2042 无人系统综合路线图（2017-2042）

本文来源:航天情报控制

1人工智能和机器学习

机器学习是人工智能中发展迅速的一个领域，在C2、导航、感知(传感器智能和传感器融合)、障碍物检测与规避、蜂群行为与策略、人机交互等诸多领域都有极大的潜力推动无人操作系统的发展。深度学习是一种很有前途的人工神经网络形式，它可以使用图形处理器(GPU)、传统CPU和定制的神经形态学芯片中的许多核心来学习数据中的模式和模型。AI和ML将允许开发能够独立学习和做出高质量决策的系统。这种学习能力将直接导致更高自主性的无人操作系统的开发，从而扩展和完善功能。此外，自主无人操作系统将大大增强战场空的意识，充分利用AI/ML辅助决策，将彻底改变战场空的管理和C2。

1.1挑战

虽然人工智能取得了很大的进步，但在无人操作系统中充分应用这些技术仍然存在一些挑战。虽然基于人工智能的系统安全、可靠性和信任仍然是活跃的研究领域，但人工智能必须克服关键的感知和信任问题才能被接受。政策和法律限制(包括国际限制)也必须演变。并购。s和TEVV必须彻底改变才能适应AI/ML的能力。无人操作系统在尺寸、重量和SWaP限制方面也有独特的技术要求。另外，目前很多AI数据处理平台都在云环境下运行计算，可能不适合在非通信环境下运行的无人操作系统。然而，随着行业领导者开发能够嵌入无人操作系统的云解决方案，未来的挑战可能会得到缓解。为了与人工智能和机器学习解决方案建立信任，有必要确定自主无人操作系统的改进TEVV和人类演示。

数据质量是AI/ML集成到无人操作系统中必须解决的另一个问题。质量数据是自动分析的基础，并做出支持操作的后续决策。质量不仅在来源/收集点受到影响，而且在系统将其转换成各种可解释的形式时也会受到影响。国防部必须建立和遵守企业数据标准，并对数据质量进行认真的企业评估。需要这些高质量的数据是为了提高自动化程度，支持机载战术处理、聚类技术、面向时间的决策，最终实现完全自治。

1.2前面的路

从短期来看，国防部应该加强与私营部门的联系，以便随着AI/ML解决方案的成熟，国防部能够获得最有希望的解决方案，并将其用于无人操作系统。许多AI/ML解决方案依赖大规模集成云技术进行数据存储、处理和分发。因此，国防部应大力发展云技术，并使其适应AI/ML解决方案的使用。要做到这一点，需要在整个服务范围内解决数据收集、标准化和共享问题。国防部还必须继续领导关于人工智能感知、政策和法律的国内和国际讨论。

中期内，AI/ML解决方案将在M&中实现:s、TEVV、SWAP的使用可能已经成熟，可以嵌入无人操作系统。随着AI/ML的发展，国防部应该投资增强现实和虚拟现实的接口，以增强无人操作系统和运营商之间的交互。国防部也需要继续支持和鼓励产业发展，维护AI/ML的开放架构，加强与工业界和学术界的伙伴关系以获取利益。我们应该改进TEVV，演示自主无人操作系统的终极控制，解决智能机器可能对人类造成危险的担忧。从长远来看，深度人工智能的进步将允许应用的发展，使人类操作员能够控制无人操作系统并持续感知它们。人工智能和计算机的发展将使机器系统(包括无人系统)在学习和决策方面具有类人智能。

2提高效率和效力

增强的自主性将使无人操作系统能够执行更多的任务，这将直接提高操作能力。更大的自主性将不再需要人工操作员的持续输入。这使得在更高层次上同时控制或监督多个无人值守资产成为可能，并通过减少操作员的认知负荷，允许操作员做出命令决策和执行其他高级任务来提高效率。特别是在复杂环境中，通过实现自组织、任务划分和活动协调，自治系统之间的机器对机器交互将提高效率。自治系统获取、处理和分析大型复杂数据集的能力，以及通过数据可视化向人类传达有价值的数据趋势或相关性的能力，对人类和自治系统都是有益的。这种类型的人机交互将允许人类做出更明智和更好的决策，并通过提供频繁的系统反馈来增强自治系统的学习过程。最后，提高自主性会提高无人操作系统的决策速度，使无人操作系统执行决策任务的速度快于人类的反应时间，从而大大提高其在导弹防御等各种任务领域的作战能力。技术进步对提高无人操作系统的效率和效能对未来军事发展至关重要。

2.1挑战

目前，通过提高自主性来提高效率和效力受到法律和政策、信任问题和技术挑战的制约。增加自主性将使无人操作系统能够执行以前只能由人类执行的任务。这些任务中最有争议的是致命武力的使用。支持无人操作系统的技术将使自主系统的开发和部署成为可能，自主系统能够以致命的力量独立选择和攻击目标。

在更大范围的操作场景中更频繁地部署无人值守系统也将从根本上改变军事训练要求、人员管理和武器结构。随着自治系统变得更加先进，研究、理解和记录它们与人类的相互作用将变得非常重要。操作员和指挥官需要对这些系统如何工作以及它们如何在各种操作环境中响应特定操作有很高的理解。通过对操作员和团队成员的有效培训，以及有助于提高对团队共同目标、各自角色和相互依赖方式的理解的机器的开发，人机合作带来的挑战将得到有效克服。人机团队在开发和运行过程中获得的经验将用于后续更自主系统的开发和运行。

2.2前面的路

未来几十年无人操作系统能力的扩展将在很大程度上取决于人类和自主系统在武器结构上的有效合作。在不久的将来，有必要在提高操作安全性和效率方面取得进展，例如空中的防撞和地面车辆的自动安全功能。

从中期来看，自主算法、改进的传感器和计算机处理能力将改善人与机器之间的合作，从任务级支持到操作支持，并允许机器直接协助人类进行各种操作。比如在无人系统中，改进后的自主级别会使无人操作系统具备前导-跟随的能力，即后方半自主车跟随指定的前导车进行后勤护航作业。同样，自主的“机器人僚机”可以伴随有人驾驶的飞机，并作为地面战斗车辆、水面舰艇和水下舰艇的成员。

最后，从长远来看，人类将建立一个拥有几乎完全自主的无人操作系统的团队，在对抗的环境中执行操作。这可能包括UAS通过ISR或空支持士兵的异类蜂群。

3信任

信任是复杂的、多维的。因此，从开发阶段到系统生命周期的所有阶段，必须通过对代表行为和功能的关键指标的持续评估来建立对自治系统的信任。广泛的保证有助于促进信任，不仅对操作员和指挥官，而且对设计者、测试者和立法者以及所有公众。此外，自治系统必须在运行时表现出透明度，解释决策和行动，并以简洁和可用的形式向操作员传达目标和计划。以这种方式与操作员建立信任将确保人的权威保持在自治系统任务批准的中心，并确保有效的人机合作。如果操作员/指挥官和自主无人系统之间没有足够的信任来以高度一致的方式工作，这些系统将不会用于任何任务。

3.1挑战

战斗人员和公众缺乏信任是国防部可持续发展和使用无人操作系统的主要障碍。联合国禁止部署具有致命能力的自主系统的国际努力凸显了这种不信任。此外，人工智能在道德思维方面的能力存在技术缺陷，这可能会限制公众对为军事能力开发的自主无人操作系统的信任。在军事武器可能遇到的各种场景中，人工智能目前无法一致实现情境伦理推理。鉴于这一局限性，当越来越多的无人操作系统被广泛部署时，确保人的权威、问责制和维护C2的能力是非常重要的。

3.2前面的路

国防部将继续更新现有作战指挥框架(OPORD)和协作任务，包括无人操作系统的任务指导和验证。此外，对军事任务的分析可以确定哪些道德要求需要人类决策者的输入。这种类型的思维应该适用于提议/计划的自主无人操作系统。最初的MOM-T学习活动可以探索人机集成的几个元素，以建立信任的基础。

这一领域的成功将使指挥官、决策者、立法者、公众和其他利益攸关方对道德框架充满信心。以人为本的无人系统的战术任务和这些系统的整体性能能够并且将会满足ROE和LOAC的所有道德要求。

4武器化

在考虑武器化系统的具体应用时，于2012年11月签署了DoDD)3000.09《武器系统自主性》，制定了政策并分配了职责，以规范武器系统(包括无人平台和有人平台)中自主功能的开发和使用。它规定，自主和半自主武器系统的设计应允许指挥官和操作员在使用武器时做出适当的人类判断。国防部3000.09还要求那些授权、指示或操作自主和半自主武器系统的人根据战争法、适用的条约、武器系统的安全规则和适当的交战规则谨慎行事。美国国防部第3000.09号已进行强制性定期更新，包括行政变更(变更1，2017年5月8日)，但预计更实质性的更新将于2017年底完成。在公布这一实质性更新后，预计将涉及对定义和流程的描述，而不是政策主旨的改变。

目前国防部还没有一个自主的武器系统，能够独立于人类操作者的输入，对目标进行搜索、识别、跟踪、选择和接触。目前这些任务很大程度上依靠操作人员通过远程操作来完成，也叫“远程操作”。未来，武器化将是任务集中的关键能力，其中无人操作系统将用于直接支持从事危险任务的部队。

4.1挑战

在公共和国际外交领域，相关国家、非政府组织和人工智能专家呼吁立即加紧努力，确保制定一项国际条约，限制发展、部署和使用能够自动定位、选择和攻击人类目标的武器系统。针对《特定常规武器日内瓦公约》缔约国的关切，联合国日内瓦办事处在2014年、2015年和2016年举行了致命自主武器系统(法律)非正式专家会议。《常规武器公约》设立了一个政府专家组，该专家组在2017年以更正式的方式讨论了法律问题。第二次会议预计于2018年8月27日至8月31日举行。如果对自主武器系统施加这种限制，如果美国采取相应行动，这项禁令将严重限制发展和使用致命自主武器系统的能力。

4.2前面的路

短期内，各部门和机构间工作组将继续处理与法律法规有关的各种外交、政策、法律和执法问题。为了通报这些工作组的工作部门，组织部队未来发展，通报国防部3000.09号最新情况，国防部副部长兼参谋长联席会议副主席委托进行了为期90天的法规和人工智能评估。此外，2018-2022年国防规划指南包括自主武器的发展方向，未来的部门武器规划指南可能包括关于这一主题的指导。

中长期来看，高度自治的无人操作系统发展将会迅速壮大，装备武器成为可能。随着人工智能能够实现越来越复杂的机器响应能力，这些进步将会到来。这些系统将与战斗人员一起部署，并专注于高伤亡概率的任务。集成AI的无人操作系统，作为僚机或队友，拥有致命武器，可以跟踪位置，保证蓝军的财产安全，同时执行大部分与目标识别、跟踪、威胁优先、攻击评估相关的动作，将人类队友承担的风险降到最低。这种自动化水平将减轻与目标相关的任务级活动对操作员的负担，使操作员能够专注于已识别的威胁和决策参与。

C2

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