當(dāng)前,，無(wú)人機(jī)是航空器發(fā)展的熱門(mén)領(lǐng)域,。伴隨著無(wú)人機(jī)熱的持續(xù)升溫,，新概念也大量涌現(xiàn),。分布式無(wú)人機(jī)與無(wú)人機(jī)集群便是例子,。什么是分布式無(wú)人機(jī)?什么是無(wú)人機(jī)集群?二者之間什么關(guān)系?對(duì)于諸如此類(lèi)的問(wèn)題,，非專(zhuān)業(yè)人士大都一知半解,。好吧,，我們就來(lái)說(shuō)說(shuō)這些問(wèn)題。

　　一,、什么是分布式無(wú)人機(jī)?

　　分布式無(wú)人機(jī),，即采用分布式結(jié)構(gòu)的無(wú)人機(jī)。所謂分布式結(jié)構(gòu)，就是將目前集成化的功能系統(tǒng)拆分為若干物理分離,、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,、功能相對(duì)專(zhuān)一的子系統(tǒng)，通過(guò)信息互通,，保持或擴(kuò)展原有功能,。做一個(gè)比喻，如果把系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)稱(chēng)之為“形”,，系統(tǒng)的功能稱(chēng)之為“神”,，分布式結(jié)構(gòu)就是“形散而神不散”。

　　無(wú)人機(jī)集群與分布式無(wú)人機(jī)2

　　空中作戰(zhàn)從集成到分布

　　分布式結(jié)構(gòu)的概念,，由美國(guó)人提出,。2010年5月，美國(guó)空軍首席科學(xué)家在《技術(shù)地平線報(bào)告——2010-2030年間空軍科學(xué)與技術(shù)構(gòu)想》中首次提出了分布式結(jié)構(gòu)的概念,。

　　分布式結(jié)構(gòu)是相對(duì)于集成化而言的,。所謂集成，就是把一些孤立,、分散的事物或元素集中在一起,，產(chǎn)生聯(lián)系，構(gòu)成一個(gè)功能整體,。集成化的水平,，可以用集成度進(jìn)行度量。以集成電路為例,，目前元件的集成度已經(jīng)超過(guò)了1億個(gè),，組件數(shù)超過(guò)了109個(gè)。手機(jī),，就是集成化的產(chǎn)物,，從最初的單一通話(huà)到現(xiàn)在的智能手機(jī)，就是元器件和功能模塊的集成度不斷提高的結(jié)果,。無(wú)人機(jī)的發(fā)展也離不開(kāi)零部件,、功能模塊與單元體的高度集成，集成化帶來(lái)了無(wú)人機(jī)功能和運(yùn)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展,，同時(shí)也帶來(lái)了一些問(wèn)題,。

　　這些問(wèn)題突出表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是隨著無(wú)人機(jī)集成度的不斷提高，其技術(shù)含量和復(fù)雜程度也不斷提升,，研發(fā)周期不斷拉長(zhǎng),，研發(fā)成本不斷攀升，無(wú)人機(jī)的成本優(yōu)勢(shì)逐漸喪失,。目前,，就大型高端無(wú)人機(jī)而言，在單機(jī)采購(gòu)成本上無(wú)人機(jī)已經(jīng)沒(méi)有多少優(yōu)勢(shì),，其成本優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)于任務(wù)飛行成本,。據(jù)統(tǒng)計(jì)，有人駕駛飛機(jī)的訓(xùn)練飛行時(shí)間約占總壽命的95%,，任務(wù)飛行時(shí)間僅占5%左右,，而無(wú)人機(jī)的大部分訓(xùn)練都可以在模擬器上進(jìn)行，任務(wù)飛行時(shí)間可以達(dá)到總壽命的50%左右,，因此,，無(wú)人機(jī)的每小時(shí)任務(wù)飛行費(fèi)用要顯著低于有人駕駛飛機(jī)。二是對(duì)于高度集成化的無(wú)人機(jī),，其任一任務(wù)系統(tǒng)的損失都可能導(dǎo)致任務(wù)失敗或系統(tǒng)失靈,，從而影響其戰(zhàn)場(chǎng)生存力。

　　面對(duì)問(wèn)題,，迫使美軍思考新的出路,，分布式結(jié)構(gòu)也就應(yīng)運(yùn)而生。美軍希望通過(guò)分布式結(jié)構(gòu)推出一大批功能單一,、成本低廉,、可以大量裝備的無(wú)人機(jī)，部分取代目前成本居高不下的高端無(wú)人機(jī),，用數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)取代質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì),。美軍認(rèn)為在一定條件下，數(shù)量就是質(zhì)量,?？梢?jiàn)，分布式結(jié)構(gòu)其實(shí)就是“逆集成化”,，是對(duì)集成化的反其道而行之,。當(dāng)然，必須指出,，分布式結(jié)構(gòu)不是對(duì)集成化的否定,，而是提供了一種與集成化長(zhǎng)期共存的新選擇。

　　分布式發(fā)展的最大好處是通過(guò)拆分和冗余技術(shù)的組合,，在降低研制,、使用費(fèi)用與風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，還具有遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)武器裝備的戰(zhàn)場(chǎng)生存力,。目前,，實(shí)現(xiàn)航空武器裝備的分布式發(fā)展主要面臨兩大難題：一是通信問(wèn)題，如何在強(qiáng)對(duì)抗環(huán)境下保證子系統(tǒng)間通信的有效帶寬,、時(shí)效性和抗干擾等問(wèn)題;二是自主協(xié)同控制問(wèn)題,，空中戰(zhàn)場(chǎng)瞬息萬(wàn)變,，如何保證物理分離的各子系統(tǒng)圍繞作戰(zhàn)任務(wù)，在作戰(zhàn)空間實(shí)現(xiàn)快速協(xié)同,。只有解決了這些問(wèn)題,，分布式結(jié)構(gòu)才能走向?qū)嵱谩＝陙?lái),，5G通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展為解決上述問(wèn)題帶來(lái)了新的希望,。

　　二、什么是無(wú)人機(jī)集群?

　　集群,，是眾多個(gè)體聚集在一起,，實(shí)現(xiàn)共同目的的群體協(xié)同行為。

　　無(wú)人機(jī)集群與分布式無(wú)人機(jī)3

　　魚(yú)類(lèi)集群

　　集群現(xiàn)象存在于自然界,，如一些魚(yú)類(lèi),、鳥(niǎo)類(lèi)、昆蟲(chóng)類(lèi)和哺乳類(lèi)等動(dòng)物的自主集群,。動(dòng)物集群有四個(gè)特點(diǎn)：一是無(wú)中心,，沒(méi)有任何個(gè)體處于主導(dǎo)地位，任一個(gè)體的消失或功能喪失,，都不影響群體功能;二是自主協(xié)同,，每一個(gè)體依據(jù)相鄰周邊狀況，自主控制自身行為,，實(shí)現(xiàn)群體間的自主協(xié)同;三是自主重構(gòu),，任何原因?qū)е录菏軗p或受到影響，集群都能夠自主恢復(fù)或建立新的構(gòu)型并保持穩(wěn)定;四是趨利避害,，通過(guò)集群間的信息,、資源共享與相互協(xié)作，動(dòng)物集群可以增加個(gè)體發(fā)現(xiàn),、捕獲獵物的機(jī)會(huì),，同時(shí)也有利于規(guī)避天敵，提高個(gè)體的生存率,。

　　人們關(guān)注動(dòng)物集群由來(lái)已久,。近年來(lái)，隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展,，特別是機(jī)間通信技術(shù)和自主控制技術(shù)的發(fā)展,，借鑒動(dòng)物集群實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)集群的問(wèn)題引發(fā)人們高度關(guān)注。無(wú)人機(jī)集群,，包括同構(gòu)集群和異構(gòu)集群,。由相同類(lèi)型無(wú)人機(jī)構(gòu)成的集群是同構(gòu)集群，由不同類(lèi)型無(wú)人機(jī)構(gòu)成的集群是異構(gòu)集群,。推而廣之,，圍繞同一任務(wù),，無(wú)人機(jī)和有人機(jī)也可以構(gòu)成廣義異構(gòu)集群。目前,，在研究動(dòng)物集群的基礎(chǔ)上,，對(duì)于無(wú)人機(jī)集群?jiǎn)栴}的研究主要集中在兩個(gè)方面，一是無(wú)人機(jī)自主集群的技術(shù)實(shí)現(xiàn),，二是無(wú)人機(jī)自主集群的運(yùn)用研究。

　　無(wú)人機(jī)自主集群的技術(shù)實(shí)現(xiàn),。近年來(lái),，關(guān)于無(wú)人機(jī)集群的報(bào)道屢見(jiàn)不鮮，如今年6月2日,，為慶祝建校一百周年,，哈爾濱工業(yè)大學(xué)放飛了1000架四旋翼無(wú)人機(jī)，進(jìn)行了燈光秀表演,，炫酷全場(chǎng),。此前，2018年7月19日,，為慶祝公司成立50周年,，英特爾公司用2018架四旋翼無(wú)人機(jī)在空中打出了“intel 50”字樣。目前,，固定翼無(wú)人機(jī)的世界放飛紀(jì)錄,，是2017年中國(guó)電子科技集團(tuán)創(chuàng)造的119架。這類(lèi)表演可以分為兩種情形：一是通過(guò)飛行過(guò)程的程序控制,，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的空中集群與飛行表演,，目前的表演大多都是這種情形。二是通過(guò)無(wú)人機(jī)的自主控制與機(jī)間協(xié)同,，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的自主集群,。真正的無(wú)人機(jī)自主集群，其實(shí)是這種?，F(xiàn)有報(bào)道中,，這種情形極其少見(jiàn)。不是不愿意做,，而是絕大多數(shù)表演者根本做不到,。要實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)自主集群，在技術(shù)上至少需要解決一系列問(wèn)題,，包括無(wú)人機(jī)自主控制算法,、無(wú)人機(jī)飛行與環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與傳輸、寬帶大容量抗干擾網(wǎng)絡(luò)通信鏈路,、飛行任務(wù)規(guī)劃,、路徑規(guī)劃,、編隊(duì)控制等。目前,，關(guān)于無(wú)人機(jī)自主控制的公開(kāi)項(xiàng)目主要有美國(guó)國(guó)防部先期規(guī)劃局(DAPAR)的“小精靈”項(xiàng)目,、拒止環(huán)境中協(xié)同作戰(zhàn)(CODE)項(xiàng)目、美國(guó)空軍的山鶉(Perdix)項(xiàng)目,、美國(guó)海軍的低成本無(wú)人機(jī)集群技術(shù)項(xiàng)目等,。

　　無(wú)人機(jī)自主集群的運(yùn)用研究。包括作戰(zhàn)使用研究和民用研究,。前面提到的美軍無(wú)人機(jī)集群項(xiàng)目中也都包含了作戰(zhàn)使用研究,。無(wú)人機(jī)集群主要用于空中突防與防空壓制，一是利用集群無(wú)人機(jī)的低成本優(yōu)勢(shì),，大量消耗敵方防空導(dǎo)彈,，使對(duì)手“打不起”;二是利用無(wú)人機(jī)集群的數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)，造成敵方防空預(yù)警系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的“通道飽和”,，使對(duì)手“看不見(jiàn)”“動(dòng)不了”,。此外，無(wú)人機(jī)集群也可以用于對(duì)面打擊和城市巷戰(zhàn),。歸根結(jié)底,，無(wú)人機(jī)集群用于作戰(zhàn)，主要是發(fā)揮數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì),，讓對(duì)手無(wú)從招架,。無(wú)人機(jī)集群用于民用領(lǐng)域，同樣是發(fā)揮無(wú)人機(jī)集群的數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì),，有望運(yùn)用于物流快遞,、農(nóng)業(yè)播種植保、應(yīng)急救援中的通信組網(wǎng),、遙感對(duì)地觀測(cè)以及燈光秀等,。

　　三、二者之間什么關(guān)系?

　　就概念而言,，二者本質(zhì)不同,，說(shuō)的是不同領(lǐng)域的兩碼事。分布式,，說(shuō)的是無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu),，相對(duì)于目前的集成式而言。集群,，說(shuō)的是無(wú)人機(jī)的使用方式,，相對(duì)于無(wú)人機(jī)的單平臺(tái)使用和小機(jī)群使用而言。

　　但是,，二者也不是風(fēng)馬牛不相及,，而是互為依托,，相互促進(jìn)。如果沒(méi)有分布式結(jié)構(gòu),，也就很難有真正意義上的低成本無(wú)人機(jī),，無(wú)人機(jī)集群也就很難走向?qū)嶋H運(yùn)用。同樣,，如果沒(méi)有無(wú)人機(jī)集群的相關(guān)研究和技術(shù)鋪墊,，分布式結(jié)構(gòu)所要求的信息互通、功能不減也就無(wú)從實(shí)現(xiàn),。由此決定了二者在一些領(lǐng)域技術(shù)上是相通的,，在實(shí)際發(fā)展中也是相互促進(jìn)的。

　　無(wú)人機(jī)集群與分布式無(wú)人機(jī),，為未來(lái)無(wú)人機(jī)發(fā)展開(kāi)辟了新路，并有望帶來(lái)空中戰(zhàn)場(chǎng)的革命性變化,。盡管目前二者都還處于概念探討與技術(shù)研究階段,，距離工程化還有很長(zhǎng)的路要走，但是未來(lái)值得期待,，讓我們拭目以待,。【作者簡(jiǎn)介】李清,，航空工業(yè)發(fā)展研究中心研究員,，航空工業(yè)集團(tuán)公司特級(jí)技術(shù)專(zhuān)家,，從事航空產(chǎn)品發(fā)展戰(zhàn)略與裝備體系研究,。