張 春，矯慶豐，郭 鮮，崔星毅，張 蕾，王 歌

(1.西北機(jī)電工程研究所，陜西 咸陽(yáng) 712099； 2.中國(guó)兵器科學(xué)研究院，北京 100089；3.中國(guó)人民解放軍駐西安北方光電集團(tuán)軍事代表室，陜西 西安 710032)

戰(zhàn)爭(zhēng)工具和作戰(zhàn)樣式總在不斷變化，武器裝備的發(fā)展必須與之適應(yīng)。發(fā)展適應(yīng)未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的新概念武器或在傳統(tǒng)武器上進(jìn)行作戰(zhàn)理念升級(jí)，是適應(yīng)作戰(zhàn)樣式轉(zhuǎn)變的重要方式[1]?？梢灶A(yù)見(jiàn)，未來(lái)高炮武器的作戰(zhàn)目標(biāo)將發(fā)生時(shí)代性的轉(zhuǎn)變，技術(shù)發(fā)展的直接動(dòng)力來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)、先進(jìn)計(jì)算與大數(shù)據(jù)技術(shù)、新材料技術(shù)和人工智能(AI)技術(shù)等，其中，人工智能技術(shù)是賦予傳統(tǒng)高炮系統(tǒng)新機(jī)的重要手段。

1 高炮的技術(shù)優(yōu)長(zhǎng)

防空技術(shù)在與空中目標(biāo)的對(duì)抗中得到了飛速發(fā)展，世界各軍事強(qiáng)國(guó)都非常重視防空導(dǎo)彈技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)，高能激光武器、高功率微波武器等單次射擊成本較低的定向能武器得到飛速發(fā)展，極大地?cái)D壓了高炮的生存空間，高炮無(wú)用論的觀點(diǎn)甚囂塵上，嚴(yán)重影響了決策者的客觀思維。但是筆者認(rèn)為，通過(guò)對(duì)防空火炮的信息化改進(jìn)、火力打擊能力的提升、智能化要素的融入、制導(dǎo)彈藥技術(shù)的采用和作戰(zhàn)應(yīng)用理念的調(diào)整，可使高炮在防空體系中繼續(xù)發(fā)揮無(wú)可替代的作用，這些是基于高炮獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)長(zhǎng)。

1.1 獨(dú)特的網(wǎng)式攔截機(jī)理

高炮與導(dǎo)彈采用不同機(jī)理攔截目標(biāo)，它主要發(fā)射密集的彈丸組成密集火力，在空中散布成一張綿密的火力網(wǎng)，在目標(biāo)進(jìn)襲的前方進(jìn)行動(dòng)能攔截，相對(duì)于防空導(dǎo)彈的小質(zhì)量破片攔截機(jī)理，在攔截厚壁精確制導(dǎo)彈藥等小目標(biāo)方面高炮毀傷機(jī)理有著明顯優(yōu)勢(shì)[2]?，F(xiàn)代高炮通過(guò)采用多管速射技術(shù)、多束定向預(yù)制破片彈藥技術(shù)等，克服了傳統(tǒng)高炮射速低、命中率低的致命弱點(diǎn)，形成了高效的殺傷彈幕摧毀能力，如果進(jìn)一步采用制導(dǎo)化技術(shù)進(jìn)行彈道修正，實(shí)現(xiàn)面殺傷與精確點(diǎn)殺傷有機(jī)結(jié)合，將把網(wǎng)式毀傷優(yōu)勢(shì)發(fā)揮到極致。

1.2 高效費(fèi)比抗擊蜂群目標(biāo)能力

蜂群目標(biāo)具有單體價(jià)格低廉、空中目標(biāo)數(shù)量巨大、采用密集攻擊等戰(zhàn)術(shù)特點(diǎn)，面對(duì)蜂群目標(biāo)，防空導(dǎo)彈指揮員將難以做出正確的戰(zhàn)術(shù)響應(yīng)，實(shí)施火力迎擊將極大地消耗數(shù)量有限、價(jià)值不菲的防空導(dǎo)彈，甚至受彈藥基數(shù)的限制而無(wú)法完成清理空域的任務(wù)，更有可能陷入敵方圈套；如果實(shí)施火力靜默，將完全喪失防空系統(tǒng)的意義。

高炮彈藥相對(duì)于防空導(dǎo)彈價(jià)格低廉，在采用多束定向預(yù)制破片彈技術(shù)后，高炮攔截小型無(wú)人空中目標(biāo)的毀殲概率和持續(xù)作戰(zhàn)能力大幅提高，在高能激光武器、高功率微波武器技術(shù)成熟并裝備部隊(duì)之前，高炮仍是抗擊蜂群目標(biāo)最有效的利器，甚至在高能激光武器、高功率微波武器廣泛應(yīng)用的同時(shí)，高炮預(yù)制破片彈藥的動(dòng)能打擊方式仍是最有效、最可靠的攔截手段。

1.3 有效攔截厚壁目標(biāo)能力

隨著網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)和精確制導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展，精確制導(dǎo)彈藥已成為空襲目標(biāo)的主要形式之一。國(guó)外發(fā)展的JDAM系列和寶石路系列精確制導(dǎo)彈藥是在傳統(tǒng)的非制導(dǎo)炸彈基礎(chǔ)上增加抗干擾制導(dǎo)組件形成彈藥精確制導(dǎo)能力，組件升級(jí)流程便捷、價(jià)格低廉，得到廣泛的裝備和作戰(zhàn)應(yīng)用，是防空裝備面臨的主要空中目標(biāo)[3]。

精確制導(dǎo)炸彈彈體側(cè)壁厚度較大，非深鉆地類精確制導(dǎo)炸彈彈體側(cè)壁厚度可達(dá)8～27cm，彈體前部厚度為側(cè)壁厚度的3倍以上，彈體外殼熱容量大，現(xiàn)役各型防空導(dǎo)彈難以有效擊穿彈藥側(cè)壁并擊毀目標(biāo)。在面對(duì)此類目標(biāo)時(shí)，防空導(dǎo)彈、高能激光武器和高功率微波武器均難以達(dá)成高效作戰(zhàn)能力。

高炮配用的穿甲彈可有效擊穿厚壁目標(biāo)側(cè)壁殼體，在制導(dǎo)炸彈裝藥的局部形成強(qiáng)沖擊波，促使炸藥局部產(chǎn)生“熱點(diǎn)”，“熱點(diǎn)”溫度大于炸藥分解溫度時(shí)引爆裝藥；高炮配用破甲彈后，破甲彈的高速金屬射流可擊穿厚壁目標(biāo)側(cè)壁殼體，同時(shí)，高溫的金屬射流可引爆裝藥，因此，高炮配用穿甲彈和破甲彈可有效攔截非深鉆地類厚壁目標(biāo)。

1.4 優(yōu)越的低空超低空性能

低空、超低空是一個(gè)看不遠(yuǎn)也難跟蹤的空域，高炮火力猛烈、基本無(wú)低空射擊死角，其有效探測(cè)手段、密集的火網(wǎng)對(duì)于低空、超低空來(lái)襲目標(biāo)構(gòu)成極大的威脅，而此空域又是無(wú)人機(jī)的主要飛行空域。同時(shí)，密集的高炮火力可有效攔截低空、超低空目標(biāo)，或?qū)⒉糠挚找u目標(biāo)逼入中、高空等防空導(dǎo)彈的優(yōu)勢(shì)空域，進(jìn)而發(fā)揮防空導(dǎo)彈作戰(zhàn)能力。

現(xiàn)代高炮具有性能優(yōu)良、干擾能力強(qiáng)、持續(xù)作戰(zhàn)能力強(qiáng)、機(jī)動(dòng)性好、作戰(zhàn)使用靈活、作戰(zhàn)成本低廉和維護(hù)保障簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，是最合適的“保底”防空力量。

2 未來(lái)高炮的主要作戰(zhàn)任務(wù)

隨著技術(shù)的進(jìn)步和戰(zhàn)爭(zhēng)模式的演化，空襲兵器和空襲樣式也發(fā)生了時(shí)代性的轉(zhuǎn)變，在體系防空的理念下，未來(lái)高炮的主要作戰(zhàn)任務(wù)是抗擊戰(zhàn)術(shù)無(wú)人機(jī)、蜂群無(wú)人機(jī)、低成本空中目標(biāo)和精確制導(dǎo)彈藥[4]。

無(wú)人機(jī)研發(fā)和裝備的初衷是取代有人系統(tǒng)執(zhí)行長(zhǎng)時(shí)、重復(fù)、枯燥和危險(xiǎn)的任務(wù)，可作為作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)的前出探測(cè)器、信息中繼節(jié)點(diǎn)、空中攻擊平臺(tái)或假目標(biāo)使用，由于裝備和使用成本相對(duì)低廉，被大量地生產(chǎn)并投入到戰(zhàn)場(chǎng)，在近年來(lái)的局部軍事沖突中表現(xiàn)出優(yōu)異的適用性，成為高炮在戰(zhàn)場(chǎng)主要打擊的具有數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)的空中目標(biāo)。蜂群類空中目標(biāo)由眾多機(jī)動(dòng)的、具有主觀能動(dòng)性的無(wú)人機(jī)單體組成，各單體遵循簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)規(guī)則，但是群體表現(xiàn)出復(fù)雜的行為模式，是典型的復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)，具有分散自主決策、自組織、沒(méi)有條令、沒(méi)有指令、甚至沒(méi)有固定的蜂王等特點(diǎn)，可用于實(shí)施飽和攻擊，也可用于消耗敵方防空火力，給防空系統(tǒng)帶來(lái)巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)和彈藥消耗壓力。

精確制導(dǎo)彈藥具有制導(dǎo)精度高、作戰(zhàn)能力強(qiáng)、防區(qū)外超視距打擊效果好、作戰(zhàn)使用效費(fèi)比高和彈體壁厚大等戰(zhàn)術(shù)特點(diǎn)[5]。在近年來(lái)的多次局部戰(zhàn)爭(zhēng)中得到了廣泛的使用，給防空體系帶來(lái)了巨大的技術(shù)和成本壓力，特別是彈體壁厚大特點(diǎn)，使傳統(tǒng)導(dǎo)彈類防空兵器失去了有效打擊能力。

未來(lái)高炮的主要作戰(zhàn)任務(wù)還包括打擊如滑翔翼、浮空氣球、誘餌目標(biāo)等低成本空中目標(biāo)。

3 智能化高炮的技術(shù)發(fā)展方向

人工智能概念是美國(guó)人麥卡錫于1956年提出的，在隨后的60年中得到了飛速發(fā)展，得益于大數(shù)據(jù)、高性能計(jì)算機(jī)和先進(jìn)算法，近年來(lái)，人工智能技術(shù)突飛猛進(jìn)[6]。在防空高炮系統(tǒng)基礎(chǔ)上，采用人工智能技術(shù)，可大幅提升高炮在未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)的作戰(zhàn)能力。采用人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)高炮智能化是抗擊新型目標(biāo)的有效途徑，智能化高炮的主要發(fā)展方向如下。

3.1 戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)認(rèn)知和預(yù)測(cè)

態(tài)勢(shì)認(rèn)知是在態(tài)勢(shì)感知和數(shù)據(jù)整合的基礎(chǔ)上，對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)判讀、理解和預(yù)測(cè)，進(jìn)行態(tài)勢(shì)分析[7]。例如目標(biāo)識(shí)別、運(yùn)動(dòng)軌跡預(yù)判、未來(lái)作戰(zhàn)意圖預(yù)估等，是指揮控制活動(dòng)從信息域向認(rèn)知域跨越的重要標(biāo)志。目前的先進(jìn)防空系統(tǒng)在目標(biāo)探測(cè)、目標(biāo)建航、運(yùn)動(dòng)軌跡平滑、威脅判定、戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)顯示等方面已發(fā)展了多種算法并得到廣泛應(yīng)用，但是，離態(tài)勢(shì)認(rèn)知仍有較大差距。未來(lái)高炮系統(tǒng)需要發(fā)展對(duì)高度復(fù)雜性、動(dòng)態(tài)性和不確定性的態(tài)勢(shì)理解能力，具有理解戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)全局和預(yù)測(cè)態(tài)勢(shì)能力；另外，通過(guò)人工智能技術(shù)理解和預(yù)測(cè)未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)海、陸、空、天、網(wǎng)、電多維空間的互相鉸鏈態(tài)勢(shì)，敵、我、友、天、地、社等情報(bào)瞬息萬(wàn)變態(tài)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)認(rèn)知層面態(tài)勢(shì)的自動(dòng)生成和可視化呈現(xiàn)，呈現(xiàn)態(tài)勢(shì)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，解決傳統(tǒng)高炮系統(tǒng)有“態(tài)”無(wú)“勢(shì)”的問(wèn)題。

3.2 智能交互信息集中表達(dá)和全面表達(dá)

智能交互是利用多種人類可以接受的顯示和表達(dá)手段實(shí)現(xiàn)信息的圖形化、圖像化、音頻化、觸覺(jué)化等，實(shí)現(xiàn)對(duì)態(tài)勢(shì)信息的集中表達(dá)和全面表達(dá)，使戰(zhàn)時(shí)操作手的注意力集中于與裝備操作直接相關(guān)的內(nèi)容；同時(shí)，具有讓操作手全面掌握裝備技術(shù)狀態(tài)的能力，提高操作手快速認(rèn)知能力和認(rèn)知準(zhǔn)確度，使操作手融入作戰(zhàn)環(huán)境；將傳遞給操作手或接受操作手的思想，例如可通過(guò)草圖、口語(yǔ)、手勢(shì)進(jìn)行人機(jī)交流或成為操作手決策的“指揮官助手”，使人機(jī)融合為共生的有機(jī)整體[8]。

3.3 單裝無(wú)人值守自主作戰(zhàn)

由于戰(zhàn)爭(zhēng)內(nèi)在的復(fù)雜性和對(duì)手行為的不確定性，需要引入作戰(zhàn)指揮輔助防空決策，構(gòu)建多目標(biāo)的滿意估計(jì)和驗(yàn)證評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)多種作戰(zhàn)計(jì)劃的優(yōu)選優(yōu)化和面向博弈對(duì)抗，使智能決策能靈活適應(yīng)任務(wù)環(huán)境變化，靈活應(yīng)對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)不確定性。同時(shí)，提升“從數(shù)據(jù)到?jīng)Q策”的能力，利用大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，直接形成決策方案和作戰(zhàn)計(jì)劃，盡量減少指揮員介入，從而使決策走向自動(dòng)化、智能化，大大加快決策的速度。隨著未來(lái)作戰(zhàn)模式的轉(zhuǎn)變，自主化無(wú)人智能防空作戰(zhàn)平臺(tái)的大量應(yīng)用必將成為一種重要的發(fā)展趨勢(shì)，在此作戰(zhàn)模式下，操作手僅完成戰(zhàn)前準(zhǔn)備和相關(guān)勤務(wù)操作，武器系統(tǒng)通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)化、信息化技術(shù)的綜合與集成，實(shí)現(xiàn)單裝作戰(zhàn)由智能化設(shè)備控制高炮系統(tǒng)完成目標(biāo)搜索、威脅判定、自主截獲、平穩(wěn)跟蹤、航路預(yù)測(cè)、彈種選擇、火力控制、適時(shí)發(fā)射等作戰(zhàn)流程，使高炮控制具有“人在回路之上”而非“人在回路之中”的監(jiān)督控制能力。

3.4 集群式抗蜂群作戰(zhàn)

將人工智能技術(shù)應(yīng)用于火力平臺(tái)控制對(duì)抗蜂群類空中目標(biāo)時(shí)，需要解決群體目標(biāo)與單體目標(biāo)的識(shí)別、無(wú)固定規(guī)則運(yùn)動(dòng)目標(biāo)信息的融合處理、空中蜂群中單體目標(biāo)的威脅判定、單體目標(biāo)飛行運(yùn)動(dòng)假定模型自適應(yīng)轉(zhuǎn)化、火力攔截控制策略的生成與轉(zhuǎn)換、高概率攔截火力發(fā)射時(shí)機(jī)控制、火力平臺(tái)轉(zhuǎn)火策略控制等技術(shù)問(wèn)題。通過(guò)人工智能技術(shù)的融入，實(shí)現(xiàn)防空火力平臺(tái)控制系統(tǒng)在與目標(biāo)交戰(zhàn)過(guò)程中的自組織、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)；同時(shí)，需要解決多裝聯(lián)合作戰(zhàn)目標(biāo)自適應(yīng)分配和連續(xù)作戰(zhàn)中的協(xié)同火力調(diào)轉(zhuǎn)控制策略。

3.5 動(dòng)態(tài)集群式作戰(zhàn)中的安全控制

傳統(tǒng)固定陣地作戰(zhàn)的高炮系統(tǒng)通常采用禁瞄和多區(qū)域禁射等功能實(shí)現(xiàn)集群式作戰(zhàn)中的安全控制，該方式戰(zhàn)前準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)、操作使用復(fù)雜，不適于快速動(dòng)態(tài)變化的集群式作戰(zhàn)環(huán)境。自行高炮通常采用低射角限制功能實(shí)現(xiàn)集群式作戰(zhàn)中的安全控制，該方式不適用于起伏地形，且使高炮喪失了在超低空的火力優(yōu)勢(shì)。在未來(lái)快速動(dòng)態(tài)變化的集群式作戰(zhàn)環(huán)境中，各防空高炮需要根據(jù)自身及周邊己方裝備和目標(biāo)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)空間坐標(biāo)信息，由智能化控制系統(tǒng)根據(jù)自身坐標(biāo)和定向信息，構(gòu)建動(dòng)態(tài)變化的二維或三維(基于彈藥自毀原理，存在一定安全隱患)禁射空域，實(shí)現(xiàn)在動(dòng)態(tài)集群式作戰(zhàn)環(huán)境中的安全控制。

3.6 裝備狀態(tài)管理和模式優(yōu)化

在裝備長(zhǎng)期使用、出現(xiàn)故障或發(fā)生戰(zhàn)損時(shí)，由裝備智能化狀態(tài)管理系統(tǒng)通過(guò)狀態(tài)監(jiān)控、智能推理，根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)類型，進(jìn)行系統(tǒng)重構(gòu)管理，優(yōu)化系統(tǒng)工作模式，必要時(shí)可對(duì)裝備進(jìn)行降級(jí)使用，提高完成任務(wù)的可靠性。另外，通過(guò)裝備智能化狀態(tài)管理，確定裝備的健康水平，進(jìn)行監(jiān)控告警，提示開(kāi)展預(yù)防性維修，指導(dǎo)實(shí)施修復(fù)性維修，觸發(fā)自主式保障功能，降低壽命周期費(fèi)用，縮小后勤規(guī)模，根據(jù)裝備長(zhǎng)期使用經(jīng)驗(yàn)，將計(jì)劃維修升級(jí)為視情維修，優(yōu)化維修模式，提高裝備綜合保障能力。

3.7 基于人工智能的模擬訓(xùn)練

精良的裝備不代表強(qiáng)悍的戰(zhàn)斗力，過(guò)硬的軍事素養(yǎng)是部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力的最終體現(xiàn)，在和平時(shí)期如何模擬瞬息萬(wàn)變的真實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，并將操作手和指揮員置身在這種環(huán)境中摔打磨練是和平時(shí)期提升部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力的有效方式[9]。基于人工智能的模擬訓(xùn)練系統(tǒng)需要模擬典型戰(zhàn)例或突發(fā)事件的過(guò)程，模擬帶戰(zhàn)術(shù)背景的軍事行動(dòng)，甚至自主學(xué)習(xí)外軍的軍事條令條例，模擬外軍的空襲軍事方案的制定、推演和計(jì)劃執(zhí)行情況，并根據(jù)外軍的軍事裝備情況和技術(shù)能力，預(yù)設(shè)各種地理?xiàng)l件和作戰(zhàn)環(huán)境，有針對(duì)性地訓(xùn)練指揮員組織作戰(zhàn)指揮的能力，訓(xùn)練操作手在對(duì)抗壓力環(huán)境下對(duì)裝備各項(xiàng)功能操作應(yīng)用的能力。

4 結(jié)束語(yǔ)

人工智能概念這兩年來(lái)備受關(guān)注，各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)、各大院校都非常重視該技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。但是應(yīng)清楚地認(rèn)識(shí)到，人工智能技術(shù)應(yīng)用周期短，技術(shù)積累周期長(zhǎng)，當(dāng)前的熱潮得益于學(xué)術(shù)界上一輪深度學(xué)習(xí)算法的突破和應(yīng)用紅利的顯現(xiàn)，即刻在高炮系統(tǒng)應(yīng)用，需要認(rèn)識(shí)到問(wèn)題的難度，靜下心來(lái)廣泛學(xué)習(xí)、深入研究；另外，目前國(guó)際上人工智能技術(shù)顯現(xiàn)出的曙光，其技術(shù)并不能簡(jiǎn)單移植到高炮系統(tǒng)，需要從基礎(chǔ)開(kāi)始探索，需要一個(gè)厚積薄發(fā)的靜默期，靜默期的長(zhǎng)短取決于大家的努力。