完成的，本轮演示取得的成果将有利于减轻未来有人机／无人机编组中长机飞行员的工作负担。
二是成功使用了基于开放式系统架构的软件集成环境，演示了更好的编组交互方式。在首轮演示中，长机飞行员通过驾驶舱正前方控制面板来直接控制僚机，而在进入无线电静默状态后采取机翼闪动（横滚90°然后复原）方式来提示僚机改变战位，如提示僚机从战术状态进入战斗编队（由并列飞行变为更靠近的梯队编队）等。本轮演示一方面成功地应用了“开放式任务系统－无人机指挥与控制倡议”（OMS UCI）软件环境，为今后快速集成各种符合OMS标准的软件“零件”提供了基础。通过该环境，科技人员在本轮演示中将运行任务规划及自适应任务执行算法的处理机便捷地集成到F-16试验机，并与该机的飞控计算机（驻留运行首轮演示中检验过的先进自主控制程序）建立通信网关，实现了快速集成新能力；同时，还通过OMS UCI进一步开展了更多的长机飞行员与僚机交互方案的评价，如触摸屏、话音识别等。
三是僚机在执行任务的过程中，自主适应了一些与自身相关的意外情况设定。在本轮演示中，科技人员为僚机设置了失去某种特定类型的打击武器、飞行路径偏离、在任务过程中的某个关键点失去通信联络等意外情况，检验了其自动适应条件变化的能力。这一演示的目的是观察“任务意外管理机制如何接管飞行器并执行既定规划，以及在通信一旦重新联通时再加入网络”，僚机的这些能力在演示中成功得到检验。
三、未来发展预测
根据美空军的设想，在未来的“反介入／区域拒止”环境中作战时，需为五代机（F-22、F-35）和发展中的“穿透型制空”平台配备无人机僚机，提供感知、干扰和打击协助。美国防部常务副部长沃克曾在2016年3月30日透露，美空军正在研究F-35与无人驾驶的F-16编组作战；本轮演示之后，“臭鼬工厂”也透露它正利用其五代机座舱的飞行员－飞行器接口，把较简单的飞行员意图高效准确地翻译为UCI信息结构，使之可传递到无人机，又不明显增加飞行员的认知负担。这表明美空军当前的目标是为五代机编配“忠诚僚机”。
按照美空军的计划，将在2018－2022财年对“忠诚僚机”构想进行一系列关键演示，其中的高潮是在2022财年利用1架真正的无人机僚机（而不是有人机扮演的）开展有人机／无人机编组打击实验。洛马公司也正自筹资金推动自主性技术成熟，目标是在未来数年内将其技术成熟度等级提到6级或更高，为美空军开展“忠诚僚机”的工程与制造发展做好准备。不过，尽管本轮演示表明美军无人机僚机技术研究取得了阶段性进展，但发展到接近实用的程度还需要有大的突破。例如，虽然僚机在本轮演示中实现了自主任务规划和自动适应意外情况，但机上的自主软件仍是确定的，也即某个特定的输入只会形成同样的输出。因此，今后还需进一步引入机器学习等人工智能技术，才能使无人机僚机有可能真正适应动态变化的复杂环境。