2020年新年伊始，美軍無(wú)人機(jī)用3枚導(dǎo)彈炸死伊朗將軍蘇萊曼尼，引發(fā)了新一輪對(duì)無(wú)人裝備技術(shù)與作戰(zhàn)樣式的研究與關(guān)注。蘇萊曼尼之死可以說(shuō)是無(wú)人裝備實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用的一個(gè)典型案例。標(biāo)志著經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，以無(wú)人機(jī)為代表的無(wú)人裝備逐步形成戰(zhàn)斗力，進(jìn)入實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用階段。正如在安世亞太《數(shù)字孿生體技術(shù)白皮書(shū)》中所提出到的，數(shù)字孿生體是無(wú)人裝備的天然組成部分。透過(guò)本事件的相關(guān)新聞可以分析推斷數(shù)字孿生技術(shù)在無(wú)人機(jī)及其它無(wú)人裝備（以美國(guó)為代表）中應(yīng)用的大體技術(shù)狀態(tài)。
蘇萊曼尼事件回顧及推斷
2020年1月3日，伊拉克當(dāng)?shù)貢r(shí)間1點(diǎn)45分，在巴格達(dá)機(jī)場(chǎng)，伊朗“圣城旅”旅長(zhǎng)蘇萊曼尼乘坐車輛被美軍MQ-9“死神”無(wú)人機(jī)，用3枚AGM-114“地獄火”導(dǎo)彈擊中，蘇萊曼尼當(dāng)場(chǎng)被炸身亡。
2020年1月8日，作為對(duì)蘇萊曼尼被殺的報(bào)復(fù)，伊朗向駐伊拉克美軍和聯(lián)軍部隊(duì)發(fā)射了十幾枚導(dǎo)彈。美軍駐伊拉克“阿薩德空軍基地”是伊朗報(bào)復(fù)襲擊的目標(biāo)之一。在本次導(dǎo)彈襲擊中，雖然沒(méi)有造成美軍的重大傷亡，但據(jù)報(bào)道美軍無(wú)人機(jī)全部失聯(lián)，無(wú)人機(jī)操作員都以為必死。
結(jié)合相關(guān)資料，可以分析推斷出：當(dāng)前美軍無(wú)人機(jī)尚處于比較低級(jí)的階段，人工智能、操作與作戰(zhàn)規(guī)則還沒(méi)有數(shù)據(jù)化，形成無(wú)人機(jī)的一個(gè)有機(jī)組成部分，相關(guān)的控制與決策還需要由人來(lái)做出。無(wú)人機(jī)從總體上可以理解為一個(gè)座艙與飛機(jī)分離的飛機(jī)，這一點(diǎn)也為從網(wǎng)絡(luò)上為查詢到的其它信息所證實(shí)。據(jù)報(bào)道美軍MQ-9地面控制站采用標(biāo)準(zhǔn)的兩人編組，由一名飛行員和一名傳感器操作員組成。地面控制站可以通過(guò)全球保密衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈，從美國(guó)本土直接遙控位于世界各個(gè)熱點(diǎn)地區(qū)的無(wú)人機(jī)。
MQ-9地面控制站（來(lái)源于：參考軍事）
回顧無(wú)人機(jī)及其它無(wú)人裝備的歷史，無(wú)人機(jī)概念的提出可以追溯到上世紀(jì)20年年代。到了80年代未、90年代初在一些軍事研究報(bào)告中提出一系列不同用途的無(wú)人裝備。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，近十余年無(wú)人機(jī)及其它無(wú)人裝備進(jìn)入大發(fā)展期。2001年10月17日，美軍在阿富汗首次使用“捕食者”RQ-1型無(wú)人機(jī)發(fā)射“地獄火”導(dǎo)彈，摧毀了一輛塔利班的坦克，首開(kāi)新世紀(jì)無(wú)人機(jī)導(dǎo)彈戰(zhàn)先河。但總體上講，目前無(wú)人機(jī)尚處于初級(jí)階段。
數(shù)字孿生技術(shù)在無(wú)人裝備中的應(yīng)用
安世亞太數(shù)字孿生體研究專家介紹，當(dāng)前，地面控制臺(tái)是無(wú)人機(jī)系統(tǒng)不中或缺的組成部分。地面控制臺(tái)主要由無(wú)人機(jī)的數(shù)字孿生體和駕駛桿、油門桿等飛機(jī)操縱機(jī)構(gòu)組成。無(wú)人機(jī)的操縱與作戰(zhàn)過(guò)程可以表述為如下：
無(wú)人機(jī)操縱流程框架示意圖
參照安世亞太《數(shù)字孿生體技術(shù)白皮書(shū)》中數(shù)字孿生系統(tǒng)參考架構(gòu)，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的數(shù)字孿生系統(tǒng)架構(gòu)可以簡(jiǎn)要表達(dá)如下：
無(wú)人機(jī)系統(tǒng)數(shù)字孿生參考架構(gòu)
從上面兩個(gè)圖可以看出，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的數(shù)字孿生完全覆蓋了數(shù)字孿生體的所有要素，是典型的數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用。
其中：
1）無(wú)人機(jī)（如MQ-9），及配置的武器（如AGM-114）構(gòu)成無(wú)人機(jī)系統(tǒng)數(shù)字孿生系統(tǒng)中的物理域。在一定程度上，也應(yīng)當(dāng)包括所處戰(zhàn)場(chǎng)的地理、氣候環(huán)境等（如伊拉克巴格達(dá)機(jī)場(chǎng)）；
2）保密軍用數(shù)據(jù)鏈和配套衛(wèi)星通信車構(gòu)成測(cè)量與控制實(shí)體，完成對(duì)無(wú)人機(jī)的控制與相關(guān)信息的通信；
3）地理信息系統(tǒng)與無(wú)人機(jī)數(shù)字孿生體等構(gòu)成無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的數(shù)字孿生體，通過(guò)數(shù)字孿生體的運(yùn)轉(zhuǎn)和無(wú)人機(jī)真實(shí)狀態(tài)信息，準(zhǔn)確與地理信息系統(tǒng)匹配為控制人員提供無(wú)人機(jī)所處位置、姿態(tài)等戰(zhàn)場(chǎng)信息；
4）駕駛?cè)藛T、操縱機(jī)構(gòu)和綜合信息顯示系統(tǒng)構(gòu)成用戶域。
當(dāng)前無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用還處于相當(dāng)初期的階段，才初步完成了無(wú)人機(jī)的仿真和操縱交互控制，智能化的要素遠(yuǎn)不能滿足智能作戰(zhàn)的要求。對(duì)照安世亞太《數(shù)字孿生體技術(shù)白皮書(shū)》中可以認(rèn)為無(wú)人機(jī)系統(tǒng)基本達(dá)到了交互階段，遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到像電影《安德的游戲》、即時(shí)戰(zhàn)略游戲所描繪的那樣的作戰(zhàn)模式和場(chǎng)景。
無(wú)人機(jī)在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)
安世亞太認(rèn)為，未來(lái)無(wú)人機(jī)的應(yīng)用將逐漸向集群方向發(fā)展。但無(wú)人機(jī)目前的技術(shù)狀態(tài)尚達(dá)不具備形成無(wú)人機(jī)集群的能力，在大規(guī)模的戰(zhàn)爭(zhēng)中應(yīng)用范圍有限。主要原因是通過(guò)無(wú)人機(jī)及其它途徑傳遞到地面控制臺(tái)的信息遠(yuǎn)沒(méi)有人在現(xiàn)場(chǎng)獲得的信息全面，它將大大限制無(wú)人機(jī)操縱人員的判斷能力。另一方面，信息過(guò)多也會(huì)對(duì)地面操縱人員構(gòu)成干擾。還有地面操縱人員間的差異，也會(huì)是形成無(wú)人機(jī)集群的障礙。因此，形成無(wú)人機(jī)集群的首要技術(shù)就是實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)及其數(shù)字孿生體的智能化，簡(jiǎn)化當(dāng)前地面控制臺(tái)對(duì)無(wú)人機(jī)控制。
在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，如下的場(chǎng)景也許是無(wú)人機(jī)應(yīng)用的標(biāo)志性場(chǎng)景。
1）有人、無(wú)人混合編隊(duì)
飛行員進(jìn)入座艙，啟動(dòng)飛機(jī)配置的無(wú)人機(jī)管理模塊（即無(wú)人機(jī)數(shù)字孿生體），輸入無(wú)人機(jī)No1、No2、No3、No4的管理密鑰。
“1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)，與我組隊(duì)！”。
“1號(hào)，明白！”。無(wú)人機(jī)No1與長(zhǎng)機(jī)建立加密數(shù)據(jù)通道。
500毫秒后，“2號(hào)，明白！”。無(wú)人機(jī)No2與長(zhǎng)機(jī)建立加密數(shù)據(jù)通道。
1秒后，“3號(hào)，明白！”。無(wú)人機(jī)No2與長(zhǎng)機(jī)建立加密數(shù)據(jù)通道。
1500毫秒后，“4號(hào)，明白！”。無(wú)人機(jī)No3與長(zhǎng)機(jī)建立加密數(shù)據(jù)通道。
“出發(fā)！”。長(zhǎng)機(jī)啟動(dòng)，滑行進(jìn)入跑道；無(wú)人機(jī)No1、No2、No3、No4，啟動(dòng)依次進(jìn)入滑行道準(zhǔn)備起飛。
混合編隊(duì)起飛
幾分鐘后，長(zhǎng)機(jī)飛行員下命令，“切換雁形編隊(duì)！”。
“1號(hào)，明白！”。無(wú)人機(jī)No1加速，同時(shí)向右滾轉(zhuǎn)。
500毫秒后，“2號(hào)，明白！”。無(wú)人機(jī)No2加速，同時(shí)向左滾轉(zhuǎn)。
1秒后，“3號(hào)，明白！”。無(wú)人機(jī)No3加速，并向右滾轉(zhuǎn)。
1500毫秒后，“4號(hào)，明白！”。無(wú)人機(jī)No4加速，同時(shí)向左滾轉(zhuǎn)。
幾分鐘后，無(wú)人機(jī)No1到達(dá)長(zhǎng)機(jī)右后方；無(wú)人機(jī)No2到達(dá)長(zhǎng)機(jī)左后方；無(wú)人機(jī)No3到達(dá)無(wú)人機(jī)No1右后方；無(wú)人機(jī)No4到達(dá)無(wú)人機(jī)No2左后方，形成雁形編隊(duì)。
機(jī)組形成雁形編隊(duì)
有人/無(wú)人混合編隊(duì)是無(wú)人機(jī)編隊(duì)自主作戰(zhàn)的第一步。以有人機(jī)為核心，飛行員承擔(dān)了編隊(duì)中所有無(wú)人機(jī)的指揮任務(wù)。在這種模式下，當(dāng)前的地面控制臺(tái)，尤其是無(wú)人機(jī)數(shù)字孿生體，退化為有人機(jī)的一個(gè)軟件模塊，通過(guò)該模塊完成無(wú)人機(jī)的控制；同時(shí)，無(wú)人機(jī)本身也具有了基本的自動(dòng)飛行控制能力，能夠?qū)⑾嚓P(guān)指令自動(dòng)轉(zhuǎn)化為一系列的飛行操作，這種能力實(shí)際上是在無(wú)人機(jī)本身也安裝了本身數(shù)字孿生體，具有一定判斷和推演能力。
2）無(wú)人機(jī)集群
在上述有人/無(wú)人混合編隊(duì)的基礎(chǔ)上，無(wú)人機(jī)數(shù)字孿生體功能進(jìn)一步強(qiáng)化，達(dá)到能夠完全自主作戰(zhàn)的水平，可以形成純無(wú)人機(jī)集群。典型的場(chǎng)景可能如下：
指揮員在屏幕前，下令：“無(wú)人機(jī)1至10聽(tīng)令，以1號(hào)為核心形成第一集群！”。
屏幕上依次顯示無(wú)人機(jī)應(yīng)答信息：“1號(hào)，明白！”、“2號(hào)，明白！”、“3號(hào)，明白！”、“4號(hào)，明白！”、“5號(hào)，明白！”、“6號(hào)，明白！”、“7號(hào)，明白！”、“8號(hào)，明白！”、“9號(hào)，明白！”、“10號(hào)，明白！”。
1號(hào)無(wú)人機(jī)與其它無(wú)人機(jī)建立通信信道；產(chǎn)生9對(duì)密鑰，并向其它無(wú)人機(jī)分發(fā)。其它無(wú)人機(jī)發(fā)到密鑰，通過(guò)密鑰與1號(hào)無(wú)人機(jī)建立聯(lián)系，完成集群組建。
若干秒后，屏幕顯示1號(hào)機(jī)應(yīng)答：“第一集群組建完畢！”。
指揮員將相關(guān)作戰(zhàn)地圖和計(jì)劃發(fā)送給1號(hào)無(wú)人機(jī)。在屏幕前，下令“第一集群到3號(hào)指定區(qū)域集結(jié)！”。
1號(hào)無(wú)人機(jī)應(yīng)答：“第一集群明白！”。
以1號(hào)無(wú)人機(jī)為首，依次起飛，集結(jié)，前往3號(hào)作戰(zhàn)區(qū)域。
途中，指揮員下令：“第一集群注意防空雷達(dá)，采用低空突防模式！”。
1號(hào)無(wú)人機(jī)應(yīng)答：，“第一集群明白！”。第一集群所有無(wú)人機(jī)降低飛行高度，進(jìn)行低空突防，前往3號(hào)作戰(zhàn)區(qū)域集結(jié)。
無(wú)人機(jī)集群的形成基礎(chǔ)在于無(wú)人機(jī)所載的數(shù)字孿生體已經(jīng)具有智能化的模糊推斷、威脅判斷等人腦所具有基本能力，例如：1號(hào)機(jī)能夠自主產(chǎn)生密鑰，并分發(fā)給組建集群的其它無(wú)人機(jī)，而不會(huì)擴(kuò)大范圍；能夠理解“低空突防”這類專業(yè)化的復(fù)雜指令，并能夠分解形成后續(xù)的一系列行動(dòng)；集群內(nèi)的所有無(wú)人機(jī)能夠自主判斷自動(dòng)跟隨1號(hào)機(jī)行動(dòng)，并保持安全距離等。
安世亞太：無(wú)人裝備及其數(shù)字孿生體發(fā)展暢想
安世亞太認(rèn)為，在大數(shù)據(jù)、人工智能、數(shù)字孿生等信息技術(shù)的支撐下，所有有人裝備都可以無(wú)人化，未來(lái)無(wú)人裝備將是一個(gè)龐大的群體，包括：無(wú)人機(jī)（UAV）、無(wú)人車（UGV）、無(wú)人船（USV）等，數(shù)字孿生技術(shù)是其實(shí)現(xiàn)和發(fā)展的重要支撐和組成部分，具有豐富、強(qiáng)大的功能，得到廣泛應(yīng)用。
暢想無(wú)人裝備的發(fā)展可能包括如下三個(gè)階段：
1）人機(jī)分離階段
這個(gè)階段是無(wú)人裝備最低級(jí)的階段，僅僅是實(shí)現(xiàn)了人機(jī)分離，即無(wú)人機(jī)當(dāng)前的技術(shù)狀態(tài)。在這個(gè)階段，裝備控制人員通過(guò)控制臺(tái)和遠(yuǎn)程通信設(shè)備，對(duì)無(wú)人裝備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。無(wú)人裝備數(shù)字孿生體僅具備基本的無(wú)人裝備仿真能力，并作為控制強(qiáng)的后臺(tái)。
2）簡(jiǎn)單規(guī)則階段
這個(gè)階段以有人/無(wú)人混合編隊(duì)最為典型，無(wú)人裝備能夠根據(jù)本身所擁有能力，或獲得的操作指令完成簡(jiǎn)單任務(wù)。在這個(gè)階段，無(wú)人裝備數(shù)字孿生體已經(jīng)具有了基本的規(guī)則知識(shí)庫(kù)，根據(jù)規(guī)則能夠自主或依據(jù)簡(jiǎn)單指令控制無(wú)人裝備完成簡(jiǎn)單任務(wù)?？刂婆_(tái)弱化并消失，數(shù)字孿生體本身演化為有人裝備或無(wú)人裝備本身的一個(gè)有機(jī)組成部分。
3）模糊推理階段
這個(gè)階段以無(wú)人機(jī)集群最為典型。在這個(gè)階段，無(wú)人裝備已經(jīng)高度智能化，能夠理解指揮人員的復(fù)雜指令；能夠根據(jù)本身、伙伴感知，以及傳輸來(lái)的外界信息，進(jìn)行模糊推理得出在當(dāng)前態(tài)勢(shì)下的最優(yōu)策略和行動(dòng)，自主開(kāi)展任務(wù)執(zhí)行。在這個(gè)階段，無(wú)人裝備數(shù)字孿生體已經(jīng)與無(wú)人裝備高度融合，能夠利用獲得的信息向后推演，以尋求當(dāng)前態(tài)勢(shì)下的最優(yōu)策略和行動(dòng)計(jì)劃。整個(gè)無(wú)人裝備系統(tǒng)的應(yīng)用達(dá)到像電影《安德的游戲》、即時(shí)戰(zhàn)略游戲所呈現(xiàn)的狀態(tài)。
更多關(guān)于數(shù)字孿生體技術(shù)在無(wú)人裝備中應(yīng)用的內(nèi)容，請(qǐng)關(guān)注安世亞太與數(shù)字孿生體實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合發(fā)布的《數(shù)字孿生體技術(shù)白皮書(shū)（2019）》，安世亞太希望與您共同推動(dòng)數(shù)字孿生體技術(shù)在中國(guó)的應(yīng)用與發(fā)展。
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