浅析美无人机蜂群技术研究现状

浅析美无人机蜂群技术研究现状
摘要：近年来，全世界无人机蜂群技术发展异军突起，蜂群技术在民用和军事领域发挥着越来越重要的作用。

美国作为全球科技最发达的国家，在无人机蜂群方面的研究更是不遗余力，蜂群技术日趋完善成熟，值得我们高度关注。

本文重点介绍了美国三种无人机蜂群项目、蜂群技术特征及未来发展趋势。

关键词：美国无人机蜂群技术项目
无人机蜂群技术作为一个科技热点领域，当前正受到世界各国的青睐，并逐步应用于军事对抗中。

美国作为无人机蜂群技术的首推者，在美国防部的主导下，各军兵种竞相开展蜂群项目研究和试验演示，蜂群技术日趋完善、作战能力加快形成。

2014年，美国防部战略能力办公室宣布“灰山鹑无人机”项目；2015年，美国国防部预先研究计划局推出“小
精灵无人机”项目；美海军研究局同步跟进“郊狼无人机”项目；美空军研究实验室同样展开无人机蜂群的相关研究。

1 美无人机蜂群技术现状
目前美军具有代表性的无人机蜂群技术项目有：小精灵项目（小精灵无人机）、低成本无人机集群技术项目（郊狼无人机）、无人机蜂群项目（灰山鹑无人机）。

1.2 小精灵项目
2015年9月，美国国防预先研究局发布了小精灵项目公告，提出通过载机发射携带有侦察或电子设备、具备组网和协同功能的无人机蜂群，主要任务是侦察预警与电子攻击，并在任务结束后可回收幸存的无人机。

2016年3月，小精灵项目第一阶段与四家公司进行合作，主要目标是实现以廉价小型无人机蜂群作战方式，饱和或超饱和攻击敌防空系统；第二阶段是为期1年的技术成熟期；第三阶段为期1年半的演示验证试验期；2020年，国防预先研究局开展了小精灵项目第四阶段试验，完成了全系统发射及回收，在30分钟内用C-130运输机发射并回收4架小精灵无人机，主要目的是加快研发空中低成本微小型无人机的分布式作战，并在拒止环境协同作战项目中利用人工智能技术提高作战人员对无人系统的自主控制能力，推动实现有人—无人编队协同作战。

据
相关报道，国防预先研究局设定的规模是生产1000架小精灵无人机和25套载机。

小精灵无人机搭载多种载荷，采取齐射方式，具有数量多、尺寸小、廉价可重复利用等特性，其关键技术主要有：发射
回收技术、低成本设计、小型高能涡轮发动机、机体与设备
载荷一体设计、发动机关停技术、导航与飞控、自动复飞、
分布式载荷集成技术、精确位置定位保持技术等。

小精灵项
目推动了空中作战理念的更新，国防预先研究局设想通过这
些具有协同和分布式作战能力的小型无人机蜂群，替代大型
功能集成型战机以突破敌防御体系，并在拒止环境作战发挥
重要作用。

该项目不仅能大幅降低作战成本，更能有效提高
在复杂激烈对抗环境中完成任务的能力。

图1 小精灵无人机
1.2低成本无人机集群技术项目
2015年4月，美海军研究办公室公布了低成本无人机集
群技术项目，该项目主要是通过发射管将大批量可进行自主
协同、数据共享的无人机快速发射至空中，尔后形成无人机
蜂群，蜂群有目标性地集体飞行、相互协同，对目标执行侦
察和打击任务。

该项目中使用的郊狼无人机通过发射管发射后，基于光电或红外传感器及惯导装置进行导航，可不依赖GPS信号。

发射管装置及郊狼无人机体积均比较小，便于移动，可整合至装甲车辆、飞机、舰船等平台上。

2016年5月，该项目在陆上成功进行了30秒内发射30架郊狼无人机的试验，并验证了蜂群编队飞行、队形变换、机动协同能力。

2019年，美国陆军首次部署低成本无人机集群系统，并将其
命名为“咆哮者”。

2020年，美海军宣布正在研发100万架
规模的超级大蜂群，预示着万架蜂群无人机的来临。

低成本无人机集群技术项目包含三个显著特点：一是自主化，人员又可随时干预。

单机在飞行过程中具备路径规划、
位置共享和感知规避的能力，蜂群根据事先设定好的路线自
主飞行，需要时指控人员又可随时进行干预。

二是自治化，
蜂群结构保持稳定。

郊狼无人机可形成一个比较稳定的蜂群
结构，如果出现任何一架单架脱离群体、功能丧失或导致蜂
群结构位置的变化，新的蜂群结构位置会快速自动形成，并
继续保持稳定飞行。

三是去中心化，降低系统易损度。

蜂群
中的郊狼无人机均没有从属关系，没有中心控制机，单机功
能受损后蜂群整体仍可有序执行任务。

图2 郊狼无人机
1.3无人机蜂群项目
2012年，美国防部战略能力办公室采用了灰山鹑无人机用于试验无人机蜂群项目，配套开发了空中投放技术，2014年开始进行试验。

2015年6月美军在“北方利刃”演习中，利用灰山鹑无人机组织了150多次试验，其中包括使用F-16战斗机搭载投放器进行了72次投放试验。

近年来，仍在不断推进项目的优化验证。

灰山鹑无人机通过3D打印而成，其中机身采用玻璃凯芙拉纤维，机翼采用碳纤维材料，采用锂离子聚合物电池供电。

投放后，无人机与载具分离，机翼和降落伞展开，无人机减速降落，一定高度后降落伞与机体分离，发动机开始工作，转入自主调控飞行。

灰山鹑无人机可在40m/s的速度下展开机翼，并在低于30m/s的风速中维持飞行姿态稳定，具备数据传输和通信能力。

由于灰山鹑无人机体积小、重量轻，还可通过地面发射平台或地面人员进行投掷发射，以不可回收的方式部署。

图3 灰山鹑无人机
表1 美国主要无人机蜂群项目
项目名称小精灵项目
低成本无人机蜂
群项目
无人机蜂群项目
项
目机构
国防预先研究局海军研究办公室国防部战略能力办公室
试
验平台
小精灵无人机郊狼小型无人机灰山鹑微型无人机
平台性能
作战半径618
km，载荷27 kg，续航
时间约60min，飞行速
度约0.7Ma
长度91cm，翼展
147cm，续航时间约
90min，飞行速度约
110 km/h
长度16.5cm，翼展
30cm，续航时间约20min，
飞行速度75-110 km/h
主要目标
在强对抗环境中使
用的高性能无人机蜂
群，探索开发无人集群
配套术，如发射回收、
在陆地、舰船或
飞机上发射的小型无
人机蜂群，实施侦察
监视，对陆海战场作
可由战斗机空射的可执
行低空态势感知和干扰任务
的一次性微型无人机蜂群，
可携带多种载荷，并为空射
分布式载荷集成技术、
战任务诱饵提供信息网络支持精确位置保持技术等技
术
2 美无人机蜂群的主要特征
2.1 单体特征
无人机蜂群主要以微小型无人机为主，配备一系列智能化
协同和反应系统，机体的不同组合可以形成不同的功能结构，蜂群内单架无人机又有独立的个体特征。

一是单机小型化。

小型化不仅指无人机的体积较小，还指
其电磁反射截面积小，红外和光电特征弱，加之机体表面采
用隐身材料，可以极大地增强蜂群隐蔽性，雷达不容易探测
发现。

如灰山鹑无人机长16.5厘米，翼展30厘米；郊狼无
人机长90厘米，高度30厘米，翼展1.47米；蝉无人机机身
为3D打印，单机重量只有65克甚至更轻。

二是单机模块化。

蜂群在面对不同的战场形势和任务时，
可以安装不同功能的载荷模块，包含导航定位、侦测预警、
通信传输、火力打击等，并在复杂激烈的战场态势中可以随
时调取使用。

三是单机差异化。

无人机蜂群虽然是由具有一定数量规模
的无人机组合而成的，但是单机与单机功能并不完全一致，
并且在作战过程中扮演着不一样的角色，一般情况下单机只
负责一项功能，少数单机负责多项功能，便于更好地实现蜂
群协同作战的目的。

同时，单机受损后不会对蜂群整体造成
巨大损伤或导致蜂群系统整体性瘫痪，机体的模块化、差异
化功能可以使其它无人机迅速取代补充受损的无人机。

2.2 系统特征
无人机蜂群系统特征明显，主要包括发射系统、导航系统以及智能控制系统，三个子系统是无人机蜂群顺利完成作战
任务的有力助手。

一是发射平台多样化。

一般情况下，无人机发射平台在大型飞机、舰艇或地面平台上，当发射平台接到发射指令后，
快速将指令下达给无人机蜂群系统，且同一平台通常可以发
射多个无人机蜂群指令。

如郊狼无人机通过车载发射平台已
实现40秒发射30架，设计的目标是6秒发射30架；灰山鹑无人机通过超级大黄蜂战斗机在0.6马赫速度飞行过程中投
放103架，目前已成功进行百余次试验；蝉无人机通过P-3
猎户座侦察机投放，每个发射管可携带并投放32架。

二是使用方式灵活多变。

无人机被发射出去以后，根据任务需要以及功能载荷，可快速高效完成敌情侦察、电子对抗、精准打击、空中支援等任务。

三是控制适应性强。

无人机蜂群的控制中心通常部署在不同作战平台上，处于战场相对后方的位置对蜂群作战进行全
方位系统管控，具备较强的隐蔽性和防护性。

2.3组合特征
无人机蜂群组合特征主要表现为分布式和集群性，分布式是由多个互联互通服务器构成的多节点系统，具有典型的分
布性和并发性，系统通过网络连接不同组件，通过信息交换、共同协作完成作战任务。

集群性是节点之间基本不需要通信
协调，是一类组件多个实例形成的整体，具有较强的可用性
和拓展性，以及强大的错误修复能力。

异构是无人机蜂群网
络结构的基础，该结构可以使蜂群在复杂的战场环境中随时
调整战斗队形，做到与战场环境相适应，形成具备不同表达
能力的组合。

组合特征体现了蜂群的灵活性和多样性，单机
担负的功能不尽不同，即可自我调度，又可协同互补，同时
各机还可互相屏蔽和相互替换，进而赋予了蜂群快速高效完
成任务的能力。

3 无人机蜂群的发展趋势
随着人工智能、网络信息、微纳电子、高端制造等新兴技术的迅猛发展，无人机蜂群将呈现系统智能化、网络极大化、节点极小化、平台多样化、成本低廉化的特点，并加速推进
无人机蜂群向装备系列化、应用多样化、覆盖全域化快速发
展。

无人机蜂群未来可能融入武器系统之中，既可以实现无人机之间组网，也可以是无人机与有人机之间组网，甚至与卫星、空中作战飞机、勤务飞机组网，与地面装备、舰船组网，从而进入整个智能化无人系统驰骋信息化战场的时代。

未来战争中，智能化无人机蜂群可以对敌人的关键区域以及导弹阵地、地面飞机、装甲车、坦克、中小型运输车、小型房屋掩体、甚至是有生力量等重要目标进行持续搜索识别、定位并攻击，并进行战果评估。

纳卡冲突、俄乌冲突，无人机蜂群作战运用已初见端倪，而且可以预见未来在高原、边境、海岛等复杂恶劣的环境斗争中，无人机蜂群将越来越发挥不可替代的作用。