美空j无人机自主能力分级142258

專 題 報 導30 國防譯粹 第四十九卷第八期/2022年8月本文剖析作戰人員與工程師對於發展自主無人機之觀點，並據其所歸納出自主能力五級制，期望美空軍採納為框架規範施行全軍，促進跨單位人員溝通合作，以協力發展新一代自主無人機。作者/David A.Deptula,Heather R.Penny,Christopher Olsen 譯者/蕭光霈 審者/洪琬婷美空軍無人機自主能力之分級美空軍無人機自主能力之分級 Beyond Pixie Dust取材/2022年4月美國空軍月刊(Air Force Magazine,April/2022)30 國防譯粹 第四十九卷第八期/2022年8月30 國防譯粹 第四十九卷第八期/2022年8月專 題 報 導國防譯粹 第四十九卷第八期/2022年8月 31 美空軍無人機自主能力之分級 國防譯粹 第四十九卷第八期/2022年8月 31 美空軍無人機自主能力之分級 美陸軍RQ-7型 黑影 (Shadow)無人機。(Source:US Army Europe/Richard Bumgardner)專 題 報 導32 國防譯粹 第四十九卷第八期/2022年8月過去十年來，美空軍公布的每項願景、戰略與展望計畫中，皆將次世代無人機、自主能力與人工智慧(Artificial Intelligence,AI)，視為在未來戰場上取得決定性作戰優勢之關鍵技術。未來戰場未必完全充斥載人或無人機，而是兩者兼具。長久以來，美空軍作戰人員一直期待能運用具有自主能力之無人空中載具(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)，遂行不需人員介入操控(無論是在座艙操控或以遙控方式)之任務。發展的下一步是將自主無人機、載人戰鬥機及轟炸機編隊。此載人與無人編隊(Manned-Unmanned Teaming,MUM-T)之目標，藉由結合載人機與自主無人機，加上成本、存活力與判斷力等優點，大幅增強作戰能力與能量。載人與無人編隊要能在作戰領域大放異彩，載人機與無人機就須以作戰人員能夠信賴的有效方式通力合作。程式可靠度與信賴度是重要指標，然只有在飛此為一架無人機發射傳統空對空武器之示意圖。美國國防先進研究計畫局刻正研發具有自 主反制敵威脅能力之無人機。(Source:DAPRA)國防譯粹 第四十九卷第八期/2022年8月 33 美空軍無人機自主能力之分級 33 國防譯粹 第四十九卷第八期/2022年8月瞭解自主能力：作戰人員與工程師觀點作戰人員與工程師所用專業術語不同，處理問題之角度各異。為加速發展自主無人機系統，建立共同框架規範，可讓不同專業背景的人員通力合作，以決定各系統功能上發揮自主的適當程度。作戰人員觀點工程師觀點核心自主能力五級制飛航導航任務編隊無人機不必受人員直接操控時所需之飛行控制指令與導航功能控制與監督作戰人員將作戰區分為核心、任務與編隊三項功能；工程師考量的是獲得機能所需之功能、技術與資料。結合雙方觀點，有助於決定達到作戰人員目標所需適切自動化程度。達成任務相關工作 項 目 之 必 要功能，例如管理感測器運作、對目標發射武器彈藥，以及執行其他戰術項目。讓自主無人機能與其他載人機與無人機並肩作戰所必要之功能與特性。低度自動化(決定性)需要人員大幅介入，直接控制與監督 功能：自動化與自主能力特點所需達成之目的為何？技術：達成前述機能所需之軟、硬體為何？資料：達成前述功能所需之輸入條件(訓練與實際情況資料)為何？部分自動化(決定性)需要人員適度介入，直接控制與監督全自動化(決定性)人員在特殊情況下，才適度介入監督與控制半自主人工智慧/機器學習人員適度介入指導與監督全自主人工智慧/機器學習需要最少人員下達指令與監督之情況當工程師瞭解作戰人員意圖後，即可深入構思，尋找每一功能類別適切自主程度。(Source:Mitchell Institute,Heather Penny,Christopher Olsen,Kamilla Gunzinger,Zaur Eylanbekov and Dash Parham)專 題 報 導34 國防譯粹 第四十九卷第八期/2022年8月行線上擔任領隊者，才能為此嶄新作法所具價值下定論。載人與無人編隊作法若要奏效，工程師與作戰人員皆須瞭解自主技術與作戰效能兩者關連。然而塑造無人機行為模式與效能之軟體演算法亦同樣重要，技術圈外人士通常僅能略知一二。美空軍作戰人員與採購專業人士，多半能領會自主能力與人工智慧之潛能，然而他們多半欠缺讓此類演算法發揮作戰效益所需之高深學問。實際上，自主能力與人工智慧技術，反倒常被當作是仙塵(Pixie Dust)，四處撒一撒就能解決難題，並讓武器系統瞬間自主運作。以此粗略認知，尚不足瞭解未來作戰需求之所在。美空軍正在快速更新載人戰鬥機、轟炸機與自主無人機進行編隊之概念，俾利遂行對地攻擊、制空、電戰與其他類型任務。其目標為大幅增強作戰能力與能量。人工智慧、自主能力與機器間相互學習能力，均為人工智慧強化現有戰力之研究項目，這些項目所激發想法有如湧泉噴發。眼前挑戰是要以前述技術，讓研發界與作戰部隊跨越彼此間存在的鴻溝。為達成前述混合編隊之願景，美空軍必須在工程師與作戰人員間建立比目前更穩固、更具共識的認知。作戰人員對於自主能力可能區分之種類以及適當自動化程度，欠缺充分瞭解；而工程師亦對作戰人員的作戰需求，缺乏足夠認識。更重要的是，目前並無架構可幫助雙方克服認知差異。為避免戰略規劃者、作戰人員與航太工程師之間發生溝通不良、缺乏互信等情事發生，各方皆須對於自主能力之瞭解取得更佳共識。國防專業人員亟須建立共通架構，俾於相關討論過程中，協助與會者破除科技迷思，跨越彼此專業以有效溝通。無人機現況如MQ-1型掠奪者(Predator)與MQ-9型死神(Reaper)等無人機，在過去20年來已然轉變戰爭要素，但其主要於有利環境中運作，因而較少遭遇直接威脅，且航速高低並非任務要件。當新威脅浮現，美空軍必須思考無人航空技術的未來：自主無人機，可有效自主運作，不須依靠增程資料鏈(Extended-range Datalinks)、大量衛星頻寬，以及遙控操作員可以密集監控。今日無人機技術尚不足以運用在未來高強度作戰空間中。舉例而言，一架可全時循軌道或航線航行或執行戰鬥空中巡邏(Combat Air Patrol,CAP)任務之無人機，約需要200名作業人員與不間斷且高頻寬的資料鏈。距離過長，會對無人機運作週期造成時間差；無人機上的感測器資料必須先回傳至遙控操作員，俾利操作員在傳送控制訊號前，評估並決定適切作為。然此過程緩慢，並且易受敵人高科技武力干擾。控制訊號輸入後與無人機做出反應前的時間差，會讓無人機無法同步周遭環境。如以位於戰場前線臨空之飛行員與低延遲(Low-latency)的視距內資料鏈(Line-of-Sight Datalinks)，替換遠端遙控操作員與全球衛星鏈結，可以縮短時間差；但在爭奪電磁頻譜的作戰空間中，前述資料鏈恐受影響，甚或斷訊，而在前線臨空的飛行員國防譯粹 第四十九卷第八期/2022年8月 35 美空軍無人機自主能力之分級 則會成為敵人最佳目標。若資料鏈受到干擾或斷訊時，無人機就會失聯，並且自動採取斷鏈程序，例如以三角航線飛行，然後在低油量時飛返基地。伊拉克叛亂分子於2009年就曾駭入一架掠奪者無人機資料鏈，監控訊號作為己用。儘管美軍已將訊號加密，以維護無人機鏈路控制之安全，並避免遭到情蒐，但是長程、高頻寬的資料鏈仍是無人機運作時的重大弱點。近期，美國國防部在載人機與無人機編隊上，率先取得初步成果，將兩者編隊並邁向新局的時刻已然到來。次世代無人機為能在實際作戰環境中運作，必須發揮戰鬥所需速度，並能靈活機動，俾利匹配與其編隊的高性能戰鬥機與轟炸機。因此美軍應著手發展新型無人機，以達成上述嶄新作戰概念。作戰人員觀點工程師觀點核心飛航必須能處理從起飛至落地之間所有飛航過程，毋須遠方操作員直接操控。自主程度：從三級全自動化至五級全自主(期望值)全自主能力可能超越目前技術能力所及，因此研發時間與成本將會增加。達到三級(全自動化)水準，有助於加速取得基本上能派上用場之戰力，同時可持續逐步提升軟、硬體自主性。核心導航至少要能在不墜地、不撞擊長機或其他航空器之情況下，維持編隊中指定位置。在更高階程度上，可具備採取複雜戰術動作、閃避威脅，以及機動致勝等能力。自主程度：從三級全自動化至五級全自主四級半自主能力可能比一個三級無人機系統之發展與訓練更加迅速。工程師可討論研發以及應用，或探索自主能力之高低程度上之取捨。任務由長機飛行員選擇使用武器彈藥之種類、時間與目標。若具備更多自主能力，可提供增加殺傷力與任務效能之選項。自主程度：從一級低度自動化，到至少是三級全自動化剛開始，自動化程度較高對於作戰人員的優點，與無人機發展上遭遇的成本與困難問題不成比例。相對來說，當飛彈卡車(無人機)真正成為有智慧的僚機時，具備更高度的任務自主最終提供更大優勢。然此舉端視作戰人員對其自主能力的信任是否增強。編隊部分自動化即能與編隊長機直接交換資料，應該不太需要機載資料處理能力或資料整合。自主程度：至少是二級部分自動化以更高度自主能力進行編隊，將更著重在處理資料與發揮無人機決策能力，此舉更進一步提高對於即時資料的需求。作戰人員提升對於自主能力的信任，將是此無人機編隊能力與運作發展成熟的關鍵。雙觀點框架規範：如何運用掛載大量飛彈的無人機針對無人機系統的核心功能，比較與調整作戰人員與工程師雙方觀點，可讓武器研發人員更快速發展戰力。以飛彈卡車(Missile Truck)無人機概念為例之思考架構如下表：專 題 報 導36 國防譯粹 第四十九卷第八期/2022年8月載人與無人機編隊作戰美空軍同時面對數量與經費問題。目前其現有機數低於所需，採購新機所需經費已超過其能力所及。無人機不像載人機需要維生系統，可視為解決方案之一。如美空軍部部長肯達爾(Frank Kendall)指出，無人機將是能讓美空軍以合理經費取得我方所需數量的關鍵。未 來自主無 人機 編隊(Autonomous Teaming Air-craft,ATA)，須能在無任何人員下達緊密控制指令情況下，自主航行、空中機動、管理感測器狀態，並且執行任務。從更廣的角度來看，自主無人機編隊 可成為載人飛行編隊長機之僚機，長機能監控無人僚機自主行動，必要時才會下達指令引導。以指揮管制角度來看，有自主無人機編隊加入行列的編隊模式中，人員在戰術範疇是處於指揮環節之上(On the Loop)，而非現今人員與無人機搭配模式中是在指揮環節之中(In the Loop)。自主行動的無人僚機，具備不同程度之獨立作業模式，可自主航行、機動，並遂行所賦予之任務，同時編隊中人員長機或任務指揮官，仍擁有無人僚機控制權，以確認並許可任何武器之運用。美空軍、美國國防部相關機構與國防產業，皆全心投入發展自主能力相關專案。美空軍研究實驗室(Air Force Re-search Laboratory)的空中博格(Skyborg)系統專案成立目的，是藉低成本可損耗航空器系統(Low-Cost Attritable Aircraft System)發展無人機任務全自主能力。空中博在載人與無人編隊架構下，F-35型戰鬥機飛行員可以指揮無人僚機，但不是操作它；無人僚機可以自主作戰，以其武器與感測器，助F-35型戰鬥機一臂之力。(Source:Mitchell Institute/Zaur Eylanbekov/)國防譯粹 第四十九卷第八期/2022年8月 37 美空軍無人機自主能力之分級 格並非航空器，而是一套自主技術的開放性系統架構，能廣泛相容於多種航空器。2021年，美空軍研究實驗室將空中博格系統安裝於一架克拉托斯(Kratos)公司製的鯖鯊(Mako)無人機與一架通用原子公司(General Atomics)製MQ-20型復仇者(Avenger)無人機中航測自主能力。兩型無人機皆在指定空域邊界中順利航行、回應導航指令、展示協同機動力，並能在兩型機的飛行包絡線內活動。美 國 防