人工智能技术对未来空战武器的变革与展望
鲜 勇1*，李 扬2
(1.海军装备部驻洛阳地区军事代表室，河南 洛阳 471009；2.中国空空导弹研究院，河南 洛阳 471009)
摘 要: 随着人工智能技术的不断发展以及在武器装备上的广泛应用,未来空战将会向智能化发展。本文介绍了人工智能技术对未来战争的影响及其在国外军事领域的发展现状,分析了未来空战发展需求,提出了空中作战方式和变革需要突破的关键技术,为人工智能技术在空战武器的发展和应用提出建设性意见。
关键词: 人工智能;未来空战;空空导弹;智能化战争;区域协同
0 引 言
目前，人工智能(Artificial Intelligence，AI)技术的研究正在全球范围内如火如荼地开展，其将深刻改变人类社会和世界的面貌。人工智能在武器装备上的应用也愈来愈多，被称为战争史上继火药、核武器之后的“第三次革命”，正在加速叩开未来智能化战争的大门。世界各个军事强国都将人工智能技术提升到了国家战略层次，从顶层设计、基础研究、科研预算等诸方面给予了海量的支持。在未来，谁掌握了更高的人工智能化武器，谁就将从根本上改变未来作战模式以及战争的理论。
氧化炉温度：980 ℃；柱温：50 ℃；载气（氦气）流速：100 mL/min；氧气流速：175 mL/min；吹扫气（氦气）180 mL/min；注氧时间：3 s。
未来战争的智能化发展在空战领域表现尤为突出，其中，无人作战飞机的不断升级开发、分布式蜂群作战体系、有人/无人协同作战等新概念的预先研究、智能化指挥所等都将引发未来空战的变革，也必将引起未来空中对抗的进一步演进。本文从国外最新空战的发展和演变出发，结合了目前人工智能技术的军事应用，分析了对未来空战武器发展的影响，提出了在未来空战武器变革中的一些借鉴[1-3]。
1 美军空战体系发展
1.1 美国空军智能化作战概念
根据美军“武库机”、“穿透型制空”、“忠诚僚机”、“分布式空战”等作战概念，其未来的空战体系如图1所示[4]。有人/无人机群组成空中“航母编队”体系，以大型运输机/轰炸机携带大量的中小型无人机或空空导弹作为“母舰”，以空中预警机、多功能有人战斗机、无人作战飞机(含无人侦察机、无人电子战飞机和无人攻击机等)等作为“编队成员”[5]。交战中，运输机/轰炸机部署在最后，承担射手的角色；预警机/多功能战机居中，承担前线指挥、控制、通信中继的角色；最前方是前突的无人作战飞机，承担战场侦察、电子干扰、诱饵欺骗和火力攻击等角色；必要时，运输机/轰炸机大批量施放中小型无人机或空空导弹，由多功能战机指挥，以饱和攻击的形式对空中/地面目标进行打击，夺取制空权[6-7]。
美国的国防高级研究计划局(DARPA)在2014年提出“体系集成技术和试验”(So SITE)项目，最终的目标是将作战飞机的作战能力分散到大量的小型平台上，通过各个平台间的数据共享、多机组网、协同配合以及不同任务模块的装用、连接，形成多域协同的空中作战体系。DARPA 设计了未来基于SoSITE体系空战的经典模式，其中作战飞机仅充当指控平台，在敌防空火力外指挥。该空中平台配备有情报、监视、侦察、干扰系统的无人机/导弹集群，这些作战武器可以突入敌防空区，并向己方平台发回目标信息，同时进行近距干扰；机载计算机处理这些信息，提出作战方案，供飞行员决策；然后，大量低成本的武器展开“蜂群”式攻击，突破防御，摧毁雷达，打开通道，让己方之后的空中力量得以通过，完成对既定目标的精确打击任务[8],如图2所示。
图1 美国未来空战体系[7]
Fig.1 Future American air combat conception map[7]
美国空军研究实验室(AFRL)于2017 年12 月授予承包商合同开发灰狼(Gray-wolf)巡航导弹实验项目，研发蜂群、自主巡航导弹，导弹平台可以配装动力学打击、电子攻击和情报监听侦察等各类载荷。DARPA 的小精灵(Gremlins)项目中携带不同载荷的无人飞行器平台进行集群组网协同作战。
图2 SoSITE项目协同架构
Fig.2 SoSITE project collaborative architecture
美国空军实验室定义了自主控制等级(Auto-nomous Control Level,ACL)，作为标准衡量人工智能机器在自主控制方面的水平，如图3所示。由图3可以看出，ACL1～3 等级代表着个体性能的逐步提升与完善，ACL4 等级代表单个机器的最高性能，ACL5～10 等级代表智能机器的群体特性[10]。
表1 美国空军典型蜂群技术项目
Table 1 American air force typical bee colony technology project
1.2 美国空军智能化作战武器的关键技术
目前整体来看，美军空战制导武器智能化水平已经实现了由精确化向智能化的过渡，后续随着人工智能技术的快速发展，将逐步进入自动适应环境，未来最终实现能够自主学习的高级智能作战能力。
(1)模式识别技术。弹载计算机利用神经网络对传感器数据进行分类、识别，从复杂背景里选取要打击的目标，赋予武器装备智能自动目标识别的能力，从而提高了制导武器的制导精度。
因此，美国学学科的兴起、建立、发展具有典型的时代特征。它随着美国作为一个新兴国家崛起、美国文明独特性逐渐得到外部世界认可应运而生。美国从19世纪末的地区大国逐渐成长为20世纪的世界大国后，美国人产生了对自身历史和文化解读的热切渴望，产生了研究和推介美国文明的浓厚兴趣和现实需要，美国学作为一个学科的独特地位得以确立并迅速发展。概括起来，认识本我，了解本我，弘扬本我，成为美国学初创时期的时代需求和学科目标。
(2)深度学习技术。基于神经网络模型，不断迭加运算，分析目标特征，完成自主目标任务。将深度学习技术应用于作战武器的目标辨识和定位，可实现作战武器的目标自动识别。
(3)运动控制技术。集人工智能感知、反馈和决策于一体，其包括单体控制和群体控制。单体控制通过自我学习，可以不断积累经验，智能前进，具备在复杂战场环境下的运动能力；群体控制通过加装战术数据链，实现各个单元间的信息共享，从而实现群体移动打击，完成战斗目的。
美军一直在推进单个武器以及武器体系的智能化自主作战，利用与分析复杂战场大量的多维度的信息数据，快速、准确地进行感知、处理、传输和决策。在对未来空战的仿真中，例如模式识别、深度学习和运动控制等诸多人工智能的关键技术方面都引领了时代前进的步伐，值得借鉴学习:
2 人工智能空战武器的发展设想
诸如传统空战武器最贴近实战的空空导弹，所面临的就是如何打击未来超声速飞行的战机。突破高超声速的飞行，所有图像的传输与处理、飞行与控制都将伴随人工智能的深度学习才能有进一步的发展。由此看来，对抗的不断升级加剧了单个武器技术的进步，而单个武器系统的进步需求又诉求于人工智能技术的发展。仿生学、动力学、机电一体化等学科将会在人工智能技术的推进下更付诸于武器应用，这便是变革的开始。
据DARPA 设想，美军在敌防区外发射小精灵(Gremlins)无人机集群，渗透到敌防区内后，针对特定目标共同进行侦察、攻击或空间定位等作战任务。蜂群作战是美军着眼于未来强对抗环境而探讨的全新作战样式。与目前作战样式相比，集群作战采用大量具有分布式协同能力的小型无人机，任务成本大幅降低，提高了作战灵活性，而且凭借自身数量优势可使敌方防御系统“饱和”而无法全部应对，即使无人机群受到部分损失，作为整体仍可以完成作战任务[9]。部分蜂群项目列表如表1所示。
第一阶段，武器远程打击各子系统的智能化。该阶段主要是将最新的人工智能算法应用到各个子系统上，提高子系统的智能化水平[11]。以制导导弹为例，其子系统包括制导与控制系统、战斗部系统、推进系统、弹体以及电气系统，如表2所示。
图3 美国人工智能机器的发展路线图
Fig.3 Development road-map of US AI
参考图3人工智能机器的自主等级分类标准，结合人工智能技术和空战武器技术发展现状，本文初步给出空战武器智能化的发展设想:
2.5 肾脏健康教育必要性调查 59例受调查者中，初次问卷调查时仅9例(15.3%)有获取肾脏健康知识的需求，再次问卷调查时有58例(98.3%)对肾脏健康知识感兴趣(P<0.01)。再次问卷调查时，对照组、手册组和讲座组中认为有必要开展肾脏健康教育者均较初次问卷调查时升高(分别为95.0% vs 10.0%, 100.0% vs 21.1%, 100.0% vs 20.0%；P<0.001)，3组间差异无统计学意义。
智能化的武器将伴随人工智能技术水平的提高，能够适应环境的复杂变化，实现目标的伪装辨识等智能分析。武器的智能化将从仿生进化到类人，最后超越人类判断决策。这必将掀起未来空战变革的帷幕——以机器大脑推演未来战争的对局与走向，以及下达每一个战斗决策的后果与代价，如表3所示。
表2 制导导弹各子系统智能化技术
Table 2 Sub-system intelligent technology of guided missile
第二阶段，单位作战武器的智能化。该阶段武器的目标是从获取战场信息、处理信息、对态势进行分析判断、目标决策到执行由作战武器自主完成[12]，如图4所示。
第三阶段，空战武器集群智能化。本阶段的目标是实现多武器、多平台之间的协同综合作战，如图5所示。
该阶段需要解决各个空战武器之间以及武器与平台之间的协作问题，包括:执行空战任务时单个飞行武器的匹配问题、各个武器间协同行动的能力、各个武器与平台间操控的能力。其中，需要重点突破的技术包括协同态势感知生成与评估技术、协同指挥控制技术、协同路径规划技术等，实现武器之间、武器和平台之间的高度协同。
图4 基于人工智能的空战武器示意图
Fig.4 Diagram of air combat weapon based on AI
图5 集群化空战武器协同作战示意图[13]
Fig.5 Cooperative operation of cluster air combat weapons[13]
3 未来空战武器的变革方向
针对上述作战方式，随着人工智能化水平的提升，未来空战武器在以下几个方面将会发生阶跃式的变革性发展。
3.1 更快:天下武功唯快不破
人工智能技术在军事领域得到了广泛应用，从人工智能技术未来的发展水平来看，空战制导武器的智能化发展可能需要经历认知、适应和自主三个阶段。认知阶段:空战制导武器具有自主感知、交互、决策和执行能力，能够基于预先存储设定好的作战任务；适应阶段:空战制导武器具有自主感知、交互、学习、决策和执行能力，能够适应一般战场变化并处理未预先设定的作战任务；自主阶段:空战制导武器具有自主进化能力，在未知的领域自学习、自适应，并处理未知事件。
3.2 更准:精确点穴远程打击
从点源到面阵，从128×128到1 280×1 280,从单色到双色，从单一波段到宽频多光谱，红外探测器的发展已经使红外导弹发生了巨变，而深度学习所带来的人工智能图像处理又将把红外导弹发展到新的纪元——超高的识别能力、抗干扰能力、大视场的全捷联系统等。人工智能模块的嵌入将大大加速越肩发射，以及发射后截获的成功概率。
激光智能武器将会走向轻量级、低功耗，作为未来智能防御网的最为关键一环，将狙击来袭空域武器使其致盲，高能激光将成为变革中那浓墨重彩的一笔。
3.3 更精:智能千虑万无一失
大坝为混凝土面板堆石坝，最大坝高102 m，坝顶宽 10 m，坝顶长306 m。防浪墙高4.2 m，防浪墙采用L形结构。防浪墙底部与面板相接处设沉降缝。大坝上游坡度为1∶1.5，下游坡度（上坝公路间）为 1∶1.3、1∶1.5。 下游坝坡采用浆砌块石护坡。
表3 空战武器伴随智能化发展的变革
Table 3 Autonomous levels of intelligent air combat weapons
随着人工智能飞速发展，空战武器的变革迫在眉睫，以前想都不敢想，甚至神话小说中幻想的情节，都将可能出现在未来作战中。
4 结 束 语
人工智能技术与空战武器的结合将会成为未来空战武器的重点研制方向。谁能够在智能化的空战对抗中胜出，谁必将主导未来空域的话语权。人无远虑必有近忧，不仅要抢先掌握人工智能未来发展的关键技术，开展人工智能技术对相关武器的深度开发与研究，提升整军智能化作战水平，还要加快智能化在未来空战武器变革中的主导作用，超前布局人工智能技术在空战装备、空战指挥以及作战方式等多方面需突破的核心技术，才能更好地适应未来战争的发展，掌握未来战争的主动权。
习近平从2013年以来在与青年多次交心谈心中,反复强调青年的个人梦与中国梦的融贯为一。当代中国青年要有所作为,就必须投身人民的伟大奋斗。同人民一道拼搏,同祖国一道前进,服务人民,奉献祖国,是当代中国青年的奋斗正确方向[16]。同人民一起奋斗,青春才能亮丽;同人民一起前进,青春才能昂扬;同人民一起梦想,青春才能无悔[9]。因此,青年自我发展的动力源泉,必须基于人民的幸福,基于国家的命运。青年要想实现社会融入、自我发展,不仅需要坚实的现实基础,更加需要有正确的价值引领,还需要强大的动力支撑。
综上所述，在抑制HeLa细胞中的GRIM-19基因表达后，细胞的存活及抗凋亡作用能力显著降低，提示GRIM-19基因对肿瘤细胞起到了保护作用。深入研究GRIM-19基因在子宫颈癌中的表达和意义将会为今后的临床治疗和防治提供重要的理论基础。
会上，为感谢中农控股对自身发展的扶持和帮助，及对当地农业发展所做的贡献，鄂尔多斯现代农业服务中心为中农控股送上了锦旗。
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Revolution and Prospect of Artificial Intelligence Technology for Air Combat Weapons in the Future
Xian Yong1*，Li Yang2
(1.PLA Navy Force Representative Office in Luoyang District，Luoyang 471009,China；2.China Airborne Missile Academy，Luoyang 471009,China)
Abstract :With the development of artificial intelligence technology and widely used in weapon equipment,the future air combat will be intelligent.The impact of artificial intelligence technology in future combat and development status of artificial intelligence technology in foreign military fields are described,the requirements for weapons in future air combat are analyzed，the key technologies of future air combat and revolution are proposed，the constructive comments on the development and application of artificial intelligence in air combat fields are raised.
Key words :artificial intelligence；future air combat；air-to-air missile；intelligent war；regional collaboration
中图分类号: TJ760;E824
文献标识码: A
文章编号: 1673-5048(2019)05-0026-06
DOI :10.12132/ISSN.1673-5048.2019.0099
收稿日期: 2019-05-23
作者简介:
鲜勇(1974-)，男，硕士，高级工程师，研究方向为航空军械、空空导弹、光电产品的研制及管理。
* E- mail: 18952234@qq.com
引用格式: 鲜勇，李扬 .人工智能技术对未来空战武器的变革与展望[ J] .航空兵器，2019,26(5):26-31.
Xian Yong，Li Yang.Revolution and Assumptions of Artificial Intelligence Technology for Air Combat Weapons in the Future[ J] .Aero Weaponry，2019,26(5):26-31.(in Chinese)
标签：人工智能论文; 未来空战论文; 空空导弹论文; 智能化战争论文; 区域协同论文; 海军装备部驻洛阳地区军事代表室论文; 中国空空导弹研究院论文;