:::

寰宇韜略

【寰宇韜略】美海軍自主無人戰力 符作戰需求(上)

新聞圖片
新聞圖片

◎邱榮守(譯)

 美海軍對開發水下及水面無人載具來執行高度危險任務及強化軍事作戰能力,一直存在高度興趣。為有效運用無人自主技術及未來的運用潛力,美海軍特別委託著名智庫蘭德公司(RAND)針對此議題進行研究,包括自主化技術的發展現況、當前殺傷鏈和能力、未來艦隊兵力結構及其自主能力,以及運用自主系統的相關作戰概念。青年日報特別摘錄重要內容與讀者共享。(編按)

 前言

 由於電腦運算能力的提高,使得機器能夠執行過去人們所從事之多種重複性和高風險性工作。工作範圍從簡單的自動化作業到應用更複雜的人工智慧(AI),甚至擴展到自動駕駛車輛和農場設施等領域。人工智慧和機器人技術的發展將會持續進步,且會廣泛推廣應用在各類機器上,尤其是危險環境中的重複性工作,對於軍人而言,這是一種非常熟悉,且須經常面對的任務環境。事實上,美國軍方正大幅採用具自主和半自動化的機器來降低人類的任務風險,或提高軍事作戰能力,美海軍亦不例外。

 自主與無人載具系統

 自主和無人系統是海軍研究辦公室海軍科學和技術(S&T)的9個戰略重點領域之一,其願景是整合有人和無人機部隊,並實現「運用感測、整合、預測、溝通、計畫、決策,以及採取協同合作來達成聯合作戰目標的能力。」美國國防科學委員會(DSB)任務小組將「自主」定義為:「一種能力或是一種自動化系統,或者在程式化的範圍內能夠自我運作管理。」在技術和創新促進因素報告中,曾建議對長程續航力、自主,以及網絡化的無人載具進行「任務層次的合作自主」研究與投資開發,以進一步建構美軍優勢戰略。

 值得一提的是,產官學界對於「自主」的定義眾說紛紜尚無定論。美海軍自主載具支援委員會用任務複雜性和自動化程度等2個向度來界定自主性。另美國國家標準暨技術局提出的無人系統自主程度框架,則採用人類獨立性、任務複雜性和環境困難度等3個向度。最後,關於「自主」在美國防部系統中的角色,美國國防科學委員會任務小組建議國防部應捨棄對自主程度定義的爭論,並採用「認知階層、任務時間表、人機系統互動程度」等3個面向來建立自主系統架構。

 無人載具的任務類別與能力

 無人載具任務可區分單機及多機群體行動。與單機無人載具有關的任務類別及能力包括:1.導航:定位、路徑規劃、防撞、參考追蹤和路徑跟蹤及位置保持。2.勘探:目標確認、偵測和提示、追蹤、同步定位和地圖繪製(Simultaneous Localization and Mapping, SLAM)及海洋學。3.效果輸出:動能打擊、非動能打擊及操控。4.反制措施:閃避、容錯、網絡恢復力、欺敵。5.能源:動力管理。另多機無人載具的任務類別及能力為:1.群集行動:群聚及同步行動、會合及隊形控制。2.合作:區域監視及分布式感測網絡、合作式搜索和追蹤、多元同步定位和地圖繪製、聯合欺敵行動。

 趨勢現況與能力差距

 儘管導航在多方面取得重大的技術進展,但現仍持續採用計算密集型的演算法,且必須依賴全球定位系統(GPS)來運作,然此系統無法對水下導航提供全時性的服務。機器學習演算法是搜索任務的重要工具之一,例如,根據圖像或相關感測器數據來進行目標分類。然而,最近發展成功的監督學習演算法,則需對大型數據集進行標記培訓;透過大量的重覆訓練,來維持運作效能;且資料中心需要有強大的機器運算能力(或稱雲端計算)。

 標記數據集的可用性、在戰場上重覆訓練時機的適足性,以及嵌入無人載具電腦系統演算法的可靠度,都是美海軍擴大應用自主系統所需面對的挑戰。再者,分類器演算法已被證明易被對立性案例影響,且對數據的微調也被證明會導致分類器嚴重的錯誤。

 單一和多機無人載具的任務組合及系統規格仍然非常有限。再者,可運用於對抗環境中作戰任務的演算法亦嚴重缺乏,包括閃避和欺敵行動等。目前,關於群體無人載具因應損失和任務失敗後,能夠自主重新調整隊形來執行任務或攻擊的研發工作亦遭遇瓶頸。運用有限功率、感測器和通信能力的無人載具(或代理者)方面,同時使用多架無人載具的優勢遠高於單機作業,技術層次及演算法也更複雜,特別是任務運作的覆蓋空間範圍也更大,但這些能力都有待落實。

 實際上,多機運作的決策模式有以下3種:集中式,分散式和分布式。集中式允許全局優化,但需要更大的通信頻寬。 另一方面,分散和分布式則需要較少的通信頻寬和覆蓋範圍,且理論上可達到更佳的擴充性。但是,仍需一定程度的最低通信頻寬,對於執行較大規模行動的系統設計,以及更複雜規格要求或成效目標的系統而言,仍是一大挑戰。最後,如何有效執行確認與驗證能力,一直是系統設計的困境。雖然控制的理論與設計程序已立下良好基礎,但在軟件代碼中的執行程序,尚無法達到精準運作。

 現有殺傷鏈的自主系統

 「殺傷鏈」(Kill Chains)係指要達成作戰效果,所必須執行的一系列程序。使用「殺傷」一詞並不表示該過程的結果會造成某人或某物的毀滅;相反地,它意指透過多個相關程序步驟,可以產生明確和期望的行動結果。

 雖然「殺傷鏈」已出現在眾多文獻中,且被大多數使用者所理解,但至今仍沒有完整的準則式定義。但是,在整個作戰區域中,「殺傷鏈」程序為搜尋、處理和完成等組合作為,或者更廣泛地說,包括情報蒐集、偵測、定位、瞄準目標和行動。殺傷鏈的方法已被運用在高價值個體目標的定位,以及提升部隊戰備能力的運作程序上。

 美海軍認為它能夠最佳運用「自主系統」的任務領域包括:水雷反制作業,拒止區域的情監偵任務及欺敵行動。這些區域的共同行動特徵,是其對載人系統具有高度危害性及可能需要在惡劣或不確定的環境中遂行任務。根據作戰概念,其所執行的任務還包括繁瑣、耗時且對人類操作員耐力會造成極大負擔的工作。因此,人們普遍傾向於將「沉悶、骯髒和危險」的任務交給無人自主系統來執行。(待續)

友善列印

相關新聞

熱門新聞