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去年10月2日，美海軍陸戰(zhàn)隊XQ-58A Valkyrie無人機在佛羅里達(dá)州埃格林空軍基地完成裝備后首次飛行測試，充分展示了其使用人工智能（AI）平臺協(xié)助進行空中戰(zhàn)斗巡邏的潛力，以及更為廣泛的有人-無人協(xié)同作戰(zhàn)能力。近年來，由于技術(shù)創(chuàng)新與積累的加持，特別是AI技術(shù)的引入，現(xiàn)代戰(zhàn)爭形式正發(fā)生著深刻的變化，將AI與無人機相結(jié)合成為當(dāng)前軍事界的熱點。本文通過盤點無人機在現(xiàn)代戰(zhàn)場的主要應(yīng)用，淺析美軍重點發(fā)展的AI無人機項目與特征，提出AI無人機發(fā)展涉及的幾個問題與思考。
1 “無人機+AI”在現(xiàn)代戰(zhàn)場的應(yīng)用
2022年2月24日俄羅斯對烏克蘭發(fā)動的特別軍事行動是二戰(zhàn)后爆發(fā)的最大規(guī)模局部沖突，也是21世紀(jì)現(xiàn)代戰(zhàn)爭新形態(tài)的典型代表。俄烏沖突中，交戰(zhàn)雙方廣泛運用了以無人機為代表的無人情報和作戰(zhàn)系統(tǒng)，取得了良好收益。據(jù)統(tǒng)計，出現(xiàn)在烏克蘭戰(zhàn)場上的無人機種類不少于13 型，總數(shù)超過1000架。
表1 俄烏沖突中雙方無人機裝備情況
圖1 “前哨-R”與“RQ-4”（來源：騰訊新聞）
AI在俄烏戰(zhàn)場物理域的作戰(zhàn)應(yīng)用主要集中于使用AI技術(shù)的無人機打擊、情報監(jiān)視偵察（ISR）、創(chuàng)造決策優(yōu)勢的戰(zhàn)場態(tài)勢評估與情報分析等領(lǐng)域。在偵查任務(wù)中，無人機傳感系統(tǒng)作為情報體系的重要手段和工具，在監(jiān)視偵察行動中得到廣泛應(yīng)用，而AI可以輔助無人機識別目標(biāo)、分析情報以及規(guī)劃最佳任務(wù)路徑，有力支撐了指揮決策與作戰(zhàn)行動。在打擊任務(wù)中，在AI支持下作戰(zhàn)無人機可獲取多源融合的大信息體系支撐；AI可以幫助無人機自動選擇最佳的目標(biāo)并進行精確打擊，從而提高打擊效果并減少誤傷。此外，AI技術(shù)也逐漸開始提供更高級的自主決策能力，使無人機能夠適應(yīng)不同的戰(zhàn)場環(huán)境和敵情，這將使無人機真正成為戰(zhàn)場上的智能合作伙伴，與人類軍事力量形成高效協(xié)同作戰(zhàn)。當(dāng)前階段“無人機+AI”的主要特征是：通過引入AI算法，無人機在偵察、打擊等功能上具備一定的智能、自主性，輔助以人為主導(dǎo)的戰(zhàn)斗任務(wù)執(zhí)行得更加準(zhǔn)確與高效。隨著AI技術(shù)的迅速發(fā)展和與無人機的深度結(jié)合，AI對于無人機的“角色”正由“輔助”轉(zhuǎn)向“主導(dǎo)”，即從“無人機+AI”進化為“AI+無人機”，AI作為“戰(zhàn)斗人員駕駛飛機參戰(zhàn)”即將成為可能。
2 “空戰(zhàn)演進”:從“無人機+AI”到“AI+無人機”
2019年5月，美國國防高級研究計劃局（DARPA）宣布啟動“空戰(zhàn)演進”（Air Combat Evolution，ACE）項目， ACE項目是DARPA戰(zhàn)略技術(shù)辦公室（STO）為實現(xiàn)“馬賽克戰(zhàn)”而開展的關(guān)鍵項目之一。在“馬賽克戰(zhàn)”設(shè)想下，人將在復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境下與自主武器系統(tǒng)緊密協(xié)作，并使用人工智能進行戰(zhàn)斗。有人平臺將在所有作戰(zhàn)域指揮大量分散的無人系統(tǒng)，但是如果人對AI作戰(zhàn)自主權(quán)不信任，那么“馬賽克戰(zhàn)”愿景將無法實現(xiàn)。因而，ACE項目將率先致力于通過實現(xiàn)AI自主空中格斗，同時解決對AI自主能力的信任問題，從而使人類飛行員從較低級的操控任務(wù)中解放出來，專注于更高級、更大規(guī)模的空戰(zhàn)指揮任務(wù)，最終實現(xiàn)人-機協(xié)同作戰(zhàn)。ACE項目采用自下而上的方式開發(fā)戰(zhàn)斗自主性所需的技術(shù)，項目由阿爾法空中格斗（Alpha Dogfight）競賽單元和4個技術(shù)領(lǐng)域構(gòu)成，并計劃在五年內(nèi)分3個階段推進，即：模擬環(huán)境開發(fā)階段、亞比例飛機驗證階段和全尺寸作戰(zhàn)飛機測試階段。
圖2 “空戰(zhàn)演進”項目（來源：美國洛馬公司）
2.1 模擬環(huán)境開發(fā)
ACE項目由于一場轟動全球的AI與人類飛行員對戰(zhàn)實驗“Alpha Dogfight”被人所熟知，該項目吸引了包括洛馬、波音在內(nèi)的多家美國軍工科技巨頭和科研機構(gòu)參與。所有參與方在模擬環(huán)境下開展了70多次測試及對抗后，在2020年8月進行的決賽中，由蒼鷺系統(tǒng)（Heron Systems）公司開發(fā)的AI獲得冠軍，并在模擬器上以“5:0”的戰(zhàn)績完勝人類F-16飛行員，AI算法在虛擬空戰(zhàn)中的首秀表現(xiàn)大大超出預(yù)期。
圖3 “阿爾法”空戰(zhàn)格斗競賽實況（來源：美國雷神公司）
2021年2月，“空戰(zhàn)演進”項目算法開發(fā)團隊使用2架藍(lán)隊F-16戰(zhàn)斗機與1架紅隊?wèi)?zhàn)斗機，演示了“AI二對一虛擬交戰(zhàn)”，這標(biāo)志著“Alpha Dogfight”試驗后首次人工智能虛擬混戰(zhàn)成功完成。按照DAPRA的安排，全部模擬算法經(jīng)過無人機或真人亞比例飛機測試后，最終完成全尺寸戰(zhàn)斗機測試。
2.2 亞比例飛機驗證
按照DARPA計劃，將于近期進行ACE項目真人亞比例飛機空戰(zhàn)試驗，包括螺旋槳飛機和噴氣教練機，以確保AI算法可以從虛擬環(huán)境中移植到現(xiàn)實世界中。實際上，除了2021年底的小規(guī)模實機測試，卡爾斯潘（Calspan）公司當(dāng)時已開始改造首架L-39噴氣教練機。改造工作第一步是建立L-39精確航空性能模型，使AI算法能夠借助該模型進行學(xué)習(xí)訓(xùn)練戰(zhàn)術(shù)機動與決策，完成真機“AI飛行員”訓(xùn)練，并于2023年底和2024年由AI在現(xiàn)場進行空戰(zhàn)試驗驗證，以便為第三階段提供全尺寸戰(zhàn)斗機AI“飛行員”。
2.3 全尺寸作戰(zhàn)飛機測試
2022年12月，DARPA首次在VISTA飛機上使用人工智能軟件完成了一次約17小時的飛行試驗，充分展示了AI代理可以控制全尺寸戰(zhàn)斗機，驗證了相應(yīng)空戰(zhàn)算法，是ACE項目又一個重要里程碑事件。VISTA又名X-62，是基于F-16D Block 30戰(zhàn)斗機的改進型號，由卡爾斯潘飛行研究公司和洛馬公司合作開發(fā)，升級了航空電子系統(tǒng)，開發(fā)了可模仿多種飛行平臺特性的軟件，并可搭載、支持其他自主操控系統(tǒng)和先進技術(shù)，如“天空博格人”自主控制系統(tǒng)和“拒止環(huán)境協(xié)同作戰(zhàn)”項目技術(shù)等。
圖4 進行飛行實驗VISTA飛機（來源：維基百科）
VISTA試驗表明，在不到三年的時間里，ACE項目開發(fā)的AI已經(jīng)從控制計算機上的模擬F-16戰(zhàn)斗機進行格斗，發(fā)展到了能夠控制一架真實F-16戰(zhàn)斗機飛行，這標(biāo)志著ACE項目成功進入全尺寸飛行器測試階段，也為整個“空戰(zhàn)演進”項目進入實裝、實戰(zhàn)開發(fā)打開了新篇章。
2.4 AI無人戰(zhàn)斗機最新實踐
除ACE項目外，美國空軍研究實驗室（AFRL）最近進行了XQ-58A Valkyrie飛行試驗。XQ-58A Valkyrie來源于“忠誠僚機”計劃，由美國科技公司Kratos制造。XQ-58A是一種隱身無人戰(zhàn)斗飛行器，它的定位是低成本無人護航僚機，用以協(xié)助中繼通訊、協(xié)助進行輕型打擊等。
2023年2月，第40飛行測試中隊在埃格林灣測試和訓(xùn)練場進行了旨在展示機器學(xué)習(xí)技術(shù)應(yīng)用的試驗，使Valkyrie無人機在模擬環(huán)境中與模擬對手對抗，成功展示了人工智能在飛行中的應(yīng)用。2023年10月進行的最新一次試飛則驗證、評估了Valkyrie在模擬真實戰(zhàn)場中的情報、監(jiān)視、偵察任務(wù)中的性能，并發(fā)掘了其在作為機器人僚機方面更多的潛力。
圖5 Valkyrie無人機飛行畫面（來源：維基百科）
“空戰(zhàn)演進”等項目使人對自主作戰(zhàn)系統(tǒng)產(chǎn)生了信任，這是AI無人機從試驗走向?qū)崙?zhàn)的關(guān)鍵，對美軍實現(xiàn)“馬賽克戰(zhàn)”具有十分重要的意義。從全世界范圍看，也有一些與“空戰(zhàn)演進”類似的項目和技術(shù)研究，如俄羅斯的“決斗”系統(tǒng)，就是一款借助AI技術(shù)的俄空中格斗輔助系統(tǒng)?？梢姡叭?機協(xié)同”將是AI時代新型戰(zhàn)爭的常態(tài)，而未來自主化AI無人機作為獨立的“戰(zhàn)斗員”參戰(zhàn)將是空戰(zhàn)場的一個必然趨勢，也必將顛覆現(xiàn)代戰(zhàn)爭模式和軍事規(guī)則。
3 AI無人機帶來的幾個問題
無人戰(zhàn)斗機應(yīng)用的AI技術(shù)主要是以監(jiān)督學(xué)習(xí)和強化學(xué)習(xí)為主的策略學(xué)習(xí)，AI戰(zhàn)斗機在一次次虛擬戰(zhàn)斗交互中學(xué)習(xí)機動策略。隨著機載設(shè)備算力的大幅度提升，訓(xùn)練時間將大大縮短，戰(zhàn)斗技巧的迭代越來越快，最終，AI將產(chǎn)生合理并且超出人類的操作水平，同時也更能夠激發(fā)出戰(zhàn)斗機本身的硬件極限。盡管AI在無人駕駛飛機中的應(yīng)用已顯現(xiàn)出許多益處，但它作為一個具有“自主智能”的“新生物種”，它的加入將給原有的作戰(zhàn)、裝備、技術(shù)“生態(tài)”帶來全方位的沖擊和挑戰(zhàn)，解決這些問題需要從技術(shù)、法律、道德三個層面入手。在技術(shù)層面，解決對AI決策過程的理解和預(yù)測成為首要挑戰(zhàn)，因為技術(shù)的“可解釋性”是保證無人駕駛飛機的安全和可靠性的必要條件。然而，訓(xùn)練成熟的AI模型是“黑盒”模型，目前還未能對其內(nèi)在算法邏輯進行全面分解，所以并不能保證AI不會產(chǎn)生攻擊、傷害用戶的輸出。因此，需要研究AI決策過程的技術(shù)以提升對AI執(zhí)行任務(wù)的可靠性，也就是從技術(shù)上更好地駕馭AI。此外，AI無人駕駛飛機的應(yīng)用越來越廣泛，未來甚至?xí)c人類社會共存，這還將引發(fā)法律和道德層面的問題。在法律層面，我們需要對現(xiàn)有法律進行更新，制定新的法規(guī)以適應(yīng)AI無人駕駛飛機的加入和發(fā)展。如，在AI無人機自主作戰(zhàn)決策時，如何選擇攻擊目標(biāo)和分配責(zé)任可能會與交戰(zhàn)法律規(guī)則產(chǎn)生沖突，尤其在涉及平民傷亡的情況下，法律需要明確規(guī)定AI無人機的責(zé)任和權(quán)限以保證其合理有效的應(yīng)用。在道德層面，我們需要制定明確的道德標(biāo)準(zhǔn)和行為準(zhǔn)則，指導(dǎo)AI無人飛機和未來其他AI作戰(zhàn)裝備在戰(zhàn)場上的行為，確保以尊重并保護所有人的人權(quán)為底線。未來，人只有通過系統(tǒng)解決技術(shù)、法律和道德這三方面的問題，才能化挑戰(zhàn)為機遇，更好地適應(yīng)“AI+”帶來的全新生態(tài)，并最終迎接AI時代的全面到來。
參考文獻(xiàn)
[1] 美國SPECIAL TOPIC AUTONOMOUS TECHNOLOGIES技術(shù)報告.[2] 美國DOD DIRECTIVE 3000.09 AUTONOMY IN WEAPON SYSTEMS技術(shù)報告.
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