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119架固定翼無人機集群試驗!破紀錄的飛行如何完成的
2016年,一部美國好萊塢出品的科幻動作片《獨立日:卷土重來》上映,影片中多次出現海量無人機集群作戰的片段,這種科幻的類似場景,在今年的6月,出現在了中國某地的上空。
這是中國電子科技集團公司組織的一項飛行試驗,119架小型固定翼無人機,成功演示了密集彈射起飛、空中集結、多目標分組、編隊合圍、集群行動等動作。119架,中國再次創造了固定翼無人機集群飛行的世界紀錄。
記者:這119架的這種集群這樣的一個試驗成功了,對我們很多的普通老百姓來講,可能沒有什么概念?
趙彥杰:我們其實在這119架的過程中,演示了一些典型的行動動作。
記者:你說這個行動動作指的是?
趙彥杰:比如像密集的彈射,彈射起飛,主要是在很短的時間內,把大量的飛機給發射出去,第二個就是飛機在空中可能是散的,在某一個預定的區域,要實現一個空中的集結,第三個就是針對多個目標,可以實現一個自動分組,第四個就是針對多個目標可以把它給圍起來,我們叫編隊合圍,第五個我們展示了一些行動的概念。
趙彥杰,中國電子科技集團公司智能無人集群項目負責人。
記者:對你們專業領域來講是一個什么樣的地位?
趙彥杰:這119架飛機,我們特別強調是叫固定翼無人機集群,這個在未來的作戰應用上,可能有較大的意義,當這個集群的數量,突破100架的時候,這是一個比較關鍵的坎。
記者:這個坎是一個什么樣的門檻?
趙彥杰:我們經常說三五成群,三個五個也可以叫群,可能未來會有上千架,甚至上萬架飛機的集群,那么我們認為,超過100架之后,從技術的角度從應用的角度,就是一個里程碑。
在傳統的觀念中,戰爭就意味著軍人的流血犧牲。但是,早就有軍事專家預言,在未來的戰場上,很可能不再是有血有肉的士兵,而是成群結隊的群化武器系統,是以無人裝備為主體的智能較量。因為,“零傷亡”的需求必然使戰爭進入“無人”時代,而“無人”時代迅猛發展又使作戰進入了“無人集群”時代,這是軍事發展史上的一個超越。
記者:這個概念能通俗告訴我們,是什么意思嗎?
趙彥杰:比如說我們都知道螞蟻,螞蟻是蟻群,每一個螞蟻可以搬得動的,物體的重量是有限的,但是螞蟻可以通過分工協作,共同抬起一個比它重很多很多倍的物體,這個就是集群智能簡單的表述,其實自然界里邊,有很多群體生存的生物,比如說像蜂群,鳥群,狼群,魚群,我們這個無人機的集群,也是借鑒了自然界,群體相互協同的行為,來作為我們概念的輸入點,來做這個研發的。
記者:當國外一旦在戰爭中,使用這種無人集群的話,其實最好對付的方式,可能是需要另外一個無人集群?
趙彥杰:可以這樣理解,為什么這么講,因為大型的高價值的武器平臺,對這種小型的密集的無人集群來講,是很難對付的,首先從探測的角度來講,這種小平臺很難被探測到,第二個可以以一種飽和式的方式,去對你進行一些襲擾,甚至是攻擊。
記者:飽和式的方式指的是?
趙彥杰:比如說敵方的飛機,或者說敵方的雷達,可以同時追蹤500架目標,但是我可以使用1000架,甚至是2000架,大概是這么一個概念,曾經美方有一個仿真的試驗,針對宙斯盾的防空系統,以8架飛機為一個集群,對宙斯盾進行一個突破,每一個集群平均有2.8個可以突防。
自1917年無人機作為一種新型裝備問世以來,100年后的今天,智能無人集群再一次成為“改變游戲規則”的顛覆性力量,以集群替代機動、數量提升能力、成本創造優勢的方式,重新定義著未來力量運用的形態。
記者:我采訪過無人機攻擊機的飛行員,他們在操控無人機的時候,是通過地上的指揮艙,進行多方位的聯動指揮,但是對你們現在所做的,它的指揮的方式會是怎樣的?
趙彥杰:通俗點說有點兒像一個人牽著一只風箏,風箏和人之間有一根線,對于我們來講是用一根線,牽住了一百多只風箏。
記者:但是這樣的話操控難度就太大了?
趙彥杰:作為集群來講,并不是去操控每一架飛機的每一個動作,很多姿態的調整,都是靠它自己的,自主化的一些運算來實現的,未來作戰,當無人機的數量不斷提升的時候,我們沒有那么多人去操控無人機,甚至有一天,無人機等無人裝備的數量,遠遠大于作戰人員的時候,怎么辦,就必須要有集群的控制,集群控制的核心,就是每一個飛機之間,進行相互的通信,每一個飛機根據周圍的環境,進行一個自適應地調整,我不用去控制它每一刻每一秒,我只需要告訴它一個任務,它自主去執行。
在無人機集群的控制技術領域,中美走在世界最前列。2015年,美國海軍實現50架固定翼無人機集群飛行的紀錄,這些無人機按照主從模式飛行,利用無線自組織網絡進行信息交互和共享,與以往每架飛機需要一個操作員不同,該項目通過集群地面控制站,實現了同時對50架無人機的控制,將控制權逐漸轉移至飛行器,使無人機實現自主飛行和決策,以減輕操控人員的壓力。
2016年11月,趙彥杰團隊主導的中國第一個固定翼無人機集群飛行試驗以67架飛機的數量打破了美國的紀錄。今年1月,美軍使用三架戰斗機在空中釋放了103架“山鶉”微型偵察無人機,可連續飛行半小時。
記者:當時這個紀錄的數字,對你們研發人員來講,有沒有一種影響?
趙彥杰:肯定有影響,大家關注的是,你這么短的時間,就被別人超越了,講一個小故事,我們馬上要開集團公司年度大會的時候,準備了一些文字的材料和一些視頻的資料,其中有一些表述需要修改,做了一些緊急修改,可以說對我們來講,那段時間還是很有壓力的,我記著我在微信的朋友圈里邊,寫了這么一句話,叫科技競賽,大國博弈,新故相推,日生不滯,說的就是這個。
作為中國電子科技集團智能無人集群的項目負責人,趙彥杰小時候的夢想是當一名飛行員。但不巧的是,那一年,他所在的地區高中不招飛行員,趙彥杰沒有實現成為戰斗機飛行員的夢想。2006年8月,趙彥杰清華大學畢業后,獲得了赴美全額獎學金留學的資格,之后開啟了在美國的8年學習生活。
記者:因為之前我看你的履歷是在國外,一直從事各方面的學習和研究?
趙彥杰:八年的時間,有很多讓我銘記一生的地方,2009年的時候熬夜看閱兵式,那個時候感觸特別深,是我們國家首次亮相的預警機,它是空中梯隊的長機,帶領150多架飛機飛過天安門,那個時候的感覺,作為一個海外的游子,只有自己祖國的強大,才是每一個海外華人的堅強后盾。
記者:為什么你們在國外看到,閱兵式上像預警機這樣的情景時候,會對你們有那么大的觸動?
趙彥杰:2006年我出國的時候,和無數的留學生一樣,第一次走出國門非常興奮,當在美國學習生活久了之后,每一次回國都非常激動,每一次坐在飛機上想起來,我可以吃碗正宗的面條的時候,眼淚都快下來了,我覺得每一個在海外漂久了的留學生,內心深處都是熱愛自己的祖國的,所以這些事情,讓我們和其他很多留學生,做了不同的選擇,選擇回國工作。
記者:但是真正下決心,從國外回到國內的時候,在你們的內心有沒有做過權衡?
趙彥杰:有做過,因為那時候我們還比較年輕,可能這個選擇會帶來兩種截然不同的結果,但是從現在來看,我覺得我的選擇沒有錯。
2014年,趙彥杰和愛人選擇回國工作,在了解了國內諸多單位后,他選擇了5年前那個令他心潮澎湃的預警機總體單位——中國電子科學研究院,那個時候,中國的無人機發展已經處在世界的前沿,從最初的軍用領域逐漸擴展到消費領域,不僅中國的無人機走出了國門,而且國內無人機市場火熱,普通民眾對無人機的認可程度和需求度逐漸攀升。但是,在無人集群方面,研究還屬于基礎階段,趙彥杰團隊希望做的,就是快速實現無人集群的試飛。
記者:為什么會選擇這個項目?
趙彥杰:當我剛剛入職電子科學研究院的時候,參加了一次6.3事故的紀念會,2006年的時候,有40位科學家和軍人,因為一些事故犧牲了寶貴的生命,那個時候也感觸非常深,覺得能不能讓我們的科學家,讓我們的軍人,少犧牲不犧牲,至少在未來的戰爭中,我不想讓我們的孩子,被機器人傷害,所以我們才要發展無人的裝備。
記者:當時擺在你們面前,最大的阻力和難題是什么?
趙彥杰:有各方面。
記者:是你自己主動選擇的,還是組織上分配你的?
趙彥杰:我們現在有一個非常利于創新的寬松的環境,大家基于自己的專業背景,基于自己的興趣,可以自主選擇一些感興趣的課題進行研究,我記得我們的院長吳曼青院士,多次指示我們,要做就做最好的,要力爭前沿突破,而不是跟隨,這句話對我們來講,可以說是我們團隊的座右銘。
在中國電子科技集團公司,趙彥杰的團隊是一支年輕的團隊,幾十人中的大多數人都是80后,90后,而項目負責人趙彥杰本人今年也只有32歲。
記者:因為在人們印象中,像這種尖端的科技項目,還有試驗項目的話,一般都是年齡比較大的一些院士擔當的,最初很多人會不會對你,也有一些這樣的質疑?
趙彥杰:這個會有,我們這個團隊,更多的像一個創新創業的公司,我們這個團隊也是非常拼搏,我記著有一次,有一架飛機出了一些小的故障,它脫離隊伍了,掉到水庫里去了,我們當時是為了把這個飛機上的數據,給它找回來,繞著水庫跑了跑,發現有一個漁船,還是漏的,我們幾個人乘上這個船,抱著游回來的心態,去把飛機找回來。
記者:這么高科技的研發過程里面,還會有這么艱苦的條件?
趙彥杰: 有的時候,像我們飛機掉到山谷里去了,我們很多很年輕的同事,可以說冒著巨大的風險,爬到山谷底下,去把飛機找出來,還是為了得到一些飛行的原始的數據。
趙彥杰他們面對的,是中美之間齒輪式的競賽,近兩年,在固定翼無人機集群飛行方面,首先是2015年美國的50架,接著是趙彥杰他們的67架,僅僅兩個月后,美國釋放了103架,而不到半年,趙彥杰他們將這一紀錄改寫為119架。
記者:這幾十架的數字增加背后,我不知道這個難度和阻力會有多大?
趙彥杰:這個還是有很大難度的,一個網絡的(價值)容量,是跟它的網絡里面節點的平方成正比的,你想想看67到119,可以說它的容量翻了接近一倍,二一個就是在67架的時候,我們只是實現了一些簡單的飛行,而這一次有針對性,實現了一些典型的動作。
記者:從當時103架,國外的紀錄誕生之后,你們自己定的目標是什么樣的?
趙彥杰:我們的定位,其實就是超過100架飛機,超過100架之后,就應該去研究一些其他的東西。
記者:從最初你們定了超過100架,到最后試驗數據是119架,這個數據是怎么確定,還是隨機飛到119架的?
趙彥杰:當時是設定了120架,有1架掉下來了,就是119。
記者:原因是什么?
趙彥杰:它肯定有一些小的問題,但是集群有一個特點,比如我一個集群出去了,有一部分飛機失能了,或者被摧毀了,并不太影響我整個集群,實現我的一些任務,這個就是體系生存率高的體現。
現在,趙彥杰的的研發團隊已經攻克了無人集群的核心技術。但是,還有很多其他的關鍵技術有待于攻破,不僅如此,對于無人平臺的建設,趙彥杰也希望實現工程化、制定出標準以及盡早實用化,等著他們的,還有許多事情要做。
記者:你們打破了這個紀錄,對我們來講 當然每個國人,都會感到很自豪很驕傲,但是對國外同樣的科研人員來講,他們也會有這樣的壓力,甚至會提出反超的目標。
趙彥杰:關于中美之間的競賽也好,超與反超也好,我想這個都不是關鍵,關鍵的從最開始的50架到67架,到103架到119架,數量不斷提升。
記者:你對自己肯定會有一個設想的目標?
趙彥杰:我想帶領我們的團隊,成為中國最有名的無人集群的研發團隊。
記者:現在距離這個目標還有多遠?
趙彥杰:還是有很多距離,我們還有很多路要走。
記者: 很想聽到你們最近將來還會有什么樣的驚喜給我們?
趙彥杰:我們有規劃,未來一到兩年需要做的一些事情,但是現在還不方便對外透露。
編輯:曾珂
關鍵詞:固定翼無人機集群試驗