2020年新年伊始，美军无人机用3枚导弹炸死伊朗将军苏莱曼尼，引发了新一轮对无人装备技术与作战样式的研究与关注。苏莱曼尼之死可以说是无人装备实战应用的一个典型案例。标志着经过十几年的发展，以无人机为代表的无人装备逐步形成战斗力，进入实战应用阶段。正如在安世亚太《数字孪生体技术白皮书》中所提出到的，数字孪生体是无人装备的天然组成部分。透过本事件的相关新闻可以分析推断数字孪生技术在无人机及其它无人装备（以美国为代表）中应用的大体技术状态。

苏莱曼尼事件回顾及推断

 

2020年1月3日，伊拉克当地时间1点45分，在巴格达机场，伊朗“圣城旅”旅长苏莱曼尼乘坐车辆被美军MQ-9“死神”无人机，用3枚AGM-114“地狱火”导弹击中，苏莱曼尼当场被炸身亡。

2020年1月8日，作为对苏莱曼尼被杀的报复，伊朗向驻伊拉克美军和联军部队发射了十几枚导弹。美军驻伊拉克“阿萨德空军基地”是伊朗报复袭击的目标之一。在本次导弹袭击中，虽然没有造成美军的重大伤亡，但据报道美军无人机全部失联，无人机操作员都以为必死。

结合相关资料，可以分析推断出：当前美军无人机尚处于比较低级的阶段，人工智能、操作与作战规则还没有数据化，形成无人机的一个有机组成部分，相关的控制与决策还需要由人来做出。无人机从总体上可以理解为一个座舱与飞机分离的飞机，这一点也为从网络上为查询到的其它信息所证实。据报道美军MQ-9地面控制站采用标准的两人编组，由一名飞行员和一名传感器操作员组成。地面控制站可以通过全球保密卫星数据链，从美国本土直接遥控位于世界各个热点地区的无人机。

回顾无人机及其它无人装备的历史，无人机概念的提出可以追溯到上世纪20年年代。到了80年代未、90年代初在一些军事研究报告中提出一系列不同用途的无人装备。随着信息技术的发展，近十余年无人机及其它无人装备进入大发展期。2001年10月17日，美军在阿富汗首次使用“捕食者”RQ-1型无人机发射“地狱火”导弹，摧毁了一辆塔利班的坦克，首开新世纪无人机导弹战先河。但总体上讲，目前无人机尚处于初级阶段。

数字孪生技术在无人装备中的应用

 

安世亚太数字孪生体研究专家介绍，当前，地面控制台是无人机系统不中或缺的组成部分。地面控制台主要由无人机的数字孪生体和驾驶杆、油门杆等飞机操纵机构组成。无人机的操纵与作战过程可以表述为如下：

参照安世亚太《数字孪生体技术白皮书》中数字孪生系统参考架构，无人机系统的数字孪生系统架构可以简要表达如下：

从上面两个图可以看出，无人机系统的数字孪生完全覆盖了数字孪生体的所有要素，是典型的数字孪生技术的应用。

其中：

1）无人机（如MQ-9），及配置的武器（如AGM-114）构成无人机系统数字孪生系统中的物理域。在一定程度上，也应当包括所处战场的地理、气候环境等（如伊拉克巴格达机场）；

2）保密军用数据链和配套卫星通信车构成测量与控制实体，完成对无人机的控制与相关信息的通信；

3）地理信息系统与无人机数字孪生体等构成无人机系统的数字孪生体，通过数字孪生体的运转和无人机真实状态信息，准确与地理信息系统匹配为控制人员提供无人机所处位置、姿态等战场信息；

4）驾驶人员、操纵机构和综合信息显示系统构成用户域。

当前无人机系统的数字孪生技术应用还处于相当初期的阶段，才初步完成了无人机的仿真和操纵交互控制，智能化的要素远不能满足智能作战的要求。对照安世亚太《数字孪生体技术白皮书》中可以认为无人机系统基本达到了交互阶段，远没有达到像电影《安德的游戏》、即时战略游戏所描绘的那样的作战模式和场景。

无人机在可预见的未来

安世亚太认为，未来无人机的应用将逐渐向集群方向发展。但无人机目前的技术状态尚达不具备形成无人机集群的能力，在大规模的战争中应用范围有限。主要原因是通过无人机及其它途径传递到地面控制台的信息远没有人在现场获得的信息全面，它将大大限制无人机操纵人员的判断能力。另一方面，信息过多也会对地面操纵人员构成干扰。还有地面操纵人员间的差异，也会是形成无人机集群的障碍。因此，形成无人机集群的首要技术就是实现无人机及其数字孪生体的智能化，简化当前地面控制台对无人机控制。

在可预见的未来，如下的场景也许是无人机应用的标志性场景。

1）有人、无人混合编队

飞行员进入座舱，启动飞机配置的无人机管理模块（即无人机数字孪生体），输入无人机No1、No2、No3、No4的管理密钥。

“1号、2号、3号、4号，与我组队！”。

“1号，明白！”。无人机No1与长机建立加密数据通道。

500毫秒后，“2号，明白！”。无人机No2与长机建立加密数据通道。

1秒后，“3号，明白！”。无人机No2与长机建立加密数据通道。

1500毫秒后，“4号，明白！”。无人机No3与长机建立加密数据通道。

“出发！”。长机启动，滑行进入跑道；无人机No1、No2、No3、No4，启动依次进入滑行道准备起飞。

几分钟后，长机飞行员下命令，“切换雁形编队！”。

“1号，明白！”。无人机No1加速，同时向右滚转。

500毫秒后，“2号，明白！”。无人机No2加速，同时向左滚转。

1秒后，“3号，明白！”。无人机No3加速，并向右滚转。

1500毫秒后，“4号，明白！”。无人机No4加速，同时向左滚转。

几分钟后，无人机No1到达长机右后方；无人机No2到达长机左后方；无人机No3到达无人机No1右后方；无人机No4到达无人机No2左后方，形成雁形编队。

有人/无人混合编队是无人机编队自主作战的第一步。以有人机为核心，飞行员承担了编队中所有无人机的指挥任务。在这种模式下，当前的地面控制台，尤其是无人机数字孪生体，退化为有人机的一个软件模块，通过该模块完成无人机的控制；同时，无人机本身也具有了基本的自动飞行控制能力，能够将相关指令自动转化为一系列的飞行操作，这种能力实际上是在无人机本身也安装了本身数字孪生体，具有一定判断和推演能力。

2）无人机集群

在上述有人/无人混合编队的基础上，无人机数字孪生体功能进一步强化，达到能够完全自主作战的水平，可以形成纯无人机集群。典型的场景可能如下：

指挥员在屏幕前，下令：“无人机1至10听令，以1号为核心形成第一集群！”。

屏幕上依次显示无人机应答信息：“1号，明白！”、“2号，明白！”、“3号，明白！”、“4号，明白！”、“5号，明白！”、“6号，明白！”、“7号，明白！”、“8号，明白！”、“9号，明白！”、“10号，明白！”。

1号无人机与其它无人机建立通信信道；产生9对密钥，并向其它无人机分发。其它无人机发到密钥，通过密钥与1号无人机建立联系，完成集群组建。

若干秒后，屏幕显示1号机应答：“第一集群组建完毕！”。

指挥员将相关作战地图和计划发送给1号无人机。在屏幕前，下令“第一集群到3号指定区域集结！”。

1号无人机应答：“第一集群明白！”。

以1号无人机为首，依次起飞，集结，前往3号作战区域。

途中，指挥员下令：“第一集群注意防空雷达，采用低空突防模式！”。

1号无人机应答：，“第一集群明白！”。第一集群所有无人机降低飞行高度，进行低空突防，前往3号作战区域集结。

无人机集群的形成基础在于无人机所载的数字孪生体已经具有智能化的模糊推断、威胁判断等人脑所具有基本能力，例如：1号机能够自主产生密钥，并分发给组建集群的其它无人机，而不会扩大范围；能够理解“低空突防”这类专业化的复杂指令，并能够分解形成后续的一系列行动；集群内的所有无人机能够自主判断自动跟随1号机行动，并保持安全距离等。

安世亚太：无人装备及其数字孪生体发展畅想

 

安世亚太认为，在大数据、人工智能、数字孪生等信息技术的支撑下，所有有人装备都可以无人化，未来无人装备将是一个庞大的群体，包括：无人机（U**）、无人车（UGV）、无人船（USV）等，数字孪生技术是其实现和发展的重要支撑和组成部分，具有丰富、强大的功能，得到广泛应用。

畅想无人装备的发展可能包括如下三个阶段：

1）人机分离阶段

这个阶段是无人装备最低级的阶段，仅仅是实现了人机分离，即无人机当前的技术状态。在这个阶段，装备控制人员通过控制台和远程通信设备，对无人装备进行远程控制。无人装备数字孪生体仅具备基本的无人装备仿真能力，并作为控制强的后台。

2）简单规则阶段

这个阶段以有人/无人混合编队最为典型，无人装备能够根据本身所拥有能力，或获得的操作指令完成简单任务。在这个阶段，无人装备数字孪生体已经具有了基本的规则知识库，根据规则能够自主或依据简单指令控制无人装备完成简单任务。控制台弱化并消失，数字孪生体本身演化为有人装备或无人装备本身的一个有机组成部分。

3）模糊推理阶段

这个阶段以无人机集群最为典型。在这个阶段，无人装备已经高度智能化，能够理解指挥人员的复杂指令；能够根据本身、伙伴感知，以及传输来的外界信息，进行模糊推理得出在当前态势下的最优策略和行动，自主开展任务执行。在这个阶段，无人装备数字孪生体已经与无人装备高度融合，能够利用获得的信息向后推演，以寻求当前态势下的最优策略和行动计划。整个无人装备系统的应用达到像电影《安德的游戏》、即时战略游戏所呈现的状态。

更多关于数字孪生体技术在无人装备中应用的内容，请关注安世亚太与数字孪生体实验室联合发布的《数字孪生体技术白皮书（2019）》，安世亚太希望与您共同推动数字孪生体技术在中国的应用与发展。

关于安世亚太

安世亚太具有24年的研发信息化工业软件开发和服务经验、6年的工业品先进设计和增材制造经验，是我国工业企业研发信息化领域的领先者、新型工业品研制者、企业仿真体系和精益研发体系创立者，在国内PLM、虚拟仿真及先进设计领域处于领先地位，提出了基于增材思维的先进设计和智能制造解决方案，聚焦于打造以增材思维为核心的先进设计与智能制造产业链，以全球视野和格局进行资源整合、技术转化和生态构建。