在现代军事要求的指导下，无人作战飞机以其“零生命”风险、更强的作战能力、比有人驾驶飞机更能适应恶劣作战环境等优势，越来越受到美军的重视。过去几年，美国针对无人机的不同功能、尺寸和作战要求，研究了各种与无人机相关的协同作战。以“Pixie”项目为代表的集团合作运营进行了大量探索。
21世纪以来，小型无人机在载荷小型化、续航能力、超视距通信、低成本等方面不断取得进步。集群技术、自主技术、协同技术等智能技术正在推动小型无人机的发展。扩大应用领域。未来，小型无人机的作战应用将沿着作战域、作战任务谱、作战风格三个维度延伸。其作战空间将从目前的单一航空领域扩展到网络空间领域；作战任务将从目前的短程情报侦察、目标定位指示、通信中继、电子战等简单任务扩展到超视距侦察监视、防空压制、协同攻击、反介入/区域拒止（A2/AD）高对抗环境 反无人机、空中分层组网、网络攻击等全谱作战任务已成为高对抗作战环境中的“指数型力量倍增器”。近日，美国发布了首个小型无人机系统发展路线图《2016-2036小型无人机系统飞行计划》。该计划指出，美军在无人机系统方面一直保持不对称优势，但中国、俄罗斯等国的相应能力得到很大提升。美军计划未来加强该领域的研发。结合美国第三次抵消的战略背景，美国
目前，美军提出了三种无人机协同作战方式，分别是：“编队协同”（人-人协同）、“忠诚僚机”（无人-人协同）、“集群作战”（机-机协同）。这三种战斗风格有不同的配合对象。“编队协同”是指控制站与控制站之间的人机协同，“忠诚僚机”是指无人机与有人机之间的人机协同。美国影子无人机参数，“集群作战”是大量小型无人机之间的机机协作。
编队协同：小型无人机可以与有人平台和无人平台协同进行编队协同作战，但编队之间的协同作战是基于任务和人在环平台控制级的协同，包括指挥控制小型无人机平台。、车载传感器的远程控制等，无人平台和车载传感器的控制权在多个地面站之间流动。其本质是多个无人机平台的远程操作员之间、无人机操作员与有人机飞行员之间的人机协作，旨在最大限度地整合编队现有作战能力。
Loyal Wingman：这个概念是人机编队协调的升级版。载人平台充当编队主控，多架无人机充当僚机。典型项目是美国AFRL的“忠诚僚机”项目。在这种协作中，无人平台、传感器、武器等资源的控制权都由人和机器控制。无人机在有人机作战指挥下，执行远程态势感知、武器投送、欺骗干扰等作战任务，大大扩展了有人机作战任务池和作战频率。人员安全。根据美国“第三次抵消战略”计划，先进的有人/无人作战编队将是未来美军作战发展的重点领域。除了“忠诚僚机”项目，美国在2014年使用X-47B无人战斗机与F-18编队飞行，2015年X-47B在航母上成功起降第一次，成为美国海军探索无人战机的行动。领域的重要一步。
集群作业：一组小型无人机自主协同作业，利用传感器三角测量的优势，在集群内各节点通过网络实时共享平台自身信息和外部负载数据，从而快速处理和分配负载根据实际作战情况执行任务。此外，集群作战网络可以根据每个平台的位置、任务参数、有效载荷能力和预期效果，为每个优先作战任务分配最合适的无人机。目前，无人机群战的研究项目包括“Pixie”、“LOCUST”等多个项目。
2016年美国无人机发展的重点项目是忠诚僚机项目和以Gremlins、LOCUST项目为代表的群战概念，并中标系统集成技术与测试（SoSITE）项目阶段性合同. 下面将分别介绍重点项目。
1. 忠诚僚机”项目
由于目前的无人机技术还没有达到完全自主作战的水平，美国国防部认为，利用现有装备进行有人-无人协同作战是一种可行的作战方式。在高强度作战中，形成有人战斗机和无人机来执行任务。通过有人机与无人机之间的数据链，无人机可以获取敌方情报并提前实施打击，而有人机则可以对敌使用。作战控制、电子压制和空中掩护任务在防区外进行，扩大了编队的作战半径，降低了有人机的危险系数。
2015年，空军研究实验室（AFRL）正式启动“忠诚僚机”概念研究项目，寻求在有人-无人飞机编队中作战的能力。Loyal Wingman计划将僚机的战斗角色定义为：充当武器发射平台，对有人指挥所指定的目标发动攻击；打击无人机感知的一组目标；为载人指挥官吸引防空火力并摧毁威胁目标；实施区外干扰；作为 ISR 的信息融合节点。在执行作战任务时，忠诚僚机自主作战编队应能完成以下五项作战任务[1]：使用较低的通信带宽，清晰接收有人指挥的作战任务；通过与领导的沟通，僚机应该自主计算任务计划；僚机确认通信并通知领导作战目标的可行性；开始任务并完成战斗目标，无需进一步通知领导者；当作战环境发生变化或作战目的发生变化时，对作战计划进行动态更新修订。从作战效果来看，“忠诚僚机”作战理念将五代机与四代无人机相结合，形成作战编队。借助五代机在作战网络中的节点作用，可以充分发挥四代机良好的机动性和充足的火力。优势，从而增强两者在空战中的杀伤力。
Loyal Wingman计划发展的关键是自主技术的发展，可以有效地增强美国空军未来的作战行动和对抗和拒止环境中的能力。同时，实现具有一定自主作战能力的有人战斗机与无人机的有效融合，发展数据链通信等相关技术，提高战斗力。
根据《忠诚僚机》2020-2022财年自主技术无人机集成验证计划公告[2]，2020财年该项目主要针对防空能力较弱的对手的对地攻击场景。在这个阶段，无人僚机主要负责空对地武器发射平台，并为有人领导提供目标指令。本次验证的作战场景是GPS和本地通信受到一定干扰的环境，不考虑敌方打击武器的威胁。无人机应该能够借助多种辅助设备（如GPS制导、激光制导和武器数据链制导）完成全方位、全方位的打击。同时，
在 2022 财年，该计划将主要展示有人-无人“忠诚僚机”编队压制敌方防空系统的能力。此时的验证场景是GPS和卫星通信系统受到一定程度的干扰和欺骗，敌方防空系统强大，采用电子对抗手段。无人机作为敌方防空系统的压制平台，应该能够感知、识别和定位作战区域内的敌方电子辐射装置，还应该具备单独或编队进行电子战的能力。单架无人机或编队应与有人驾驶飞机进行战术协调，并能够根据目标威胁等级和目标应对措施，在防区内外进行反辐射作战。
目前，根据无人机作战框架，美国提出了一种可能的忠诚僚机作战模式。在战斗编队中，有人指挥指挥四名无人僚机协同作战。将领头飞机分配给一个忠诚的僚机需要打击两个独立的目标并在固定的时间和地点返回编队，这种控制计划必须考虑到最小化操作风险和所需燃料。在这种作战理念下，高危作战中具有自主功能的无人机可以在第五代有人机前方发挥突防作用，承担发现和摧毁目标的任务，而有人机则可以在敌方领空外进行防御火力指挥和控制，以避免敌人的打击。
2. 小精灵“Gremlins”项目
2015年9月，DARPA（美国国防高级研究计划局）发布了“Gremlins”项目公告。用于海上侦察和电子攻击任务的“蜂群”技术以及任务完成后幸存的无人机的回收。“幽灵”无人机是一种小型、网络化、集群作战无人机，是一种“半一次性”（尽可能回收再利用）侦察和电子战无人机，可以由C-130运输机进行防御区和发射。无人机群采用三角测量、时频差等被动精准定位瞄准技术，综合利用多平台侦察资源，统一分配任务引导目标信号。
整个项目分为三个阶段：第一阶段是10个月的系统设计阶段，第二阶段是持续一年左右的技术成熟阶段，第三阶段是一年半示范飞行试验阶段。. 初步计划是在2020年完成示范验证试验。目前，DARPA的装备目标规模是生产1000架Pixie无人机和25架机载设备。
2016 年 3 月 24 日，DARPA 宣布将 Gremlins Phase 1 合同授予洛克希德马丁公司、通用原子航空航天系统公司、美国挤压研磨公司和复合材料公司这四个研究团队。这一阶段的目标将涉及技术领域，包括：无人机空中发射和回收技术、设备和集成概念；低成本消耗性机身设计（使用现有技术，仅对现有飞机进行适度改进）；现实分析、精确数字飞行控制、导航和定位技术等。
3. 低成本无人机群技术（LOCUST）
2015年4月16日，美国海军研究办公室（ONR）宣布低成本无人机群技术项目的开发和验证。该项目将开发一种管状发射器，可将大量无人机快速连续发射到空中，无人机之间的信息共享以及进攻或防御任务中的自主协同工作。发射器和紧凑型无人机体积小，因此可以从舰船、战术车辆、飞机或其他无人平台上发射。这种群体攻击将使用深度学习和神经网络等技术相互通信。根据项目研究人员的模拟估算，每8架次“宙斯盾”舰攻击将有2.6次成功率，虽然其0.9公斤弹头无法摧毁敌人，但是，它可以摧毁敌舰雷达等传感器系统美国影子无人机参数，并为后续攻击创造机会。未来，LOCUST 可以发射大量自主无人机来压倒敌人，为海军提供优势。
2016年7月，英国媒体称，雷神公司将使用“土狼”无人机在墨西哥湾进行舰载无人集群试验，美国海军将全程观察试验过程。目前，雷神公司正在为 Coyote 无人机群寻求各种可能的应用。目前，该无人机已搭载美国国家海洋和大气管理局的P-3“猎户座”飞机开展飓风监测工作。此外，雷神还在C-130H运输机上测试了无人机发射能力，将发射P-8波塞冬海上巡逻机、V-22鱼鹰倾转旋翼机和MQ-1捕食者”大小的无人机用于启动测试。雷神公司声称海上集群形成示范将完成无人机集群开发的第一阶段，
4. SoSITE“系统集成技术与测试”项目
2014年4月，DARPA提出SoSITE项目，旨在通过研究分布式空战架构，在竞争环境中保持美国的空中优势，开发可快速将任务系统/模块集成到系统中的技术，并研究验证系统对抗。架构的有效性和稳定性[3]。具体目标包括：1）在无人和有人平台之间分配杀伤链功能，以及权衡能力和成本；2）基于开放系统架构，将先进的任务系统快速集成到有人和无人平台中；3）战士可以介入，优化分布效果；4）保持系统的多样性，避免过于单一导致系统脆弱，适应性低。
下图将现有的战斗模式与 SoSITE 的战斗模式进行了对比。如图所示，目前的作战模式下，一架预警机配合三架有人机，每架战机具备电子战、雷达探测/成像能力，同时携带作战武器。在SoSITE模式下，只有一架有人机和一架无人机在预警机的指挥下执行任务。有人机与无人机协同作战，具备电子战、雷达探测/成像能力、杀伤性武器可在无人机平台上发射，而不是将所有能力整合在一个平台上，将大大提高作战效率和成本比。
SoSITE项目分布式空战概念图
SoSITE 项目专注于为分布式空战开发概念、架构和技术集成工具。该概念将利用现有的航空能力并使用开放式架构来分散各种有人和无人驾驶平台上的电子战、传感器、武器、战争管理、定位、导航和授时以及数据/通信数据链路等关键任务功能. 同时，该项目采用的开放式架构为组件和平台提供了统一的标准和工具，可以在必要时快速升级和更换，从而降低新航空系统的开发成本和周期。
该项目的最终目标是将有人战斗机的作战能力分散到大量具有一种或部分功能的小型平台上；在此基础上，实现平台间数据共享、多单元组网、平台间和平台不同任务模块间的协调配合。即开即用，无缝连接，形成分布式空战系统[4]。
2016 年 8 月下旬，美国空军研究实验室授予洛克希德马丁公司一份价值 3640 万美元的 SoSITE 第二阶段开发合同，标志着 SoSITE 项目开发进入集成验证阶段。在此阶段，洛克希德马丁公司将开发一种架构，展示如何将快速发展的任务系统集成到该架构中，并展示该架构的运营有效性和稳健性，以维持美国的空中优势。
目前，美国无人机协同作战面临的技术问题主要包括：
1. 目前无人机自主水平无法满足无人机协同作战的要求。从美国近期公布的各项项目计划中可以看出，无人机自主技术是实现协同作战的关键技术要求。然而，美军目前服役的无人机不具备高级自主能力。
AFRL定义的无人机自主控制水平与典型无人系统的自主情况
如图所示，美国目前装备的“全球鹰”、“暗影”和“火力哨兵”无人机目前处于2、3级，只能有限地应对各种情况，与10级无人机的距离，完全自主集群还有很大差距，尚不能满足协同作战的需要。DARPA 的联合无人空战系统 (J-UCAS) 和无人作战武装旋翼机 (UCAR) 的设计自主级别分别为 6 级和 8 级，但这些计划分别于 2009 年和 2004 年取消。针对当前自主技术的发展，美国空军研究实验室提出了自主系统技术的发展规划[6]，并开发了相关的算法技术，
2. 默认通信协议阻碍了重新组合的能力。在多无人机系统中，定义良好的通信协议是降低网络复杂性的关键步骤。然而，在系统通信协议的限制和动态重组系统集群的能力之间存在权衡。通信协议可以通过预先设置通信路径来降低无人蜂群系统的系统复杂度，而这种预设的通信协议可能会对编队的动态重组造成障碍：在战斗中，一旦编队中的某个节点出现故障或被破坏，原有的通讯路径将被破坏，阻碍战斗任务的编队重组。此外，大容量无人机操作可能会降低系统可靠性。随着系统中无人机数量的增加，作战系统的复杂性急剧增加，导致系统变得更加脆弱，整体可靠性降低。因此，在大规模形成和集群破坏的情况下实现动态重组成为关键问题。. 美国目前开发的“战术瞄准网络技术”（TTNT）或许可以彻底解决上述问题。TTNT是一种基于IP的高速、宽带、新型战场网络技术，嵌入在联合战术无线电系统（JTRS）中。具有自动组网、网络部署快速、网络带宽宽、实时性强等特点。其理论网络容量高达1000个节点，可以满足大规模无人机群的需求。
3. 不同的无人机型号和功能阻碍了系统集成。对于未来无人机群协同作战，系统中无人机的类型和功能各不相同，各种无人机具有不同的特性（飞行参数、形状和尺寸等）和适应性。集成带来了挑战[7]。
4. 小型无人机雷达传感器技术限制。雷达是无人机的重要传感系统。根据北约SET会议的内容，小型无人机的载重量应该在18公斤以下，但目前无人机配备的雷达传感器较重，难以满足技术要求。以捕食者装备的AN/APY-8雷达为例，其重量约为52公斤，超过了小型无人机的承载能力。而且，在同等技术水平下，体积更小、重量更轻往往意味着更低的雷达功率和更小的孔径，这会缩短无人机的探测距离，降低战斗力。
根据美军对无人机作战系统项目的规划和发展，可以看出美国无人机作战正呈现出自主化、集群化、分布化的趋势，具体如下：
1. 无人机系统正在向智能自主方向发展。该系统将具备感知、认知、分析、规划、决策和执行等多种能力。它将根据战场环境和任务要求自动调整和选择动作模式，优化作战路径，提高任务效率，自主完成任务。
2. 无人机操作已经从单平台操作演变为集群操作。从“小精灵”、“蝗虫”等项目可以看出，具有自主能力的大型无人机群协同作战将成为重要的作战方式。无人机集群中大量目标的存在会使敌方防御系统“饱和”，无法全部响应，即使无人机集群部分丢失，仍能整体完成任务。
3.无人机作战系统将在各种无人平台上分布不同的作战功能。未来，美国空军将根据作战环境和需求，投放不同类型和数量的有人/无人作战平台完成作战任务，重新整合现有作战功能，分解昂贵大型装备的功能变成大量的小人。在平台上。在这个系统中，大量具有分布式协同作战能力的无人机的应用，将大大降低任务成本，提高作战灵活性。
参考
[1] 克莱·汉弗莱斯。无人居住的忠诚僚机的最佳任务路径。第 16 届 AIAA/ISSMO 多学科分析与优化会议，2015
[2] 空军研究实验室。忠诚僚机的自主权。BFI-AFRL-RQKH-2015-0003
[3] 国防高级研究计划局。系统集成技术和实验系统（SoSITE）。DARPA-BAA-14-40
[4] 姜奇，葛月涛，张冬青。“动态”与“分布”——空军建设的“新”方向。航天电子对抗，2016 (1)
[5] 国防部。无人机路线图 2000-2025, 2001
[6] 空军研究实验室。空军研究实验室自主科技战略。2013
[7] 埃德温·奥尔杜哈尼安。弹性多无人机作战：关键概念和挑战。2016 年第 54 届 AIAA 航空航天科学会议
