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未来人工智能飞行员:美空军“空中博格人”项目发展浅析

发布日期:2020-10-20 10:42   来源:未知   阅读:

  “空中博格人”(Skyborg),到底是一种智能无人机,还是一种智能飞行员?严格来讲,它是指一种由自主操控程序/算法组成的软件系统,可自主操控或通过人为管控无人机执飞多种任务,是基于无人机的一种人工智能应用,类似于人类飞行员。同时,因其功能将主要依托无人机而实现,所以美军方及各界多笼统的称之为人工智能无人机(忠诚僚机),但其所依托的无人机原型目前尚未定型。按照相关资料,目前美国空军正在通过“空中博格人”(Skyborg)项目基于某些无人机开发和验证无人机人工智能自主驾驶、飞行、控制、作战等一系列技术的基础算法和软件系统。未来三年内,即在2023财年之前,该项目将实现无人机原型定型、软件系统集成和初始作战能力。

  当前,美空军正在大力发展“忠诚僚机”,即可与有人驾驶飞机编队协同执飞各类任务的人工智能无人机。“空中博格人”(Skyborg)项目便是其中之一,其发展已受到全球业内外的广泛高度关注。但该项目究竟是一种什么样的项目?其如何发展而来?正在以怎样的方式发展?与以往有人机项目有何不同?发展现状如何?等等,这一系列问题均值得剖析。本文将基于已掌握资料,简要梳理并阐释上述种种疑问,力争向读者展现一个清晰的发展脉络。

  “空中博格人”(Skyborg)项目与克拉托斯公司(Kratos Defense)主导开发的XQ-58项目同是美国空军目前正在实施开展的两个人工智能无人僚机主要项目。前者以人工智能无人僚机的核心即人工智能软件系统为主,依托无人机发展相关的人工智能能力。后者以具备人工智能能力的无人机平台为主,开发人工智能无人机综合系统。未来,这些人工智能无人僚机将可与F-35、F-15EX等有人战斗机以及轰炸机、加油机等编队协同使用。

  “空中博格人”(Skyborg)的用语和概念由美空军负责采办、技术和后勤的副部长威尔·罗珀在领导美国防部长办公室战略能力办公室时提出,之后被移交给了美国空军研究实验室(AFRL),并更名为Avatar。2017年,罗珀负责空军采购部门一年后,将该项目重新命名为Skyborg,并于2018年10月成立了专门的项目办公室,这标志着该项目正式启动。2019年3月,在该项目开展信息征询的前一周,罗珀在空军研究实验室向一批记者透露了“空中博格人”的概念。

  军用人工智能技术的发展已经属于美国政府及军方高度的优先级事项。按照2020年6月份美国防部公布的国防部武器关键技术优先事项最新排名,人工智能技术已经调整为第五位的优先发展事项。而根据2020年2月份数据,美国空军在2021财年的预算清单中,也进一步对“空中博格人”人工智能技术等先进技术进行投资,且其优先级要高于对更多F-35战斗机的采购需求。目前,“空中博格人”项目已被纳入美空军最新的未来十年即2030年战略规划,是该战略规划中的三个“先锋计划”之一。

  大量资料显示,美空军正在试图通过人工智能僚机再次实现对战争的变革。目前,美军对无人机的新理念追求包括低成本可消耗的无人僚机、无人机蜂群以及更加隐身和可单独作战的无人机,而这些无人机也都已成为当今大国竞争时代备受关注的对象。在过去的20年,美空军的无人机主要用于反恐行动中的空袭和情报收集,但新兴技术的出现,正在使美军打造一支更加多样化的无人机机队,其任务执行也将更具多样性。

  美空军期望通过该型无人机,实现作战机队的多样化,并在很大程度上缓解机队面临的预算限制。美空军也希望通过该型无人机极大改变空中作战的游戏规则,在增加机队库存的同时,降低成本,提升作战打击速度。这些无人机可以帮助但不能替代人类大脑。它们可以更加接近敌人的防空系统,执行比传统有人机更长时间的任务。无人机也可以通过诱饵、电子战和动能打击发挥新的作用。

  未来的作战方式将是,以有人机在作战后方指挥作战,而在作战前线,执行任务的将是各种构型和尺寸的无人机,其中一些将是低成本、可消耗的,另一些将是更加隐身和昂贵的,他们可能实施例如长期监视或时敏目标打击等任务。这些无人机将不仅能执行监视任务,其模块化的能力也将允许无人机携带多种传感器和武器,使其可以适应不同的作战环境,并与其他平台组成联合编队。

  未来,自主和人工智能技术除了在新平台上的应用发展,还将聚焦于在指挥控制系统中增加更多的自主和人工智能能力,发展无人机蜂群,并发展新的无人机用机载武器。

  在2023年具备作战能力比其他平台更便宜,即低成本可消耗,更容易更换配置具备模块化、开放式设计架构,可作为发展更复杂人工智能平台的一个跳板。可以利用简单的算法开展自主飞行和控制实验,也可以利用更加复杂的人工智能技术完成特定的任务或子任务。人工智能可以向不同无人机集成美空军对该机作战的想定认为,“空中博格人”无人机将由有人战机或人工智能引导,执行侦察、空袭等作战任务;可辅助多架装备不同通讯系统的战斗机进行通讯;能自动规避其他飞机、地形、障碍物或危险气象并自动起降。

  与DARPA的“空战进化”(ACE)项目(该项目专注于视距内机动)不同,“空中博格人”项目主要关注视距外的智能机动。“空中博格人”项目团队主要对ISR和态势感知能力感兴趣。“空中博格人”平台可以通知人类飞行员“还有谁在该空域飞行?地面上有什么威胁?空中有什么威胁?有没有其他方面的威胁?这些威胁是什么?他们有多接近?以及如果这儿有威胁,你是否应该飞到那儿?”

  随着战机人工智能和自主性的提高,飞行员的数量将减少。未来将实现操作员与无人机的“n比1”比例翻转,即当今的无人机,每架都有若干操作员;而未来美军将把这一比例翻转为让一名操作员控制多架飞机。到目前为止,“空中博格人”项目中人工智能的主要目标不是取代驾驶舱中的人类飞行员,而是让飞行员“更容易、更清晰”地做出决定。据美空军研究人员预测,未来无人机和有人机的数量比可能达到20。例如每一架F-35将有数十架无人机伙伴,实现更强的作战能力。

  该项目将在2023年完成的第一轮设计并不打算与有人机开展近距协同飞行,而是计划让更多有人机-无人机编队加入战斗,但这并不一定意味着无人机必须在有人机旁边飞行,它们可能在有人机前面50英里处(80.47千米),但有人机仍然控制着它们,并从其上获取信息。

  “空中博格人”人工智能无人作战飞机将先于有人驾驶的六代机而成为美空军未来三年内即将部署的下一款作战飞机。美空军已明确计划于2023财年之前交付部署“空中博格人”系统的首款初始作战版本。“空中博格人”武器系统实现了几个作战方面的创新和变革。

  首先,“空中博格人”武器系统模糊了可重复使用无人机系统和一次性巡航导弹之间的界线,有望填补新兴的“可消耗”战斗机需求。一方面,这正如美空军副部长威尔·罗珀所称,尽管“空中博格人”无人机被称为可消耗飞机,但其更像是可重复使用的武器。“空中博格人”无人机推进系统可安装可消耗亚声速和超声速喷气发动机,其使用寿命仅达到完全可重复使用UAS或有人机使用寿命的一小部分。“空中博格人”武器系统将会被军方以适当的价格采购,并在其服役达到设计起降次数后就会被淘汰。另一方面,飞行员可以根据任务的不同,做出“空中博格人”完成任务后是否返航的决定。在某些情况下,当飞行员认定目标足够重要时,即使“空中博格人”的使用寿命没有用尽,也值得损失,从而使其可消耗的价值特性变得更加突出。

  其次,“空中博格人”系统的开发过程也是从根本上变革采购理念的测试案例,即“空中博格人”系统的开发与采购过程、方法采用了新的理念。“空中博格人”武器系统项目因以软件为核心,并将应用与辅助汽车实现无人驾驶的卷积神经网络类似的算法,从而在平台开发研制方面将飞机制造商和软件开发商联合,形成二者联合的产品供应链,以取代传统的单一研制总承包商方式。飞机供应商将提供高度灵活的设计,而软件开发商(设计代理商莱多斯公司)将提供自主任务系统,这是飞机的飞行员,也是飞控计算机和任务系统操作员。但是这一过程转变也是逐渐实现的。该项目在2019年3月开始向外公布时仍计划选择一个承包商作为主集成商的传统开发方式,到2020年初,项目官员才将“空中博格人”项目重组为基于开放架构的模块化硬件和软件子组件,从而无需依赖主承包商。

  第三,“空中博格人”武器系统可以充当多种角色,执行多种任务。这正如威尔·罗珀所称,“空中博格人”将不仅仅是空战无人机,随着概念的发展,多种不同的“空中博格人”飞机将找到新的应用场景。一方面,“空中博格人”武器系统通常被作为“忠诚僚机”概念的缩影出现,这一概念提出有人驾驶飞机控制或管理一架或多架无人机,协助执行各种监视,支援和打击任务。它可以与F-15、F-16、F-15EX、F-22、F-35等四代至五代机协同编队作战,也可以为轰炸机和加油机提供额外的防护能力,具备僚机通用性。另一方面,Skyborg具有独立执行任务的能力,能够在无需跑道甚至基地的地点实现数百套系统的发射和回收。美国空战司令部(ACC)首席执行官迈克·霍姆斯(Mike Holmes)曾表示,新型可消耗飞机的设计目的就是“在不依赖跑道的情况下仍可以形成相应的高速作战能力。”

  第四,“空中博格人”武器系统或将实现产品系列化发展。随着采购战略的发展,美国空军正在思考如何让“空中博格人”系列发挥作用。美空军研究实验室计划经过2-3年的试验,在2023财年提供“空中博格人”系统的初期作战版本,后续多种版本可以通过下一代空中优势(NGAD)项目或其他单独项目资助。“空中博格人”的概念甚至可以与“先进战斗管理系统”(ABMS)的空军体系结构产生关联。具备多种可消耗能力的“可消耗一号”(Attritable-ONE)是ABMS体系结构中约30条产品线之一,据空军研究实验室透露,“空中博格人”和Attritable-ONE团队正在紧密协作开展相关项目研究。

  该项目目前正在按计划向前推进。尽管在一定程度上受到疫情的影响,但总体进展顺利。目前,美空军已在2021财年预算中追加了项目投资,约2500万美元;已初步确定了可能的采办策略和未来预算规划;正在与DARPA的ACE项目开展合作;已开展了项目自主飞行控制系统试飞试验;明确了项目的系统设计代理机构,以莱多斯(Leidos)公司为主负责自主系统的开发;选定了“天空博格人”无人机原型开发商,授予波音、通用原子航空系统公司、克拉托斯无人机系统公司以及诺格系统公司各一份总金额4亿美元的不定期交付/不确定数量“‘天空博格人’先锋计划”(Skyborg Vanguard Program)合同。同时,又增加了9家公司或机构到“天空博格人”自主无人机原型机项目的第二阶段合同,包括AeroVironment、Autodyne、BAE系统、Blue Force技术、Fregata系统、洛马、NextGen航空、Sierra技术等公司以及威奇托州立大学。

  “空中博格人”(Skyborg),到底是一种智能无人机,还是一种智能飞行员?严格来讲,它是指一种由自主操控程序/算法组成的软件系统,可自主操控或通过人为管控无人机执飞多种任务,是基于无人机的一种人工智能应用,类似于人类飞行员。同时,因其功能将主要依托无人机而实现,所以美军方及各界多笼统的称之为人工智能无人机(忠诚僚机),但其所依托的无人机原型目前尚未定型。按照相关资料,目前美国空军正在通过“空中博格人”(Skyborg)项目基于某些无人机开发和验证无人机人工智能自主驾驶、飞行、控制、作战等一系列技术的基础算法和软件系统。未来三年内,即在2023财年之前,该项目将实现无人机原型定型、软件系统集成和初始作战能力。

  当前,美空军正在大力发展“忠诚僚机”,即可与有人驾驶飞机编队协同执飞各类任务的人工智能无人机。“空中博格人”(Skyborg)项目便是其中之一,其发展已受到全球业内外的广泛高度关注。但该项目究竟是一种什么样的项目?其如何发展而来?正在以怎样的方式发展?与以往有人机项目有何不同?发展现状如何?等等,这一系列问题均值得剖析。本文将基于已掌握资料,简要梳理并阐释上述种种疑问,力争向读者展现一个清晰的发展脉络。

  “空中博格人”(Skyborg)项目与克拉托斯公司(Kratos Defense)主导开发的XQ-58项目同是美国空军目前正在实施开展的两个人工智能无人僚机主要项目。前者以人工智能无人僚机的核心即人工智能软件系统为主,依托无人机发展相关的人工智能能力。后者以具备人工智能能力的无人机平台为主,开发人工智能无人机综合系统。未来,这些人工智能无人僚机将可与F-35、F-15EX等有人战斗机以及轰炸机、加油机等编队协同使用。

  “空中博格人”(Skyborg)的用语和概念由美空军负责采办、技术和后勤的副部长威尔·罗珀在领导美国防部长办公室战略能力办公室时提出,之后被移交给了美国空军研究实验室(AFRL),并更名为Avatar。2017年,罗珀负责空军采购部门一年后,将该项目重新命名为Skyborg,并于2018年10月成立了专门的项目办公室,这标志着该项目正式启动。2019年3月,在该项目开展信息征询的前一周,罗珀在空军研究实验室向一批记者透露了“空中博格人”的概念。

  军用人工智能技术的发展已经属于美国政府及军方高度的优先级事项。按照2020年6月份美国防部公布的国防部武器关键技术优先事项最新排名,人工智能技术已经调整为第五位的优先发展事项。而根据2020年2月份数据,美国空军在2021财年的预算清单中,也进一步对“空中博格人”人工智能技术等先进技术进行投资,且其优先级要高于对更多F-35战斗机的采购需求。目前,“空中博格人”项目已被纳入美空军最新的未来十年即2030年战略规划,是该战略规划中的三个“先锋计划”之一。

  大量资料显示,美空军正在试图通过人工智能僚机再次实现对战争的变革。目前,美军对无人机的新理念追求包括低成本可消耗的无人僚机、无人机蜂群以及更加隐身和可单独作战的无人机,而这些无人机也都已成为当今大国竞争时代备受关注的对象。在过去的20年,美空军的无人机主要用于反恐行动中的空袭和情报收集,但新兴技术的出现,正在使美军打造一支更加多样化的无人机机队,其任务执行也将更具多样性。

  美空军期望通过该型无人机,实现作战机队的多样化,并在很大程度上缓解机队面临的预算限制。美空军也希望通过该型无人机极大改变空中作战的游戏规则,在增加机队库存的同时,降低成本,提升作战打击速度。这些无人机可以帮助但不能替代人类大脑。它们可以更加接近敌人的防空系统,执行比传统有人机更长时间的任务。无人机也可以通过诱饵、电子战和动能打击发挥新的作用。

  未来的作战方式将是,以有人机在作战后方指挥作战,而在作战前线,执行任务的将是各种构型和尺寸的无人机,其中一些将是低成本、可消耗的,另一些将是更加隐身和昂贵的,他们可能实施例如长期监视或时敏目标打击等任务。这些无人机将不仅能执行监视任务,其模块化的能力也将允许无人机携带多种传感器和武器,使其可以适应不同的作战环境,并与其他平台组成联合编队。

  未来,自主和人工智能技术除了在新平台上的应用发展,还将聚焦于在指挥控制系统中增加更多的自主和人工智能能力,发展无人机蜂群,并发展新的无人机用机载武器。

  在2023年具备作战能力比其他平台更便宜,即低成本可消耗,更容易更换配置具备模块化、开放式设计架构,可作为发展更复杂人工智能平台的一个跳板。可以利用简单的算法开展自主飞行和控制实验,也可以利用更加复杂的人工智能技术完成特定的任务或子任务。人工智能可以向不同无人机集成美空军对该机作战的想定认为,“空中博格人”无人机将由有人战机或人工智能引导,执行侦察、空袭等作战任务;可辅助多架装备不同通讯系统的战斗机进行通讯;能自动规避其他飞机、地形、障碍物或危险气象并自动起降。

  与DARPA的“空战进化”(ACE)项目(该项目专注于视距内机动)不同,“空中博格人”项目主要关注视距外的智能机动。“空中博格人”项目团队主要对ISR和态势感知能力感兴趣。“空中博格人”平台可以通知人类飞行员“还有谁在该空域飞行?地面上有什么威胁?空中有什么威胁?有没有其他方面的威胁?这些威胁是什么?他们有多接近?以及如果这儿有威胁,你是否应该飞到那儿?”

  随着战机人工智能和自主性的提高,飞行员的数量将减少。未来将实现操作员与无人机的“n比1”比例翻转,即当今的无人机,每架都有若干操作员;而未来美军将把这一比例翻转为让一名操作员控制多架飞机。到目前为止,“空中博格人”项目中人工智能的主要目标不是取代驾驶舱中的人类飞行员,而是让飞行员“更容易、更清晰”地做出决定。据美空军研究人员预测,未来无人机和有人机的数量比可能达到20。例如每一架F-35将有数十架无人机伙伴,实现更强的作战能力。

  该项目将在2023年完成的第一轮设计并不打算与有人机开展近距协同飞行,而是计划让更多有人机-无人机编队加入战斗,但这并不一定意味着无人机必须在有人机旁边飞行,它们可能在有人机前面50英里处(80.47千米),但有人机仍然控制着它们,并从其上获取信息。

  “空中博格人”人工智能无人作战飞机将先于有人驾驶的六代机而成为美空军未来三年内即将部署的下一款作战飞机。美空军已明确计划于2023财年之前交付部署“空中博格人”系统的首款初始作战版本。“空中博格人”武器系统实现了几个作战方面的创新和变革。

  首先,“空中博格人”武器系统模糊了可重复使用无人机系统和一次性巡航导弹之间的界线,有望填补新兴的“可消耗”战斗机需求。一方面,这正如美空军副部长威尔·罗珀所称,尽管“空中博格人”无人机被称为可消耗飞机,但其更像是可重复使用的武器。“空中博格人”无人机推进系统可安装可消耗亚声速和超声速喷气发动机,其使用寿命仅达到完全可重复使用UAS或有人机使用寿命的一小部分。“空中博格人”武器系统将会被军方以适当的价格采购,并在其服役达到设计起降次数后就会被淘汰。另一方面,飞行员可以根据任务的不同,做出“空中博格人”完成任务后是否返航的决定。在某些情况下,当飞行员认定目标足够重要时,即使“空中博格人”的使用寿命没有用尽,也值得损失,从而使其可消耗的价值特性变得更加突出。

  其次,“空中博格人”系统的开发过程也是从根本上变革采购理念的测试案例,即“空中博格人”系统的开发与采购过程、方法采用了新的理念。“空中博格人”武器系统项目因以软件为核心,并将应用与辅助汽车实现无人驾驶的卷积神经网络类似的算法,从而在平台开发研制方面将飞机制造商和软件开发商联合,形成二者联合的产品供应链,以取代传统的单一研制总承包商方式。飞机供应商将提供高度灵活的设计,而软件开发商(设计代理商莱多斯公司)将提供自主任务系统,这是飞机的飞行员,也是飞控计算机和任务系统操作员。但是这一过程转变也是逐渐实现的。该项目在2019年3月开始向外公布时仍计划选择一个承包商作为主集成商的传统开发方式,到2020年初,项目官员才将“空中博格人”项目重组为基于开放架构的模块化硬件和软件子组件,从而无需依赖主承包商。

  第三,“空中博格人”武器系统可以充当多种角色,执行多种任务。这正如威尔·罗珀所称,“空中博格人”将不仅仅是空战无人机,随着概念的发展,多种不同的“空中博格人”飞机将找到新的应用场景。一方面,“空中博格人”武器系统通常被作为“忠诚僚机”概念的缩影出现,这一概念提出有人驾驶飞机控制或管理一架或多架无人机,协助执行各种监视,支援和打击任务。它可以与F-15、F-16、F-15EX、F-22、F-35等四代至五代机协同编队作战,也可以为轰炸机和加油机提供额外的防护能力,具备僚机通用性。另一方面,Skyborg具有独立执行任务的能力,能够在无需跑道甚至基地的地点实现数百套系统的发射和回收。美国空战司令部(ACC)首席执行官迈克·霍姆斯(Mike Holmes)曾表示,新型可消耗飞机的设计目的就是“在不依赖跑道的情况下仍可以形成相应的高速作战能力。”

  第四,“空中博格人”武器系统或将实现产品系列化发展。随着采购战略的发展,美国空军正在思考如何让“空中博格人”系列发挥作用。美空军研究实验室计划经过2-3年的试验,在2023财年提供“空中博格人”系统的初期作战版本,后续多种版本可以通过下一代空中优势(NGAD)项目或其他单独项目资助。“空中博格人”的概念甚至可以与“先进战斗管理系统”(ABMS)的空军体系结构产生关联。具备多种可消耗能力的“可消耗一号”(Attritable-ONE)是ABMS体系结构中约30条产品线之一,据空军研究实验室透露,“空中博格人”和Attritable-ONE团队正在紧密协作开展相关项目研究。

  该项目目前正在按计划向前推进。尽管在一定程度上受到疫情的影响,但总体进展顺利。目前,美空军已在2021财年预算中追加了项目投资,约2500万美元;已初步确定了可能的采办策略和未来预算规划;正在与DARPA的ACE项目开展合作;已开展了项目自主飞行控制系统试飞试验;明确了项目的系统设计代理机构,以莱多斯(Leidos)公司为主负责自主系统的开发;选定了“天空博格人”无人机原型开发商,授予波音、通用原子航空系统公司、克拉托斯无人机系统公司以及诺格系统公司各一份总金额4亿美元的不定期交付/不确定数量“‘天空博格人’先锋计划”(Skyborg Vanguard Program)合同。同时,又增加了9家公司或机构到“天空博格人”自主无人机原型机项目的第二阶段合同,包括AeroVironment、Autodyne、BAE系统、Blue Force技术、Fregata系统、洛马、NextGen航空、Sierra技术等公司以及威奇托州立大学。

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