美国空军X-62A验证机人工智能代理能力

前 言

2024年5月3日，美国空军部长弗兰克·肯德尔乘坐了X-62A，这是一架改装的先进验证机，用于测试人工智能代理在复杂飞行环境中的能力。X-62A验证机作为未来战斗机开发平台，是美国空军推动无人驾驶和人工智能技术发展的重要一环。

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一、X-62A验证机的背景与演变

X-62A的全称为“可变稳定性飞行模拟器测试飞机”(VISTA)，该机源自美军F-16D战斗隼，由美国通用动力公司和Calspan公司合作改装而成，后升级了Block40航空电子设备。最初，这架飞机被命名为NF-16D，随着技术的不断发展，尤其是在2021年6月升级后，它被重新指定为X-62A，并成为天空博格项目的一部分。天空博格是美国空军致力于无人驾驶飞机自主性开发的重要计划，而X-62A是这一计划的关键飞行平台之一。

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VISTA在2019年初获得新涂装后不久在加利福尼亚州爱德华兹空军基地上空飞行。2021年6月14日,该飞机从NF-16D重新指定为X-62A。

X-62A最初设计的目的是作为飞行员训练平台，能够模拟各种战斗机的飞行特性。随着任务需求的不断增加，X-62A的角色也逐渐扩展。其开放系统架构使得飞机能够快速集成新技术，特别是在自主控制和人工智能领域的应用。通过不断的升级，X-62A不仅保留了作为训练平台的功能，还成为测试和验证新一代飞行控制算法的重要工具。

美国空军对X-62A的最新升级包括Calspan公司提供的升级版VISTA模拟系统(VSS)、洛克希德·马丁提供的模型跟随算法(MFA)和模拟自主控制系统(SACS)。SACS系统的核心是Skunk Works企业级开放系统架构(E-OSA),为企业任务计算机版本2(EMC2)或“爱因斯坦盒子”提供支持。其他SACS组件包括先进集成传感器、多级安全解决方案以及驾驶舱中的一组Getac平板电脑显示器。这些组件增强了VISTA的快速原型设计优势,允许快速更改软件以增加飞行测试频率,并加快人工智能和自主开发的速度。

二、天空博格先锋(Skyborg Vanguard)计划

Skyborg Vanguard项目由美国空军研究实验室(AFRL)主导,其核心在于基于卷积神经网络等类型的算法,为可消耗型无人机开发能够使其作为人工智能副驾驶或实现自主驾驶的人工智能软件套件系统,以构建无人-有人机协同或者无人机集群作战能力。

通过与X-62A的结合，Skyborg Vanguard项目得以加速推进。X-62A不仅是技术测试的关键平台，还为Skyborg Vanguard计划提供了一个现实的飞行测试环境。通过与X-62A的集成，Skyborg Vanguard可以在实际飞行条件下测试其算法，并通过快速原型设计不断优化系统性能。这种快速迭代的方法确保了Skyborg Vanguard能够快速适应战场需求，并在短时间内部署到实战中。

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2022年8月3日,美国空军试飞员学校和Calspan公司的机组人员在加利福尼亚州爱德华兹空军基地对X-62A进行操作

三、首次AI驱动的飞行测试

2022年12月1日至16日，美国国防部在加利福尼亚州的爱德华兹空军基地进行了为期两周的12次飞行测试，参与机构包括美国空军测试中心、空军研究实验室(AFRL)以及国防高级研究计划局(DARPA)。在测试中，X-62A分别由AFRL自主空战行动(AACO)和DARPA空战进化(ACE)项目研发的的人工智能代理控制，执行了一系列复杂的机动。

AACO的人工智能代理与模拟对手进行一对一超视距(BVR)交战,而ACE的人工智能代理与人工智能红队代理演示了视距内机动,即所谓的缠斗。测试结果显示，人工智能代理不仅在模拟环境中表现出色，还能够在实际飞行中成功应对各种复杂的战斗情境。

四、自主空战行动(AACO)

自主空战行动(AACO)是美国空军研究实验室的一个关键项目，旨在开发能够执行复杂空战任务的人工智能系统。AACO的核心在于利用深度强化学习和人工智能代理来实现无人机在空战中的自主决策。

在AACO的框架下，X-62A被用于验证人工智能代理在复杂环境中的表现。通过与模拟对手的对抗，人工智能代理能够不断学习并优化其战术，从而在实际战斗中提供更高效的决策支持。

AACO项目强调高保真模拟环境在人工智能训练中的重要性，该项目主要障碍之一是将复杂环境的建模和仿真集成到训练系统中，该团队选择了高级仿真、集成和建模框架(AFSIM)模拟环境，并在实战飞行期间转向实时、虚拟和建设性(LVC)架构。通过在模拟环境中积累大量飞行经验，人工智能代理能够在真实飞行中表现出接近人类飞行员的战术水平。

五、空战演进项目(ACE)

ACE项目是DARPA发起的一项旨在通过人机协作提升空中格斗能力的研究计划。ACE使飞行员能够专注于更大规模的空战,加速飞行员从飞机操作员到任务作战指挥官的转变。

自2019年ACE项目启动以来，ACE项目已经取得了显著进展，特别是在人工智能驱动的空战自主性领域。2020年，ACE项目的人工智能代理在虚拟空中格斗比赛中击败了人类飞行员，为后续的实际飞行测试奠定了基础。

X-62A在ACE项目中扮演了重要角色。2021年3月,DARPA宣布“空战演进”项目的第一阶段已进入中期,并取得了一些关键的阶段性进展,包括:人工智能在视距内/视距外多机场景中的虚拟空中格斗、人机共生飞行试验,以及对首架全尺寸教练机的初步改装;2022年2月,DARPA与Dynetics公司签订合同,启动“空战演进项目”第二阶段的第三技术领域,目标是开发并验证人工智能驱动的战斗管理能力;2022年10月,DARPA授予洛克希德·马丁公司一份价值1170万美元的合同,用于完成“空战演进”项目第二和第三阶段的第四技术领域的相关工作。

2022年12月，ACE算法开发人员将他们的人工智能算法集成到X-62A中，并在几天内进行了多次飞行。这些测试证明人工智能代理可以控制全尺寸战斗机进行复杂的空战机动，标志着美军人工智能代理在战斗机领域的应用进入了新的阶段。

六、空中格斗验证

2023年9月,X-62A进行了首次由人工智能控制的空中格斗,此后进行了大约二十次类似的飞行。这些人工智能代理从每次战斗中学习得非常快,以至于在Vista上测试的一些人工智能版本已经在空对空战斗中击败了人类飞行员。

至此，美国空军在不到三年的时间里,将人工智能算法从在计算机屏幕上控制模拟F-16进行空中混战发展到控制实际飞行中的F-16。而这也得益于X-62A验证机使研究人员能够简化项目,跳过计划中的缩比阶段,直接进入全尺寸试验,在实际飞行条件下提供反馈。

小结

X-62A验证机不仅是美国空军推动无人驾驶和人工智能技术发展的重要工具，也代表了未来战斗机开发的新方向。尽管美军基于X-62A验证机在人工智能代理方面取得了显著进展，但仍然面临许多挑战。例如，如何在复杂战场环境中保证人工智能的决策可靠性，以及如何在多机协同作战中实现人工智能代理的高效配合，都是未来需要解决的问题。尽管挑战依然存在，但随着技术的不断进步，X-62A将继续在未来战斗机的发展中发挥关键作用。

主要参考资料

[1]ACE Program’s AI Agents Transition from Simulation to Live Flight.[2]DoD artificial intelligence agents successfully pilot fighter jet.[3]AFRL, AFTC collaborate on future technology via weeklong autonomy summit.[4]NF-16D VISTA becomes X-62A.[5]U.S. Air Force Secretary Kendall Flies in AI-piloted X-62A VISTA.

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