来源:航空知识杂志社

无人机摄影、无人机快递、无人机喊话……这些年，无人机被玩出了花式用法。其中，无人机群灯光秀也是颇受瞩目的一种“玩法”。成百上千架无人机同时升空，在炫彩的灯光下变换阵型，点亮整个夜空。

哈尔滨工业大学百年校庆1000架无人机灯光秀

集艺术，科学和技术为一体，无人机群灯光表演通过全新的形式让观众目眩神迷。这种大规模无人机群的背后，蕴含着一项全新的技术——无人机集群技术。我们都知道，一项新技术在普及应用前，往往会首先出现在军事领域。无人机集群技术也不例外。

又从动物身上得到的启发

1917年，无人机就已经作为一种新装备问世，然而100多年后，智能无人机群的概念才被提了出来。这一次的灵感，依旧是从自然界的动物们身上得来的。

haosmetal/摄图源：UWPIXEL

科学家通过观察发现昆虫、鸟、小鱼这类动物，单个动物智能水平很低，个体能力有限，但是当他们联合起来以后，通过相互之间的协同配合，可以完成许多复杂的任务，比如鱼群的结群游弋、鸟群聚集迁徙以及蚂蚁协同搬运等等。因此，研究人员试图探索集群系统背后群体行为的原理和模式，希望可以开发出像蜂群、鱼群一样自由集结可以执行全局任务的无人机集群系统。

无人机群：民用vs.军用

如果我们从“蜂群”这个概念来看，民用领域的无人机群灯光秀和真正的无人机集群作战其实是有着本质区别的。

首先，民用领域通常使用旋翼式无人机，这类旋翼式无人机飞行速度慢、可操作性强，还可以悬停在空中完成各种各样的动作表演。相比于旋翼无人机，固定翼无人机具有飞行速度快、载重大、打击能力强、航程长等特点，因此被广泛应用于军事领域。

其次，无人机群表演项目往往需要预先编定程序，因此机群的飞行路线和队形变换也是按照既定程序严格执行的。而无人机集群作战是没有预编程的，通过在作战中随机指定任务，无人机随机编队进行协同飞行，因此难度极大。

最后就是指挥控制方式的不同。无人机群表演是通过一个集中控制的平台向每架无人机发送统一信号，无人机根据信号完成动作。而无人机集群作战是没有中心的，也就是所谓的“去中心化”：系统没有主导节点，每架无人机通过相互之间的协同配合完成任务。一旦集群中任何个体消失或丧失功能，整个群体依然可以有序地执行任务，不会出现“N-1=0”的情况。

1+1＞2的无人机集群作战

相比于单个无人机，无人机集群在协同执行任务方面具有诸多优势，具体而言：

在协同探测方面，无人机集群中的多架无人机可以通过互补搭配，协同执行各种侦察、监视任务。比如，在使用集群执行察打一体任务时，无人机集群可调整不同无人机携带的不同侦察设备（如光电吊舱、合成成径雷达（SAR））的姿态，对目标进行全方位、多角度侦测；同时也可以对显著目标的异常行为进行分析和预判，比如敌方人员是否准备发动袭击、车辆／坦克是否集结进入作战准备、导弹是否进入发射状态、作战飞机是否准备起飞等；还可以从不同角度对同一高价值目标同时发动全方位饱和攻击，提高杀伤力和命中率。当由于自身故障或敌方攻击造成的部分无人机损失时，集群系统可通过敏捷重组，确保对重点目标的观测或打击效能不降级。

在协同攻击方面，无人机集群攻击可避免飞行员伤亡，并且成本可承受，这是完全不同于以往的一种新的“缠斗”方式。以往的任何飞行器，不管是有人还是无人的，都可能被单个导弹打下来，但是无人机集群却能够承受多次打击，继续完成任务。无人机集群系统将迫使敌人形成了“大炮打蚊子”的作战劣势，即使部分无人机被对方摧毁，也不影响集群系统的整体作战能力，通过队形的重组和任务的重新分配，实现核心攻击任务能力不降级。

美军F-35隐身战机遥控“小魔怪”无人机群设想图

在干扰压制方面，无人机集群在攻防两端显著成本不对称。1000架规模的无人机集群系统，其成本将低于1颗侦察卫星或1架有人机，但其综合效能有望超越1颗侦察卫星或1架有人机。集群中的无人机通常是典型“低小慢”目标，易于躲避敌方雷达防空系统，但对无人机实施打击却通常需要动用精确打击武器，如果敌方发动饱和式攻击，将耗尽其防御武器。以美军“提康德罗加”级巡洋舰为例，该巡洋舰装备了“宙斯盾”系统，最多可同时监视空中240个目标。如果无人机集群超过250个，同时又是一种“低小慢”的空中目标，将导致其监视能力达到饱和。因此，无人机集群系统可以“引诱式”耗尽对手的高价值攻击武器，从而增加对手攻击的相对成本，以规模优势给对方造成惨重的损失。又如，可以利用无人机集群搜索隐形战斗机和导弹发射车引诱对方开机，让可消耗的无人机“自杀式”打前阵，让宝贵的有人机／有人车殿后，可能有助于在未来战争中减少人员和昂贵装备损失。在过去，数量较少的极度昂贵的有人机是战场的标准配置，但是在未来的几年中，大量便宜的、消耗性的无人机将广泛地出现在战场上。

全新的作战模式

为充分发挥集群数量和低成本优势，并融于现有体系，以美军方为代表，人们探索了各种集群协同模式，包括无人机集群协同、无人机集群和有人机协同、和大型载具协同、以及和其他无人装备的跨域协同等。典型的两种模式就是无人机集群协同以及无人机集群和有人机协同。

无人机集群协同是指采用大量低成本无人机平台，通过飞机之间的智能协同，形成大规模的集群系统。其中的代表就是由美国战略能力办公室主导的山鹑（Perdix）无人机集群项目。

2016年10月，美国海军三架“超级大黄蜂”F/A-18战斗机一共投放了103架“灰山鹑”无人机。这群小型无人机演示了集体决策、自修正和自适应编队飞行，当第一项任务目标出现时，所有无人机从自由飞行状态，调转机头向目标飞去。在测试中，这些快速飞行的无人机以很好的精度通过一系列航路点，顺利到达控制者所设立的目标位置，整个集群里的每一个体都非常自由，像鸟群一样忽聚忽散，上下翻飞。而且相互之间能有效避撞。

另一种作战模式就是有人+无人机编组作战，使用有人飞机控制一架或者多架无人机，执行侦察与作战任务，也就是所谓的“忠诚僚机”。短期内无人机的智能化水平难以达到有人平台的程度。因此，在相当长的一段时间内，无人平台和有人平台将相互补充，分工协作，共同完成复杂的作战任务，形成颠覆性作战能力。

美国XQ58-A“女武神”战斗无人机正是“忠诚僚机”的典型代表。XQ58-A战斗无人机采用隐身涂层和内置弹舱设计，隐身性能优良。该机以近4000公里的最大航程极大地扩展了攻击范围。作为美国空军实验室低成本可消耗飞行器技术计划产物，它的主要任务就是先对前方进行侦察，包括进行电子干扰、对重要目标如雷达站进行摧毁等，并在完成任务后可抛弃。

不过，也有专家表示，从目前的的配置来看，XQ-58A可能还算不上无人战斗机，它的布局比较适合远程巡航，从局部上看机动性也比较有限，很难进行激烈的空战。同时，良好的隐身性能在一定程度上提高了无人机的成本。虽然XQ-58A在研制之初被设想为一个低成本的平台，但未来如果要真的实现与有人机进行协同作战，依然面临着很多的技术难题需要攻克。

实际上，不止是XQ-58A无人战斗机的设计与应用还存在很多问题，无人机集群技术也存在诸多挑战。比如目前无人机集群的防护能力和机动能力不强，意外因素较多，作战半径有限，需要利用运载平台输送到其打击范围内才可以释放，否则无法发动攻击。同时，反无人机集群技术如果采用电子干扰或网络攻击等“软杀伤”方式，破坏无人机集群之间的信号连接，将会让无人机集群直接失控坠毁或自动返航。因此，无人机集群技术距离大规模应用还有一段路要走。但是不可否认，无人机集群带来了全新的作战概念，成百上千架微型无人机，瞬间从战机上释放出来，铺天盖地像蜂群一样有组织地冲向敌人，这种好像科幻大片里虚构的场景，或许即将成为现实。

图片截取自电影《天使陷落》

无人机集群作战，1+1＞2还是N-1=0？