优秀作品

    锦囊-2020优秀作品:“乐高战”—— 基于模块化单位的智能体系作战构想
  • 一、未来战争特点分析

     1.1战场无人化与目标复杂化

      随着人机结合程度的持续增加,未来战争的战场力量编组模式将发生颠覆性变化,从有人部队作战演变为有人和无人、无人和无人集群协同作战,对抗重心转向智能较量,对抗空间拓入全域多维,战争将成为在人的控制下智能无人系统直接交锋的全天候、全方位战争。在这种战争形态中,人在后台赋予智能化装备一定程度的自主行动权限,控制或授权让智能化装备在一线实施作战行动;无人机、无人潜航器、战斗机器人、智能化士兵装备等多种新型智能化武器装备将在未来战场上发挥重要作用,承担战场侦察、监视、攻击、通信中继等多项任务。有人操作武器平台与无人作战平台联合编组、实施协同攻击将成为战争的新常态。

     1.2战场节点的信息化与智能化

      以云数据为代表的信息网络系统成为现代战争体系新的基础,通过物联网对各类战场大数据实时自动采集、储存、处理、传输等,为智能化作战提供保障。将人工智能、射频感应、导航定位、传感器、生物特征识别、物联网、大数据等新一代信息技术应用于作战指挥、情报侦察、综合演练、信息传输与处理、精确打击、装备物资保障等多维战场空间的各项活动中,通过全域覆盖、随遇接入、稳定高效、安全可靠的信息交互平台,将战场实体基础设施和信息基础设施有机融合起来,把多维战场中的感知系统、武器装备、作战人员联接成一个巨大的网络,实现时空一致、连续精确的态势感知、信息共享和智能决策,协同指挥各作战要素和武器平台,推进战场各要素向最大限度的“自主适应、自主行动”方向发展,以更快的指挥速度、更高的打击精度实施连续指挥和作战,提升基于信息系统的体系作战能力。基于人工智能技术的升级改造,无人装卸码头、智能领航机场、智能运输工具等战场基础设施的自动化、智能化程度将明显提升。不同于此前简单的人在操控端操控,无人机执行任务。高度智能化与信息化下战场中的各个节点都具备对信息的接受,处理与决策能力,体系指挥的困难度将会大幅降低。

     1.3战场边界日益模糊,反应需求日益加快

      随着各型新式快速打击武器的出现,全球一小时打击不再是幻想。在这种态势下,快速打击的能力大幅缩减了交战双方的物理距离,传统的战争前线将不复存在。同时,非传统物理对抗更可以在十分短暂的时间内进行快速的进攻。这种日益模糊的对抗边界带来的另一个需求就是战争对抗反正的快速性,由于高超音速武器的出现和新形式的对抗领域,需要有更为快速的反应来予以还击和重新整合力量。

     1.4战场空间由平面逐步向多维拓展

      在物理空间上,随着深空、深地、深海技术的重大突破,战场建设空间逐步向多维立体拓展延伸(具体内容略)。

      同时,随着深海潜航技术、探测技术和通信技术的发展,深海潜水器、深海探测与通信网、海底基地等构成的深海作战体系将异军突起,融态势感知、隐蔽机动、快速突防和精确打击于一身,深海制海、制陆、制空以及深海水面一体作战将从概念走向现实。随着水下量子通信等新型水下通信技术的开发,深海作战力量与陆地、海上、空中作战力量融为一体,通过信息实时获取、可靠传输、人机协同决策以隐蔽、精确、快速释放能量流。随着水下无人与智能化装备、隐形技术以及新概念武器的发展,未来在深海部署水下隐形潜艇、隐形机器人、海基激光炮、潜射巡航导弹和反卫星导弹等新一代水下兵器,从深海突然摧毁地面关键作战目标,局部遮断敌战斗机编队,准确击落外层空间轨道卫星,瘫痪信息传输网络等,达成全域闪击的奇兵效果,将成为夺取未来战场主动权的重要手段。

     

    图  1海洋作战概念图

     1.5排名体系化作战和全生命周期作战

      排名作战体系是由功能上相互联系、相互作用、相互补充的各种作战要素、作战单元、作战系统等按照一定的指挥关系、组织关系和运行机制构成的有机整体。由于信息交互能力的增强,各型系统装备间的联合行动任务会更为普遍,体系化作战也是未来战争的基本形式,综合体系的优劣最能决定战争的成败。同时,由于军事装备的成本不断攀升,基于系统工程的思想,每一型装备的全生命周期将在战斗中予以考量。如何让装备更好地设计、使用与维护是未来作战中需要关注的问题,其也决定着每一型装备能否在体系中发挥应有的效能,达到预期的体系贡献率。

    二、未来战争需求分析

     

      针对以上的发展特点,提出如下的战争需求:

     2.1作战单位的无人化、自主化

      依据人工智能的发展,作战单位未来将需近一步无人化,不同于现阶段依旧由人操控,单位需更具备智能化自主化,具备根据军事任务目标进行多种任务完成方式的评估寻优并予以执行的能力。

     2.2作战平台的通用化、模块化

      面对多维的战场空间与模糊的战场边界,需要作战装备具备较好地通用性。装备可以根据不同作战任务,选择性进行模块化设计、生产和组装,实现模块化跨界任务需求。执行诸如灭火,空中指导,测绘等民用任务以及轰炸,攻击,侦查等军用任务。也可以根据未来战场新形势的需要创造设计出新的模块组合成新的作战模块,执行不同的任务。模块化的设计也可以极大地降低生产成本,实现装备家族化快速迭代发展。

     2.3作战反应的精准化、快速化

      针对目标和任务的快速反应和执行能力是在未来战争中不可或缺的。通过信息处理,决策等流程提速的逻辑域和加快装备战场机动速度或减少机动距离的物理域。快速防御,快速打击,快速转移等能力。

     2.4作战信息的网络化、并行化

      随着信息技术的快速发展,要进行无人化联合作战需要有强化的信息链作为支撑,从初始的态势感知到全局的寻优分析,信息网络需要把有用的信息快速安全传递给各个单位。虚拟仿真、决策和现实环境并行推进。实时指挥,超实时预判等等高级信息处理行为涌现。同时,信息战武器装备将在未来战争中发挥战略性和主导性作战。对抗与反对抗需要进行重点关注。

     2.5作战兵种的混合化、交叉化

      传统的作战增加无人作战元素后,部队编制结构将会出现“人-机”和“机-机”的混合编组,这种人与机器作为统一的作战单元的混搭模式将会在未来战场上扮演越来越重要的角色。无人化武器装备集多功能于一体,能够担负侦察、监视、后勤、火力打击和机动突击等多种任务,这将催生新型军兵种的出现。同时传统意义上的海陆空等兵种界限逐渐模糊,运用时会混合渗透。

     2.6作战体系的科学化、精细化

      兵种混合产生的体系化作战需要更精细、科学的管理,包括对体系化每一个装备的态势感知与状态监控。同时在多兵种,多装备的体系作战中也要综合考虑每一个单位的体系价值和综合态势,进行寻优行动,保持体系下的全局最优状态,以达到对抗的胜利。

    三、“乐高战”未来战场概念构想

     3.1战场要素分析

      根据以上的背景介绍和需求分析,提出“乐高战”的战场概念,下面将对此概念进行详细介绍。

     图  13“乐高战”战场要素构成

      “乐高战”面向军事任务的需求多元化,目标复杂化,从体系化作战的宏观角度进行如上的概念构建。

      宏观层面上,物理实体是包括以无人装备为代表的各型模块化作战子单位,具体来说包括对应不同作战空间的航空器,航天器,航海器,陆上装备等等,所有的模块化作战子单位又可划分为作战使用的有效载荷与进行机动,部署的动力部分,不同模块具备独立作战的能力,也可以像乐高一样进行多种形式的组合成为高级作战平台以此来实现更强大或创新性的功能。同时,为了满足未来战争有关需求,采用分层级模块化的形式进行设计、制造与部署,对应作战子单位其本身的设计制造就为一个完成的工程体系,具备相应的模块构建。而当作战子单位进行组装形成高级作战平台时,其作为高级作战平台的子模块参与到高级作战平台体系的建设中。最后,对于整个战场体系,作战子单位和高级作战平台都为战场体系的子系统,在该层级体系下的最优作战即为最终追求的战略目标。

      能量是物理实体完成任务所需要的资源,其中包括进攻需要的突防与破坏能量,维系战斗体系的机动、交互、保障能量以及防御需要的破坏、机动、维修能量,不同能量的配比是无人化装备在自主评判抉择时需要评估的重要指标。

      时间方面考虑了战争的时间跨度,以及每一次对抗之前的时间消耗与后续的时间影响。将评估任务执行时间、装备生命周期等指标,保持每个模块化装备较高的体系贡献度,保证体系的效能。

      同时,不同的模块间具备良好的信息交互能力,信息从获取到传输,处理,优化到评判通过完整的分布式并行网络链路进行交互,保证体系的OODA攻击链有极强的鲁棒性,以此保证整个体系具有良好的作战能力和任务执行能力。

      最终,多型模块化的组合能够将传统的地表、海洋、空天等空间,以实现对传统战场空间的兼容,同时,由于模块化的构想,其支持创造性地在新空间中作战。这样,“乐高战”就为一种可变规模,可变组织形态,可变体系装备的具备高度兼容和创新样式的作战概念。

        3.2战场建设方案

      3.2.1多层级模块化建设

      根据模块化设计的思想,从系统的观点出发,可将“乐高战”的总功能分解为各级分功能。进行功能分解的目的就是将总功能分解为较为简单的分功能或功能单元,以便能找出相应的总体规划方案来。按照以上思想,对多层级模块进行如下的介绍。

     

     图  14多层级模块化概念图

      “乐高战”未来作战的基本单元为模块化作战子单位,每一个模块作战子单位具备单独飞行,通讯,作战(部分)的能力,同时也可以通过模块的组合加强每一个模块的单一能力,从而构建一个更为强大的高级作战平台,构建模块化的未来作战单元。同时,随着人工智能与网络的快速发展,模块化作战子单位具备高级智能化与自主决策能力,通过智能化的决策分析,可以实现作战子单位与作战平台以及A方指挥的全面信息交互,实现高效的信息处理与战场决策能力。

      可重构的模块化飞行储存在基站内,基站可分为陆基、空基、海基多种。其中陆地基站可以为固定基地,也可以为可移动式载具,如火车专列,大型特种卡车等。空中基站可以为大型浮空器或大气层临界轨道的空间运载平台。海上基站可以为航空母舰式的载具母舰以及深潜式水下平台。多种基站在不同作战空间的部署可以使得模块更快地投入使用或得到收集与维修。模块化作战子单位在基站中可以根据任务需求快速组合,也可以根据需要进行半成品模块的快速生产和受损模块的快速修复。

    图15多空间基站

      收到任务指令后,基站将快速部署,同时根据态势感知后的结果进行第一批次模块的快速生产和组装,组合而成的高级作战平台,高级作战平台迅速飞往指定空域或组合集群赶往指定空域进行支援或作战任务。在到达指定空域之前,可以其中一个作战平台开启主动雷达进行暴露以此来进行战场局势观察并据此分析得到最优的平台部署组成,其余作战平台进入静默状态。在即将到达战场时,各作战平台按照最优化的分析结果组成任务所需的飞行器。在交战过程中,可以利用对手不能前往的作战空战部署近距离基站,对受损作战平台和模块单位进行快速修复和补充。在一轮交战结束后中,由基站对损坏的作战平台进行快速维修,以此来实现整个作战体系的完整性、较长的生命周期和作战单位较高的体系贡献度。

      3.2.2网络信息体系与智能对抗建设

      智能化与信息化是“乐高战”的核心,从态势信息的获取,到信息的处理交互,在到最终信息的决策需要高性能的侦察,通讯,探测与计算设备,同时也需要有高效的计算资源和数据存储设备。

      首先,在网络信息体系构建方面,采用多作战子单位并行处理数据的策略,对于多个决策优化分析任务,根据计算需求和目标优先级动态规划一定数量的计算资源(体系维持能量)投入并行计算,计算过程的数据进行同一计算任务的交互,以此保证一个计算节点失效后计算任务依旧可以正常进行。同时,由于态势信息的资源占用较少,可以快速在全部作战力量中进行交互,保证体系的整体具备快速感知能力。计算任务结束后,相应的计算结果在受威胁程度低的节点中进行交互。保证A方的作战意图尽可能不被B方获取。

     图16网络信息体系构建概念图

      智能对抗建设是体系能否自主对抗并取胜的关键。引入平行智能理论与“PREA循环”并在此基础上阐述结合超前仿真、历史案例和态势感知的智能决策方法。

      平行智能理论是复杂系统理论和复杂性科学的延展,平行系统基于人工虚拟场景,利用自适应演化等方法驱动实验,评估各类参数配置、技术方案的效果,实现系统演化建模.通过实际系统与人工虚拟系统协同演化、闭环反馈和双向引导,实现对实际系统的目标优化。平行系统的核心是ACP方法,主要由人工虚拟系统(A)、计算实验(C)和平行执行(P)部分组成。

     

     图17平行智能理论

      在此基础上,引入体系层指挥对抗的“PREA循环”(即筹划(Planning)—准备(Readiness)—执行(Execution)—评估(Assessment))。

     

     图 18PREA循环

      面对不确定的战场态势时,实时态势下的仿真不足以完成对复杂战况的模拟,平行计算难以完成较好的自主决策,因此,拟通过高计算性能的超实时仿真进行超前计算,辅助以历史作战数据的分析,再结合当下的态势感知数据,实现对我们行动的智能优化决策。这样,利用超前计算和PREA的结合,实现更快更准确的智能决策、实时指挥。其中,在评估阶段,需要根据上述的战场要素,包括物理实体的载荷效能数量、动力部分的功用数量;能量中对进攻,防御和体系维持的分配;对任务时间的缩短和体系生命周期的维系等方面进行全要素的综合评估,并可以根据信息态势和空间状态实现指标与权重的动态修改,实现动态客观的评估。

     

    图 19智能对抗建设

      具体执行任务时,各个作战平台可以根据战场情况,根据敌人的主要威胁次要威胁等作战力量,判断敌人各目标价值,以及A方各作战平台和子单位的情况,通过智能决策程序,智能配置不同的部署和组织策略,分配合理的作战力量,对敌人实施打击。打击过程中,多平台种协同作战。并且整个系统可实时监控并分析战场情况通过数据链进行动态的任务目标修正,方便根据多方战事情况,揣摩敌战略意图,做出相应的战略战术的调整。同时,各模块以人工指挥为优先级,自主决策为选择项进行可人工干预的智能化决策任务。当平台受到攻击受损后,可返回基站,评估该平台受损情况,在有限时间下进行自行决策是否更换模块或模块单位重新组合,派出新的作战平台达到A方最大空优状态。当A方感知敌攻击武器来袭时,进行自我分析决策,若评估无法躲避,则选择最小价值损失模块进行主动撞击制止,实现最小战损。

        3.3战场策略设想

         3.3.1战争接触面的扩大化与战场空间的对敌压迫

      在战争初期,通过快速机动快速部署基站,并根据敌薄弱的环节进行基站和作战平台的多点、多线和多面的配置,实现与敌多方位接触,态势获取的B方信息更多元全面,有利于A方做出更有效的决策。同时,通过多方位的接触,适时出动对敌进行干扰和诱饵引导敌重要目标的暴露也有助于破坏敌作战体系。

    图 20战争接触面的扩大化与战场空间的对敌压迫

      3.3.2快速对战争前线的资源投放与能量管理

      在对敌完成基站部署后,由于战斗产生的战损,需要进行资源快速的投送以保持体系战斗力。选择威胁程度低的空间部署基站,与安全区域构建快速补给走廊,又高速平台进行运输。同时,合理调配防御力量对威胁程度高的基站进行保护,在不同空间进行交战的态势,可以通过在敌威胁程度低的空间部署基站对作战单位进行保障。

    图21快速对战争前线的资源投放与能量管理

      3.3.3快速机动,精准探测,重度杀伤

      利用模块化的优势,释放诱饵或低价值平台进行广泛的战场探索,并尽可以予以及时的战损更换,发展高价值目标后,高速高机动平台进行精准重度打击,确保对高价值目标的彻底摧毁。

     

     图 22快速对战争前线的资源投放与能量管理

           3.3.4延长体系的综合生命周期

      通过基站的部署和快速的评估分析,对应每一个作战平台和作战子单位的生命周期进行实时监管,在距敌较近的物理空间与配备半成品模块的优势下,缩短单位的生产、保障维修时间,同时,通过对体系生命周期的优化,可以保证在有战损的情况下配置适应当前态势的最优作战能力,以此达到体系的综合生命周期的延长,以实现对敌持续压制。

    图23延长体系的综合生命周期

    四、关键创新点

       4.1高级模块化

      4.1.1可跨界模块

      根据不同作战任务,选择性进行模块化生产,实现模块化跨界任务需求。执行诸如轰炸,攻击,侦查等军用任务。也可以根据未来战场新形势的需要创造设计出新的模块组合成新的作战模块,执行不同的任务。

      4.1.2可重构化

      根据不同的战场情况或者个别模块损坏的情况下,作战子单位可以重新组合,达到最佳作战状态。同时,模块化的构建使各作战子单位的独立性增强,从而各组件可以在不受其他组件制约的情况下更加独立的升级研发,令A方战力升级的时间点缩短,增强战备的升级连续性。

      4.1.3多适应性发射回收条件

      各飞行器可在陆基基站,空基基站,海基基站等平台起飞回收。不同功用、职能的兵种可以快速跨域联合作战,

      4.1.4分层级化

      在不同层级上进行了模块化设计的构想,包括半成品的基站生产线,到可组装作战的子单位向作战平台的演变,使得战争具有极大的设计空间,保持A方在复杂态势下的优势。

     4.2高鲁棒性信息网络

      4.2.1冗余化交互

      采用多作战子单位并行处理数据的策略,对于多个决策优化分析任务,根据计算需求和目标优先级动态规划一定数量的计算资源(体系维持能量)投入并行计算,计算过程的数据进行同一计算任务的交互,以此保证一个计算节点失效后计算任务依旧可以正常进行。同时,由于态势信息的资源占用较少,可以快速在全部作战力量中进行交互,保证体系的整体具备快速感知能力。计算任务结束后,相应的计算结果在受威胁程度低的节点中进行交互。通过冗余化信息交互保证信息交互处理效率。

      4.2.2趋向性传递

      根据态势感知的威胁分析,将决策指挥信息向威胁系数低的单位传递,保证A方的作战意图尽可能不被B方获取。

     4.3全时空的智能对抗策略

      通过高计算性能的超实时仿真进行超前计算,辅助以历史作战数据的分析,再结合当下的态势感知数据,实现对行动的智能优化决策。同时每一步的仿真数据和态势数据将储存进历史数据库中对对抗智能进行训练。

    五、挑战与展望

    要在上述的未来战场中寻求优势,还需要在如下方面重点突破:

      1.核能动力:

      核动力是利用可控核反应来获取能量,从而得到动力,热量和电能。与常规动力相比不仅节省存储空间,而且续航能力大大提高。可以使各个模块进一步小型化、高效化。通过核能动力的技术成熟,模块化平台的武器威力,飞行速度,续航时间都会有质的飞跃,可以更好实现在各个作战空间的作战任务。

      2.量子通讯:

      量子通信是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式,与成熟的通信技术相比,量子通讯具有巨大的优越性,具有保密性强、大容量、远距离传输等特点。量子通讯不仅在军事、国防等领域具有重要的作用,而且会极大地促进国民经济的发展。量子通讯的成熟可以让通讯更为高效,安全,提高A方信息作战能力。

      3.高性能计算和高级算法:

      各个作战平台能通过超实时仿真进行超前计算,辅助以历史作战数据的分析,再结合当下的态势感知数据,实现对行动的智能优化决策需要处理大量数据,其中在硬件上需要高性能计算设备,而在算法上也需要有更多在精度速度上提升的方法。通过以上技术的突破,智能化特性会有质的飞跃。

      4.可变形材料:

      可变形材料如聚合物的分子结构的发展,能够改变物质体积与硬度等特性,能够根据预设的温度变化而发生多次改变时产生记忆并循环,是一种可以根据指令被塑形和再塑形的智能材料。可让模块化部件进行更高级的自主结合。达到更好的模块化结合,在气动外形,结构强度,信息交互上的效果更进一步。

      5.快速增材制造技术:

      包括金属3D打印,特种材料、复合材料增材制造在内的技术的突破,有助于对受损的结构进行快速的修复,更好地保持体系的作战能力。

      6.高性能数据储存和管理

      数据作为一种重要的战略资源,高容量的数据储存库是十分必要的,同时也要具备对数据的快速检索和输出能力。这对于智能化学习是十分有必要的

  • 发布日期: 2021-05-07