“分布式能力”是美軍未來發展的重點,其內涵是指未來作戰中有人和無人系統組成團隊,通過散布組合網絡能力發揮軍事作用,增強適應能力,提高對手成本。把作戰能力分散部署到多個聯網平臺上,而不是把所有的功能集中在單一的高成本平臺上,可以提高作戰靈活性、規模調節性,以及單元專業化程度。這包括平臺研發、人機界面、保密可靠的網絡通信,以及整體系統架構 / 指揮與控制。在 DARPA 內部,這個概念稱為系統體系(System of Systems)方式。
DARPA 目前為發展分布式作戰能力目的就是利用第三波抵消戰略的組成要素,充分發揮分布式能力的優勢,應對上述各種挑戰。其中項目之一就是“小精靈”項目,研發具有地理靈活性的低成本無人機。
建造無人駕駛的有效作戰系統有助于調整成本核算方程式,創建成本較低而數量增多的作戰資產。這么做不僅可解決地理區域部署機敏性的需求,而且可針對 A2/AD 環境的挑戰提出可靠的解決方案。盡管這些系統也許不能夠每個都在復雜的防空環境中生存,但是它們可以憑借數量之眾使敵方的交戰能力達到飽和狀態。低成本、可消耗的無人機以集群方式協同作戰,可以在高威脅環境中執行復雜的任務,而避免美軍飛行員冒生命風險。此外,這么做可以迫使敵方付出一定代價。
例如,如果無人機的成本低于敵方對抗無人機所需的導彈成本,就意味著敵方必須付出高昂成本。因此,這個項目的目標是,建造的系統應該具有不容忽視的足夠殺傷力,但系統成本又較低,個別系統的損失可接受。作為 DARPA 的一項新努力,小精靈項目致力于研發一個無人平臺系統,以期避免有人駕駛飛機通常所需的生命支持和復雜防御能力的高成本。
小精靈無人機的設計構想是可集群發射,并在空中回收,這樣可提供執行各種任務所需的多種能力組合與協同。但是,若要降低成本,這些航空器的尺寸必須較小,因而它們的航程有限。為了克服這個挑戰,小精靈無人機借助大型母機,把 小精靈機群搭載到抗衡空域邊緣再發射。由于小精靈航空器可以回收,而不是一次性使用,因此其每次使用成本遠遠低于巡航導彈或傳統型假目標。在這方面的論述中,關于“一次性的”(expendable)、“可消耗的”(attritable)和“可回收的”(recoverable)這三個術語的確切含義,并無一致意見。為了避免混淆,本文將“一次性”定義為單次使用彈藥或航空器,在一次交戰之后完全耗盡(例如,傳統型巡航導彈或“超級郊狼”(super coyote) 無人機)。“可消耗的”含義是,在執行任務時,集群中個別飛機的損失是可以接受的;任務成功的定義是,達到任務目標,而且在執行過程中被摧毀的彈藥或飛機的數量不超過特定的比例。“可回收的”含義是,在任務完成之后,所有尚存的飛機返航,可用于執行以后的任務。
小精靈無人機將能從多種飛機發射,包括轟炸機、戰斗機和運輸機。小精靈項目計劃做一次飛行演示,構想是在空中把無人機回收到一架帶貨艙的飛機中。這個項目最具挑戰性的技術風險是如何解決在不危及母機的情況下進行空中回收。目前,該構想仍處于研發之中,其設計重點落在在三個關鍵的捕捉階段:
(1) 利用以前無人航空系統空中加油項目展示的精準導航技術,在緊接母機尾部強烈紊流區外實施軟捕捉。
(2) 用6自由度機械臂實施硬捕捉,抓住無人機通過母機尾部紊流區。這個階段利用先進的機器人技術, 需要注意的是,小精靈無人機的空氣動力表面將收縮,并且發動機將關閉和停止轉動,以保護母機。
(3) 把精靈航空器送入貨艙,自動放置在群發數量儲存架上。
演示目的是每30 分鐘回收4 架無人機。成功演示空中回收之后,則可研發各種不同的航空器,以適應特定任務需要。預期研發成功的小精靈無人機的尺寸大致相當于一枚巡航導彈。小精靈航空器的體型足夠攜帶進行情監偵和目標識別所需的光電傳感器,并且擁有足夠的機載功率,可實施電子攻擊。在需要的時候,這些航空器可以攜帶一枚具有足夠摧毀力的彈頭,用于攻擊半加固式目標。載荷和功率要求由若干其他DARPA 項目設定,包括相干干擾、先進協同合成孔徑雷達測繪,以及具有網空效應的電子攻擊。對于許多此類射頻領域效應而言,速度是重要的效應增強因素。與現有的無人機相比,預期研發成功的系統將達到0.7 以上馬赫的速度,足以提高載荷運用的靈活性。高速度還使得這些無人機能夠與其他打擊資產協同作戰,或者在特種作戰滲入/ 滲出團隊行動之前飛到作戰區域。無人機的高速和高空飛行能力還可增強其生存能力,使傳統小型武器和便攜式地對空導彈無法打到。無人機的體積小,自然提高隱身低顯性,這也是未來的武器系統在設計方面必然要考慮的因素。
空中發射和回收無人機可直接應對美國空軍在追求全球機敏性中面臨的幾個關鍵挑戰。首先,它可提供全球進入和快速響應能力。目前,美軍在全球大部分空域享有飛航自由。憑借現有的全球機動資產,從美國本土基地搭載的小精靈無人機可在36 小時內部署到世界上任何地方,不需要依賴在作戰區域鄰近設立基地。相較而言,目前的無人機速度較慢,要求在感興趣區域內設置大量的基礎設施。在我們幾乎沒有前進基地的區域發生緊急事件時,或者在我們不擁有鄰近作戰目標的陸上或海上控制權的A2/AD 環境中,要想滿足這樣的要求是不現實的。空中回收可加快無人機作戰循環時間。這些航空器可以很快地進行加油和維護,準備好再次起飛。
DARPA 的小精靈項目將創建載荷散布能力,以這個切實可行的解決方案克服平臺問題帶來的挑戰。空中發射和回收先進無人航空器,其投入作戰的規模可調,其作戰效應多樣,其經濟可行性亦高。這種基于載荷散布聯網化的作戰能力,雖然最主要的也最具挑戰性的用途是對敵人的多層防御實施飽和作戰,它還能在其他各種沖突環境中提高作戰資源利用效率。當我們依賴高質量平臺而非高數量平臺作戰時,成本昂貴的平臺如果用于無關緊要的環境,仿佛是牛刀殺雞。
例如,使用B-2 攻擊敵方一輛不設防的卡車,盡管達到了效果,但其利用效率肯定很低。散布的低成本平臺利用數量對付規模。在嚴峻的情況下,可以增加平臺數量,以飽和作戰應對敵方的防守。如對抗相對薄弱的防守環境,則可減少投入的平臺數量。這樣可以使作戰能力的運用更好地匹配任務要求。在面對經濟實力相近的敵方時,成本效率是必須考慮的一個戰略因素。平臺研發只是創建載荷散布能力所面臨的眾多挑戰之一,如何使無人平臺與操作這些資產的人腦銜接,同樣至關重要。為此目標,DARPA 正在通過機組人員自動化駕駛艙系統項目探索人機協作和機器學習能力的各種可能性。
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