美軍未來將如何作戰？看看DARPA都在研究些啥

美國國防預先研究計劃局（DARPA）被稱為美軍創新引擎，曾發展出網際網路、隱身、GPS等多項顛覆性技術，對美國空中作戰能力的提升產生了極其重大的影響。最近幾年，美軍第三次「抵消戰略」進入了高強度實施階段，該戰略著眼於應對中、俄等大國「挑戰」，從而確保自身軍事優勢。當前，DARPA在航空領域採取一系列新動作並取得多項新進展，今後很可能為第三次「抵消戰略」提供有力支撐。

當前，DARPA在航空領域實施的科研項目涉及體系、高超聲速、航電、通信、網電空間和機載武器等。該局近期總共發布了12份跨部門公告（BAA），包括「小精靈」、「分散式作戰管理」（DBM）等項目；授出16份項目合同，總金額7.6億美元，涵蓋「拒止環境中的協同作戰」（CODE）、「垂直起降試驗飛機」（VTOL X-Plane）、「高超聲速吸氣式武器概念」（HAWC）等項目。4個項目開展了飛行試驗，涉及「快速輕量自主」（FLA）、VA001無人機、「駕駛艙內自動化系統」（ALIAS）等項目。

DARPA航空領域重要項目研究進展

2015年3月，DARPA發布了最新版戰略規劃《服務於國家安全的突破性技術》，明確指出「保持美軍在強對抗環境中的空中優勢」是航空領域的發展目標。為此，該局正圍繞體系作戰技術、新概念無人機技術、高超聲速飛行器技術和強對抗環境作戰支持技術等4個領域安排了一系列項目，同時在其他領域也安排了一些項目，力求「重塑」美軍面對未來複雜環境的軍用航空系統。DARPA在2017財年安排的重要航空項目約35個，總經費約5.7億美元。

1．體系作戰技術

美軍認為，其空中作戰裝備正面臨採辦費用高和新技術引入困難等問題，導致未來可使用的高性能裝備數量持續減少；與此同時，精確制導和網路對抗等技術在全球持續擴散，潛在對手對空作戰能力日趨增強。這兩個因素將使美軍高性能軍機被擊落或干擾的風險激增。為此，DARPA正重點發展分散式空戰和無人機「蜂群」作戰等體系作戰概念及技術，設想讓大量高度網路化協同的功能各異的中小型無人機與少量高端有人/無人裝備配合作戰，實現降低發展成本、提高作戰冗餘度和靈活性、維持或擴充裝備數量的目的。2017財年，DARPA在此方向安排了4個重要項目，當年總經費約1.2億美元。

「小精靈」項目。2015年推出，旨在發展並演示小型無人機蜂群的空中發射和回收技術。2016年3月，DARPA向Dynetics公司、通用原子航空系統公司、Kratos公司和洛馬公司授出第1階段合同，4份合同總金額為1610萬美元。2017年3月，項目進入第2階段，Dynetics公司和通用原子航空系統公司獲勝，將進一步使設計方案成熟。DARPA希望該項目在2019年開展飛行試驗，驗證這種空中發射回收無人機「蜂群」的可行性及作戰潛力。目前，項目累計投入達5200萬美元。

「體系集成技術試驗」（SoSITE）項目。2014年啟動，著重探索開放式體系架構技術，目標是以美軍現有能力為基礎，把單一裝備的空戰能力分佈在大量可互操作的有人和無人平台上，實現各種先進機載系統和武器在體系層面的即插即用，極大提升分散式空戰的靈活性。2016年8月，DARPA向洛馬公司授予金額3640萬美元的第2階段合同，繼續發展體系架構，驗證架構的作戰效能和魯棒性，預計2019年完成。目前，項目累計投入達8920.1萬美元。

「拒止環境中的協同作戰」（CODE）項目。2015年啟動，通過發展先進演演算法和軟體，探索分散式空戰無人機的自主和協同技術，使無人機群可在一名操作人員的管理下協作完成發現、跟蹤、識別和攻擊目標等任務。2016年6月，DARPA向洛馬公司及雷神公司授予項目第2階段系統集成合同，2017年將開展由1至2架真實飛機和若干虛擬飛機組隊的飛行試驗。

「分散式作戰管理」（DBM）項目。2014年啟動，通過發展先進演演算法和軟體，提高分散式空戰任務自適應規劃和態勢感知等能力，幫助履行戰場管理任務的飛行員進行快速且合理的決策，以在強對抗環境中更好地執行複雜作戰任務。2016年5月，DARPA向洛馬公司授予1620萬美元的項目第2階段合同，設計全功能決策輔助軟體原型，幫助策劃有人機和無人機參與的複雜空戰。目前，項目累計投入達3244萬美元。

2．新概念無人機技術

DARPA不斷探索擴大無人機的性能邊界和運用創新，正在實施若干新概念項目，可能於未來數年內推出無人運輸、無人高速旋翼、海上起降中空長航時察打一體、室內偵察等多型演示驗證原型機。2017財年，DARPA在此方向安排約8個重要項目，當年總費約1.03億美元，以下為取得重要進展的項目。

「垂直起降試驗飛機」（VTOL X-Plane）項目。2013年啟動，旨在發展性能更好的垂直起降無人機原型，持續飛行速度556～741千米/時，巡航狀態升阻比不低於10，最大起飛重量4500～5400千克。2016年3月，極光飛行科學公司的混合動力飛行器「雷擊」贏得競標，獲得8944萬美元的第2和第3階段合同。2017年3月，「雷擊」縮比驗證機完成試飛任務，驗證了自動起飛、持續懸停、方向與平移控制、航路點導航和自動著陸等內容。該項目接下來將發展XV-24A全尺寸驗證機，預計2018年首飛，驗證項目設定的各技術指標。目前，項目累計投入達1.77億美元。

「入境、可控、空中發射和不回收系統」（ICARUS）項目。2016年啟動，旨在發展任務完成後可融化消失的精確自主導航貨運無人機原型。該無人機的最大尺寸小於3米，載重1.362千克，最遠可滑翔飛行161千米。2016年6月，DARPA授予施樂公司帕洛阿爾托研究中心、DZYNE技術公司和MORSECORP公司共970萬美元的第1階段合同。如果項目進入下一階段，將開展原型機試飛。

「戰術偵察節點」（TERN）項目。2013年啟動，旨在發展可在驅逐艦等普通艦船上起降的中空長航時察打一體無人原型機。該項目在2016年完成了主機身部件製造，開展了發動機台架試驗和軟體集成，而且諾格公司另獲一份共1780萬美元的修改合同，製造和試驗第2架TERN原型機。TERN原型機將於2018年首飛。目前項目累計投入達1.22億美元。

「快速輕量自主」（FLA）項目。2015年啟動，發展全新演演算法，使小型無人機僅憑所搭載的高分辨攝像機、激光雷達、聲吶或慣性測量單元，便可在房間等設障環境中自主導航飛行，搜集態勢感知數據。該項目在2016年利用商用四旋翼無人機在設置障礙物的機庫內進行了驗證試驗，達到了20米/秒的飛行速度指標。未來，項目將繼續優化避障演演算法，擴展感知範圍，以更好進行急轉彎等快速機動動作。

3．高超聲速飛行器技術

美軍認為高超聲速飛機和武器是突防中俄下一代防空系統的革命性裝備。目前DARPA正與美空軍聯合實施兩個戰術級高超聲速武器大型演示驗證項目，並啟動了高超飛機使用的全尺寸渦輪基組合動力技術發展項目，力求加快美軍高超聲速飛機和武器的實用化進程。2017財年，DARPA在此方向安排約4個重要項目，當年總經費約1.32億美元，以下為其中取得重要進展的項目。

「戰術助推滑翔」（TBG）項目。2014年啟動，旨在集成驗證戰術級空射高超聲速助推滑翔導彈的關鍵技術，並發展出演示驗證原型彈，最大馬赫數9～10、射程1000～2000千米。2016年9月DARPA授予洛馬公司金額1.47億美元的第3階段合同，研製TBG原型彈，2018年首飛。2017年3月，洛馬公司表示將基於該方案參與美軍下一代陸基洲際彈道導彈項目競爭。目前，項目累計投入達2.1億美元。

「高超聲速吸氣式武器概念」（HAWC）項目。2014年啟動，旨在集成驗證戰術級吸氣式空射高超聲速巡航導彈的關鍵技術，並發展出演示驗證原型彈，最大馬赫數5～6、射程約1000千米。2016年9月和10月，DARPA分別授予洛馬公司（1.71億美元）和雷神公司（1.74億美元）項目第3階段合同，研製HAWC原型彈，2018年首飛。目前，項目累計投入達4.5億美元。

「先進全速域發動機」（AFRE）項目。旨在研究配裝高超聲速飛機的渦輪基組合動力（TBCC）推進系統的可行性。2016年8月，DARPA公布該項目跨部門公告，指出AFRE發動機是在馬赫數0～5+範圍內無縫工作的可重複使用、碳氫燃料、全尺寸TBCC推進系統，用以支撐能在拒止環境中執行情報監視偵察任務的高超聲速飛機發展。項目在2017財年預算草案中申請900萬美元，預計在2020財年前完成整機地面自由射流試驗。

4．強對抗環境作戰支持技術

美軍認為，強對抗環境中的電磁干擾和網路攻擊，將使其難以獲取空中優勢。為此，DARPA已布局多個研究項目，探索相關的通信、組網、導航和雷達等技術，為提升美軍空中力量的看不見的「內力」打牢技術基礎。2017財年，DARPA在此方向安排約14個重要項目，當年總經費約1.74億美元，以下為其中取得重要進展的項目。

「100Gbps射頻高速鏈路」（100G）項目。2014財年啟動，旨在設計、製造和試驗與光纖通信能力相當的機載通信數據鏈，並可在遠距離傳播過程中有效穿透各種天氣環境。該數據鏈通信速率為100Gb/秒，配裝高空長航時飛機時的對空作用範圍200千米，對地作用範圍100千米。2016年，項目驗證了100Gb/秒網路的可行性，創造了數項毫米波調製和傳播的紀錄。項目2017年將啟動第3階段，並開展飛行試驗，目前累計投入達6058.8萬美元。

「滿足任務最優化的動態適應網路」（DyNAMO）項目。旨在通過發展網路動態適應技術，使美軍各獨立設計的空基網路在面對敵方主動電子干擾時，仍可在一定安全等級下及時、高速通信。雷神公司在2016年收到DARPA兩份金額900萬美元的項目合同，研究動態調整無線電參數以及在不兼容網路間分享信息的有效途徑，並將開展硬體在迴路試驗。目前，項目累計投入達2355萬美元。

「導引頭成本轉變」（SECTR）項目。旨在開發具有被動捷聯電光／紅外感測器、GPS接收機和慣性測量部件的小型經濟可承受導引頭原型，在激光目標指示和數據鏈不能正常工作的環境中提供自主導航和精確末制導，實現對移動、重新定位和靜止目標的打擊。2016年，DARPA授予洛馬公司金額820萬美元的項目合同，繼續研發具有開放和模塊化體系結構的尺寸小、重量輕、功耗和成本低的導引頭原型。目前，項目累計投入達2865.8萬美元。

「雷達自適應對抗」（ARC）項目。2013年啟動，旨在發展模塊化、開放式和可拓展的軟體處理技術，使美軍機載電子戰系統可在複雜電磁環境下區分友、敵和中立發射機，並針對快速變化且未知的雷達威脅進行對抗及效果評估。2016年6月，DARPA授予BAE系統公司金額1340萬美元的第2階段合同，11月又授予該公司1330萬美元的第3階段合同，進一步發展演演算法、製造原型系統開並展試驗，做好向五代機等平台轉化的準備。目前，項目累計投入達9374萬美元。

5．其他取得較大進展的項目

除上述4類項目，DARPA在其他領域的項目有些也取得了較大進展。

VA001無人機項目。旨在發展常規布局的中空超長航時無人機技術。2016年底，VA001無人機連續飛行了56小時，創造了該等級無人機的續航時間紀錄。未來，項目將開展連續飛行10天的驗證試驗。

「試驗性太空飛機」（XS-1）項目。2014年啟動，旨在驗證可重複使用空天飛機技術。現有三個團隊開展了方案初步設計和關鍵技術攻關。2016年4月，DARPA與工業部門針對項目第2和第3階段的工作進行了協調，同時諾格公司牽頭的團隊也公布了若干技術細節，如飛行器採用垂直起飛/水平降落方式，使用了複合材料低溫油箱設計。目前，項目累計投入達1.16億美元。

「駕駛艙內自動化系統」（ALIAS）項目。2015年啟動，旨在發展先進的機器人自動駕駛技術。2016年，原型系統在第2階段成功開展飛行試驗，並授予西科斯基公司第3階段合同，將在7型飛機上進一步開展驗證。目前，項目累計投入達5978萬美元。

「射頻任務操作中融合的合作式單元」（CONCERTO）項目。旨在發展能在通信、雷達和電子戰之間自適應和靈活切換，可配裝小型平台的射頻原型系統。2016年5月項目公布跨部門公告，第1階段將孵化各項技術和創造架構，持續15個月；第2和第3階段將開展設計、製造和試驗，持續33個月。

幾點看法

1．DARPA著力拓展未來無人機的應用範圍和領域

為幫助美軍繼續保持無人機裝備技術優勢，使無人機在提升作戰能力方面發揮更大作用，DARPA正著力拓展無人機的應用範圍和領域：拓展範圍方面，正通過TERN、「浮沉載荷」（UFP）和FLA等項目，探索可在驅逐艦起飛、從深海發射和在建築物等複雜環境使用的情報監視偵察或察打一體無人原型機；拓展領域方面，正通過「小精靈」、「可重構嵌入式航空系統」（ARES）和ICARUS等項目，發展蜂群作戰和無人運輸原型機，使無人機承擔更多重要的作戰任務。

2．DARPA發展航空技術著眼強對抗環境作戰


目前，DARPA正嘗試從4個技術方向增強美軍在強對抗環境下的作戰能力。一是高動能，在TBG等項目中發展戰術級高超聲速武器技術，使敵方難以防禦美軍攻擊武器；二是高聚能，在「持久」等項目中發展機載激光武器技術，提升空中裝備的攻防能力；三是高智能，在ARC等項目中發展認知電子戰技術，利用機器學習等人工智慧技術對抗事先未知的電磁頻譜威脅；四是體系化，在SOSITE等項目中發展分散式空中作戰技術，實現大量低成本無人機與少量高端航空裝備高度網路化協同，打造全新的航空裝備體系和作戰樣式。

3．DARPA的研究將對美空中作戰能力的變革起到至關重要的支撐作用

在美軍高強度實施第三次「抵消戰略」的背景下，美軍各軍種對該局的研究項目表現出濃厚興趣，DARPA也稱「我們和軍種之間的關係十分緊密」。各軍種的重視和早期介入十分有利於DARPA實現成果轉化概率。根據計劃，DARPA於2020年前將開展一批技術演示驗證原型機試飛。參考該局以往做法，原型機的試飛或持續1～2年左右；如進展順利，項目成果都將在數年內完成轉化，有可能在2025年左右為美軍空中力量帶來能力變革。