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摘要：由于艦載無人直升機的快速發展，研究其在海上作戰行動中的運用，已經成為當前日趨緊迫的重要課題之一。從艦載無人直升機運用海上作戰的角度出發，分析其在海上作戰行動中發揮的反潛、反艦和空中預警等關鍵作戰任務，隨著人工智能技術的進步，研究艦載無人直升機被動機械化、半自主信息化和全自主智能化三種作戰應用模式，提出支撐未來艦載無人直升機全自主智能化作戰模式的全自主著艦、全自主編隊飛行和全自主任務規劃等關鍵技術，為艦載無人直升機作戰裝備的發展提供重要依據和關鍵支撐
1 引言
隨著各國經濟發展對海洋的依賴，海上作戰必將成為一種重要作戰樣式，利用飛行器從空中發射空艦或空空導彈對敵方目標進行精準打擊，成為提高海上精準打擊的關鍵。固定翼飛機雖然攻擊范圍大，但是起飛距離較長，一般需要從岸基跑道起飛，這樣很難與海上艦艇精準協同行動，而艦載有人直升機雖然能夠克服固定翼飛機的缺點，但為了獲得較大的攻擊范圍，往往需要前出較遠的距離，脫離水面艦艇的保護，容易遭受敵方精準打擊，造成機毀人亡。很明顯，艦載無人直升機在一定程度上彌補了固定翼飛機和艦載有人機的缺陷，成為未來海上作戰進行戰場遠程攻擊的利器，其前出進入敵方打擊范圍之內，對敵方目標進行攻擊的空中移動平臺，不但可以快速抵達，實現對敵方目標的精準打擊，還大幅降低己方有生力量的傷亡，保證海上作戰的持續進行[1]。艦載無人直升機如圖1所示。
圖1 艦載無人直升機
Fig.1 Shipborne unmanned helicopter
2 艦載無人直升機發展分析
隨著科學技術進步和海戰場需求拉動，艦載無人直升機以成本較低、使用靈活、效費比高等優勢，受到各海上強國的廣泛關注。近年來，各海上強國加快了艦載無人直升機的研發進度，美國海軍2019年定購了38架MQ-8C“火力偵察兵”無人直升機，計劃將其部署在瀕海戰斗艦上。俄羅斯緊鑼密鼓建造的23900型直升機航母上，計劃部署4架艦載無人直升機。法國海軍已經組建首個艦載無人直升機中隊，該中隊將配備S-100無人直升機。2020年英國在“威爾士親王”號航空母艦上進行了艦載無人直升機測試。世界各軍事強國對艦載無人直升機的“垂青”并非偶然，這是由于艦載無人直升機與軍艦和有人駕駛戰機相比，具有機動靈活、飛行速度快、使用成本低、條件限制少等獨特優勢。
3 艦載無人直升機作戰運用需求
人工智能技術的進步會推動海上作戰從數字化、網絡化向智能化加速躍升，凸顯機械化信息化智能化融合發展態勢。從爭奪“制智權”的角度出發，加快海空作戰力量高度耦合，充分發揮艦載無人直升機作戰能力，全面保障海上作戰需求，是快速提升海上體系作戰能力的重要保障。
1) 保障高空偵察的需要
偵察監視貫穿整個海上作戰的全過程，能夠為指揮員提供及時、準確的戰場情報。受地球曲率的制約，艦載偵察設備難以遠距離準確捕獲海上動態目標，從而影響海上作戰效能的發揮。而艦載無人直升機有效彌補了這一缺陷，其能夠深入敵陣地前沿甚至敵后，依靠機載的可見光照相機、攝像機、掃描儀等偵察設備，對敵主要部署和重要目標進行實時跟蹤監視。“沙漠風暴”行動中，美軍曾出動307架次艦載“先鋒式”無人機，在空中逗留1 011 h，對伊拉克軍隊的調動實施全天候偵察監視；同時，還為美軍特種部隊發現了“蠶”式反艦導彈發射陣地指揮所和防空兵器。現在國外正在大力發展高空長航時艦載無人直升機，以克服滯空時間短、飛行速度低、偵察面積小的缺點，保障高空偵察的需要，為海上作戰提供精準情報支持[2]。
2) 滿足靈活攻擊的需要
靈活攻擊是海上作戰的一種重要方式，是海上高強度火力攻擊的重要補充。水面艦艇作為海上作戰的核心裝備，會遭受敵方抵近偵察、特種作戰等近距離、全方位的干擾，而水面艦艇的高強度火力殺傷在抵近偵察、特種作戰方面受到極大限制，無法對敵產生有效毀傷。艦載無人直升機正好滿足了近距離、輕強度的火力毀傷，解除了水面艦艇面臨的近距離干擾，有效保障了海上作戰能力的發揮。美國海軍研究局開展了“低成本無人機蜂群技術”項目，該項目采用艦基多管發射裝置，可以每秒一架的速度發射上百架小型無人機，無人機群利用搭載的低強度攻擊火力或采用自殺式攻擊方式，對近距離小型目標實施有效摧毀。靈活攻擊不但能夠有效解除水面艦艇周邊的近距離威脅，而且還能夠最大程度降低作戰消耗，保障海上作戰的可持續性。
3) 實現誘導欺騙的需要
海上高價值目標通常情況下都處于隱蔽狀態，很難利用傳統的偵察手段識別出來，誘導欺騙成為發現敵方重要目標的一種主要方式。艦載無人直升機可以利用自身信號進行放大來模擬作戰飛機，給敵方防空系統造成嚴重的信息污染和過量載荷，誘導其暴露目標，為己方作戰飛機形成可利用的火力空隙。海灣戰爭中，多國部隊把無人機作為假目標安裝在運載飛機的外掛上，在運載飛機抵達敵雷達搜索空域時，投放大量無人機模擬攻擊機群，迫使伊軍操作人員提早啟動各種雷達，機載反雷達導彈立即對它們實施突擊，該戰爭中首次使用的大型ADM-141型“空中戰術誘餌”，1架飛機搭載20架無人機，誘導發現敵方多處重要目標[3]。誘導欺騙純屬戰術問題，對其技術上沒有太高的要求，所以未來海上作戰中艦載無人直升機必然會成為誘敵的重要裝備，這也必將成為其最基本作戰方式。
4 艦載無人直升機作戰應用模式
技術進步是軍事發展中最活躍、最具革命性的因素，每一次重大技術進步和創新都會引起戰爭形態的深刻變革。隨著人工智能、大數據等技術的進步，艦載無人直升機會沿著機械化、信息化和智能化的方向不斷發展，這必將改變海上作戰應用模式，顛覆傳統海上作戰制勝機理[4]。
4.1 被動機械化作戰應用模式
被動機械化作戰應用模式是受艦載無人直升機信息化程度制約所造成的，是過去機械式艦載無人直升機作戰應用的主要模式，從實戰化角度來看，被動機械化作戰應用模式很難產生較好的作戰效能，并未應用到實際作戰行動中。受信息化技術發展限制，艦載無人直升機在過去很長一段時間內，是以手工單向遙控為主，水面艦艇是艦載無人直升機的指揮控制中心，全程遙控指揮艦載無人直升機實施海上作戰行動，艦載無人直升機作為受控主體，被動接受水面艦艇的作戰指令。在海上作戰行動過程中，艦載無人直升機無法根據戰場態勢的局部改變而自主調整作戰計劃，僅僅是將戰場態勢信息傳輸到水面艦艇指控中心，待指控中心評估判斷，形成新的作戰計劃，遙控指揮空中待命的艦載無人直升機實施作戰計劃，這樣不僅使作戰計劃遠遠滯后于實時戰場態勢的變化，還無法滿足對敵方動態目標實時跟蹤監視的作戰需求，基本上喪失海上作戰的主動權。同時，艦載無人直升機之間難以實現信息交互，無法快速共享戰場各類信息，艦載無人直升機之間只能通過水面艦艇指控中心實現信息交互，嚴重限制和制約了各類戰場信息的共享效率。被動機械化作戰應用模式如圖2所示。
圖2 被動機械化作戰應用模式示意圖
Fig.2 Passive mechanized combat application mode
被動機械化作戰應用模式的指控主體是水面艦艇，其全程控制海上作戰的所有戰術行動，而受控主體是艦載無人直升機，其被全程控制且僅能被動的參與各類海上作戰行動。被動機械化作戰應用模式的指控主體和受控主體有著明顯的界限，而且兩者在整個海上作戰過程中的指控關系是全程不變的。指控主體全程控制受控主體的所有海上戰術行為，且指控主體受到毀滅性攻擊后，將對整個海上作戰體系造成致命性影響。同時，受控主體之間無法進行信息傳輸，只能通過指控主體進行信息交互，嚴重制約海上作戰行動的時效性。被動機械化作戰應用模式僅僅成為前期海上作戰理論研究的基礎，而受艦載無人機裝備性能發展的制約，該模式其實并未實際運用到真實的海上作戰行動中。
4.2 半自主信息化作戰應用模式
半自主信息化作戰應用模式是隨著信息化技術的發展，是目前信息化艦載無人直升機作戰應用的主要模式，從實戰化角度來看，半自主信息化作戰應用模式能產生一定的作戰效能，因此開始逐漸應用到實際作戰行動中。隨著信息化技術的發展，克服了手工單向遙控指揮難題，實現了艦載無人直升機與水面艦艇以及艦載無人直升機之間的信息交互，為海上作戰行動戰場態勢信息共享、作戰指令傳輸提供了保障。水面艦艇作為海上作戰的指控中心，全程控制海上作戰的重要進程，較少干涉艦載無人直升機的具體戰術行為，而艦載無人直升機在接受水面艦艇指揮控制的基礎上，在一定作戰權限內，自主識別和跟蹤敵方海上動態目標的變化，自主籌劃和實施精準打擊，這樣不但滿足了對敵方動態目標實時跟蹤監視的作戰需求，還較好實現了對敵方動態目標的精準打擊，避免因信息傳輸和錯位籌劃而錯過最佳打擊窗口。同時，隨著海上作戰強度的提升和作戰節奏的加快，艦載無人直升機編隊作戰必將成為常態，為實現編隊作戰有序進行，艦載無人直升機之間必須共享戰場態勢、飛行姿態等有效信息，信息交互也為艦載無人直升機編隊有效避碰、科學籌劃、合理打擊提供了關鍵支撐。半自主信息化作戰應用模式如圖3所示。
圖3 半自主信息化作戰應用模式示意圖
Fig.3 Semi autonomous information operation application mode
半自主信息化作戰應用模式的指控主體是水面艦艇，其僅能控制海上作戰的主要進程，較少約束受控主體的具體戰術行為，而作為受控主體的艦載無人直升機，在一定權限內能夠自主實施部分海上戰術行為。半自主信息化作戰應用模式與被動機械化作戰應用模式類似，指控主體和受控主體有著明顯的界限，且兩者在整個海上作戰過程中的指揮控制關系是一成不變的。指控主體并未全程控制受控主體的所有海上戰術行為，在一定權限范圍內，某些受控主體會擁有部分指揮權限，與其他受控主體共同完成部分海上作戰行為，但是指控主體作為海上作戰體系的中心節點，受到敵方毀滅性攻擊后，將嚴重影響海上作戰的整體效能，該模式已經發展成為目前海上作戰運用的主要模式之一。
4.3 全自主智能化作戰應用模式
全自主智能化作戰應用模式是隨著智能化技術的發展，是未來智能化艦載無人直升機作戰應用的主要模式，從實戰化角度來看，全自主智能化作戰應用模式能產生較好的作戰效能，成為未來重點研究的關鍵方向之一。隨著人工智能、大數據、5G等核心技術的發展，為未來實現艦載無人直升機編隊與水面艦艇編隊實時共享戰場態勢、整體籌劃遠程機動、火力打擊聯合實施等提供可能。水面艦艇和艦載無人直升機不再固定為指控主體或受控主體，而是根據海上戰場態勢變化需要，以提升海上作戰殺傷力和靈活力為基本出發點，水面艦艇或艦載無人直升機以等同身份不斷變換角色主導海上作戰行動，這樣不但提升了海上作戰的靈活性，還強化了海上作戰的殺傷力。同時，隨著海上作戰智能化的實現，水面艦艇和艦載無人直升機將以等同身份出現在海上作戰行動中，每個作戰單元必將成為海上作戰體系的任意智能節點，形成指控主體和受控主體智能轉換的柔性作戰集群，其隨著作戰節奏的不斷加快，科學籌劃不同作戰階段的指控和受控主體，整體規劃作戰計劃，并伴隨作戰進程快速演化不斷變換角色，為實現海上作戰效能最優化奠定基礎。全自主智能化作戰應用模式如圖4所示。
圖4 全自主智能化作戰應用模式示意圖
Fig.4 fully autonomous intelligent combat application mode
全自主智能化作戰應用模式模糊了水面艦艇和艦載無人直升機指控主體和受控主體的界限，形成張弛有度的柔性作戰集群，其不但增強了主動攻擊的張力，還拓展了被動防御的彈力。從實現海上智能化作戰的角度出發，任一作戰單元都可以作為指控主體，主導其他作戰單元參與海上作戰行動，同時也可以作為受控主體，被動的參與其他作戰單元主導的海上作戰行動。全自主智能化作戰應用模式支持柔性作戰集群的網狀互聯和智能控制，保證指控主體能夠在所有作戰節點之間瞬時智能轉移，實現柔性作戰集群指控主體的全時全域存在，基于此，任一作戰節點遭受敵方毀滅性攻擊，都不會對整個柔性作戰集群造成致命性的影響，因此，該作戰模式將成為未來海上智能化作戰研究的核心領域，成為主導海上作戰行動的重要研究方向。
5 艦載無人直升機關鍵技術
隨著艦載無人直升機的發展，其必將會越來越多的應用于海上作戰行動中，全自主智能化作戰應用模式也將成為艦載無人直升機海上作戰的主要模式，為支撐艦載無人直升機海上智能化作戰，全自主著艦、全自主編隊飛行和全自主任務規劃將成為未來必須攻克的關鍵技術[5]。
1) 全自主著艦技術
全自主著艦技術是艦載無人直升機實施海上作戰的重要基礎技術。艦載無人直升機著艦方式不同于有人直升機，其無法依靠飛行員與艦上指揮人員的協同合作，必須依靠自身完成一系列戰術動作。當艦艇運動到合適位置時，為避免艦載無人直升機著艦受到艦艇尾渦流的影響，無人直升機必須在著艦點上方稍加停留，之后選擇合適時機快速實施著艦[6]。在此過程中，艦艇存在升沉、橫蕩、縱蕩、縱搖、搖首和橫搖6個運動自由度，艦載無人直升機必須保持足夠的穩定性，準確識別出艦艇橫向運動，大幅降低艦艇運動對無人直升機著艦的影響，以免造成艦載無人直升機著艦方式簡單粗暴。全自主著艦技術是艦載無人直升機實施海上作戰的基礎技術，其支撐了艦載無人直升機順利回收，重復運用的戰術動作。
2) 全自主編隊飛行技術
全自主編隊飛行技術是艦載無人直升機實施海上作戰的重要支撐技術，主要從編隊集結控制、編隊隊形變換和編隊隊形重構3個方面總結全自主編隊飛行控制技術[7]。編隊集結控制是通過調整各艦載無人直升機的飛行控制參數，使各艦載無人直升機到達集結點時，滿足位置、速度和時間的要求，實現編隊集結；編隊隊形變換實質上是帶有終端約束的協同路徑跟蹤問題，要求艦載無人直升機滿足隊形、位置、航向角等要求[8]；編隊隊形重構是當艦載無人直升機編隊在飛行過程中遇到障礙物或敵方目標時，及時根據戰場態勢改變編隊隊形，從而達到避障和提高編隊安全性的目的[9]。全自主編隊飛行技術是艦載無人直升機實施海上作戰的支撐技術，其保證了艦載無人直升機能夠編隊飛行、編隊作戰等重要作戰行動。
3) 全自主任務規劃技術
全自主任務規劃技術是艦載無人直升機實施海上作戰的重要核心技術[10]。隨著艦載無人直升機大量運用于海上作戰行動中，傳統的作戰任務規劃模式必將難以滿足無人直升機編隊作戰需求，依托數學算法和智能優化算法支撐的全自主任務規劃技術，能夠支撐艦載無人直升機編隊從整體上分析海上作戰需求，籌劃海上作戰計劃，動態分配作戰任務給艦載無人直升機編隊，同時，科學評估艦載無人直升機作戰任務的完成情況，重新智能規劃作戰任務，對艦載無人直升機編隊實施作戰任務的再分配，保證艦載無人直升機編隊能夠及時高效的自主實施海上作戰行動。全自主任務規劃技術是艦載無人直升機實施海上作戰的核心技術，其保證了艦載無人直升機編隊能夠自主分配作戰任務、自主實施作戰計劃等。
6 結論
本文通過分析艦載無人直升機的作戰任務，研究了3種艦載無人直升機作戰應用模式，提出了支撐艦載無人直升機實施海上作戰的三類關鍵技術。但是并未研究關鍵技術的成熟度，僅僅從理論上論述關鍵技術的重要性，下一步要科學規劃關鍵技術的攻克時間，制定關鍵技術發展路線圖，為艦載無人直升機參與海上作戰行動提供重要支撐。
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Operational application mode and key technology of shipborne unmanned helicopter
SUN Shengzhi1, SUN Xiaoting2, ZHENG Weijuan1, ZHAO Xueyang1, MIAO Zhuang3
(1.China Coast Guard Academy, Ningbo 315801, China；2. Zhejiang DataCenter Data & Technology Co., Ltd., Ningbo 315048, China; 3. Information Research Center for Military Science, Beijing 100142, China)
Abstract: With the development of the ship borne unmanned helicopters, it has been widely used on marine combat, and it has become one of the important topics. From the view of marine combat, this paper described the key combat tasks about anti-submarine, anti-ship and air warning. With the progress of artificial intelligence technology, it researched three operational combat modes of shipborne unmanned helicopter passive mechanization, semi-autonomous informatization and full-autonomous intelligence. It proposed the key technologies of autonomous landing, autonomous formation flight and autonomous mission planning, and it provided important evidence and key support for the development of the unmanned helicopter combat equipment.
Key words: unmanned helicopter; combat mission; combat application mode; key technology
收稿日期：2021-05-23；
修回日期：2021-07-09
基金項目：國家自然科學基金項目(61401105)；“十三五”軍隊“雙重”建設項目(YJKY04)
作者簡介：孫盛智(1985—)，男，博士，副教授，E-mail:354506860@qq.com。
通信作者：苗壯(1980—)，男，碩士，副研究員，E-mail:13910369318@163.com。
doi： 10.11809/bqzbgcxb2022.01.010
本文引用格式：孫盛智，孫小婷，鄭衛娟，等.艦載無人直升機作戰應用模式及關鍵技術[J].兵器裝備工程學報，2022，43(01)：68-72.
Citation format:SUN Shengzhi, SUN Xiaoting, ZHENG Weijuan, et al.Operational application mode and key technology of shipborne unmanned helicopter[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering，2022，43(01)：68-72.
中圖分類號：E82
文獻標識碼：A
文章編號：2096-2304(2022)01-0068-05
科學編輯 王金濤 博士(火箭軍工程大學講師)責任編輯 周江川
