2020年新年伊始，美軍無人機用3枚導(dǎo)彈炸死伊朗將軍蘇萊曼尼，引發(fā)了新一輪對無人裝備技術(shù)與作戰(zhàn)樣式的研究與關(guān)注。蘇萊曼尼之死可以說是無人裝備實戰(zhàn)應(yīng)用的一個典型案例。標(biāo)志著經(jīng)過十幾年的發(fā)展，以無人機為代表的無人裝備逐步形成戰(zhàn)斗力，進入實戰(zhàn)應(yīng)用階段。正如在安世亞太《數(shù)字孿生體技術(shù)白皮書》中所提出到的，數(shù)字孿生體是無人裝備的天然組成部分。透過本事件的相關(guān)新聞可以分析推斷數(shù)字孿生技術(shù)在無人機及其它無人裝備（以美國為代表）中應(yīng)用的大體技術(shù)狀態(tài)。

蘇萊曼尼事件回顧及推斷

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2020年1月3日，伊拉克當(dāng)?shù)貢r間1點45分，在巴格達(dá)機場，伊朗“圣城旅”旅長蘇萊曼尼乘坐車輛被美軍MQ-9“死神”無人機，用3枚AGM-114“地獄火”導(dǎo)彈擊中，蘇萊曼尼當(dāng)場被炸身亡。

2020年1月8日，作為對蘇萊曼尼被殺的報復(fù)，伊朗向駐伊拉克美軍和聯(lián)軍部隊發(fā)射了十幾枚導(dǎo)彈。美軍駐伊拉克“阿薩德空軍基地”是伊朗報復(fù)襲擊的目標(biāo)之一。在本次導(dǎo)彈襲擊中，雖然沒有造成美軍的重大傷亡，但據(jù)報道美軍無人機全部失聯(lián)，無人機操作員都以為必死。

結(jié)合相關(guān)資料，可以分析推斷出：當(dāng)前美軍無人機尚處于比較低級的階段，人工智能、操作與作戰(zhàn)規(guī)則還沒有數(shù)據(jù)化，形成無人機的一個有機組成部分，相關(guān)的控制與決策還需要由人來做出。無人機從總體上可以理解為一個座艙與飛機分離的飛機，這一點也為從網(wǎng)絡(luò)上為查詢到的其它信息所證實。據(jù)報道美軍MQ-9地面控制站采用標(biāo)準(zhǔn)的兩人編組，由一名飛行員和一名傳感器操作員組成。地面控制站可以通過全球保密衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈，從美國本土直接遙控位于世界各個熱點地區(qū)的無人機。

回顧無人機及其它無人裝備的歷史，無人機概念的提出可以追溯到上世紀(jì)20年年代。到了80年代未、90年代初在一些軍事研究報告中提出一系列不同用途的無人裝備。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，近十余年無人機及其它無人裝備進入大發(fā)展期。2001年10月17日，美軍在阿富汗首次使用“捕食者”RQ-1型無人機發(fā)射“地獄火”導(dǎo)彈，摧毀了一輛塔利班的坦克，首開新世紀(jì)無人機導(dǎo)彈戰(zhàn)先河。但總體上講，目前無人機尚處于初級階段。

數(shù)字孿生技術(shù)在無人裝備中的應(yīng)用

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安世亞太數(shù)字孿生體研究專家介紹，當(dāng)前，地面控制臺是無人機系統(tǒng)不中或缺的組成部分。地面控制臺主要由無人機的數(shù)字孿生體和駕駛桿、油門桿等飛機操縱機構(gòu)組成。無人機的操縱與作戰(zhàn)過程可以表述為如下：

參照安世亞太《數(shù)字孿生體技術(shù)白皮書》中數(shù)字孿生系統(tǒng)參考架構(gòu)，無人機系統(tǒng)的數(shù)字孿生系統(tǒng)架構(gòu)可以簡要表達(dá)如下：

從上面兩個圖可以看出，無人機系統(tǒng)的數(shù)字孿生完全覆蓋了數(shù)字孿生體的所有要素，是典型的數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用。

其中：

1）無人機（如MQ-9），及配置的武器（如AGM-114）構(gòu)成無人機系統(tǒng)數(shù)字孿生系統(tǒng)中的物理域。在一定程度上，也應(yīng)當(dāng)包括所處戰(zhàn)場的地理、氣候環(huán)境等（如伊拉克巴格達(dá)機場）；

2）保密軍用數(shù)據(jù)鏈和配套衛(wèi)星通信車構(gòu)成測量與控制實體，完成對無人機的控制與相關(guān)信息的通信；

3）地理信息系統(tǒng)與無人機數(shù)字孿生體等構(gòu)成無人機系統(tǒng)的數(shù)字孿生體，通過數(shù)字孿生體的運轉(zhuǎn)和無人機真實狀態(tài)信息，準(zhǔn)確與地理信息系統(tǒng)匹配為控制人員提供無人機所處位置、姿態(tài)等戰(zhàn)場信息；

4）駕駛?cè)藛T、操縱機構(gòu)和綜合信息顯示系統(tǒng)構(gòu)成用戶域。

當(dāng)前無人機系統(tǒng)的數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用還處于相當(dāng)初期的階段，才初步完成了無人機的仿真和操縱交互控制，智能化的要素遠(yuǎn)不能滿足智能作戰(zhàn)的要求。對照安世亞太《數(shù)字孿生體技術(shù)白皮書》中可以認(rèn)為無人機系統(tǒng)基本達(dá)到了交互階段，遠(yuǎn)沒有達(dá)到像電影《安德的游戲》、即時戰(zhàn)略游戲所描繪的那樣的作戰(zhàn)模式和場景。

無人機在可預(yù)見的未來

安世亞太認(rèn)為，未來無人機的應(yīng)用將逐漸向集群方向發(fā)展。但無人機目前的技術(shù)狀態(tài)尚達(dá)不具備形成無人機集群的能力，在大規(guī)模的戰(zhàn)爭中應(yīng)用范圍有限。主要原因是通過無人機及其它途徑傳遞到地面控制臺的信息遠(yuǎn)沒有人在現(xiàn)場獲得的信息全面，它將大大限制無人機操縱人員的判斷能力。另一方面，信息過多也會對地面操縱人員構(gòu)成干擾。還有地面操縱人員間的差異，也會是形成無人機集群的障礙。因此，形成無人機集群的首要技術(shù)就是實現(xiàn)無人機及其數(shù)字孿生體的智能化，簡化當(dāng)前地面控制臺對無人機控制。

在可預(yù)見的未來，如下的場景也許是無人機應(yīng)用的標(biāo)志性場景。

1）有人、無人混合編隊

飛行員進入座艙，啟動飛機配置的無人機管理模塊（即無人機數(shù)字孿生體），輸入無人機No1、No2、No3、No4的管理密鑰。

“1號、2號、3號、4號，與我組隊！”。

“1號，明白！”。無人機No1與長機建立加密數(shù)據(jù)通道。

500毫秒后，“2號，明白！”。無人機No2與長機建立加密數(shù)據(jù)通道。

1秒后，“3號，明白！”。無人機No2與長機建立加密數(shù)據(jù)通道。

1500毫秒后，“4號，明白！”。無人機No3與長機建立加密數(shù)據(jù)通道。

“出發(fā)！”。長機啟動，滑行進入跑道；無人機No1、No2、No3、No4，啟動依次進入滑行道準(zhǔn)備起飛。

幾分鐘后，長機飛行員下命令，“切換雁形編隊！”。

“1號，明白！”。無人機No1加速，同時向右滾轉(zhuǎn)。

500毫秒后，“2號，明白！”。無人機No2加速，同時向左滾轉(zhuǎn)。

1秒后，“3號，明白！”。無人機No3加速，并向右滾轉(zhuǎn)。

1500毫秒后，“4號，明白！”。無人機No4加速，同時向左滾轉(zhuǎn)。

幾分鐘后，無人機No1到達(dá)長機右后方；無人機No2到達(dá)長機左后方；無人機No3到達(dá)無人機No1右后方；無人機No4到達(dá)無人機No2左后方，形成雁形編隊。

有人/無人混合編隊是無人機編隊自主作戰(zhàn)的第一步。以有人機為核心，飛行員承擔(dān)了編隊中所有無人機的指揮任務(wù)。在這種模式下，當(dāng)前的地面控制臺，尤其是無人機數(shù)字孿生體，退化為有人機的一個軟件模塊，通過該模塊完成無人機的控制；同時，無人機本身也具有了基本的自動飛行控制能力，能夠?qū)⑾嚓P(guān)指令自動轉(zhuǎn)化為一系列的飛行操作，這種能力實際上是在無人機本身也安裝了本身數(shù)字孿生體，具有一定判斷和推演能力。

2）無人機集群

在上述有人/無人混合編隊的基礎(chǔ)上，無人機數(shù)字孿生體功能進一步強化，達(dá)到能夠完全自主作戰(zhàn)的水平，可以形成純無人機集群。典型的場景可能如下：

指揮員在屏幕前，下令：“無人機1至10聽令，以1號為核心形成第一集群！”。

屏幕上依次顯示無人機應(yīng)答信息：“1號，明白！”、“2號，明白！”、“3號，明白！”、“4號，明白！”、“5號，明白！”、“6號，明白！”、“7號，明白！”、“8號，明白！”、“9號，明白！”、“10號，明白！”。

1號無人機與其它無人機建立通信信道；產(chǎn)生9對密鑰，并向其它無人機分發(fā)。其它無人機發(fā)到密鑰，通過密鑰與1號無人機建立聯(lián)系，完成集群組建。

若干秒后，屏幕顯示1號機應(yīng)答：“第一集群組建完畢！”。

指揮員將相關(guān)作戰(zhàn)地圖和計劃發(fā)送給1號無人機。在屏幕前，下令“第一集群到3號指定區(qū)域集結(jié)！”。

1號無人機應(yīng)答：“第一集群明白！”。

以1號無人機為首，依次起飛，集結(jié)，前往3號作戰(zhàn)區(qū)域。

途中，指揮員下令：“第一集群注意防空雷達(dá)，采用低空突防模式！”。

1號無人機應(yīng)答：，“第一集群明白！”。第一集群所有無人機降低飛行高度，進行低空突防，前往3號作戰(zhàn)區(qū)域集結(jié)。

無人機集群的形成基礎(chǔ)在于無人機所載的數(shù)字孿生體已經(jīng)具有智能化的模糊推斷、威脅判斷等人腦所具有基本能力，例如：1號機能夠自主產(chǎn)生密鑰，并分發(fā)給組建集群的其它無人機，而不會擴大范圍；能夠理解“低空突防”這類專業(yè)化的復(fù)雜指令，并能夠分解形成后續(xù)的一系列行動；集群內(nèi)的所有無人機能夠自主判斷自動跟隨1號機行動，并保持安全距離等。

安世亞太：無人裝備及其數(shù)字孿生體發(fā)展暢想

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安世亞太認(rèn)為，在大數(shù)據(jù)、人工智能、數(shù)字孿生等信息技術(shù)的支撐下，所有有人裝備都可以無人化，未來無人裝備將是一個龐大的群體，包括：無人機（U**）、無人車（UGV）、無人船（USV）等，數(shù)字孿生技術(shù)是其實現(xiàn)和發(fā)展的重要支撐和組成部分，具有豐富、強大的功能，得到廣泛應(yīng)用。

暢想無人裝備的發(fā)展可能包括如下三個階段：

1）人機分離階段

這個階段是無人裝備最低級的階段，僅僅是實現(xiàn)了人機分離，即無人機當(dāng)前的技術(shù)狀態(tài)。在這個階段，裝備控制人員通過控制臺和遠(yuǎn)程通信設(shè)備，對無人裝備進行遠(yuǎn)程控制。無人裝備數(shù)字孿生體僅具備基本的無人裝備仿真能力，并作為控制強的后臺。

2）簡單規(guī)則階段

這個階段以有人/無人混合編隊最為典型，無人裝備能夠根據(jù)本身所擁有能力，或獲得的操作指令完成簡單任務(wù)。在這個階段，無人裝備數(shù)字孿生體已經(jīng)具有了基本的規(guī)則知識庫，根據(jù)規(guī)則能夠自主或依據(jù)簡單指令控制無人裝備完成簡單任務(wù)。控制臺弱化并消失，數(shù)字孿生體本身演化為有人裝備或無人裝備本身的一個有機組成部分。

3）模糊推理階段

這個階段以無人機集群最為典型。在這個階段，無人裝備已經(jīng)高度智能化，能夠理解指揮人員的復(fù)雜指令；能夠根據(jù)本身、伙伴感知，以及傳輸來的外界信息，進行模糊推理得出在當(dāng)前態(tài)勢下的最優(yōu)策略和行動，自主開展任務(wù)執(zhí)行。在這個階段，無人裝備數(shù)字孿生體已經(jīng)與無人裝備高度融合，能夠利用獲得的信息向后推演，以尋求當(dāng)前態(tài)勢下的最優(yōu)策略和行動計劃。整個無人裝備系統(tǒng)的應(yīng)用達(dá)到像電影《安德的游戲》、即時戰(zhàn)略游戲所呈現(xiàn)的狀態(tài)。

更多關(guān)于數(shù)字孿生體技術(shù)在無人裝備中應(yīng)用的內(nèi)容，請關(guān)注安世亞太與數(shù)字孿生體實驗室聯(lián)合發(fā)布的《數(shù)字孿生體技術(shù)白皮書（2019）》，安世亞太希望與您共同推動數(shù)字孿生體技術(shù)在中國的應(yīng)用與發(fā)展。

關(guān)于安世亞太

安世亞太具有24年的研發(fā)信息化工業(yè)軟件開發(fā)和服務(wù)經(jīng)驗、6年的工業(yè)品先進設(shè)計和增材制造經(jīng)驗，是我國工業(yè)企業(yè)研發(fā)信息化領(lǐng)域的領(lǐng)先者、新型工業(yè)品研制者、企業(yè)仿真體系和精益研發(fā)體系創(chuàng)立者，在國內(nèi)PLM、虛擬仿真及先進設(shè)計領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，提出了基于增材思維的先進設(shè)計和智能制造解決方案，聚焦于打造以增材思維為核心的先進設(shè)計與智能制造產(chǎn)業(yè)鏈，以全球視野和格局進行資源整合、技術(shù)轉(zhuǎn)化和生態(tài)構(gòu)建。