無人機蜂群與作戰雲構念

Drone Swarms and Combat Cloud Construct

本文同時刊登於《新新季刊》– by Reed Chang April 2022 

最近的國際時事新聞，透露些許無人機在戰役中的角色及其不須顧慮人員安全而決戰於百里之外的驚人功能— 無人機的應用勢必為未來電子戰(electronic warfare)的關鍵能力(key capability)之一。

航空周刊於2021年報導，英國皇家空軍(Royal Air Force, RAF)已規劃將作戰雲(combat cloud)及無人機蜂群能力(drone swarm capability)導入服役，積極加速進入網路戰(networked warfare)新世紀的步伐[9]—無人機蜂群及作戰雲構念的運用，將是未來戰場的發展趨勢。

RAF所發展的「Nexus 作戰雲」可應用於陸、海、空的平台，具有傳輸和接收來自多重感測器(multitude of sensors) 訊息的能力。同時，RAF全力發展應用於C2系統 (command-and-control system) 的「Alvina蜂群無人機平台」(Alvina swarming drone platform)能力，可以同時協調飛行20架無人機系統，發揮誘導與干擾敵人空防的功能。

Nexus作戰雲源自英國皇家空軍空中資訊實驗計畫(Air Information Experimentation program)。利用筆電或平板，所有使用者可即時操作共同的畫面及Nexus地面站(ground-based Nexus node)滙集自四面八方的資訊。

Nexus已於2020年9月放入太空，以微虛擬伺服器(microvirtualized server) Raven為樣板，可以分送數據，包括自雷達滙入及由Nexus傳送到各接收器。使用Nexus的各平台，不需配備寬頻連結(broadband connections)處理大容量數據，只在需要時取用處理過的數據即可。

隨著Nexus, RAF同時和業界發展無人機蜂群能力，如Blue Bear, Callen-Lenz, Leonardo和英國國防科技實驗室(Defense Science and Technology Laboratory)。Alvina已經測試由廉價的20架無人機組成的無人機蜂群，並選定威脅系統驗證其能力，以達到「輝煌成果」(brilliant effect)為目標。RAF官方三緘其口，沒透露該系統將如何精進與演變，僅輕描淡寫表示：無人機是最容易的部分，關鍵在蜂群技術是跨無人機平台的。

有一個有關蜂群概念的提案是：應用噴射推力的無人機飛於戰機群之前抵擋敵人空防，為戰機製造防禦缺口，讓戰機安然穿越。當戰機要脫離該區域時，再由低速的無人機隨後補上。RAF有一機群(squadron)用來測試蜂群能力(swarming capability)，並預定將此能力帶到最前線。RAF已超前考量電子戰所需的能力，積極螺旋式發展(spiral development)中，預估2023年前即可實現[9]。

無人機蜂群及運用

無人機蜂群—Drone Swarms，SWARM為“Smart War-Fighting Array of Reconfigured Modules.”—「重構模組智慧作戰陣列」的英文簡稱[1]，此為科技產品命名的智慧，亦為接軌國際先進科技的要項之一[6]。

並不是一群無人機完成聯合任務就叫做蜂群戰術(swarm tactics)。對於大量使用無人機平台，然在群組內部並無使用通訊及自主能力的行動和無人機蜂群是要加以區分的。人工智慧及機器學習(machine learning)科技的進展，使得無人機在蜂群的應用逐漸成形，也因此導致作戰行動(combat operations)的變革。無人機蜂群能力主要是基於群組間的通訊及異於一般無人機的自主性(autonomy)。

早於2000年，學者定義蜂群戰術是沒有固定構形的，然必定是具精心架構、協調及具策略性的，可以從各方向藉持續的武力或火力脈衝(sustainable pulsing of force or fire)，從遠處逐漸進逼。無人機蜂群的組成單元，可以快速分享資訊並互相協調行動(share information and coordinate their actions)，彼此從不同方向進行攻擊，具有個別或集體行動的能力，視需要聚集(concentrate)或分散(disperse)[1,7]。

無人機蜂群具有別於一般無人機的特殊屬性：無人機蜂群必須在既定的任務目標下擁有自主能力。經參考相關文獻，未來無人機蜂群能力及影響其在軍事行動運用(drone swarm employment in military operations)的主要因素，集中在以下四個議題[2-3, 8]。

第一、數量龐大(size)。有一定律：蜂群無人機數量愈多，能力愈強。例如，數量多可以在大範圍辨認更多的目標。數量大可以在攻擊行動中增加存活率，失去部分不致於嚴重影響整個機群的任務進行。

第二、多重功能(diversity)。無人機蜂群不必使用相同的機型和數量，可以包含不同能力的大、小無人機。不同無人機的組合可以提高能力等級達到協同合作的效果。目前，無人機蜂群主要由小型且相同的無人機組成。未來將是多域無人機蜂群(multi-domain swarms)，可運用於陸、海、空和其他系統。無人機蜂群可依其個別能力，扮演不同的角色。例如，有的負責攻擊，有的負責偵測並收集戰役損傷評估(battle damage assessment)，將資訊傳至指揮部。

第三、自動重構(self-configurability)。無人機蜂群可彈性組合構形，提供指揮官視需要增加或移去無人機，以配合特定任務的需求。指揮官可增加無人機的功能，如增加感測器、武器或其他能力。在極端特殊情況下，還可合併蜂群，滿足作戰行動變化時，快速反應決策(quick and decisive response)的能力。

第四、自動完備(self-perfection)。由於無人機蜂群必須在機群間持續通訊，很容易受到電子干擾而影響到整個蜂群。當通訊中斷，無人機失去訊息分享的功能時，蜂群即無法完整運作。此電子弱點的傷害性取決於蜂群的組成。蜂群中可特地設計能應付通訊中斷的無人機。通訊無人機(communication drones)可以充當中繼站以分享資訊，提供另一通訊通道，亦可單純用來偵測無人機阻塞情況或發出撤離命令。

作戰雲構念

2016年美空軍發表未來數據分送(data distribution)與資訊分享(information sharing)網路的願景，稱為作戰雲(combat cloud)。

作戰雲運作概念為，在戰場中一個包羅萬象、緊密關聯的網路數據分送與資訊分享，讓每一個使用者、平台或節點，能公開傳送或接收重要資訊，並可橫跨整個軍事行動(across the Range Of Military Operations, ROMO)使用所有資訊。

作戰雲是一個使美空軍和國防部在追求決策優勢(decision superiority)和多域指揮管制(multidomain command and control, MDC2)一致化必要的智慧構念(如示意圖)。

作戰雲架構(combat cloud architecture)運用於多域指揮控制系統(MDC2)時，一方面增進現有網路的內部運作，另一方面建立新的網路，即時資訊能快速往返於戰機和決策者之間。運用於未來戰場，指揮官可以和全球其他參與行動者，以同樣的速度取用資訊。如果無此能力，指揮控制情報(C2 and intelligence)系統將趕不上作戰時資訊增加的速度。

基於此構念(construct)，在開放且可調適的資訊系統下接收與整合數據的能力，將顯著增進C2 (command and control)和美軍及其盟國橫跨整個軍事行動(across the ROMO)的靈活度(agility)。

再者，未來如能發揮作戰雲功能，聯合作戰指揮官可以獲得最優資訊，並轉為最優知識，作最優決策，比對手更快反應與執行，此即決策優勢。決策優勢能讓聯合作戰指揮官充分利用「量更多，質更優」的資訊，發揮MDC2系統功能，行動快速決斷而制敵機先(preempt the enemy with decisive action)。

作戰雲是一個智慧架構(intellectual framework)，未來將提供涵蓋美空軍、國防部及支援政府部門間網路能力的獲得與發展[4-5]。

他山之石 憧憬未來

本文所舉之例為英美近四年來所公開的資訊，如參考文獻，對我們而言尚屬新知 — 他山之石，可以攻錯，參考實作，憧憬未來。

然而目前看來，期待無人機蜂群應用於作戰行動中似乎還有一段距離。公開表演不是蜂群技術，那只是執行應用演算法寫好程式的程序。幾年前，俄羅斯空軍基地、敘利亞沙漠攻勢及沙烏地阿拉伯煉油廠的無人機攻擊事件，也都不屬於無人機蜂群。這些行動雖然涉及大量無人機的使用及協調，但在執行任務中並無通訊與合作，只能叫做無人機雛形蜂群(drone proto-swarm)。

現今階段，真正在作戰行動中運用無人機蜂群及作戰雲的情節尚未上演。不過，科技會一直進步，新軟體會隨時面世。本文旨在激發思考，拋磚引玉，期望此兩者尖端科技在軍事行動的應用上，我們能跟上國際研究創新的腳步，以提升國家防衛能力，增進人們生活福祉。

參考文獻

[1] Arquilla, J., & Ronfeldt, D. (2000). Swarming and the Future of Conflict. RAND Corporation, National Defense Research Institute.

[2] Ekelhof, M., & Paoli, G.P. (2020). Swarm Robotics. Technical and Operational Overview of The Next Generation of Autonomous Systems. United Nations Institute for Disarmament Research.

[3] Grimal, F., & Sundaram, J. (2018). Combat Drones: Hives, Swarms, and Autonomous Action? Journal of Conflict & Security Law, 23(1), 105–135.

[4] Arquilla, J., & Ronfeldt, D. (2000). Swarming and the Future of Conflict. RAND Corporation, National Defense Research Institute.

[5] Rajesh Uppal. (2021). US DoD Developing Tactical Cloud Computing for Battlefield, or Combat Cloud for Targeting and Localization and Persistent Surveillance. International Defense, Security & Technology Inc. CA, USA.

[6] Reed C. (2020). Joining the Global Conversation on Advanced Technology. Yi-Guang News, No. 825. Nov 1, 2020. Public Relation Division, NCSIST.

[7] Scharre, P. (2014). Robotics on the Battlefield, Part II: The Coming Swarm. Center 17 for a New American Security.

[8] Tadeusz ZIELIŃSKI. (2021). Factors Determining a Drone Swarm Employment in Military. Akademia Sztuki Wojennej War Studies University.

[9] Tony Osborne. (2021). Drone Swarms and Combat Cloud Prioritized in RAF Road Map. Aviation Week & Space Technology, Aug 9-29, 2021.