2023年4月7日

【探索時分】F16戰鬥機AI將如何改變空中戰爭

人工智慧曾經以4比1擊敗韓國棋王李世石，也曾經以5比0擊敗美國飛行員。我們今天帶給大家的就是ALPHA DOG FIGHT——阿爾法空中格鬥大賽，看看人工智慧是如何擊敗美軍的？

研發科技，要一步一步來，人工智慧最後階段是要完全操控戰鬥機，達到無人戰機的目的。但一開始肯定不是這樣做，那麼第一步是什麼呢？飛行員培訓都是從模擬機開始了，所以訓練人工智慧也要從模擬機開始。這就是美國空軍的Alpha空中格鬥大賽。

項目早在2019年開始，美國空軍當時找了8個公司開發自己的人工智慧系統，這裡面很多都是初創小公司，我只取兩個比較有名的公司，一個就是洛克希德‧馬丁，另外一個就是喬治亞理工的人工智慧學院。這8個公司開發的人工智慧是基於模擬機訓練的。最後8個隊伍決出最終的勝者，這個勝者和美國空軍的王牌飛行員進行一對一的單挑。

勝者是誰呢？既不是洛克希德‧馬丁，也不是喬治亞理工，而是一個名不見經傳的小公司，叫做蒼鷺系統。該公司的人工智慧，據說進行了至少40億次的訓練，能取得這樣的成績也就不奇怪了。

在2020年10月份，經過了一年的開發和驗證，進行了由美國空軍和人工智慧的終極對決，在這場較量中，人工智慧取得了5比0的絕對勝利。

洛克希德‧馬丁對陣AI

兩個戰鬥機之間的狗鬥（Dogfight，空中格鬥）非常考驗戰鬥機飛行員作戰素養，在狗鬥中，雙方只能使用機槍，而你的機槍只能對你正前方的人進行射擊，所以你要想擊中別人，就意味著你必須咬住對方的尾巴，並且掌握好射擊的角度和時機，你才能將敵人擊落。

所以，在美國紅旗軍演以及各個項目中，狗鬥項目都是一個最基本的，也是飛行員最引以為傲的訓練項目。

人工智慧對決非常精采，五個小時的視頻都放在網上，感興趣的朋友可以去看一下。我現在播出的這一段，是半決賽洛克希德‧馬丁對陣AI的場面。有美國空軍的飛行員在旁邊做解說。

他說，這是一個非常經典的two circle fight，就是雙環戰鬥。我們從畫面就會看出來，這兩個飛機在互相咬著對方的尾巴，每個飛機自己的軌跡就是單環，（每一個戰鬥機各自劃了一個圓）就是兩個環。

美國飛行員在旁邊解釋，人工智慧做出這些選擇和飛行軌跡和美國有經驗的飛行員做出來的是一樣的。在模擬中出現了雙環機動，或者是單環機動。大家如果去看一些基本的飛行戰鬥訓練，這都是非常基本的戰鬥模式。

我們這裡稍微和大家解釋一下，什麼是雙環，什麼是單環。在飛行員格鬥訓練中，雙方的飛機交錯而過，比賽正式開始。這樣的場景我們在電影《捍衛戰士》（Top Gun，《壯志凌雲》）中就多次看到。也就是說比賽開始的時候兩架戰鬥機是背對著背向相反的方向在飛行。但是兩架飛機如果要用機槍進行決鬥，必須頭對著對方才能夠發射炮彈。所以這個時候雙方的戰鬥機要轉彎。

那麼有兩種情況。如果雙方的戰鬥機向同側轉彎，那麼每個飛機在轉過180度之後，雙方又恢復到頭對頭的情況。這個時候兩個飛機的飛行軌跡，從上面看就形成了一個圓，所以這叫做單環。還有另外一種情況，雙方的飛行員向不同方向轉彎。這個時候他們各自要轉過360度才能和對方相遇，從空中去看，每一個戰鬥機各自劃了一個圓，所以總共是兩個圓，這叫做雙環。

其實空中格鬥是一個非常有意思的事情，在單環機動中，決定因素是你的最小轉彎半徑，你的轉彎半徑越小，你就越能夠搶占有利位置。而在雙環機動中，你的轉彎速度越快，你就越有利。有一個專業術語叫做盤旋率。關於空中格鬥的一些技巧，我們以後有機會再帶給大家。但是我們從中可以看出來，你的飛機的優勢在哪裡，你就要因此採取不同的戰術。

美國飛行員在一旁解釋，洛克希德‧馬丁的AI在戰鬥中不斷變換格鬥模式，從雙環模式，變換成單環模式，最後又嘗試轉變成雙環模式，最終占據上風將對手擊落。這是半決賽，我們再來看一下決賽。

洛克希德‧馬丁公司對陣蒼鷺系統

決賽是由洛克希德‧馬丁公司對陣蒼鷺系統。我們看到，比賽開始時，兩架飛機擦著肩膀上的反方向飛行，黃色是洛克希德‧馬丁，綠色是蒼鷺公司。在屏幕上方，黃色標出洛克希德‧馬丁戰鬥機的飛行參數，包括高度、速度，左側綠色標出的是蒼鷺公司操控的飛機的參數。開戰僅僅17.5秒，雙方戰機迎來了彼此正面交鋒。雙方互射子彈，洛克希德‧馬丁被蒼鷺公司擊敗。

美國飛行員在一旁解釋，本來綠色飛機是也要向左旋轉，和洛克希德‧馬丁的飛機形成一個雙環戰鬥模式。但是經過計算之後，蒼鷺公司的飛機突然向右轉劃過一個圈，和洛克希德‧馬丁來了一個單環模式，搶占先機，率先將洛克希德‧馬丁的飛機擊落。

比賽的最終結果可能讓大家非常意外，洛克希德‧馬丁以4比16個大比分輸給了蒼鷺公司，獲得了亞軍。

F-16飛行員對陣蒼鷺人工智慧AI

最後，我們看到的是激動人心的人類大戰人工智慧，雙方使用了都是相同的戰鬥機，F-16。藍隊是由蒼鷺系統設計的AI，紅隊是美國F-16飛行員。總共進行了5場比賽。

我們現在看到的是第三場比賽，人工智慧已經二比零領先。比賽開始，雙方飛行員選擇了單環決鬥，很明顯，人工智慧的槍法更準，我們看到屏幕下方的血條，黃色的人類飛行員只剩下一點點，而綠色的蒼鷺人工智慧還剩下三分之二。

在第一次交會之後，本來人類飛行員利用自己的機動優勢，在位置上獲得優勢，但是被人工智慧一頓操作，並沒有找到開槍的角度。在相交之後，反而被人工智慧的飛機咬住了尾巴。我們看到黃色飛機在前面飛，綠色飛機在後面緊緊咬住，為了躲避綠色飛機的追擊，黃色飛機由人類操作，不得不連續做出剪刀機動。剪刀機動，飛機在空中螺旋前進，從俯視圖看，就像是剪刀一樣在做☞字型軌跡，是在格鬥中由防守一方做出的，用來擺脫敵人，但是我們看到綠色的人工智慧飛機死死地咬住，最後還是將黃色戰機擊落。

在前四次交鋒中，這樣的情形大同小異，人工智慧在狗鬥中完全占據上風。在第五次對決中，飛行員在比賽開始前對主持人表示，這次，他要採取一些不規則的作戰方式。

雙方一開局依然採用的是單環機動，然後就是美國飛行員黃色飛機，採取一些不規則機動。在雙方第一次會機時，沒有承受任何損失，之後，黃色飛機和藍色飛機來了一個螺旋下降，我們可以看到，高度不斷下降，從15,000英尺，下降到10,000英尺、下降到5,000英尺，最後下降到3,000英尺，兩架飛機相互咬著，彼此螺旋下降。這樣一個場景，我想很多朋友心裡不會陌生，在電影top gun中，湯姆‧克魯斯就和goose來了一次螺旋下降。

在整個機動過程中，我們注意，兩架飛機他們的過載都達到了9G以上。這幾乎已經超出人類的極限。在現實生活中是很難做到這一點了，連續9G以上的過載，你身體受不了，並且會發黑失去視覺。

（G力：加減速或是進行非直線動作時即會產生正或負的重力（G））

我們可以看到視頻中，雙方飛機繼續下降，高度竟然降到了只有1,000多英尺。但是局勢上依然是綠色的人工智慧飛機緊緊咬住人類的黃色飛機，最終綠色飛機將黃色飛機擊落，結束了這場人類與人工智慧對決。

空中作戰：人工智慧最終將替代人類

我們從美國的這一系列阿爾法狗鬥就能看出來人工智慧比人類強大，並且最終將替代人類的幾個重要原因。

第一個原因，就是人工智慧，它沒有物理極限。人工智慧承受過載是無限制的。一般來說，普通人，一般兩到三個G就不行了，你去玩過山車，一般都是一個G到兩個G左右。像美國的戰鬥機飛行員，F-16、 F-22，它的飛行員能夠承受9個G的過載。

但是人工智慧不一樣，它沒有任何限制，它的極限就是你飛機機體的侷限。我們拿F-16為例子，我之前看美國有一個頻道getting Smart everyday，他去了美國空軍雷鳥飛行特技表演隊，飛行員帶他體驗下F-16 飛機9個G是什麼樣的，結果他到7個G的時候身體受不了了，意識模糊了。

飛行員告訴他，人類承受目前的極限是9個G，F-16的極限並不在這裡。如果沒有人的話，它能輕鬆超過10G的過載。那麼如果以後是AI操控飛機，沒有人類在上面了，那就意味著飛機可以做出更多複雜更高難度的動作來，只要機體強度能承受住，它就可以做出來。

第二個原因，人工智慧通過不斷地學習和實踐中的計算，能夠找到當前作戰的最優解。戰鬥中千鈞一髮，飛行員很多時候是憑藉自己的直覺和經驗，做出判斷。但有的時候差距就在那零點幾秒上。人工智慧通過大量計算，就能在絕大多數情況下得到比人類更優秀的作戰方案。這就是為什麼，下圍棋人類下不過人工智慧，飛機打仗現在人類也打不過人工智慧。

第三個人工智慧替代飛行員的重要原因，就是在某些至關重要的細節上，人工智慧往往處理得比人類更好。在這次Alpha狗鬥中，一個至關重要的因素，就是在頭對頭碰面中，開槍的時機。那蒼鷺系統設計的人工智慧，在每一次和人類的頭對頭對戰，甚至和其它人工智慧頭對頭作戰中，都能取得優勢。

特別是蒼鷺系統在和洛克希德‧馬丁人工智慧的比賽，16比4。其中絕大多數對決都在10秒鐘以內結束。過程非常簡單，雙方飛機相遇，單環機動，蒼鷺將洛克希德‧馬丁擊落，比賽結束。

就算你能夠培養出幾個高水準的飛行員來，你能培養出100個、1000個嗎？但是人工智慧不一樣，訓練好的人工智慧，在所有的飛機上都是這樣的水平，這是非常可怕的。我們現在看到的只是狗鬥，沒有發射導彈。那麼如果在真實作戰中，雙方發射導彈的話，那麼人工智慧對何種飛行姿態和何種距離發射導彈能夠將敵人擊落，將有著十分可怕的準確性，它一定會在敵人進入不可逃逸區間發射導彈，將敵人擊落。而人類飛行員對時機的把握將遠遠不如經過訓練過的人工智慧。

所以我們結合以上3點就會發現，人工智慧現在已經做得比很多人類飛行員更好，未來也一定將成為空中作戰的主流。