AI大战F-16飞行员，5:0完胜的背后意味着什么？美国啥意图

原创 孙磊东 航空知识

输了！人类在与AI操控战斗机的对决中，0:5大比分惨败！

2020年8月底，在美国国防部高级研究计划局(DARPA)举办的“阿尔法狗斗试验”(AlphaDogfight)决赛中，美国Heron Systems公司的AI算法在虚拟空战中，以5:0的压倒性优势击败了驾驶虚拟F-16战斗机的人类飞行员。指挥官Mock表示，AI在试验中表现出了“超人的瞄准能力”，尽管这些试验并不能“确定”AI飞行员未来的能力和可行性，但我们现在拥有了在特定区域和特定情况下工作的AI，这是一次巨大的飞跃。

美国AlphaDogfight选拔赛

DARPA开展“AlphaDogfight”试验的目的，是为了测试AI算法进行空战的能力，以便于“空战演化”(ACE)项目的顺利开展。ACE项目旨在建立人类飞行员对AI的信任，为美军提供未来有人-无人协同所必需的复杂的自主能力，实现真正意义的空战自动化，从而推动DARPA“马赛克战”战略的实施，打造未来战争新样式，重塑美国的军事竞争力。

“阿尔法狗斗试验”过程

因此，AI在模拟空战中以5:0完胜F-16战机飞行员，不仅仅是AI又一次在“空中”战胜了人类，开启了一个新的篇章，背后更是深刻体现了美军应对大国博弈的最新作战理念与思想。特别是今年2月，美国战略与预算评估中心发布了《马赛克战：利用人工智能和自主系统实施决策中心战》研究报告，说明AI在未来战争中的关键作用。今天，我们就来看看AI在美军的未来战争设计中究竟是一个怎样的存在。

一

“阿尔法狗斗”试验与ACE项目

“阿尔法狗斗”试验的出现，要从DARPA的“空战演化”项目说起。

2019年5月，DARPA宣布启动“空战演化”项目(Air Combat Evolution，ACE)，旨在发展空中视距内(WVR)机动(近距格斗)自主化能力(利用逐渐过渡到真实的平台，先用仿真环境，再用小型商用飞行器，最后使用具有代表性的作战飞行器)，提高作战人员对自主化作战的信任，实现自主系统的空中格斗，弥补当前可信的简单物理自动化系统与未来所需的非线性交互式或复杂系统之间的差距，从而为实现DARPA的“马赛克战”(Mosaic Warfare)奠定基础。

ACE项目定位

什么意思呢？在复杂自主系统领域中，所需的作战行为具有高度的复杂性和不确定性，非常规的作战行为可能出现在无人操作的自主系统中，导致不确定性和缺乏信任感。为了让人类开始完全接受这些系统，信任应该通过有限制、透明和可预测的行为来建立和扩展，同时仍然保留未来新颖性和态势适应的潜力。只有在人机战术共同进化之后，人工智能才会被鼓励超越有限、可预测的行为，实现其在日益复杂的战场上提高性能的真正潜力。

也就是说，ACE项目将通过难度日益增大且日益逼真的任务，提高近距离格斗算法自主性能及飞行人员与自主系统的磨合，使人类飞行员确信了AI算法在处理受限的、显而易见的、以及可预见的行为上是值得信赖的，这样人与机器智能体之间才能具有校准的信任和依赖级别的协作交互。

ACE采用自下而上的方法

ACE项目将采用自下而上的方法，通过4个技术领域，逐步实现预期目的：①研发用于局部行为（个体和编队战术行为）的自主作战系统（构建近距离空战算法）；②设计实验方法，用于模拟和测量飞行员对空战格斗中自主作战系统的信任（测量信任度）；③在全局行为中使用并信任自主化系统（扩大至马赛克战应用范围）；④建设具有作战代表性的全尺寸飞行器实验基础设施（提供全尺寸飞行器演示）。

为了ACE项目的顺利开展，DARPA决定开展一次单独的、范围有限的试验，着眼于ACE项目首个技术区——为1对1空战实现个人战术行为自主化，“阿尔法狗斗”试验由此产生。DARPA希望通过试验，在空战模拟与博弈社区中寻找顶级算法研发人员，帮助奠定AI空战原理的基础，从而可以根据项目进程在此基础上进行改进。所以，“阿尔法狗斗”试验只是ACE项目的铺垫比赛，而不属于ACE项目。

ACE项目各技术领域间的关系

AlphaDogfight选拔赛在2019启动，共选择8支团队参加试验，旨在演练执行可视范围内的模拟空战AI算法。前两次选拔赛分别在2019年11月和2020年1月举办，决赛于2020.8.18-8.20日在线上举行，美国Heron Systems公司的AI算法斩获冠军，并与戴着AR眼镜的人类F-16飞行员在空战模拟系统中展开角逐，最终以5:0完胜人类飞行员。

已退役的空战专家GeneLee上校在空战模拟器中与ALPHA对战

这不是AI第一次在比赛中击败人类战斗机飞行员。2016年6月，辛辛那提大学开发的Alpha AI人工智能与美国空军上校吉恩·李通过空战模拟器对战，Alpha AI大获全胜。但这次DARPA的模拟对战显然更加重要，因为是在一个高度结构化的框架内，让不同的AI智能体互相竞争，最后才与人类飞行员竞争。

2020增刊

预售开始！

美国空军的ALPHA空战系统

毫无疑问，“阿尔法狗斗”试验的成功，证明了先进算法在虚拟空中格斗中胜过人类的能力，使DARPA距离在空战中实现有效的人机协作上又迈出了一步，而这正是美国空战改革计划的目标。多年来，五角大楼一直致力于更好地利用人工智能和类似技术，为与实力接近的竞争对手开战做准备，虽然这项技术离取代人类飞行员还很远，不过仍然成为美军2017年提出的重塑军事竞争力的“马赛克战”概念的重要组成部分。

二

ACE项目与“马赛克战”

那么，DARPA提出的“马赛克战”又是什么呢？

为了美军在与大国竞争战略交锋中，避免受到精确制导武器、空天武器、网络电磁攻击等作战手段的威胁或打击的现实问题，美国国防部高级研究计划局(DARPA)于2017年开始提出“马赛克战”(Mosaic Warfare)，并于2019年发布报告正式提出概念，以重建美军力量体系和创新作战方式。

美国重点作战概念发展动态

“马赛克战”试图打造一个由先进计算传感器、多样化集群、作战人员和决策者等组成的具有高度适应能力的弹性杀伤网络，将观察、判断、决策、行动等阶段分解为不同力量结构要素，以要素的自我聚合和快速分解的无限多种可能性来降低己方脆弱性，并使对手面临的问题复杂化，从而制造新的战争“迷雾”。这一理念汇集了作战云基础设施、多域指挥与控制、忠诚僚机等多个作战概念，体现了美军应对大国博弈的最新作战理念与思想。

马赛克战概念及其演变

什么意思呢？传统的军事组织就像一个拼图游戏，每一块拼图在更大的拼图中只能放在一个合适的位置；而未来的组织需要更像马赛克，一组小的构建能以各种方式组合在一起，形成无限丰富的图案。“马赛克战”是一种并行、大区域、机器速度(AI速度)的组合式作战方式，可以从认知层面碾压线性对手，打破了美军传统装备综合集成、要素固定等认知理念，将作战平台的功能分解到更多数量的节点，使每个节点可以作为一个功能单元，再将其进行马赛克式的组装，连接形成多个同时的杀伤网，实现战斗力的提升。

“马赛克战”作战示意简图

“马赛克战”的优势在于：①指控通信计算机情报监视与侦察（C4ISR）和打击等各项职能被分散在各个作战域的多种多功能平台，作战体系可以自主扩展和适应变化，实现去中心化的多域联合作战能力；②体系中避免了出现薄弱关键节点，使整个体系在部分作战平台被消灭、干扰或调离后依然可以维持作战能力；③充分借助智能化的决策工具，加快“观察—判断—决策—行动”循环（OODA），可进一步实现以决策为中心，使美军能够比对手更快、更高效地做出决策。

美军海上综合火控-防空(NIFC-CA)杀伤网示意图

DARPA在2019年就实现“马赛克战”能力为核心，重点寻求马赛克技术、马赛克效果网服务、马赛克试验、基础战略技术的理论创新和技术突破等４个领域。其中，马赛克技术方面重点强调为相关指挥人员开发自动辅助决策工具，针对平台开发跨系统的互操作性技术，以及解决数据资源管理和任务目标的规划；马赛克效果网服务重点发展感知以及非动能效果方面的能力；马赛克试验方面，拟寻求集成技术和方法来实现各种模拟与仿真和试验环境的互操作；基础战略技术重点解决，包括能够大幅减少系统的尺寸、重量、功率或成本的技术，允许适应性和/或快速更新的技术，提供能够提高系统级性能潜力的技术。

DARPA和空军相关项目布局图，其中空战演进(ACE)、分布式作战管理(DBM)、自适应杀伤网(ACK)、“分解/重组”等项目均是DARPA支撑“马赛克战”的项目。

不过就目前而言，“马赛克战”概念属于前瞻性研究，转化为现实成果的前景未知；而且推动“马赛克战”会打破原有军队体制，现阶段也难以实现。但从其设想和目标来看，若“马赛克战”能够实现，必将对未来作战样式产生颠覆性的变革。而ACE项目正是DARPA发展“马赛克战”的一个具体切入点，ACE项目一旦实现，将弥补目前物理自动化作战系统不足，成为“马赛克战”能力实现的关键支撑。至于“阿尔法狗斗”试验，则是ACE项目顺利实施的重要铺垫，将为空战项目奠定基本的人工智能元素。

“马赛克战”在作战周期内要解决的问题示例

总的来说，“阿尔法狗斗”试验不仅仅是AI又一次在“空中”战胜了人类，开启了一个新的篇章，背后更是深刻体现了美军应对大国博弈的最新作战理念与思想。虽然“马赛克战”目前只是概念，其实现还存在困难，但通过新技术、新概念对现有装备、平台、系统进行1+1>2的整合，“马赛克战”高适应性、战法多变的作战概念，将对我军现有的传统防御能力造成巨大挑战，值得我们重视。

参考文献：

[1] 郭渊斐,徐文龙,赵玉亮. 美军“马赛克战”的发展及对我军智能化建设的启示[J].海军工程大学学报(综合版),2020,17(01):24-28.

[2]李磊,蒋琪,王彤. 美国DARPA空战演变项目分析[J].飞航导弹,2020(04):52-58.

[3] 李强,王飞跃.马赛克战概念分析和未来陆战场网信体系及其智能对抗研究[J].指挥与控制学报,2020,6(02):87-93.

END

风上风云｜云端故事

原标题：《AI大战F-16飞行员，5:0完胜的背后意味着什么？美国啥意图》

阅读原文