美国发布空战无人机! 中国已领先一步: 无人机空战经“实战考验”

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3月6日，通用原子航空系统公司（GAS-ASI）在其推特官方号上发布推文称，美国以及盟友不能再依赖旧有的空中优势，因此正在研发新的空战无人机，以应对快速发展的现代空战。

比较凑巧的是，就在美军发布空战无人机前不久，中国的航空专家们前不久以“实战”的方式成功验证了一种无人机空战的方式，取得了相当大的成功！
DARPA的空战无人机

GAS-ASI在官网上简单介绍了这种空战无人机，这是国防高级研究计划局 (DARPA)的LongShot空战无人机计划，这是一种能发射空对空武器的无人战斗机，未来将改变空战方式：
目前制空权严重依赖有人驾驶战斗机并穿透防空系统向敌方投送武器，但LongShot将允许有人战斗机在远离敌人武器威胁的范围外，空战无人机将代替有人战斗机空战，从而提高有人战斗机的生存率。
GAS-ASI介绍称，LongShot的第一阶段已经于2022年2月完成了设计初步审查（PDR），3月份将进入第二阶段，细节设计完成后将进行地面测试，目前已经完成了多体风洞测试，LongShot实现了从机体上分离武器的过程。

GA-ASI的项目高级总监Michael Atwood称，即将开始的第二阶段子系统将验证设计可靠性，预计将于2024年左右启动原型机与飞行测试，首飞计划在2024年的晚些时候进行。
GA-ASI（General Atomics Aeronautical Systems, Inc）是通用原子公司的子公司，是一家专门从事无人机、雷达和电光等相关任务系统解决方案的世界领先企业，著名的“捕食者”（Predator）、“灰鹰”（Gray Eagle）、“海上卫士”（SeaGuardian）等都是该公司的作品，“长钩”（LongShot）则是该公司正在和DARPA最新合作的一款空战无人机。
中国领先三步：成功验证无人机空战理论

DARPA也就是美国防高级研究计划局，美军的大量概念武器几乎都是DARPA主导下被研发出来最后成为美军手中的战斗利器，目前DARPA有染指空战无人机，中国有相应的计划吗？
答案是不仅有，而且目前还已经进行了无人机空战的“实战检验”，2月24日，《航空学报》期刊收录了一篇无人机空战的论文《基于深度强化学习的空战机动决策试验研究》，在有人操作飞行器与AI控制的无人机之间展开了一场空战，结果是AI控制的无人机完全无视欺骗，在90秒之内“锁定”了有人驾驶的飞行器，结束了战斗。

AI控制空战：无人机空战时代或已经来临
论文中给出了非常详细的空战过程，各位可以看一下人类控制的飞行器是如何在90秒之内就被AI斩下马的：
红色：无人机，蓝色：人类控制的飞行器
初始阶段：红蓝双方相距比较远，进入发现距离后双方相向飞行，距离迅速缩短；
对抗阶段：AI控制的红色无人机反应迅速，首先进入了攻击状态，蓝色人类控制的飞行器则有点迟钝，在AI无人机进入战斗状态后只能快速俯冲并水平转弯；
蓝色AI无人机紧紧咬住了红色有人飞行器，并且在红色飞行器机动后迅速占据更有利的位置，并且始终保持在“能量机动”优势，也就是说在格斗中同时保持了速度与位置优势，并且在整个追击过程中有人飞行器始终无法摆脱追击。

从“格斗”开始到结束，总共也就持续了90秒左右，AI控制的无人机作战效率非常高，让很多朋友以为的AI只能代替人类做那些重复工作的印象彻底给打破了，未来某一天，可能人类飞行员在天上遭遇的就是一架AI控制的无人机，在格斗状态下还不一定能击落它。
AI空战：需要什么样的条件
论文中给出的案例是近距离格斗，这是无人机空战中最难实现的！因为空战不止有格斗，还有远距离空战和中距空战，这两种空战主要方式是以雷达识别并锁定对方，再发射远距离空空导弹或者中距空空导弹击落敌机。
在这种情况下空战的性能主要取决于雷达截获目标的性能以及远距或者中距弹的动力射程（高机动区域，动力射程外机动就弱鸡了）、抗干扰性能、最高过载等，与真正的无人机性能关系并不是特别大。

但近距离格斗则是整个空战体系中难度最高的，近距离格斗有两种，一种是红外格斗导弹，另一种则是使用机炮，前者需要相对比较高的机动性占位，比如利用战斗机的机动性辅助头盔瞄准具离轴发射，后者则纯粹就是战斗机机动性的完全体现。

• 格斗的第一步需要判定双方态势，比如对方的战斗机数量，所在的空间位置，对自身威胁最大的目标，还有己方的战斗机位置，选择最合适的目标进行一对一格斗，或者己方哪架战斗机已经陷入危险，需要立刻前往解救等等；
  
• 第二步就是确定战术，根据己方装备导弹的性能选择最佳攻击方式，比如选择全向攻击还是尾追攻击，是离轴发射还是HUD锁定了发射，根据这些方式制定格斗策略；
  
• 第三步就是格斗占位了，尽管离轴发射可以在很大的角度下锁定对方，但离轴发射也是需要条件的，比如距离和角度，对方速度等；
  
• 第四步则是选择导弹发射时机或者机炮射击的时机，前者有个离轴发射角，而机炮射击则基于弹道学，这个在HUD上的导弹锁定和机炮锁定是不一样的，并且根据机动轨迹变化有一套特别的机炮锁定机动技巧；
  
• 第五步则是摆脱对方导弹锁定，如果己方已经被对方红外格斗弹锁定，那么需要实施大幅度机动以及释放红外干扰弹等；
  

对于有人战斗机来说，这些需要长期的训练以达到人机合一的条件后下意识作出的判断，但AI不是这样，因为它技术角度来看只是一台计算机，要反应足够快，就需要有一个超级强大的核心计算系统。

另一个则是需要有一个基于深度强化学习，空中格斗现场瞬息万变，不可能预设各种场景以及人在回路中控制，因为通讯延迟导致格斗反应慢半拍，在转身即逝的格斗锁定机会中可能就会被漏过，因此基于深度强化学习的系统尤为重要，经过大量格斗案例的学习后AI自己学成一个能完成熟练格斗的AI飞行员。
国际上的进展：无人机格斗正如火如荼
传统的空战基于为基于博弈论、优化理论或者基于专家系统等三种，在历经专家机动逻辑、自动规则生成与规则演进阶段后，空战机动智能决策取得了长足的进步与发展，特别是专门为AI遗传算法的芯片诞生后，从AI角度来模拟空战格斗从理论变成了现实。
美国辛辛那提大学和空军研究实验室在2016年6月开发了一种基于模糊树的智能空战系统“Alpha”，它在模拟空战中击败了经验丰富的美国空军退役上校李基恩。深度学习技术的发展推动了基于深度强化学习的智能决策研究的进步，在2020年8月的“AlphaDogfight”人机空战比赛中，苍鹭公司的深度强化学习空战系统以5：0的比分战胜了人类飞行员，引起了全球的关注。

国内的学者也在研究基于深度强化学习的空战机动智能决策，使用了启发式强化学习、Q-network强化学习、DDPG、MAPPO、Minimax-DQN、TD3和MATD3等多种先进的强化学习方法，对空战决策问题进行了仿真验证，结果显示智能决策的AI无人机能够在近距空战中压制人类“飞行员”。
AI的优势：你可能无法想象
就目前来看，AI空战还处在比较初级的阶段，但它前途无量，因为它是一台机器人，绝对服从命令（绝密飞行中的AI铁皮人的案例是不存在的），不会疲倦，不需要休息，可以在战斗机机体承受极限下进行机动。
目前人类飞行员机动过载极限大概在9G左右，短时间能达10~11G，AI不存在这个过载极限的问题，它可能达到20甚至40G，只要战斗机不解体就行。

AI战斗机不需要维生系统，不需要氧气、抗荷服、驾驶舱、弹射座椅、各种指示仪表等等。战斗机至少减重数吨，不仅会增加载弹量和内油量，还能增加航程缩小体积，紧凑结构减少阻力、增大过载能力等。
还有一个则是反应速度，AI可以对战斗机成百上千个传感器的输入可以做到绝无遗漏的综合作出判断，并且在一秒内可以作出比人类飞行员高数百倍的决策次数，这是人类望尘莫及的，所以未来的人类与AI空战，除了在特殊场合下可能毫无胜算可能。

比如目前中美双方都在突破的忠诚僚机中的一项非常重要的功能就是AI空战，等到大量装备AI空战无人机的时代，如果还继续用飞行员去交换AI无人机，那绝对是一场完全不对称的空战，落后于时代的后果将会是战争的惨败！
什么样的无人机适合空战？

从上文的介绍中我们也能看到，国内无人机空战格斗无人机在理论上并没有落后，在算法上还有独创，相信各位一定有个疑问，论文中都是用无人机模拟的，那么现在真有空战无人机了吗？答案是可能已经有了！
2022年珠海航展上的FH-97A，已经是格斗无人机了
珠海航展上出现的FH-97A，已经和之前出现的版本FH-97大相径庭了，其改变最大的特征有3项，已经从战斗/攻击彻底转为空战无人机了：

与之前的版本相比，以下几个位置的变动是空战无人机的标志：

• 1、进气道从机背变成两侧DSI进气道：适合空战高机动性要求下的大迎角进气；
  
• 2、EOTS从机腹调整到机背：增加对空侦察、感知敌机靠近；
  
• 3、机腹弹仓从开启式变成弹出式，方便格斗导弹快速发射；
  

各位不必惊讶，在珠海航展上展出的这种无人机基本都是外贸类型的，也就是说FH-97A可能是国内竞标中败下阵来的，国内自用的性能一定会被这个高1~2个档次，但自用版本到底到底如何就没人知道了，因为很有可能还没有公开露面。
除了FH-97，我国还有一款已经露过面的无人机，但很多朋友都看不出来这些居然可能是空战无人机：

正在稳步推进中的暗剑无人机，机腹DSI进气，三角翼带鸭翼，双垂尾，机动性要求很高，这种无人机还适合高速，目测就是给J-20配套的空战“忠诚僚机”。暗剑已经从模型变为实机，而且这几年披露的情况极少，很有可能已经在验证无人机空战理论！

上图是我国在研或已经装备的部分无人机，平直翼的基本不适合空战，隐身飞翼布局的无人机目前也同样不适合，只有常规战斗机类似布局的无人机才适合真正的格斗空战，我国公开系列中有两款无人机可以空战，已经走到了全球最前沿。