無人機(jī)操控有多難

　　無人機(jī)操控有多難

　　■周 一 張?zhí)K豪 李家奇

　　前段時(shí)間，俄羅斯宣布即將發(fā)展控制攻擊無人機(jī)群的空中指揮所。這種指揮系統(tǒng)，不但能控制新一代無人機(jī)對數(shù)百乃至數(shù)千千米外的目標(biāo)實(shí)施打擊，還可以和不同軍兵種裝備進(jìn)行聯(lián)合。這次嘗試，是針對無人機(jī)指揮控制模式的一次革命性創(chuàng)新。

　　近年來，不論美、俄等傳統(tǒng)軍事大國，還是以色列、瑞典、土耳其等軍工領(lǐng)域的新興強(qiáng)國，都在加緊研發(fā)新型無人機(jī)。無人機(jī)控制技術(shù)被譽(yù)為“無人機(jī)的大腦”，直接影響到無人機(jī)作戰(zhàn)的實(shí)際效能。想要控制無人機(jī)完成任務(wù)，就像隔山打牛一般，操控人員要在幾千米甚至幾千千米外的距離遙控操作，難度可想而知。世界各國在無人機(jī)控制技術(shù)上投入了大量人力物力，但實(shí)際飛行中，由控制系統(tǒng)引發(fā)的故障依舊屢見不鮮。

　　那么，無人機(jī)控制的難點(diǎn)到底在哪里?想要為無人機(jī)“掌舵”需要攻克哪些技術(shù)關(guān)卡?無人機(jī)控制與戰(zhàn)斗機(jī)操控又有什么區(qū)別?本期為您一一解答。　　

無人機(jī)“蜂群”作戰(zhàn)想象圖。資料圖片

　　無人機(jī)的“成名之路”

　　1914年，第一次世界大戰(zhàn)的戰(zhàn)火正酣。

　　戰(zhàn)爭中，飛行員的平均死亡率高達(dá)16%。在這種情況下，英國的卡德爾和皮切爾兩位將軍，向英國軍事航空學(xué)會提出一項(xiàng)建議：研制一種不用人駕駛、使用無線電操縱的小型飛機(jī)——讓它飛到某個(gè)目標(biāo)區(qū)域上空，投下裝備好的炸彈，來代替飛行員執(zhí)行任務(wù)。

　　此時(shí)，有人機(jī)的發(fā)展尚處于起步階段，研制無人機(jī)無疑是異想天開。不出所料，操作人員通過無線電控制小型飛機(jī)起飛升空，還來不及高興，無人機(jī)就突然改變方向，失控墜落。在眾人惋惜的目光中，無人機(jī)的第一次嘗試以失敗告終。

　　試飛失敗，并不意味著無人機(jī)的設(shè)想不可行。相比于有人機(jī)，無人機(jī)擁有制造成本低、戰(zhàn)斗損失小等顯著優(yōu)點(diǎn)，令各國科研人員心動不已。無人機(jī)作戰(zhàn)控制技術(shù)研究，也就此拉開序幕。

　　1935年，“蜂王號”無人機(jī)問世，標(biāo)志著無人機(jī)時(shí)代的真正開啟。然而，由于動力不足、機(jī)載設(shè)備偵察精度較低、無法完成遠(yuǎn)距離通信等因素，無人機(jī)在當(dāng)時(shí)主要承擔(dān)著靶機(jī)和自殺式攻擊機(jī)的功能，在戰(zhàn)場建設(shè)上處于非常邊緣的位置。

　　20世紀(jì)60年代，新型電子工業(yè)崛起，帶動無人機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展。一架架新型無人機(jī)如冉冉升起的新星，在戰(zhàn)爭中嶄露頭角。越南戰(zhàn)爭中，“火蜂”系列無人機(jī)總計(jì)飛行500多次，承擔(dān)了電子竊聽、電臺干擾、拋撒金屬箔條以及為有人機(jī)開辟通道等任務(wù)。等到2001年，在阿富汗戰(zhàn)爭中，美國的“捕食者”無人機(jī)可以攜帶反坦克導(dǎo)彈對地面目標(biāo)進(jìn)行攻擊。這標(biāo)志著無人機(jī)已經(jīng)進(jìn)入察打一體的發(fā)展新階段。

　　2020年，在土耳其發(fā)動的“春天之盾”軍事行動中，無人機(jī)完成從配角到主角的“華麗轉(zhuǎn)身”，成為空中打擊主力。無人機(jī)開始大規(guī)模應(yīng)用于作戰(zhàn)行動，并取得重大戰(zhàn)果。

　　近年來，世界各國紛紛加快研制無人機(jī)的腳步：美國先后裝備過60多種型號的無人機(jī);以色列生產(chǎn)的“探路者”“蒼鷺”“赫爾墨斯”等無人機(jī)出口至10多個(gè)國家，受到廣泛關(guān)注;土耳其的“旗手”TB-2無人機(jī)在多次局部沖突中表現(xiàn)亮眼……無人機(jī)逐漸步入全球矚目的軍工舞臺中央。

　　然而，取得累累戰(zhàn)果的同時(shí)，無人機(jī)也接連不斷地暴露出自身問題。報(bào)道顯示，自2001年到2013年底，美軍超過400架不同類型的軍用無人機(jī)發(fā)生墜毀。在無人機(jī)的“成名之路”上，如何實(shí)現(xiàn)有效精準(zhǔn)的操控，依然是其“關(guān)鍵技術(shù)中的關(guān)鍵”。

　　集群進(jìn)攻，組建“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”

　　自然界中，當(dāng)蜂巢遭遇威脅時(shí)，巢中成百上千只蜜蜂會傾巢出動，舍身攻擊敵人。20世紀(jì)90年代末，美國國防部高級研究計(jì)劃局從蜂群中獲得靈感、吸取經(jīng)驗(yàn)，率先提出了無人作戰(zhàn)“蜂群戰(zhàn)術(shù)”。

　　歷經(jīng)數(shù)十年發(fā)展，直到“伯克”級驅(qū)逐艦的“宙斯盾”防空系統(tǒng)被無人機(jī)蜂群突破，才標(biāo)志著無人作戰(zhàn)“蜂群戰(zhàn)術(shù)”初步成熟。數(shù)以千計(jì)的無人機(jī)，對決策控制系統(tǒng)提出更高要求。每架無人機(jī)都要通過集群算法，完成收集數(shù)據(jù)、匯總數(shù)據(jù)、空中編隊(duì)與執(zhí)行攻擊指令等一系列任務(wù)。

　　除此之外，有些國家嘗試研制可以直接使用強(qiáng)電磁攻擊的反無人機(jī)武器，在無人機(jī)“蜂群”所處地域形成磁暴，讓機(jī)上所有電子信息設(shè)備陷入癱瘓，使無人機(jī)完全喪失戰(zhàn)斗力甚至直接墜毀。

　　高度復(fù)雜的控制系統(tǒng)和日益強(qiáng)大的針對性武器，給無人機(jī)的作戰(zhàn)控制帶來了更多挑戰(zhàn)。集群作戰(zhàn)的無人機(jī)需要打通3道難關(guān)，才能完成戰(zhàn)場上的涅槃——

　　第一關(guān)，建立“控制中樞”。需要以母機(jī)作為“蜂窩”，投放一定規(guī)模數(shù)量的無人機(jī)“蜂群”，模擬自然界生物集群編隊(duì)飛行。母機(jī)的集成控制中樞，要將控制指令實(shí)時(shí)并平行地傳輸給多架無人機(jī)，指揮無人機(jī)群完成作戰(zhàn)任務(wù)，對目標(biāo)實(shí)施精確打擊。

　　不過，這一技術(shù)仍面臨難題。能夠大規(guī)模存放無人機(jī)的平臺屈指可數(shù)，一臺母機(jī)可攜帶的無人機(jī)數(shù)量有限，無人機(jī)數(shù)量過少則無法對敵人造成有效打擊。因此，找到一個(gè)合適的用于投放無人機(jī)的平臺至關(guān)重要。平臺越大，“蜂群戰(zhàn)術(shù)”的作戰(zhàn)效果才越突出。

　　第二關(guān)，打通“關(guān)鍵鏈路”。戰(zhàn)場上，數(shù)據(jù)信息受到瞬息萬變的戰(zhàn)斗態(tài)勢影響，隨時(shí)發(fā)生變動。在此情況下，無人機(jī)與控制中樞能否做到信息緊密聯(lián)通就尤為重要。完成作戰(zhàn)控制，必須及時(shí)準(zhǔn)確地獲取有效目標(biāo)信息，并通過數(shù)據(jù)鏈路傳輸?shù)綗o人機(jī)上，以便根據(jù)情況隨機(jī)應(yīng)變。

　　當(dāng)前研究對目標(biāo)信息探測、目標(biāo)狀態(tài)評估等方面，進(jìn)行了大量理論和實(shí)踐探索。想要實(shí)時(shí)獲取信息，并通過控制中樞立體化傳輸?shù)矫恳患軣o人機(jī)上，需要數(shù)據(jù)鏈路具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力。

　　第三關(guān)，實(shí)現(xiàn)“實(shí)時(shí)共享”。在控制中樞的指令下達(dá)時(shí)，不同位置的無人機(jī)也面臨著千變?nèi)f化的戰(zhàn)場局勢。更快、更全面地掌握戰(zhàn)場動態(tài)，相當(dāng)于擁有更多的“眼睛”和“耳朵”。實(shí)現(xiàn)無人機(jī)個(gè)體間的實(shí)時(shí)信息共享，有利于在戰(zhàn)場上占據(jù)先機(jī)與優(yōu)勢。

　　盡管如此，由于作戰(zhàn)過程中，無人機(jī)絕大多數(shù)時(shí)間在進(jìn)行快速移動、數(shù)量改變、位置變化，通信系統(tǒng)整體處于實(shí)時(shí)動態(tài)反復(fù)破碎再重組的狀態(tài)，通信質(zhì)量也會受到影響。同時(shí)，無人機(jī)之間的頻繁通信容易導(dǎo)致信息數(shù)據(jù)過載，超出系統(tǒng)的處理極限，使得重要信息無法及時(shí)傳達(dá)。

　　打造無人機(jī)的“空中大腦”

　　無人機(jī)能飛多遠(yuǎn)?

　　RQ-4A無人機(jī)給出的答案是，26000千米。

　　出色的飛行距離，讓這架無人機(jī)獲得“全球鷹”的稱號。然而，僅在2018年內(nèi)，就有2架RQ-4A無人機(jī)在任務(wù)途中墜毀。

　　與有人機(jī)相同，無人機(jī)作戰(zhàn)也遵循“一寸長、一寸強(qiáng)”的原則。讓無人機(jī)飛得更遠(yuǎn)，向來是各國科研人員的研究目標(biāo)。但無人機(jī)一旦飛行超過一定距離，受到地形、磁場、信息傳輸?shù)纫蛩赜绊懢透螅瑑H靠地面控制站很難完成任務(wù)。為此，科研人員提出空中指揮所模式，希望通過前移控制站強(qiáng)化對無人機(jī)的控制。

　　最初，科研人員嘗試將直升機(jī)作為空中指揮所的載體。讓直升機(jī)跟隨無人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)，既可以觀察無人機(jī)狀況，也能建立起穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)連接。可這一想法還沒投入實(shí)踐，就很快被否決。戰(zhàn)場環(huán)境瞬息萬變，直升機(jī)普遍升限低、機(jī)動性差，在作戰(zhàn)行動中無疑是“活靶子”。

　　那么，該如何安全有效地控制無人機(jī)作戰(zhàn)?

　　不同國家有不同解決方法。美國“捕食者A”無人機(jī)設(shè)計(jì)之初，就在無線數(shù)據(jù)鏈上開創(chuàng)性地采用衛(wèi)星中繼通信技術(shù)。一方面，在機(jī)頭上方安裝遠(yuǎn)距離衛(wèi)星通信天線，用于衛(wèi)星與無人機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸;另一方面，將衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈終端設(shè)置在一輛“悍馬”高機(jī)動越野車上，進(jìn)行地面控制站與衛(wèi)星間的數(shù)據(jù)傳輸，通過越野車這個(gè)中轉(zhuǎn)站提升控制精準(zhǔn)度。

　　俄羅斯深入挖掘空中指揮所的可行性，提出了兩種指揮平臺——改裝伊爾-76MD-90A大型軍用運(yùn)輸機(jī)，用于大中型察打一體無人機(jī)及無人戰(zhàn)斗攻擊機(jī)的指揮控制，承擔(dān)空中作戰(zhàn)、遠(yuǎn)程空地精確打擊、戰(zhàn)略偵察監(jiān)視等任務(wù);改裝米-38中型運(yùn)輸直升機(jī)，負(fù)責(zé)中小型察打一體無人機(jī)的指揮控制，主要面向低空、超低空的空地作戰(zhàn)。

　　傳統(tǒng)的綜合地面控制站只能在陸地機(jī)動，空中指揮所卻可以“插上翅膀飛翔”。這為無人機(jī)指揮控制模式帶來全新可能：不僅縮短了無人機(jī)控制鏈路，改善衛(wèi)星中繼通信的延遲問題，還能提升抗干擾能力。此外，空中指揮所也可以采用衛(wèi)星中繼通信技術(shù)，作為與無人機(jī)保持?jǐn)?shù)據(jù)聯(lián)通的輔助手段，從而形成雙路通信、互為備份的冗余模式。

　　未來，無人機(jī)指揮所有望完成從地面到空中的跨越。軍用作戰(zhàn)無人機(jī)通過人工智能等高新技術(shù)加持，也將更加適應(yīng)日益復(fù)雜的新型戰(zhàn)爭環(huán)境，以及未來高烈度、高技術(shù)的戰(zhàn)場需求，登上更大的歷史舞臺。