固定翼無人機(jī)集群飛行更難

據(jù)報(bào)道，中國電子科技集團(tuán)公司(中國電科)10日宣布，成功完成119架固定翼無人機(jī)集群飛行試驗(yàn)，刷新此前2016年珠海航展披露的67架固定翼無人機(jī)集群試驗(yàn)紀(jì)錄，標(biāo)志著智能無人集群領(lǐng)域的又一突破，奠定了我國在該領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。試驗(yàn)中，119架小型固定翼無人機(jī)成功演示了密集彈射起飛、空中集結(jié)、多目標(biāo)分組、編隊(duì)合圍、集群行動(dòng)等動(dòng)作。

傅前哨介紹說，與這幾年春晚上驚艷亮相的四旋翼無人機(jī)集群相比，固定翼無人機(jī)光是編隊(duì)飛行的難度就高得多。因?yàn)樗男頍o人機(jī)可以在空中懸停，更容易精確定位和編寫控制程序。理論上講，只需要預(yù)先制定好每架無人機(jī)的飛行路線，它們就可以按照程序在空中組隊(duì)飛行，但其實(shí)相互之間沒有聯(lián)系。固定翼無人機(jī)的編隊(duì)飛行就困難很多。因?yàn)楣潭ㄒ頍o人機(jī)必須保持一定的速度才能維持在空中飛行，每架無人機(jī)不僅需要知道自己在哪里，而且還得知道附近其他無人機(jī)的位置和方向，并根據(jù)情況調(diào)整方向，以避免發(fā)生“空中撞機(jī)”事故。這就意味著固定翼無人機(jī)必須有“相互溝通”能力，對它們的傳感器、通信、定位等技術(shù)提出了極高要求。

也正因?yàn)楣潭ㄒ頍o人機(jī)編隊(duì)飛行不易，因此今年3月巴基斯坦閱兵式上的“飛馬”無人機(jī)(經(jīng)中國授權(quán)生產(chǎn)的“彩虹-3”無人機(jī))三機(jī)編隊(duì)飛過主席臺才讓世界矚目——這是全球第一次無人機(jī)以編隊(duì)飛行的方式參加閱兵。

中美在無人機(jī)領(lǐng)域競爭激烈

傅前哨認(rèn)為，在無人機(jī)集群的控制技術(shù)領(lǐng)域，中美走在世界最前列。美國致力于打造無人機(jī)集群，通過國防高級研究計(jì)劃局(DARPA)、海軍研究局和眾多實(shí)驗(yàn)室等組織機(jī)構(gòu)，在無人機(jī)集群的概念驗(yàn)證研究方面成效顯著。美國國防部發(fā)布的《無人機(jī)系統(tǒng)路線圖 2005—2030》將無人機(jī)自主控制等級分為1-10級，確立“全自主集群”是無人機(jī)自主控制的最高等級，預(yù)計(jì)2025年后無人機(jī)將具備全自主集群能力。

2015年，美國海軍實(shí)現(xiàn)50架固定翼無人機(jī)集群飛行的紀(jì)錄。這些無人機(jī)按照主從模式飛行，利用無線自組織網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交互和共享。與以往每架飛機(jī)需要一個(gè)操作員不同，該項(xiàng)目通過集群地面控制站實(shí)現(xiàn)了同時(shí)對50架無人機(jī)的控制，將控制權(quán)逐漸轉(zhuǎn)移至飛行器，使無人機(jī)實(shí)現(xiàn)自主飛行和決策，以減輕操控人員的壓力。2016年11月，中國第一個(gè)固定翼無人機(jī)集群飛行試驗(yàn)以67架飛機(jī)的數(shù)量打破了美國的紀(jì)錄。今年1月，美軍使用三架戰(zhàn)斗機(jī)在空中釋放了103架“山鶉”微型偵察無人機(jī)，可連續(xù)飛行半小時(shí)之久，能自主執(zhí)行情報(bào)搜集和監(jiān)控任務(wù)。但不到半年時(shí)間，這個(gè)紀(jì)錄再次被中國改寫。

“像智慧生物那樣自主決策”

中國電科智能無人系統(tǒng)專家趙彥杰表示，自1917年無人機(jī)作為一種新裝備問世以來，100年后的今天，智能無人集群再一次成為“改變游戲規(guī)則”的顛覆性力量，以集群替代機(jī)動(dòng)、數(shù)量提升能力、成本創(chuàng)造優(yōu)勢的方式，重新定義著未來力量運(yùn)用的形態(tài)。

“集群智能”一直被各國視作無人系統(tǒng)人工智能的核心，是未來智能無人系統(tǒng)的突破口。傅前哨表示，無人機(jī)集群真正要實(shí)用化，面對的問題不只是編隊(duì)飛行，還需要根據(jù)不同情況像智慧生物那樣自主做出判斷和決策。例如無人機(jī)集群控制的基礎(chǔ)是協(xié)同態(tài)勢感知，它們配備有不同的傳感器，需要通過相互協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)信息共享，從而獲得更大的感知范圍和更高的精度。

在編隊(duì)飛行中，無人機(jī)集群還需要根據(jù)情況變換隊(duì)形，例如遇到障礙物時(shí)整個(gè)編隊(duì)的分離與重新融合，編隊(duì)成員增加或減少時(shí)的隊(duì)形調(diào)整，以及作戰(zhàn)目標(biāo)改變、威脅環(huán)境變化等其他突發(fā)情況下的編隊(duì)重構(gòu)等。當(dāng)無人機(jī)集群面對高對抗性的戰(zhàn)場環(huán)境，它們還需要自主判斷如何以盡可能少的損失確保任務(wù)的完成率，使無人機(jī)集群在執(zhí)行任務(wù)時(shí)的生存概率和作戰(zhàn)效能達(dá)到最佳。

據(jù)介紹，大規(guī)模、低成本、多功能的無人機(jī)集群通過空中組網(wǎng)、自主控制、群智決策，可以應(yīng)用于多種探測感知、應(yīng)急通信等任務(wù)。傅前哨說，例如這類無人機(jī)集群實(shí)施對地攻擊時(shí)，就將對地面防空系統(tǒng)構(gòu)成全新挑戰(zhàn)：個(gè)體目標(biāo)太小難以跟蹤，即便擊落其中幾架，也無法消除整個(gè)機(jī)群的威脅。未來智能無人集群還將呈現(xiàn)系統(tǒng)智能化、網(wǎng)絡(luò)極大化、節(jié)點(diǎn)極小化、平臺多樣化、成本低廉化五大特點(diǎn)，并加速推進(jìn)智能無人集群向裝備系列化、應(yīng)用多樣化、覆蓋全域化快速發(fā)展。