揭开DARPA“空战演进”项目的神秘面纱

编译：李晓文

简介

美国国防高级研究计划局（DARPA）的“空战演进”（ACE）项目通过人工智能来处理视距内空中格斗（dogfight），使飞行员能够专注于更大规模的空战，加速飞行员从飞机操作员到任务作战指挥官的转变。近日，DARPA发出广泛机构公告（BAA），进一步披露了ACE项目的大量细节。

2019年5月，DARPA宣布启动ACE项目，通过空中视距内机动（通常被称为空中格斗，dogfight）的自动化和智能化来增强飞行员对战斗自主性的信任。2019年6月5日，DARPA发布BAA，为ACE项目征集创新提案。ACE计划首先通过建模和仿真进行技术演示，进而在小型无人机上进行飞行测试，最终目标是在典型作战飞机上实现自主战斗能力。ACE项目标志着美军已从当前飞行员普遍信任的基于物理学的自动化，过渡到实现未来有人-无人协同所必需的更为复杂的自主能力。

1 项目目标

ACE项目是DARPA战略技术办公室（STO）为了实现其新型作战概念——“马赛克战”（Mosaic Warfare）而开展的项目之一。“马赛克战”概念利用众多动态、协同、高度自主的可组合系统开展网络化作战。“马赛克战”可按照具体冲突需求，对各种低成本的简单系统进行组合，以极大的灵活性生成适应各种作战想定的作战效应。作战时，即使敌方消除了很多“马赛克”元素，余下部分仍可按照需求立即做出响应，实现预期的整体效果。

图1 在“马赛克战”中，杀伤链的功能分布在多个域的有人和无人资产上

在“马赛克战”设想下，人类将在复杂的环境中（其特征是耦合、非线性、异构和可适应性代理）与自主武器系统紧密协作，使用人工智能战术进行战斗。有人平台将在所有作战域指挥大量分散的无人系统，如果操作员对作战自主权不信任，这一作战愿景就无法实现。

ACE项目将通过解决人-机协作的空中格斗问题增强人们对战斗自主性的信任。该项目将自动空中格斗的战术应用到更复杂的、异构的、多飞机的战役级模拟场景，为未来实时、战役级的“马赛克战”试验奠定基础。

图2 ACE利用空中格斗作为切入点，从目前可信的基于物理学的自动化系统过渡到未来所需的复杂系统

2 项目概述

2.1 研究方法

在“马赛克战”愿景下，自主系统所需要的战略和战役行为涉及高度的复杂性和不确定性，因此需要高度动态的人工智能能力。复杂问题集的人工智能很难在现实世界中实现，因此，这种人工智能在很大程度上被等同于建模仿真（M&S）。为了让人类开始完全接受复杂自主系统，应该通过有限制的、透明的、可预测的行为来建立和扩展信任。

ACE将采用自下而上的方式开发战斗自主性的性能及对自主能力的信任。如同训练飞行员一样，ACE通过将空中格斗算法应用到难度和真实感不断增强的任务中来训练算法。

图3 ACE自下而上的开发方式：基于物理学的机动自主性—非线性局部行为—战区空中作战

2.2 项目架构

ACE项目将解决以下4个技术挑战：

• 技术领域1：为局部（个人和团队战术）行为建立战斗自主性

• 技术领域2：建立和校准对空战局部行为的信任

• 技术领域3：将战斗自主性性能和信任扩展到全局（异构多机）行为

• 技术领域4：建立全面的空战实验基础设施

图4 四个技术领域之间的关系

2.2.1 技术领域1

技术领域1将开发和演示视距内个人和团队控制算法。开发工作将从建模仿真开始，逐步在无人机上演示，最终在改装的战斗机上实现。

图5 技术领域1将分阶段演示视距内战斗自主性

2.2.2 技术领域2

技术领域2将主要完成以下3方面的工作：

• 开发用于空中格斗自主性建模和测量飞行员信任度的实验方法

图6 技术领域2将衡量操作员如何与战斗自主性互动以洞察其可信度

• 设计并开发人-机界面

图7 技术领域2将开发与任务指挥官任务以及空中格斗任务交互的人机界面

• 使用双重作战任务（DOT）模式对飞行员信任度进行建模和度量

图8 技术领域2的双重作战任务（DOT）模式

2.2.3 技术领域3

技术领域3将主要完成以下4方面的工作：

• 为大型部队进行训练数据分析开发数据集和模型

• 开发DOT任务指挥官场景

• 将局部战斗自主性应用到大型部队训练数据分析，为大型部队训练数据分析开发作战管理能力

• 量化局部行为和全局行为性能指标之间的关系

图9 技术领域3将开发模型以应用人工智能算法去洞察战术和战略

2.2.4 技术领域4

技术领域4将主要完成以下5方面的工作：

• 提供全尺寸飞机并集成空中格斗算法

• 为全尺寸飞机开发和集成人-机界面

• 为信任度评估保留飞行员的优先控制和/或自动驾驶断开功能

• 执行所有安全/适航审查，并为监督下的现场空中格斗项目获得适航认证

• 执行全尺寸实地飞行实验

图10 技术领域4的主要工作

3 项目规划

ACE项目计划于2023年完成，共分为3个阶段。第一阶段的重点是开发和演示建模仿真中的关键功能。阶段2和阶段3将分别在小规模和全尺寸环境中实现相同的功能。

图11 ACE项目规划和阶段划分

4 项目意义

DARPA的“马赛克战”概念与传统军事力量需依赖单一的军事系统相比具有很大的优势，而ACE项目正是将“马赛克战”由概念推向现实的重要一步。通过训练人工智能来处理视距内的空中格斗，飞行员能够将动态空战任务委托给驾驶舱内的无人、半自主系统，进而使飞行员能够成为可指挥多架无人机的真正意义上的指挥官，为未来的真实、战斗级别的试验打下基础。

转自：防务快讯