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空對空作戰背景下的戰斗識別（CID）是一項高度復雜的認知任務，要求操作員迅速做出后果嚴重的決策。為了完成 CID 任務，戰斗機機組人員必須在建立態勢感知（SA）和執行其他任務的同時注意和感知大量信息。雖然現有的智能體可以幫助戰斗機機組人員完成這項 CID 任務，但它們是針對整個任務中非常狹窄的子集而設計的，不太適合人類與智能體的協同工作。對人類操作員和支持該任務的智能體的相互依存關系進行的分析表明，“觀察-方向-決定-行動”（OODA）循環中的 “方向 ”步驟對提高 CID 任務執行的可靠性或效率最有影響。通過建模對現有系統架構中的 CID 任務進行了研究，以了解在此任務中加強人類-智能體團隊設計的潛在改進措施。更具體地說，探索了主觀邏輯，將其作為提高多智能體界面可觀察性的一種可能手段，以支持 CID 用例中的決策制定。這種方法已被納入模型，以展示其潛在的實用性。初步研究結果表明，應進一步研究主觀邏輯，以了解這一工具對提高國防部門未來系統中多智能體系統性能的影響。

無人駕駛飛行器（UAV）又稱無人機，它的發展給航空業帶來了革命性的變化，并已成為現代戰爭的一部分。無人機最初是為軍隊開發的，用于執行對人類來說 "枯燥、骯臟或危險 "的任務，如今，無人機已被用于支持大量非軍事任務，如治安和監視、航空攝影、包裹遞送、森林火災監測和撲救、農業、基礎設施檢查和科學工作等。無人機的軍事用途始于越南戰爭，但在伊拉克沖突以及后來的阿富汗沖突中都有廣泛使用。最近，在阿塞拜疆與亞美尼亞的沖突中，智能無人機的使用使阿塞拜疆明顯占了上風。土耳其的 TB-2 無人機被烏克蘭非常有效地用于收集情報，以對付強大得多的俄羅斯。顯然，無人駕駛飛機技術現已成為增強戰斗力的手段。

大多數無人機都有一名操控員，他從遠程位置駕駛無人機，通過安全的通信鏈路控制無人機的使用。人工智能（IA）和機器學習（ML）以及高速機載計算的進步使無人機能夠自主運行。在大多數空中任務中，無人機正在迅速取代人類。無人機被用于空中加油，無人駕駛旋翼機在移動的船只上自主著陸，無人機利用太陽能執行長時間飛行任務，還有無人駕駛或可選擇有人駕駛的戰斗機。無人機正在成千上萬地組成完全協調的飛行群。有人機-無人機空中編隊，即一架有人機控制一組無人機。這種編隊將利用兩種類型的優勢。作戰無人機正被用于情報、監視和偵察（ISR）、電子戰、地面打擊任務和空中作戰。大型無人機執行貨運任務的工作已經開始。實際上，有朝一日無人機將執行所有類型的空中任務。

無人機的尺寸和重量多種多樣。無人機的分類還與其最大工作高度和航程有關。無人機可以小到昆蟲，也可以大到客機。飛行高度帶可以與有人駕駛飛機一樣高。如果人類不在平臺上，續航時間甚至可以長達數月。同樣，無人機在進行高 "g "機動時也不再受人類生理機能的限制。無人機可以以超音速飛行，以后甚至可以以高超音速飛行。太空已經被無人系統所占據，因此，航空航天領域未來也會有更多的無人系統。

實際上，世界上所有重要的空軍部隊都擁有無人機。許多國家都在制造無人機和小型無人機。美國、以色列和中國在無人機制造領域處于全球領先地位。土耳其也正在成為一個重要的出口國。數以百萬計的業余無人機在全球各地飛行。四旋翼無人機是業余無線電遙控飛機和玩具廣泛流行的例證。

無人駕駛航空通勤飛行器已經過測試，很快就會出現在空中。這需要國際民用航空組織（ICAO）的規定，包括空中規則。還有適航認證問題。無人機遙控駕駛員需要進行分類，并獲得有效期為 10 年的遙控駕駛員培訓組織（RPTO）認證。必須為市內通勤指定特定的城市空中走廊。空中交通管理將面臨新的動態。無人機銷售也需要通過獨特的識別號碼和許可證進行監管。

戰斗無人機擁有更大的自主權，可以在沒有決策干預的情況下自由攻擊和殺害人類，這涉及倫理和法律問題，需要加以解決。在無人機中，人類仍將以某種形式處于環路中，即使這意味著決定算法并擁有一定的優先權或否決權。設計板上的大多數高端未來飛機仍以飛行員為中心。因此，盡管無人駕駛飛行器取得了進步，但飛行員仍需要一些年才能看到空中的彩虹和高空的日落。

在伊拉克、阿富汗和伊朗等國，無人機曾被用來追蹤和殺害人類。最近，一個配備致命武器的自主殺人機器人在利比亞襲擊人類。無人機正被用于定點清除重要人物。2020 年 1 月 3 日，伊朗少將卡西姆-蘇萊曼尼在巴格達國際機場被美軍無人機擊斃。2022 年 5 月初，911 襲擊的實施者之一艾曼-扎瓦希里（Ayman al-Zawahiri）在喀布爾的一次超視距無人機襲擊行動中喪生，當時他作為塔利班的客人居住在喀布爾。

無人機已被用于走私武器和毒品。恐怖分子可以利用無人機攻擊目標，甚至擊落飛機。攜帶小型手榴彈的無人機群可以神風特攻隊的方式飛入大型集會，制造混亂。

由于無人機已成為一種強大的空中武器平臺，使用反無人駕駛航空系統使其失效就變得非常重要。由于無人機體積小、特征低，探測總是會延遲。先進的雷達和光電探測手段正在不斷發展。可以通過動能手段使用硬殺傷武器擊落無人機，也可以使用電子戰技術使其失效，或發射一張網纏住旋翼。

反無人機系統（C-UAS）技術的興起主要是由于在民用和戰時環境中不斷擴大使用無人機（體積小、價格低的系統）所帶來的新威脅。與探測系統一樣，沒有一種攔截系統是完全有效的。由于無人機技術的擴散，反無人機系統將不可避免地成為未來所有沖突中無處不在的武器。這些反無人機系統必須足夠靈活，能夠探測到各種形狀和大小的無人機并使其失效。

本專著試圖對無人機和反無人機技術在軍事和民用領域的發展進行環境掃描，以及這些技術如何試圖改變現代戰爭的性質，從低強度沖突到全面戰爭。

該專著分為三個部分，首先從歷史角度介紹了無人機作為空中力量的一個要素是如何演變的。

第一部分用六章介紹了無人機技術，涉及無人機的組件、操作、技術進步以及影響其操作的法律問題等各個方面。

第二部分有兩章，涉及與反無人機系統有關的操作和技術方面。

第三部分有兩章，總結了目前使用這些系統的啟示，以及在塑造這兩種系統未來發展方向方面的經驗教訓。最后一章總結了無人機和反無人機的主題。

大多數軍事大國--無論是單獨還是合作--都在設計基于新一代有人駕駛戰斗機和無人駕駛飛機系統協同作戰的未來空戰系統。

這一領域的標準制定者以美國為首。經過多年，美國空軍（USAF）和美國海軍（USN）現在正集中精力在中期內發展大量的協同作戰飛機（CCA），以增加其作戰飛機機隊的深度，因為他們認為機隊已經縮減到無法對抗大國行動的水平。目前的概念是 "負擔得起的規模"，即在控制成本的前提下增加規模性。這些 CCA 將被整合到美國空軍和海軍的下一代空中主導（NGAD）系統中。這一龐大的協同作戰體系結構所涉及的首要任務是對空作戰，實現空中優勢（即定位和壓制敵方防空系統--SEAD），但美國空軍為 CCA 設想了 "100 種角色"（攔截、CAS、通信中繼）。盡管如此，關于如何權衡這些系統的成本和作戰性能的辯論仍在繼續。

美國人目前正在研制陸基、大部分可回收的飛機，其基礎是 Kratos XQ-58、GA-ASI 的 Gambit 系列或波音公司的 MQ-28 幽靈蝙蝠，但尚不確定這些系統是否能勝任這一任務。盡管如此，此類系統很可能會成為 CCA 初期增量的主力，并在中期內轉化為美國空軍采購至少一千個單元，與 F-35 和 NGAD 戰斗機組成有人-無人聯隊（MUM-T）。雖然所使用的平臺將取決于所需的性能水平，但似乎可以肯定的是，這些系統將基于模塊化開放式架構和 Skyborg 人工智能系統（其開發工作已經完成）。美國人也在開發無人駕駛空射飛行器（如美國國防部高級研究計劃局的 "長槍 "計劃）。洛克希德-馬丁公司的設計和米切爾研究所的兵棋推演表明，美國最終很可能會確定一系列性能各異的 CCA，有些是消耗型，有些是可回收型，發射方案多種多樣，其中包括少量 "精致 "的可回收系統--高度復雜的無人情報平臺或無人戰斗飛行器（UCAV）。參與米切爾研究所幾項對空作戰任務研究的專家贊成在作戰初期大量使用消耗性 CCA，用于誘餌、ISR、協同空戰和通信中繼，先于第五代戰斗機飛行，一旦敵方能力被削弱，再使用更先進的可回收 CCA，以擴大友軍系統的覆蓋范圍。他們沒有使用現有的 UCAV 解決方案。

許多國家正在效仿美國的做法，盡管資源更為有限：

• 英國正在與 BAE 系統公司合作，結合 "暴風雪 "全球空中作戰計劃 (GCAP)，開發遙控解決方案--輕型和重型兩類陸基可回收遙控飛機，提供不同的先進程度。

• 澳大利亞正與波音公司合作研制 MQ-28 "幽靈蝙蝠"，其概念與美國的 CCA 相似。澳大利亞的這一模型也啟發了韓國人，他們正在研制一種忠誠的僚機無人機，以配合其先進版本的 KF-21 Boramea 戰斗機。

• 在美國的支持下，日本也正在研發一種能夠在 2030 年代與其未來的 F-X 戰斗機配合使用的遙控無人機。

• 在戰略競爭對手中，俄羅斯的情況最為不確定。莫斯科正在研制 UCAV 型忠誠僚機，如 S-70 Okhotnik 和 Grom，但西方的制裁和推進解決方案的缺乏大大減緩了這些項目的進展。

• 中國的情況要好得多，在各種無人機中，中國正在開發一系列協同作戰系統，與有人駕駛戰斗機，特別是殲-20 戰斗機一起以 MUM-T 模式作戰：飛鴻 FH-95 渦輪螺旋槳 ISR 和電子戰無人機以及 FH-97 戰斗無人機，與可回收的美國 CCA 設計相似。

• 印度也在開發自己的系統體系，即印度斯坦航空有限公司的 "戰斗空中聯合系統"（CATS），包括作為 "母機 "的 "泰賈斯 "有人駕駛戰斗機和幾種遙控飛機，特別是與 MQ-28 和 XQ-58 非常相似的 "勇士"（CATS Warrior）、可回收巡航導彈型遙控飛機 "獵人"（CATS Hunter）和 ALFA 漂浮彈藥。

• 土耳其已經建立了廣泛依賴無人機的空中力量模式，既用于 DITB，也用于彌補其作戰飛機項目的問題，土耳其還在尋求開發自己的 MUM-T 遙控技術模塊，以及未來的 F-X Kaan 戰斗機： Bayraktar 公司的超音速 Kizilelma UCAV、Anka-3 隱身無人機、Super Simsek 消耗型無人機和土耳其航空航天公司的自主僚機概念。

注意到，對于大多數空軍來說，開發無人飛行器技術構件和 MUM-T 系統是為了滿足彌補常規作戰飛機數量不足的迫切需要，而造成這種不足的原因可能是多方面的。

對于未來空中作戰系統（FCAS）及其協同作戰飛機系統，可以得出哪些結論？在許多方面，法國的情況與上述幾個國家相似。誠然，考慮到多年期 LPM 軍費法案所確定的趨勢，法國未來的空中力量應受益于多種能力的進步，包括下一代戰斗機（NGF），它提供了新一代戰斗機的所有附加值，在未來戰場上不可或缺。盡管如此，RCs 面臨的首要挑戰是糾正空中力量深度不足的問題，隨著越來越多的國家實施 IADS（綜合防空系統）升級，或者美國的保證變得越來越不確定，這一問題可能會繼續惡化，并將變得越來越棘手。這種衰退的后果是眾所周知的：它影響到滿足各種戰略職能要求的能力；更具體地說，在干預方面，它使減員難以為繼，減少了可供選擇的行動范圍，并使其無法保持永久態勢，如動態瞄準。

除了深度問題，遙控飛行器還能從質量上提高空中作戰力量的能力：通過提供 "替身 "能力（可在敵方系統的交戰范圍內使用），它們能提高空中力量的穿透力；它們能使情報和交戰/作戰能力分散和分解，使后者更具彈性，并改善空間和時間覆蓋。發射解決方案的多樣性是真正意義上的多領域，增強了空中力量的靈活性和可用性。

在許多方面，空中客車公司和 MBDA 公司的想法與美國專家的想法（上述米切爾研究所的工作突出表明了這一點）在 FCAS 體系結構的框架內趨向于相當類似的解決方案類型，而 FCAS 體系結構與美國 NGAD 體系結構的順序相同。這適用于通過混合使用可消耗或可回收系統，提供各種發射解決方案來降低 "單位效應成本 "的需要。在實施這些系統之前，必須滿足一些條件。這些條件包括：確定作戰性能與成本之間的權衡、開發特定設備和彈藥的必要性、不可或缺的連接架構，以及載人平臺（其乘員必須管理這些遙控任務）和飛行器本身的自主解決方案。這些飛行器的自主性必須遵守非常嚴格的交戰規則。這些無人機的行動可以在兩個層面上進行管理：當然是在任務領導者層面上，這也是最常見的設想（因此有了忠誠僚機的概念），但也有可能在戰斗管理指揮與控制（BMC2）功能層面上進行管理，而這一功能本身將越來越分散。美國人強調，在這些交戰規則范圍內賦予無人駕駛飛機的自主程度以及對其行動的管理水平是可變和相互依存的。特別是，它們將取決于作戰環境，包括可能在不同程度上斷開、間歇、有限（DIL）的電磁環境，這將影響作為系統之系統的連接組織的作戰云的運作。

從作戰角度看，這些 RC 可以改變所有任務的執行情況，包括以下方面：

• 在情報功能方面，提供穿透性傳感器網絡，大大擴展了 ISR 系統的覆蓋范圍；

• 在反空領域，通過與駐扎在遠離前線的戰斗機合作，提供遠程誘餌、干擾、瞄準和交戰能力，一方面可以采取必要的迷惑和飽和行動，使敵方綜合防空系統失明和瓦解（通過 SEAD 和戰斗機掃射）；另一方面，可以建立動態瞄準能力，在半隱蔽環境中長時間持續開展 SEAD 工作；

• 在進攻性反陸（OCL）領域，通過在戰役開始時增加穿透力，然后在較長時間內保持對大片區域的覆蓋，實現攔截動態目標能力的倍增，這對于提高近距離空中支援的可用性也是必要的；

• 提供先進的傳感器網絡和傳輸中繼器，以擴大作戰管理 C2（BMC2）功能的范圍并增強其穩定性。

總之，在未來空戰中，RC 不乏潛在用途，可以重新創造美國人所談論的、歐洲所急需的 "負擔得起的大規模"。然而，如果要充分挖掘這些系統的潛力，還需要克服許多挑戰。

在看來，必須研究這些系統相對于有人駕駛戰斗機的效率。這種效率取決于一種微妙的妥協：一方面，如果要獲得足夠的數量，這些機器必須保持其消耗性；另一方面，性能和可靠性閾值--考慮到需要預測與綜合防空系統（IADS）的對抗等問題，這種妥協就更難找到了，因為綜合防空系統（IADS）已轉變為飽和狀態。其次，RC 的使用概念必須基于出色的多領域整合，以優化協同作用。這就提出了實施這些無人機的部隊的 C2 靈活性問題，以及 FCAS、NGAD、GCAP 和其他系統之間的多國互操作性問題。就技術資源而言，其前提是戰斗云確實按計劃發展。在這方面，雖然 MUM-T 的建設將部分基于現有技術，例如在連接方面，但它也基于尚待證明的技術前提，特別是在人工智能領域，尤其是管理任務的載人平臺。

正如已經進行或計劃進行的演示所幸運地表明的那樣，這些不同的條件自然支持盡快開始對駐地協調員和作戰云進行漸進式開發，以便為這些多重挑戰的具體解決方案開辟道路。

近幾十年來，學術界對無人駕駛飛行器（UAV）的關注明顯激增。先進的無人飛行器能夠執行復雜的飛行動作、在復雜的空間內飛行，并在不斷變化的環境中執行復雜的任務，因此其發展備受關注。這些環境包括采礦、城市搜索與救援 (USAR)、軍事行動等部門，以及包括維護和修理地下基礎設施在內的一系列工業應用。進入密閉空間并在其中作業的迫切需求已成為迫使研究人員推進無人機技術的驅動力。這些進步旨在克服與在受限環境中工作相關的復雜性，解決無人機當前的局限性，同時提高其整體性能能力。

在本論文中，介紹了一套相互關聯的工具，旨在使無人飛行器能夠在受限空間內自主規劃飛行動作。為實現這一目標，本文提出了一種改進的 "教學-重復-再規劃"（I-TRP）迭代策略。該解決方案是一種離線-在線混合方法，包括三個階段戰略中的四個主要模塊。根據手工繪制的路徑（教學階段）和感知到的環境幾何特征，開發了具有新穎占用檢查特性的先進 3D 飛行走廊。此外，結合生成的飛行走廊，還開發了一種通用全局路徑規劃算法 Field D* 的增強版，以通過離線流程（重復階段）制定出近乎最優和平滑的拓撲等效路徑。最后，通過順序凸優化過程（重新規劃階段），制定出具有在線碰撞檢查和避障功能的局部規劃算法。利用無人飛行器機載傳感器捕捉到的地形信息，這種局部規劃可生成后優化的動態可行路徑。

后置參考路徑被用于制定一套包含飛機位置、姿態、速度和加速度的制導指令，以引導無人機飛行在生成的飛行走廊（可能具有復雜的幾何特征）內飛行。所開發的路徑跟蹤方法是通過使用非線性模型預測公式制定的。

所開發的 I-TRP 策略可引導自主無人機在幾乎任何結構化或非結構化環境中到達目的地，這些環境具有不同程度的幾何復雜性，從開放的自由空間到高度雜亂的環境不等。仿真結果表明，在適合實時飛行導航的高效計算過程中，所開發的 I-TRP 策略的能力優于現有機制。

就在幾年前，美國空軍在競爭激烈的空域中使用人工智能（AI）操作無人駕駛飛行器（UAV）的想法在許多人看來還像是科幻小說。 美國軍隊在伊拉克和阿富汗的無競爭空域巧妙地使用無人機，徹底改變了高價值目標定位、近距離空中支援和其他任務，很少有人擔心對手會反擊。現在快進到2022年，空軍再次期待無人機來提高其戰斗力。中國，一個正在接近，或在某些情況下超過美國常規戰斗力水平的同行挑戰者。空軍領導人正在對下一代無人機技術——他們統稱為自主協作平臺（ACP）——下大賭注，以幫助恢復其對中國的常規作戰能力。

中國構成的戰略威脅、快速的技術進步以及越來越多的證據表明，ACP可以改善作戰結果，這些因素的結合使得美空軍、國防部（DoD）和工業界紛紛支持將ACP迅速推向戰斗空間。自冷戰結束以來，預算壓力迫使美空軍和其他軍種削減能力和戰備，以至于他們現在必須主要依靠數量較少的先進系統和不斷縮小的海外態勢。與此同時，中國正在接近與美國軍隊的常規力量對等，建立了一系列現代軍事技術和一支低成本導彈部隊，明確旨在讓美國和盟軍保持在可觸及的范圍。為了扭轉對中國的局面，美國空軍正在尋找低成本的方法來彌補其重大能力差距。空軍領導人打賭，他們可以利用快速的技術進步，特別是在人工智能和飛機設計與制造方面，計劃部署大量ACP作為解決其兵力結構缺陷的一部分。

本報告研究了ACP可能提供的角色、任務和能力，以提高空軍的戰斗力，以及其快速發展和部署使用所固有的機遇和挑戰。本報告重點關注ACP在穿透性打擊任務中的作用，因為它們對于滿足2022年國防戰略（2022 NDS）的要求至關重要，該戰略要求美國軍隊不給俄羅斯等快速奪取領土的機會。穿透性打擊涉及在對手空域深處使用先進的轟炸機，因此，在沖突的早期，在削弱和阻止對手的機動入侵部隊方面可以發揮關鍵作用。但這些任務需要一系列復雜的打擊、電子戰、制空和其他能力，所有這些都可能在大國沖突中給空軍帶來巨大壓力。通過與先進轟炸機協作來提供其中的一些能力，大量低成本ACP將會提高任務的有效性并降低作戰風險。

美空軍領導人認識到這一潛力，并將ACP與包括戰斗機、轟炸機、甚至機動部隊在內的有人駕駛飛機配對作為首要任務。當他們準備向國會申請大量資源以在2024財年開始采購ACP時，這些領導人必須向立法者、其他國防部（DoD）領導人、工業界和美國公眾準確傳達ACP將如何為美國的威懾和作戰能力做出貢獻，同時對未來的機遇和挑戰進行現實描述。米切爾研究所與來自空軍和國防工業的作戰員、科學家和工程師舉行了一次非保密的研討會，以研究這些問題。為了給分析打下基礎，要求研討會的專家確定ACP作戰概念和技術如何在阻止中國對臺的戰役中減輕先進轟炸機的風險并提高穿透性打擊任務的有效性，這是美國防部部隊規劃的節奏場景。

專家見解

在這個項目中形成的一個核心觀點是：大量低成本的ACP可以幫助彌補嚴重的部隊結構缺陷，這些缺陷現在威脅著空軍在大國競爭時代滿足作戰指揮官需求的能力。在研討會上，專家們提出了使用不同類型的ACP概念，以使對手的目標決策復雜化，迫使對手花費大量時間和資源來減少這種不確定性。專家們不認為ACP可以替代有人駕駛的隱形轟炸機和戰斗機的威懾和作戰能力。然而，他們得出的結論是，如果快速、低成本和大量部署ACP，可以幫助縮小空軍進行遠程穿透打擊以阻止大規模侵略的顯著能力差距。

美空軍和工業界專家對使用ACP來減少制空能力差距特別感興趣。制空是在高度競爭的環境中成功實施穿透性打擊任務的一個重要任務組合。他們還優先考慮將ACP用于情報、監視和偵察（ISR）。在這個角色中，他們可以騰出先進的轟炸機和攻擊戰斗機來專注于他們的主要任務——向目標投送武器。ACP在ISR角色中還可以減少隱形轟炸機傳感器的發射信號的需求；這一點很重要，因為轟炸機機組人員試圖避免在有競爭激烈的環境中發射信號，以減少被發現的概率。

與成本較低、能力適中的ACP相關的其他好處包括：在戰時產量激增潛力，以及對作戰損失的更高容忍度。為此，專家們傾向于ACP是可損耗的或可消耗的；空軍對其損失的容忍度相對較高，因為其實際成本相對較低，而且任務指揮官會認為其損失是值得的。最后，研討會的專家們傾向于選擇具有高度自主性的ACP。他們認為，自主性在以下方面具有優勢：在高度競爭的環境中盡量減少通信；創造機會部署更多的ACP，同時最大限度減少人類控制員的負擔；以及提高相對于對手的決策速度。

專家們對ACP能力和概念的偏好反映了2022年國家發展戰略（NDS）中概述的關鍵威懾方法，該戰略呼吁美國軍隊不僅要建設部隊以拒絕大規模侵略，而且要提高復原力并讓手付出代價。大量低成本的ACP可以為這三種方法做出貢獻，這表明ACP可以成為空軍支持2022年NDS目標的核心貢獻。

專家們還指出了將ACP引入空軍作戰單元有關的幾個挑戰。最關鍵的是，他們不確定支持ACP自主行動所需人工智能技術的成熟度，而且他們不確定“低成本”對ACP意味著什么。ACP的成本必須有多低才能提高戰士對戰斗損失的容忍度？鑒于空軍計劃在制造、飛機操作和維護方面采用創新方法以降低成本，傳統的飛機成本評估模式是否仍然適用？最后，專家們不確定美國防部是否有能力在危機中迅速擴大和多樣化ACP的生產基地，盡管他們認為這對于空軍在長期沖突中帶來足夠持久的戰斗力至關重要。

針對美空軍的建議

盡管確定了作戰、技術和預算方面的挑戰，但專家們普遍認為，迫切需要迅速部署ACP，以便向作戰指揮官提供一支有戰斗力的部隊。他們評估說，通過將ACP與先進的轟炸機組合在一起，可以大大降低穿透性打擊任務的風險，而且ACP特征，如低可觀察性和低成本傳感器也完全可以實現。然而，迅速投入使用這些飛機將需要立法者、國防部領導層和工業界的協調和形成一致的支持，因為將其納入作戰單元所需的變化規模很大。發起一場全面的ACP作戰實驗活動將為它們的實戰化奠定基礎，并向關鍵的利益者表明，空軍致力于這項工作。為此，米切爾研究所向空軍提出以下七項建議：

1.發布空軍飛行計劃，將ACP的發展與2022年國家發展戰略聯系起來，特別是與拒絕對手實現其戰役目標、提高兵力復原力和施加成本的目標聯系起來。空軍應公布一個ACP飛行計劃，以支持2024財年的預算請求，該計劃應：1）解釋為什么ACP是一個緊急優先事項；以及2）提供保持動態發展的基礎，可以根據技術和威脅環境的變化來調整ACP整合計劃。

2.發起一場全面的作戰試驗活動，以建立將原型機推向作戰單元所需的組織、流程、行業關系和文化。作戰試驗活動的直接目標應該是迅速加強美國的作戰能力和應對同行沖突的能力。換句話說，通過啟動一個新的項目，讓ACP盡快“上路”；然后繼續試驗，收集急需的數據，使技術適應作戰人員的需要。更長遠的目標應該是創造條件，使空軍組織、訓練和裝備部隊的方式發展到快速、持續和頻繁地將一代又一代的ACP投入作戰部隊的地步，這種努力需要跨越幾十年。

3.優先考慮模塊化，以實現學習、開發和生產的連續循環。空軍不應該“扔掉”那些沒有針對作戰需求進行優化的ACP，而是尋求通過人工智能軟件的更新來不斷提高其性能。這就需要模塊化：在機體上有一個標準的容器，可以隨著人工智能軟件的發展不斷接受新的人工智能系統和處理器。ACP的開發周期也應該利用在新的無人機等級中操作主導飛機所獲得的信息和經驗來改善后續機型。而且，隨著老式ACP的老化，可能會將它們用于不同的任務，如對手的空域，而不是將它們歸入廢品收購站。

4.用非保密的研討會和兵棋推演來補充正在進行的內部分析，以完善和展示ACP概念和技術。空軍應將兵棋推演和研討會作為更廣泛的美國防部社區、立法者及其工作人員和國防工業的場所，以提高他們對下一代無人機潛力的理解，以提高國防部在同行沖突中的作戰效率。

5.優先考慮大量部署具有適度能力的ACP；最初的機隊應包括具有制空能力的飛機。從米切爾研究所的研討會上收集到的信息表明，空軍應強調使用大量低成本ACP的作戰概念，特別是在進攻性和防御性制空任務中，以提高遠程穿透性打擊的殺傷力和生存能力。

6.確定適當的ACP成本評估方法。美國防部、空軍和工業界專家對如何評估ACP的成本并不一致。一些人認為，可以用傳統飛機的歷史成本數據來估計ACP的成本。其他人則認為，飛機設計和制造的新方法使這些數據變得不那么有用。空軍應該利用ACP的運行試驗工作來收集新的數據，以告知ACP成本評估的基本假設。

7.多樣化遠程穿透性打擊彈藥。空軍應在更廣泛的兵力設計背景下開發ACP，考慮新一代彈藥如何提高生存能力，增強有人和無人飛機的攻擊力。研討會的專家們指出，迫切需要可由隱身轟炸機內部大量攜帶的較小中程（40納米至150納米）彈藥，以及可增強對高度移動目標進行穿透性打擊的游蕩彈藥。

8.增加空軍的預算，以創建一個結合ACP和下一代有人駕駛作戰飛機的兵力設計，進行決定性的協作行動。幾十年來的預算不足造成了一支高風險的空軍，缺乏與中國發生重大沖突和其他國防戰略優先事項所需的兵力能力、現代化能力和戰備狀態。要扭轉這種下降趨勢，需要在十年或更長時間內將預算增加3-5%，以獲得足夠數量的下一代有人駕駛作戰飛機，如B-21、NGAD和F-35，并為有望為美國作戰人員帶來重大優勢的新的、附加的ACP項目提供資金。

總之，米切爾研究所的研究表明，空軍的ACP計劃可以為執行穿透性打擊的美軍提供重要的作戰優勢。發展一支ACP兵力將要求空軍利用各種機會并應對新的挑戰，以大規模地設計、生產、操作和維持這些飛機。這種兵力設計方法的風險很高：研討會的結果表明，ACP可以抵消兵力結構的不足，以確保空軍能夠提供決定性的戰斗力，使ACP成為空軍支持2022年NDS戰略的核心，即拒止、復原力和施加成本。

完全依靠自主系統的技術在推動海底領域的環境研究方面發揮了重要作用。無人潛水器（UUV），如美海軍研究生院的UUV研究平臺，在推進用于研究目的的自主系統的技術水平方面發揮了作用。使用自主系統進行研究正變得越來越流行，因為自主系統可以將人類從重復性的任務中解脫出來，并減少受傷的風險。此外，UUVs可以以相對較低的成本大量制造。此外，由于計算和電池技術的進步，UUVs可以在沒有人類干預的情況下承擔更多的擴展任務。

UUV的重要部分之一是控制系統。UUV控制系統的配置可能會根據車輛的有效載荷或環境因素（如鹽度）而改變。控制系統負責實現和保持在目標路徑上的穩定飛行。PID控制器在UUV上被廣泛實施，盡管其使用伴隨著調整控制器的巨大成本。由于兩個主要問題，陡峭的成本并不能提供穩健或智能解決方案的好處。

第一個問題是，PID控制器依賴于復雜的動態系統模型來控制UUV。動態系統模型有簡化的假設，使控制問題得到有效解決。當假設不成立時，PID控制器可以提供次優的控制，甚至會出現完全失去控制的情況。第二個問題是，PID控制器并不智能，不能自主學習。PID控制器需要多名工程師和其他人員花數天時間收集和分析數據來調整控制器。調整PID控制器是一項手動任務，會帶來人為錯誤的機會。

在使用深度強化學習方法進行自主車輛控制系統方面，有很多正在進行的研究，并且已經顯示出有希望的結果[1,2]。深度強化學習控制器已被證明優于執行路徑跟蹤任務的UUV的PID控制器[3]。此外，與PID控制器相比，基于深度強化學習的控制器已被證明能夠為無人駕駛飛行器（UAVs）提供卓越的姿態控制[4-5]。雖然這個例子不是專門針對UUV的，但這個來自空中領域的概念可以轉化到海底領域。

一些最流行的深度強化學習算法被用于自主車輛控制系統的開發，包括近似策略優化（PPO）[6]和深度確定策略梯度（DDPG）[7]算法。本研究將重點關注DDPG算法。DDPG算法是一種角色批判型的深度強化學習算法。Actor-Critic算法同時學習策略和價值函數。Actor-Critic算法的概念是：策略函數（演員）根據當前狀態決定系統的行動，而價值函數（批評家）則對行動進行批評。在深度強化學習中，政策和價值函數是由DNNs近似的，在本研究中具體是多層感知器（MLPs）。

與UUV的傳統PID控制器相比，基于DDPG算法的深度強化學習控制器有兩個主要好處。第一個好處是，DDPG算法是無模型的。它不需要任何關于車輛或環境動態的知識來提供最佳控制。因此，它避免了有效解決復雜的車輛或環境動態系統模型所需的簡化假設的弊端。其次，基于深度強化學習的控制系統可以被自主地調整（訓練）。與PID控制系統相比，這將減少調整基于深度強化學習的控制系統所需的資源。

與UUV的傳統PID控制器相比，基于DDPG算法的深度強化學習控制器有兩個主要好處。第一個好處是，DDPG算法是無模型的。它不需要任何關于車輛或環境動態的知識來提供最佳控制。因此，它避免了有效解決復雜的車輛或環境動態系統模型所需的簡化假設的弊端。其次，基于深度強化學習的控制系統可以被自主地調整（訓練）。與PID控制系統相比，這將減少調整基于深度強化學習的控制系統所需的資源。

在利用降低精度來提高強化學習的計算效率方面，目前的研究很有限。[11]的作者展示了如何使用量化技術來提高深度強化學習的系統性能。文獻[12]的作者展示了一種具有6種方法的策略，以提高軟行為批評者（SAC）算法低精度訓練的數值穩定性。雖然正在進行的研究集中在基準強化學習問題上，但這一概念在科學應用上相對來說還沒有被開發出來，比如使用深度強化學習代理對UUV進行連續控制。

本研究將證明在混合精度和損失比例的情況下，訓練DDPG代理對UUV的連續控制不會影響控制系統的性能，同時在兩個方面使解決方案的計算效率更高。首先，我們將比較用固定和混合數值精度訓練的DDPG代理的性能與1自由度速度控制問題的PID控制器的性能。我們將研究用固定和混合精度訓練DDPG代理的訓練步驟時間。其次，本研究將研究DNN大小和批量大小的閾值，在此閾值下，用混合精度訓練DDPG代理的好處超過了計算成本。

本文的其余部分結構如下。問題表述部分將提供關于DDPG算法、NPSUUV動力學、PID控制和混合數值精度的簡要背景。實驗分析部分將描述本研究中運行的數值實驗的設置和結果。最后，在結論和未來工作部分將描述整體工作和未來計劃的工作。

空中力量已經從一個世紀的技術創新和進步中受益。新技術的出現繼續挑戰著空中力量中經常持有的常識。無人機系統（UAS）就是這樣一種不斷發展的空中力量技術。這項技術為澳大利亞國防軍（ADF）帶來了巨大的機遇。雖然澳大利亞國防軍在特定的角色上取得了一些無人機系統的進展，但澳大利亞皇家空軍（RAAF）還沒有在其所有的空中力量貢獻中采用這種技術來達到軍事效果。

《空中力量手冊》（空天力量中心[ASPC]，2022年）定義了七種空中力量的貢獻：力量生成、空軍基地行動、空中指揮和控制、反空、空中機動、空中情報和ISR（情報、監視和偵察）以及空中打擊。一些先進的盟國已經在空中情報、ISR和空中打擊方面采用了發達的無人系統。這些系統包括美國空軍（USAF）的MQ-1捕食者、MQ-9死神和RQ-4全球鷹。甚至反空--載人空戰--也在發展無人系統的路上；RAAF與波音公司合作開展了 "忠誠的翼人 "項目（戴維斯，2019c），現在正式命名為MQ-28A幽靈蝙蝠（達頓，2022）。

但空中機動性如何？ADF還沒有接受關于未來ADF空中機動性自主性的真正對話。未來自主空中機動性思維停滯不前的一個更可能的原因是，在（到目前為止）有效的空運理論的支持下，載人系統幾十年來取得了高度可靠和經證實的作戰成功。因此，這里有一個克勞塞維茨式的平行關系：戰爭性質的一個持久因素是對機動性的需要，但今天皇家空軍所面臨的是戰爭性質的一個階梯式變化，一個對機動性來說過于重要的技術機會，不容忽視。

本文確定了在澳大利亞國防軍空中機動中采用無人機系統的滯后性，并探討了澳大利亞國防軍在未來使用無人機系統的機會。通過這樣做，本文旨在提高對ADF無人駕駛空中機動性潛力的集體認識，并為ADF部隊結構企業的軍事和商業貢獻者提供一個廣泛的參考來源。本文首先研究了無人機系統適應的驅動因素，或指標。這些驅動因素包括澳大利亞的戰略利益、區域軍事現代化、安全和生存能力、降低成本和技術可用性。然后，本文介紹并分析了三種核心空中機動性活動中每一種的無人機系統發展的具體機會和例子。為此，本文簡要討論了澳大利亞國防軍目前的機隊，然后探討了一些不斷發展的無人駕駛空中機動性技術和概念，澳大利亞國防軍可能會考慮在下一代空中機動性機隊中使用。最后，本文提出了無人機系統空中機動性發展可能面臨的一些挑戰，以幫助未來的研究和探索。

證據表明，需要一個靈活的、跨服務（和跨文化）、跨行業的方法來設計、開發和使用未來的空中機動部隊。傳統的澳大利亞皇家空軍中重載平臺和陸軍輕中載平臺的分叉模式可能會讓位于大型和小型載人和自主系統的混合艦隊。聯合部隊設計者之間的集體方法--跨單一軍種總部的真正合作--對于皇家空軍的固定翼空中機動團體和陸軍的旋轉翼團體之間的合作至關重要。也許更重要的是，在這個領域需要與工業界合作。商業行業在自主車輛領域發揮著相當大的作用，政府和私人研究和開發組織也是如此。現有的和新的伙伴關系的跨服役杠桿對于利用未來自主的ADF空中機動性的機會是至關重要的。

無人機系統（UAS）在美國軍事行動中越來越突出。作為其現代化戰略的一部分，美國防部（DOD）目前正在開發先進的無人機，以及可選的載人飛機。在過去幾十年中，軍隊使用無人機執行各種任務，包括：

• 情報、監視和偵察；
• 近距離空中支援；
• 物資補給；
• 通信中繼。

分析人士和美國防部認為，無人機可以在許多任務中取代載人飛機，包括

• 空中加油；
• 空戰；
• 戰略轟炸；
• 作戰管理和指揮控制（BMC2）；
• 壓制和摧毀敵人的防空系統；
• 電子戰（EW）。

此外，美國防部正在開發一些實驗概念，如飛機系統體系、群集和致命自主武器，以探索使用未來幾代無人機的新方法。在評估潛在新的和未來無人機項目、任務和概念的撥款和授權時，國會可能會考慮以下問題：

• 能夠作為致命自主武器的無人機的擴散及其對全球軍備控制的影響；
• 與載人飛機相比，未來無人機的成本；
• 無人機對人員和技能的影響；
• 作戰和作業概念；
• 無人機技術的普及。

自軍用航空問世以來，美國軍方一直對遠程駕駛飛機感興趣。目前的無人駕駛飛機系統(UAS)通常由一架無人駕駛飛機(UAV)與地面控制站配對組成。自20世紀90年代以來，隨著MQ-1“捕食者”無人機的問世，無人機在美國軍事行動中變得無處不在。 美國軍方目前使用幾種不同的大型無人機，包括

?陸軍MQ-1C“灰鷹”， ?美國空軍的MQ-9死神， ?海軍MQ-25“黃貂魚”， ?空軍的RQ-4全球鷹， ?海軍的MQ-4C“海神” ?空軍的RQ-170哨兵。

此外，其他幾個被報道的項目要么正在開發中，要么正在試驗中。這些項目包括空軍的B-21“突襲者”和空軍的RQ-180。隨著國會履行其監督和授權職能，它可能會考慮與UAS項目相關的幾個潛在問題，包括:

?有人駕駛和無人駕駛飛機的成本， ?缺乏公認的后續項目記錄， ?管理整個國防部的無人機系統采購， ?UAS與現有部隊結構的互操作，以及 ?無人機系統國外出口管制。

在美國軍隊中，遠程駕駛飛行器(rpv)通常被稱為無人機(UAVs)，被描述為單個飛行器(帶有相關的監視傳感器)或無人機系統(UAS)，通常由飛行器與地面控制站(飛行員實際坐在那里)和支持設備組成。1雖然無人機系統通常是作為一架飛機與一個地面系統配對操作的，但國防部(DOD)經常采購帶有一個地面控制站的多架飛機。無人機與地面控制站和通信數據鏈結合，就形成了無人機系統(UAS)。

自軍事航空業誕生以來，美國軍方一直對遙控飛機感興趣。今天的無人機系統（UAS）通常由一個無人駕駛飛行器（UAV）和一個地面控制站組成。自20世紀90年代，隨著MQ-1 "捕食者 "的推出，無人機系統在美國軍事行動中已變得無處不在。

美國軍方目前采用了幾種不同的大型無人機系統，包括

• 陸軍的MQ-1C灰鷹
• 空軍的MQ-9 "死神"
• 海軍的MQ-25 "黃貂魚"
• 空軍的RQ-4 "全球鷹"
• 海軍的MQ-4C "海獅"
• 空軍的RQ-170 "哨兵"

此外，其他幾個報告的項目計劃要么正在開發，要么目前正在進行試驗。這些計劃包括空軍的B-21突擊機和空軍的RQ-180。

當國會履行其監督和授權職能時，它可能會考慮與無人機系統有關的幾個潛在問題，項目相關的幾個潛在問題，包括

• 有人駕駛飛機與無人駕駛飛機的成本。
• 缺乏公認的后續項目記錄。
• 整個國防部對無人機系統采購的管理。
• 無人機系統與現有部隊結構的相互配合。
• 無人機系統出口管制。

在美國軍方，遙控飛行器(RPV)最常被稱為無人駕駛飛行器(UAV)，被描述為單一的飛行器(帶有相關的監視傳感器)或無人駕駛飛行器系統(UAS，或無人機系統)，通常由一個飛行器與一個地面控制站(飛行員實際坐在那里)和支持設備組成。當與地面控制站和通信數據鏈相結合時，無人機形成了無人機系統或UAS。

美國國防部（DOD）對無人機的定義，并延伸至無人機系統，是指涵蓋下列特征的飛機：

• 不攜帶人類操作員。
• 使用空氣動力提供升力。
• 可以自主飛行或遠程駕駛。
• 可以是消耗性的或可回收的。
• 可以攜帶致命或非致命的有效載荷。

根據國防部的定義，彈道或半彈道載具、巡航導彈和炮彈不被視為無人機系統。

無人機系統的作用和任務已經隨著時間的推移而演變，從收集情報、監視和偵察到執行空對地攻擊任務。此外，一些分析家預測了無人機系統的未來作用，如空對空戰斗和戰斗搜索和救援。然而，對無人機系統的未來概念和任務的詳細討論超出了本報告的范圍。

1 無人機系統（UAS）歷史

無人機系統在第一次世界大戰期間首次進行了測試，盡管美國在那場戰爭中沒有在戰斗中使用它們。美國在越南戰爭期間首次在戰斗中使用了無人機系統，包括AQM-34 Firebee，這一系統體現了無人機系統的多功能性。例如，"火蜂 "最初在20世紀50年代作為空中炮擊靶機飛行，然后在20世紀60年代作為情報收集無人機飛行，并最終在2002年被改裝為有效載荷。

美國軍隊在科索沃（1999年）、伊拉克（2003年至今）和阿富汗（2001年至今）等沖突中使用無人機系統，說明了無人機的優勢和劣勢。(下面討論的MQ-1 "捕食者 "進一步體現了這些優勢和劣勢）。當無人機系統執行歷史上由有人駕駛飛機執行的任務時，它們經常獲得媒體的關注。與有人駕駛飛機相比，它們似乎還具有兩個主要優勢：（1）它們消除了飛行員的生命風險（見關于MQ-4C的討論）；（2）它們的航空能力，如續航能力，不受人類限制的約束，并使用對人類來說可能太危險的固有不穩定設計，改進低可觀察技術。此外，無人機系統可以通過執行不需要飛行員在駕駛艙內的 "枯燥、骯臟或危險 "的任務，潛在地保護飛行員的生命。這些任務的例子包括1999年由B-2轟炸機執行的30小時長航時任務（枯燥的任務）；空軍和海軍的B-17飛機穿過核云收集放射性樣品（骯臟的任務）；以及在存在主動威脅的情況下進行的情報監視和偵察飛行，如便攜式防空系統或綜合防空系統（危險任務）。

此外，無人機系統的采購和操作可能比有人駕駛的飛機更便宜。然而，較低的采購成本可能會與國防部的意見相權衡，即無人駕駛平臺比有人駕駛平臺更有可能發生A類事故，即造成250萬美元的損失、生命損失或飛機毀壞的事故（表1）。當比較事故率時，即以每10萬小時飛行的事故報告，以便對不同類型的飛機進行比較，與有人駕駛的飛機相比，無人駕駛的飛機發生A級事故的可能性要高92%；當MQ-1的事故率從無人駕駛的子類別中刪除時，與有人駕駛的飛機相比，MQ-9和RQ-4發生A級事故的可能性高15%（見表1）。雖然與無人駕駛平臺相比，有人駕駛飛機通常有更多的A類事故，但這一結果可能是由于有人駕駛飛機的數量更多。

表1. 1998至2021財年的軍用飛機失事和毀壞率

國防部通常使用三種模式來操作無人機系統：（1）政府擁有和操作的系統，（2）政府擁有但由承包商操作的系統，以及（3）承包商擁有和操作的系統。當無人機系統首次被引入部隊時，國防部使用了承包商擁有和操作的模式，因為國防部培訓軍事人員來操作這些新型飛機。在培訓了足夠的人員后，國防部過渡到了政府擁有和經營的模式。然而，國防部對分配給承包商運營的飛機（包括政府和承包商擁有的飛機）的任務類型進行了限制，將這些類型的行動限制在情報、監視和偵察的作用。

1.1 MQ-1 "捕食者"與無人機系統的引入

最早進入軍隊服役的無人機系統之一是MQ-1 "捕食者"，當時國防部在1996年選擇了空軍來操作 "捕食者"。根據空軍的說法，"捕食者 "的設計目的是 "向作戰人員提供持久的情報、監視和偵察信息，并結合打擊能力"。20作為國防部高級研究計劃局（DARPA）合同下的先進概念技術示范機，"捕食者 "在1995年仍作為技術示范機進行了首次作戰部署，支持北約對塞爾維亞的空襲。從1999年3月到7月，"捕食者 "在科索沃上空飛行了600多架次，進行實時監視和戰損評估。2001年9月，"捕食者 "被部署到阿富汗，在2001年9月11日的恐怖襲擊之后，為支持 "持久自由行動 "提供長期的情報、監視和偵查。美國軍隊對 "捕食者 "的廣泛使用促進了其他密切相關的無人機系統（如下所述）的發展，這些系統旨在執行各種類型的任務。盡管 "捕食者 "于2018年3月9日正式退役，但美軍目前的大部分無人機系統機隊都是基于相同的技術，包括源自 "捕食者 "的機體。

“捕食者”由加利福尼亞州圣地亞哥的通用原子航空系統公司開發，以其綜合監視有效載荷和武器裝備能力幫助定義了無人機系統的現代作用。捕食者的主要功能是對潛在的地面目標進行偵察和目標獲取。為了完成這一任務，"捕食者 "配備了450磅的監視有效載荷，其中包括兩臺電子光學（EO）相機和一臺用于夜間的紅外（IR）相機。這些攝像機被安置在車頭下的球狀炮塔中。掠奪者 "還配備了一個多光譜瞄準系統（MTS）傳感器球，它在EO/IR有效載荷中增加了一個激光指示器，使掠奪者能夠跟蹤移動目標。此外，"捕食者 "的有效載荷包括一個合成孔徑雷達（SAR），它使無人機系統能夠在惡劣的天氣中 "看到"。捕食者的衛星通信提供了超越（地面）視距無線電的操作。

MQ-1捕食者的物理特征："捕食者"是一種中高度、長壽命的無人機系統。它長27英尺，高7英尺，翼展48英尺，有細長的機翼和一個倒 "V "形的尾翼。"捕食者"通常在10,000到15,000英尺的高度運行，以便從其視頻攝像機獲得最佳圖像，盡管它能夠達到25,000英尺的最大高度。每輛飛行器可以在離其基地500多海里的地方停留24小時，然后返回家園。"捕食者"的飛行員和傳感器操作員從地面控制系統中駕駛飛機。

2001年，作為一項輔助功能，"捕食者 "配備了攜帶兩枚地獄火導彈的能力。以前，"捕食者 "識別目標并將坐標轉發給一架有人駕駛的飛機，然后與目標交戰，但增加反坦克彈藥后，無人機系統能夠對時間敏感的目標發動精確攻擊，并將 "傳感器到射擊 "的時間周期降至最低。因此，空軍將 "捕食者 "的軍事名稱從RQ-1B（偵察型無人機）改為MQ-1（多任務無人機）。

在 "捕食者 "作戰成功后，陸軍和空軍都開發了變種飛機，包括MQ-1C "灰鷹 "和MQ-9 "收割者"（下文討論）。這些飛機使用了原來的 "捕食者 "機身，同時增加了發動機功率和武器裝備。

2 選定的當前無人機系統項目計劃

以下各節概述了國防部目前選定的無人機系統項目。

• 陸軍的MQ-1C “灰鷹”
• 空軍的MQ-9 "死神"
• 海軍的MQ-25 "黃貂魚"
• 空軍的RQ-4 "全球鷹"
• 海軍的MQ-4C "海獅"
• 空軍的RQ-170 "哨兵"

除了RQ-170 "哨兵 "是一個公認的機密無人機系統項目外，這些選定的系統都有國防部發布的選定采購報告，其中提供了詳細的信息和系統特征。表2提供了這些選定的無人機系統的特征摘要。

表2. 選定的無人駕駛飛機的特征摘要

2.1 MQ-1C “灰鷹”

MQ-1C“灰鷹”（圖1）是MQ-1 "捕食者 "的陸軍衍生產品。根據陸軍的說法，MQ-1C“灰鷹”為作戰人員提供了專用的、有保障的、多任務的無人機系統能力，涵蓋所有10個陸軍師，以支持指揮官的作戰行動和陸軍特種部隊及情報和安全指揮部。 陸軍表示，MQ1C灰鷹能夠以150節的最大速度在25,000英尺的高度飛行至少27小時。它可以攜帶四枚地獄火導彈，以及光電傳感器、合成孔徑雷達和通信中繼器。根據2021財年選定的采購報告，陸軍的MQ-1C“灰鷹”在2019財年飛行了超過494,000小時，實現了92%的戰斗行動可用性。

圖1. MQ-1C “灰鷹”

陸軍總共采購了204架飛機，其中11架是訓練飛機，13架是 "戰備浮動飛機"（即備件）。平均采購單位成本（基本上是每架飛機的成本）為1.275億美元。36 陸軍在2018年8月完成了MQ-1C "灰鷹 "的作戰測試和評估，目前在15個陸軍連隊運營該無人機系統。

2.2 MQ-9 "死神"

MQ-9 "死神"（圖2）--以前是 "捕食者B"--是通用原子公司對MQ-1 "捕食者 "的替代。根據空軍的說法，MQ-9 "死神 "是一種中高海拔、長續航時間的無人機系統，能夠進行監視、目標獲取和武裝對抗。盡管MQ-9 "死神 "借鑒了MQ-1 "捕食者 "的整體設計，但MQ-9 "死神 "長13英尺，翼展長16英尺。MQ-9 "死神 "還采用了900馬力的渦輪螺旋槳發動機，比MQ-1 "捕食者 "的115馬力發動機功率大得多。這些升級使MQ-9 "死神 "能夠達到最大50,000英尺的高度，240節的空速，24小時的續航時間，以及1,400海里的航程。然而，MQ-9 "死神 "與其前輩最不同的特點是其軍械能力。MQ1捕食者能夠攜帶兩枚100磅的地獄火導彈，而MQ-9死神可以攜帶多達16枚地獄火導彈，相當于陸軍阿帕奇直升機的有效載荷能力，或者混合500磅的武器和小直徑炸彈。在2018日歷年，MQ9 "死神 "總共飛行了325,000小時--其中91%的小時，即約296,000小時，是為了支持作戰行動而飛行的。

圖2. MQ-9 "死神"

2021年1月，通用原子公司披露了MQ-9 "死神 "的一個新的海上反水面戰變體。據報道，MQ-9B "海上衛士 "配備了聲納浮標投放（投放旨在識別潛艇的傳感器）和遙感能力（很可能是指 "海上衛士 "用于搜索水面艦艇的合成孔徑雷達），目前正在太平洋地區進行測試。

根據2020財年選定的采購報告，空軍已與通用原子公司簽訂合同，在該計劃的有效期內建造366架MQ-9 "死神"。按2008年美元計算，平均采購單位成本為2230萬美元（或按2022財年美元計算約為2800萬美元）。在2022財年，空軍沒有要求采購任何MQ-9 "死神"，但眾議院軍事委員會在其標記中授權額外采購6架飛機。

2.3 MQ-25 "黃貂魚"

由波音公司制造的MQ-25 "黃貂魚"（圖3）旨在為海軍的航母航空隊提供空中加油。根據海軍的說法，MQ-25將率先實現有人和無人操作的整合，展示成熟的復雜的海基C4I[指揮、控制、通信、計算機和情報]無人機系統技術，并為未來多方面的多任務無人機系統鋪平道路，以超越新興威脅。MQ-25的要求是解決基于航母的加油和持久的情報、監視和偵察能力的需要。

MQ-25 "黃貂魚 "由一個飛行器和一個控制系統組成，旨在適合航空母艦。它的首次飛行是在2019年9月進行的。MQ-25 "黃貂魚 "目前正處于采購過程的工程、制造和設計階段，海軍計劃在2023財政年度開始采購。根據2021財年的選定采購報告，海軍打算采購76架飛機，平均采購單位成本為1.21億美元。海軍在確定將加油作為其第一個航母上的無人機系統任務之前，研究了幾個無人戰斗飛行器概念。

圖3. MQ-25 "黃貂魚"

2.4 RQ-4 "全球鷹"

諾斯羅普-格魯曼公司的RQ-4 "全球鷹"（圖4）是美國空軍目前投入使用的最大和最昂貴的無人機系統之一。RQ-4 "全球鷹 "集成了多樣化的監視有效載荷，其性能被廣泛認為可與大多數有人駕駛的間諜飛機相媲美或超越。RQ-4全球鷹長47.6英尺，重32,250磅，與一架中等規模的公司飛機差不多大。根據空軍的說法，RQ-4全球鷹的飛行高度幾乎是商業客機的兩倍，可以在65,000英尺的高空停留超過34小時。它可以飛到5,400海里外的目標區域，在60,000英尺高空徘徊，同時監測一個伊利諾伊州大小的區域（近58,000平方英里）24小時，然后返回。RQ-4 "全球鷹 "最初被設計為一種自主的無人機，能夠根據預先編入飛機飛行計算機的輸入進行起飛、飛行和降落；然而，空軍通常在任務控制飛行員和傳感器操作員的配合下操作這些飛機。

圖4. RQ-4 "全球鷹"

RQ-4全球鷹目前以三種配置部署。Block 20、Block 30和Block 40：

• 20號機被稱為戰場機載通信節點（BACN，發音為 "bacon"），充當地面部隊的通信中繼。目前有四架飛機采用這種配置。

• 30號機使用合成孔徑雷達（SAR）、光電/紅外（EO/IR）傳感器、增強型綜合傳感器套件（EISS）和機載信號情報有效載荷（ASIP）的組合。Block 30的初衷是為了取代U-2間諜飛機。目前有20架Block 30飛機正在服役。

• 40號機整合了具有地面跟蹤能力的多平臺雷達技術（可跟蹤地面部隊的雷達，類似于E-8C JSTARS飛機）。10架Block 40飛機正在服役。

截至2016財年的選定采購報告，RQ-4全球鷹已經飛行了14萬小時（其中10萬小時支持作戰行動）。2014年，79.7%的飛機可用于執行任務。2014財年的平均采購單位成本為1.228億美元（或按2022財年調整后的美元計算為1.411億美元）。總統的2022財年預算請求重申了空軍計劃在2021財年退役所有Block 20飛機，并在2022財年退役所有Block 30飛機。

2.5 MQ-4C "海獅"

海軍的MQ-4C "海神"（圖5）也被稱為廣域海上監視（BAMS）系統，它以 "全球鷹 "Block 20機身為基礎，但使用不同的傳感器，與P-8 "海神 "有人駕駛飛機一起支持海上巡邏行動。根據2020財年選定的采購報告，"安裝在MQ-4C天龍上的任務傳感器提供360度的雷達和光電/紅外覆蓋"。報告稱，海軍打算在2020年10月達到初始作戰能力，并在2021年5月做出全速生產的決定。在2019年的年度報告中，作戰測試和評估主任表示，海軍結束了對該飛機的作戰評估，這支持了早期的實戰決定。MQ-4C "海獅 "的平均采購單位成本在2016財年為1.461億美元（或在2022財年約為1.626億美元）。

圖5. MQ-4C "海獅"

2019年6月，伊朗軍方在阿曼灣擊落了一架MQ-4C "海獅"，國防部稱其為BAMS飛機。根據海軍的新聞簡報，這架飛機當時正在該地區飛行，監測霍爾木茲海峽是否有伊朗對商業航運的威脅。國防部官員表示，"這次襲擊是在最近國際航運和商業自由流動受到威脅之后，試圖破壞我們監測該地區的能力。" 當時，特朗普政府似乎考慮對伊朗摧毀一架美國飛機進行報復性打擊，但據報道，在回應一架無人駕駛飛機的損失時，升級風險是不值得的。

2.6 RQ-170 "哨兵"

盡管RQ-170 "哨兵"（媒體也稱之為 "坎大哈的野獸"）被公開承認存在，但關于它的大部分信息都是保密的。RQ-170 "哨兵 "首次在阿富汗上空被拍到，但據說也曾在韓國作戰，它是一種無尾的 "飛翼"，比美國目前的其他無人機系統更隱蔽。 據報道，一架RQ-170 "哨兵 "在2011年5月1日對奧薩馬-本-拉登的駐地進行了監視和數據中繼。伊朗政府在2011年12月2日聲稱擁有一架完整的RQ-170 "哨兵"，因為它被指控侵入了伊朗領空。

RQ-170 "哨兵 "由洛克希德-馬丁公司制造，翼展約65英尺，長近15英尺，由一臺噴氣式發動機驅動。它的上翼表面似乎有兩個傳感器托架（或衛星天線外殼）。雖然該機具有像B-2隱形轟炸機那樣的固有的低可觀察性混合機翼/機身設計，但RQ-170 "哨兵 "的常規進氣口、排氣口和起落架門表明其設計可能沒有完全針對隱形進行優化。

根據空軍的說法，"RQ-170哨兵是空軍正在開發、測試和投入使用的低可觀察性無人駕駛飛機系統（UAS）"。 沒有進一步的官方狀態。

2.7 其他報告的項目計劃

盡管其他無人機系統項目正在開發中，但它們在很大程度上是保密的，因此有關它們的信息并不公開。這些項目包括B-21 "突襲者"（據說是一種能夠進行遠程駕駛的載人轟炸機）和RQ-180。2021年12月4日，空軍部長弗蘭克-肯德爾透露，空軍打算在2023財政年度啟動兩個新的無人機系統項目，但沒有其他信息。

B-21 "突襲者"

即將推出的B-21 "突襲者 "不是一個純粹的無人機系統；這種遠程轟炸機預計將由遠程或機上人員操作。B-21（圖6）打算在常規和核方面發揮作用，有能力穿透先進的防空環境并在其中生存。預計它將在20世紀20年代中期開始服役，建立一個由100架飛機組成的初始機隊。B-21將駐扎在德克薩斯州的戴斯空軍基地、密蘇里州的懷特曼空軍基地和南卡羅來納州的埃爾斯沃思空軍基地，其中埃爾斯沃思是訓練基地。

圖6. 對B-21的渲染圖

B-21是圍繞三個具體的能力而設計的:

1.一個大而靈活的有效載荷艙，能夠攜帶目前和未來的各種武器裝備。

2.航程（盡管是保密的）。

3.預計每架飛機的平均采購單位成本為5.5億美元（2010財政年度），這是公開宣布的，以鼓勵競爭廠商限制其設計。

盡管空軍已經發布了轟炸機的藝術效果圖，但具體設計仍然是機密。

為了實現5.5億美元的目標，單位成本被指定為采購戰略中的一個關鍵性能參數，這意味著達不到這個價格就會失去投標資格。(該價格是基于采購100架飛機；數量的變化可能會影響實際的單位成本）。在授標公告中，空軍透露，諾斯羅普公司中標的獨立成本估計為每架飛機5.11億美元，相當于2016財年的5.64億美元。空軍表示，截至2021年的平均采購單位成本在2010財政年度為5.5億美元，或在2022年為6.7億美元。

RQ-180

據報道，另一個正在開發的無人機系統項目是RQ-180，據說是一種轟炸機大小的無人機系統。 2014年6月9日，前空軍負責情報、監視和偵察的副參謀長羅伯特-奧托中將說，空軍正在 "研究RQ-180遙控飛機，以使其更好地進入有爭議的空域，在那里，無人駕駛的RQ-4全球鷹和有人駕駛的U-2S平臺是很脆弱的。" 關于RQ-180的其他細節幾乎沒有公開發布，空軍也沒有正式承認該計劃。

3 關于國會潛在的問題

本節討論了國會在考慮國防立法時可能出現的問題，包括與載人系統的成本比較，缺乏后續的記錄項目，組織管理，與現有部隊結構的互操作性，以及出口管制。

3.1 與載人系統的成本比較

在2021年6月的一份報告中，美國國會預算辦公室（CBO）研究了有人和無人的情報、監視和偵察（ISR）飛機之間的成本、可靠性和出動率。值得注意的是，CBO確定RQ-4全球鷹每飛行小時的成本約為18,700美元，或載人P-8海神的62%，后者可執行類似任務，每飛行小時的成本為29,900美元。報告還指出：

• 與P-8相比，RQ-4全球鷹預計每年多飛行356小時

• RQ-4全球鷹的預計壽命為20年，而P-8的預計壽命為50年

• RQ-4全球鷹的采購成本為2.39億美元，而P-8海神的采購成本為3.07億美元（約為該載人平臺采購成本的78%）。

同樣，其他UAS飛機的購置成本和每飛行小時的成本也比有人駕駛飛機低。然而，UAS飛機通常比有人駕駛飛機有更高的事故率。國會在比較飛機系統時可以考慮這種權衡--較低的成本與較高的風險。

3.2 缺少后續項目記錄

在伊拉克和阿富汗沖突期間，美國軍方每年購買數百個無人機系統，主要是MQ-1 "捕食者 "和MQ-9 "死神"，但也有RQ-4 "全球鷹 "和MQ-4 "海獅"。當這些沖突結束后，采購量驟然下降。例如，各部門在2012財政年度采購了1211架中型或大型無人機系統，但到2014年，每年的數量下降到54架無人機系統，而且這個數字還在繼續下降。2022財年的預算報告要求采購6套UAS。

國防部沒有對這一變化進行正式的評論；然而，有幾個因素可能影響了這一下降趨勢。一個是在伊拉克和阿富汗沖突期間獲得的許多無人機系統共享類似的技術，軍方可能沒有設定新的要求來納入新技術。另外，盡管那些第一代和第二代無人機系統在寬松的空中環境（如伊拉克和阿富汗的環境，那里沒有對手的空軍或防空部隊）下運行良好，但在與先進的防空部隊和飛機的近距離沖突中，它們會面臨更大的挑戰，而這些飛機越來越成為美國國防規劃的一部分。國防部也可能在更先進的技術（如噴氣動力無人機系統）成熟時，有意識地在采購方面采取戰略暫停。最后，許多無人機系統的開發被認為在這一時期轉移到了不被承認的機密系統。因此，國防部的采購可能沒有如此急劇下降，而是從非機密或公認的機密項目轉移到公共預算文件中看不到的非公認的機密項目。

3.3 組織管理

盡管大多數美國軍用無人機系統是基于MQ-1 "捕食者 "機身的，但各軍種都有無人機系統項目。在授權和監督方面，國會可以考慮以下問題。誰應該管理國防部無人機系統的開發和采購？這些項目中至少有一部分的管理應該集中起來嗎？如果是這樣，國防部的中央機構應該設在哪里？

前空軍參謀長諾頓-施瓦茨將軍提出："理想情況下，你想做的是讓美國政府以一種能夠讓我們獲得最佳能力的方式。一個例子是BAMS[MQ-4 Triton]和[RQ-4]全球鷹。為什么海軍和空軍要有兩個獨立的倉庫、地面站和訓練管道，來處理本質上是相同的飛機和不同的傳感器？我認為我們雙方有很多機會可以更好地利用資源。" 蘭德公司2013年的一項研究發現，從歷史上看，聯合載人飛機項目并沒有帶來生命周期的成本節約，但通過一個辦公室管理多個項目而不完全合并這些項目可能是可能的。

3.4 與現有部隊結構的互操作性

無人機系統在與有人駕駛飛機執行任務時帶來了潛在的互操作性挑戰，因為飛行員并不直接在飛機上，而是位于機場上，用于起飛和降落，或者位于美國的一個設施。例如，UAS飛行員依靠攝像機或傳感器與編隊中的有人飛機進行視覺接觸。在過去的20年里，陸軍和空軍都展示了將無人機系統整合到其行動中的方法；最近，陸軍在其2021財政年度的項目匯合中試驗了新的概念。然而，海軍和海軍陸戰隊在將無人機系統整合到他們目前的機隊和行動中的經驗有限，特別是在航空母艦和兩棲艦上的大型無人機系統。隨著新的無人機系統的開發，以及使用這些飛機的新概念，有人駕駛的飛機和無人機系統將如何整合仍有待觀察。同樣，目前還不清楚與空域沖突有關的問題在多大程度上會給國防部帶來挑戰。

3.5 出口管制

美國通過多邊出口管制制度和國家出口管制來控制無人機系統的出口。

導彈技術管制制度

導彈技術管制制度（MTCR）"尋求限制 "核生化武器擴散的風險，"通過管制可能有助于此類武器運載系統（除有人駕駛飛機外）的貨物和技術的出口"。1987年由美國和其他六個國家成立的MTCR，每年舉行幾次會議，目前由35個伙伴國組成，是一個非正式的自愿安排，其伙伴國同意對一個包含兩類受控物品的附件適用共同的出口政策準則。伙伴國根據國家立法執行這些準則，并定期交流有關出口許可證問題的信息，包括拒絕技術轉讓。MTCR準則適用于武裝和非武裝無人機系統。

第一類MTCR項目是最敏感的，包括 "能夠在至少300公里范圍內運送至少500公斤有效載荷的完整無人機系統，其主要的完整子系統......以及相關的軟件和技術"，以及為這些無人機系統和子系統 "專門設計的 "生產設施。伙伴國政府應 "強烈推定拒絕 "此類轉讓，無論其目的如何，但可在 "罕見情況下 "轉讓此類項目。 該準則禁止出口第一類物品的生產設施。制度伙伴在授權出口第二類物品方面有更大的靈活性，其中包括不太敏感和兩用的導彈相關部件。這一類別還包括完整的無人機系統，無論有效載荷如何，射程至少為300公里，以及具有某些特征的其他無人機系統。

MTCR準則指出，各國政府在考慮MTCR附件物品的出口請求時應考慮六個因素。(1) 對核生化擴散的關注；(2) 接受國 "導彈和空間計劃的能力和目標"；(3) 轉讓對核生化運載系統的 "潛在發展意義"；(4) "對轉讓的最終用途的評估"，包括下文所述的政府保證；(5) "相關多邊協定的適用性"；以及(6) "受控物品落入恐怖團體和個人手中的風險"。 " 該準則還規定，如果伙伴國政府 "根據所有可用的、有說服力的信息 "判斷該物品 "打算用于 "核生化武器的運載，則強烈推定拒絕轉讓MTCR附件中的任何物品或任何未列入清單的導彈。

此外，MTCR準則指出，如果出口國政府不判斷擬議的第一類無人機系統的轉讓是用于核生化運載，政府將從接受國獲得 "有約束力的政府對政府的承諾"，即 "未經 "出口國政府的同意，"該項目或其復制品或衍生品都不會被再次轉讓。出口國政府還必須承擔 "采取一切必要步驟，確保該物品只用于其既定的最終用途 "的責任。此外，政府只有在得到 "接受國政府的適當保證"，即接受國將只為其既定目的使用這些物品，并在未經出口國政府事先同意的情況下不修改、復制或重新轉讓這些物品的情況下，才可批準轉讓 "可能有助于[核生化]運載系統 "的物品。伙伴國政府的出口管制必須要求在政府通知出口商此類物品 "可能全部或部分用于......載人飛機以外的[核生化]運載系統 "的情況下，授權轉讓未列入清單的物品。這些限制被稱為 "全面 "管制。

其他多邊出口管制制度

其他多邊制度限制可能使無人機系統開發核生化有效載荷的技術的出口。例如，核供應國集團管理與核有關的出口，而瓦森納安排在常規武器和某些兩用貨物和技術方面發揮著類似的作用。澳大利亞集團是與化學和生物武器有關的技術的類似組織。

美國的出口管制

從2017年開始，美國向MTCR合作伙伴提交了一系列建議，以放寬該制度對某些無人機系統的出口準則。 這些政府以協商一致的方式作出決定，但沒有同意采納任何這些建議。2020年7月24日，特朗普政府宣布了一項新的無人機系統出口政策，將 "精心挑選的MTCR第一類無人機系統的子類，其飛行速度不能超過每小時800公里（大約每小時500英里），視為第二類"，從而克服了MTCR對這些系統的 "強烈拒絕推定"。美國已經向法國、意大利、日本、德國、韓國、西班牙和英國出口了MTCR第一類無人機系統。

美國商務部工業與安全局（BIS）2021年1月12日的最終規則實施了對美國兩用許可程序的相關修改。BIS向國會提交的2020財政年度報告指出，取消了所有2020年MTCR會議，并解釋說，美國單方面采取這一政策是因為 "在可預見的未來，MTCR沒有進一步進展的場所"。 國務院的一位官員說，該提案 "仍然是我們在MTCR中的一項優先努力，但這--與其他許多事情一樣--受到了旅行限制的阻礙"，該限制是為了應對COVID-19病毒帶來的風險。MTCR成員在2021年10月舉行了一次全體會議，但沒有通過美國的提案。

美國對無人機系統的出口施加了一些其他限制。美國務院負責管理對軍用無人機系統和其他國防物品的出口管制；這一制度的法定依據是《武器出口管制法》（AECA；P.L. 94-329）。該法第71(a)條要求國務卿保持一份MTCR附件中所有不受美國雙重用途管制的物品清單。美國出口管制法》還限制了原產于美國的國防物品的用途，并禁止未經美國政府許可向第三方轉讓此類物品。2018年出口管制法》（P.L. 115-232，B副標題，第一部分）為總統提供了廣泛而詳細的立法授權，以實施對兩用物品出口的控制，包括兩用無人機系統和相關組件。美國關于兩用物品出口的法規包含對無人機系統的全面控制。

美國政府還實施了一些法規，以確保原產于美國的無人機系統的接收者將這些物品用于其申報的目的。根據2019年5月國務院的一份概況介紹，美國將轉讓軍用無人機系統，"只有采取適當的技術安全措施"。 國務院和商務部都會進行最終監測，以確定接受國是否適當地使用出口物品。概況介紹說，一些軍用無人機系統 "可能要接受強化的最終使用監測"，以及 "額外的安全條件"。根據國務院的概況介紹，美國轉讓MTCR第一類無人機系統也 "應要求與 "美國政府就該系統的使用進行定期磋商。