往期回顧
【前沿技術】試點自主實驗室，推行標準化開發流程：美海軍無人艦隊自主能力發展綜述
【系統裝備】美AeroVironment公司推出無人機地面指揮控制系統
簡介
隨著人工智慧、自主性等技術的飛速發展，軍用無人系統的成熟度已被提高到了前所未有的水平。但即便如此， 無人系統與有人平台的跨域集成仍需解決種種技術挑戰，包括設計合理的人機接口（HMI）、開發惡劣作戰環境下的可靠、加密高帶寬通信能力，以及進一步成熟人工智慧技術等。
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有人-無人全域編組能力發展現狀
在有人-無人編組領域，各軍事強國均啟動了相關研究項目，諸如 美國空軍的「有人-無人編組」（MUM-T）試驗計劃以及「天空博格」（Skyborg）人工智慧項目、波音公司的「空中力量編組系統」項目、澳大利亞皇家空軍的「忠誠僚機」計劃、英國皇家空軍的「暴風雨」/輕量級經濟可承受新型作戰飛機（LANCA）項目，以及印度的「空中作戰編組系統」（CATS）等。
美國海軍及其下屬承包商同樣在積極尋求將無人水面艦艇（USV）加入艦隊。海軍水面部隊司令/太平洋水面部隊司令Richard Brown少將指出，未來，USV將能夠扮演幾乎所有需要高度協調和合作水平的角色，例如情報偵察、誘餌和火力打擊等。
同樣，美國陸軍的機器人戰鬥車（RCV）項目已於2020年7月和8月完成了初期的實地試驗。試驗由兩名車組人員在「布拉德利」（Bradley）戰車中操控由M113履帶式運輸車改裝的RCV無人戰車，其中一名士兵負責遙控駕駛，另一名士兵控制傳感器和武器。陸軍航空兵則利用「阿帕奇」直升機成功操控「灰鷹」無人機成功驗證了MUM-T的概念和內涵，即「通過士兵、有人和無人空中/地面載具、機器人和傳感器的有效協同，實現提高態勢感知、殺傷力和生存能力的目標」。該定義適用於幾乎所有作戰領域，因此後來也被北約（NOTA）的聯合空中力量能力中心（JAPCC）所採用。
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互操作水平
《北約第4586號標準化協議》（STANAG）中將有人-無人編組的互操作水平劃分為5個級別，具體如下表所示。
互操作水平 |
描述 |
1級 |
有人平台上的用戶通過第三方（如地面控制站（GCS）或指揮中心）接收無人系統發送的數據（含時間、目標位置等元數據的靜態圖像或視頻） |
2級 |
用戶直接從無人系統接收數據 |
3級 |
用戶可直接操控無人系統上的攝像機系統或其他載荷，但無法控制無人系統自身的活動 |
4級 |
用戶可控制無人系統上的載荷及其自身的活動 |
5級 |
用戶擁有無人系統的完整控制權，包括發射和回收 |
表1 北約STANAG 4586 號標準中定義的有人- 無人編組互操作水平
如果擁有可靠的無人平台和魯棒的有人-無人通信能力，那麼將其融入有人平台作戰行動，並與有人平台進行交互的難度，在很大程度上就取決於無人系統自身產生的額外需求。通常情況下，有人-無人編組中的有人平台都是高性能的戰鬥機或重裝甲戰鬥車，只配備少量操作人員來執行駕駛平台或操作任務系統等多項任務。在作戰過程中，這些操作者往往需要在很短的時間內快速做出決策或是操作平台進行大幅度的機動，因此要求這些操作人員再去承擔與無人平台相關的認知工作，無疑將極大地增加他們的工作負荷，這點是非常危險的。種種實驗的結果表明，解決這些挑戰的關鍵在於如何設計出合理的有人-無人協同作戰概念、人體生物力學和人機接口。
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陸航「阿帕奇」項目—開創有人無人編組先河
陸軍航空兵在驗證有人-無人編組概念方面走在了最前面，並通過與業界的合作積累了大量寶貴經驗。1996年，美國陸軍啟動了「機載有人/無人系統技術演示驗證」（AMUST-D），AMUST-D計劃的主要目的是進行功能需求定義、關鍵技術分析和試驗驗證，各項工作都基於仿真環境；1999年，AMUST-D測試了由AH-64D「阿帕奇」武裝直升機與以色列航空工業公司（IAI）生產的「獵人」戰術無人機協同開展的有人-無人編組行動。陸軍對此次演示的系統進行了升級和改進，增加了L3Harris公司的寬頻視頻和數據傳輸功能，最終打造的「有人-無人編組-能力擴展」（MUMT-X）系統也成功加入陸航系列；2000年，AMUST 辦公室又啟動了AMUST-D 6.3工作，重點 驗證指揮控制飛機、直升機與無人機之間的互連互通，並開發和綜合各種直接視頻/數據接收、直接載荷控制以及直接飛行控制等相關有人/無人編組技術。
AMUST-D的重點是降低有人-無人編組的風險，譬如為「獵人」無人機開發指揮控制軟體，能夠與「阿帕奇」鉸鏈，並修改了「阿帕奇」的人機接口，使機組成員能夠控制「獵人」無人機及其傳感器套件，達到 4級互操作水平。
值得注意的是，「阿帕奇」對「獵人」無人機的控制不是遠程操控無人機的油門或方向，而是通過菜單指令的方式告訴無人機目的地、飛行高度、等待狀態、監控或交戰目標等信息，然後由無人機自主完成任務。
該項目最初的目標之一是希望通過有人-無人編組，使直升機在抵達目標地點前，就由無人機通過網絡告知機組人員與目的地相關的實際情況，如目標狀況和實際地形信息等。
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工作量評估
2009年1月，美陸軍研究實驗室（ARL）發布「使用無人系統後的AH-64D『長弓阿帕奇』機組工作量評估」報告，公布了使用無人系統後「阿帕奇」機組人員的工作量變化情況。報告稱，評估人員使用了AH-64D風險和成本降低仿真設備，模擬了Block III型「阿帕奇」直升機的配置，並將編組中的無人機互操作水平設為 2至4級。仿真設備包括「阿帕奇」的標準目標獲取和瞄準器（TADS）和「長弓」火控雷達（FCR）。10名機組人員在執行評估任務前接受了2天培訓。在整個評估過程中，無人機被作為「阿帕奇」的機外傳感器使用，且至少有1項任務沒有無人機參與，以此進行對比。
這份評估報告主要參考了機組人員評分和主題專家（SME）量化評估結果，採用Bedford工作量評估和態勢感知評估技術等評估工具，對機組工作量、態勢感知（SA）、協調，以及與無人機控制站的聯繫等方面進行了評估。
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評估結果
在工作負荷方面，機組人員表示工作總量有了一定幅度的增加，主題專家認為機組工作量的增加在可承受範圍內，但對無人系統的操控工作也降低了機組完成其他額外任務的可能。
在態勢感知方面， 機組認為無人系統的「上帝之眼」視角帶來了更好的態勢感知能力，並且在起飛前或剛起飛就可以收到無人機傳回的視頻信息，在包括報告威脅位置等戰場元素方面提供了極大助力，使其能夠更加輕易地發現和攻擊目標，縮短了整個作戰行動的時間。但報告將整體態勢感知水平評估為中等，因為「阿帕奇」在多次試驗中因為飛躍或過於接近目標，導致在最佳射程以外開火，報告認為這種結果是缺乏足夠的編組訓練和無人機操控經驗造成的，需要為作業系統開發更容易理解的符號體系。
在機組協調方面，大部分機組成員認為無人系統的使用提高了整體協調水平，因為操控無人系統要求飛行員與副駕駛/機炮手（CPG）更多地進行交互，共享各自的作戰視角。
副駕駛員普遍使用「阿帕奇」直升機駕駛艙右側的多功能顯示屏（MPD）與無人系統建立連接，使用TADS控制手柄和MPD上的開關和菜單來迅速地操控無人系統。演示記錄了CPG的所有開關操控活動。從記錄結果來看，CPG在每次任務中平均按下609次開關，約7-8次/分鐘。這部分工作量只要通過適量的訓練和實踐，形成肌肉記憶就可以適應。
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機組人員的建議
機組人員總共提出了約50條的建議，主要是關於無人系統提示功能和符號，以及菜單顯示頁面的相關改進建議，例如建議將無人系統操作介面設計的儘可能類似於有人機自身傳感器的操作介面，以及提高無人系統、有人機與目標之間相對位置的感知能力。
在人機工程方面，機組人員建議增加無人系統傳感器的線性傳動操控功能，以及將人工目標跟蹤和視角選擇按鈕放在不同手柄上，以確保可以同時操作。
程序方面的建議包括讓無人系統操作員儘早地參與任務規划行動，並將無人機相關內容加入航空任務規劃系統（AMPS）軟體中。
如今，各類「忠誠僚機」項目都提出了無人系統與高性能有人戰機編組執行任務的模式。但無論今後的走向如何，有一點可以明確的是，即便未來MUM-T的技術有了新的突破，或是戰術戰法有了創新，但有人機上的無人系統人機接口仍將是機組能否充分發揮MUM-T新能力的一個關鍵。
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智能集群發展水平
除了需要設計良好的人機接口外，有人-無人編組也取決於由人工智慧技術水平所決定的無人系統執行有人機機組傳達的高級指令的能力。無人系統自身必須具有在高威脅環境中一定程度的生存能力以及有限的通信能力，才能在完成操作員傳達的高級指令的同時，再將其分解為子任務並逐一執行。無人系統還需具備任務重新規劃能力，才能夠在真實環境改變時即時做出調整，例如編組中某架無人系統失聯等情況。
以空客公司演示的為配合歐洲未來空戰系統（FCAS）開發的「智能集群」能力為例。在演示場景中， 有人-無人編組進入作戰空域後，無人系統根據有人機指令。編組探測到地面威脅，整個編組圍繞該目標散開。地面控制員派出3架無人系統前去調查目標，當1架無人系統被擊落後，由另1架補上。有人機則控制其他無人系統繼續保持戰位，並派出其中1架無人系統釋放干擾箔條，為編組其他成員提供掩護幕。
2018年，空客公司還使用商務機和一組無人機展示了智能集群能力。地面站的人機接口採用觸摸屏和拖放形式，因此未來可以將地面站的角色轉至指控飛機上。機動性更強的戰鬥機則採用於「手不離杆操作設計」（HOTAS），與機載大螢幕和頭盔顯示器（HMD）相結合，利用增強現實（AR）技術來提高機組的態勢感知能力。
而在陸軍的RCV試驗中，「布拉德利」戰車的人機接口獲得使用人員的好評，操作人員能夠清楚地看到RCV的位置。試驗結果認為需要為「布拉德利」戰車上的RCV控制軟體、目標識別軟體增加行進間的使用功能，並儘可能將通信能力擴展到1000公里，這是在濃密森林中作戰的最低通信要求。
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地面有人-無人編組難點總結
從上述試驗或演習結果可以看出，無人地面車輛（UGV）要成為MUM-T中真正具有協同作用的實體所需的自主性水平是非常難以達到的，原因在於地面環境的高度複雜性。地形因素、災害和人工障礙以及響應的通信障礙都導致地面成為比海洋和空中更具挑戰的作戰環境。儘管選擇合理的波形和機載中繼能力可以有效緩解這類連通性問題，但如何描述複雜地形又會帶來更加難以解決的挑戰。除非對目標地形進行了徹底、詳盡的調查，並不斷保持更新，否則地面車輛就必須依靠自身傳感器和人工智慧來判斷是否可以通過新出現的障礙，還是需要重新規劃路線。當軟體無法得出確定性結論時，UGV就會停止行動並請求操作員協助。但如果多個UGV請求協助，會導致操作員無法集中注意力執行任務。
在水下域，聲音、光線和無線電傳播的複雜性導致遠距離高寬頻通信極具挑戰性，因此有人艦船與水下無人潛航器間的編組更多要解決的是通信問題。
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