2012年3月16日，美国海军研究实验室（NRL）的自主系统研究实验室（LASR）正式运作。

　　2014年5月，美国著名智库新美国安全中心（CNAS）发布了有关战场系列报告的首份报告——《战场机器人Ⅰ：作战范围、持续能力与危情处置》，作者为该智库“20YY作战计划”项目主管保罗·斯査瑞，系列报告通过调研获取战争优势的关键因素与障碍，为军事行动提出相关建议。

　　美国的常规军事力量的优势正在削弱，全球军事部署形势愈发严峻，而无人自主系统具有巨大的开发潜力，将帮助美军解决现存的挑战。报告分析了无人与自主系统在战场操作的突出优势后，列举了目前八大潜在领域，并表示无人与自主系统仍处于起步阶段，且受到美国国防部内部文化和官僚主义的限制。为此，报告认为美国国防部与国会应力排众议，加大投资战场机器人以应对未来威胁。

　　战争所应用的武器装备与战术方法不断地在发生变化，尽管战争成败的主要因素还是人，但武器装备同样具有决定性的作用。在不断变化的创新竞争和军事对抗环境下，国家军事力量需要进行相应调整以保持领先水平，可用的技术、社会价值、军事行政机构以及军事文化等因素同样具有深远影响，有时会促进创新，有时则会阻碍创新。当前美国的军事投资受到制度和文化因素的影响，使国家面临着破坏性创新的危险。新兴技术逐渐改变战争形态，美国必须做出调整，否则将面临失败的风险。

　　无人与自主系统可在战场上获得改变游戏规则的优势，但军事变革经验表明，机器人革命的赢家绝不是最先发展该技术的国家，也不是技术最先进的国家，而是最能善用该技术的国家。美国在伊拉克和阿富汗战争中使用了数以千计的空中和地面机器人，在高空监视和排爆除险方面具有重要意义，但这只是机器人应用潜力的九牛一毛而已。当前机器人技术仍处于发展的初期阶段，如美国要在即将到来的机器人革命中保持领先地位，最有力措施是改变机器人作战“阴暗、卑鄙、危险”的认知，进而不断探索机器人系统在军事任务中的潜在应用。

　　在某些情况下，无人与自主系统代替有人系统执行任务可降低成本，优化操作方式；一般而言，无人与自主系统可以执行全新甚至是完全破坏性的作战概念。相比于目前的“侦察-打击”战斗网络，无人与自主系统“侦察-打击”力量在以下5个方面更具优势：①打击范围与精确程度；②可执行更危险的作战任务；③作战规模更大；④情报丰富，协同性更好；⑤速度更快。

　　报告认为，美国防部及各大军种应重视优先发展应用无人与自主系统。报告认为尽管美国国防预算在不断缩减，但以无人与自主系统为代表的技术创新仍应成为预算优先项目，国会与国防部应在善用国防预算方面紧密合作，加大支持创新技术的发展。针对国防部与四大军种，报告提出了有关发展无人与自主系统的重要建议：

　　（1）空军应研发多飞行器控制技术，允许单兵同时控制多个飞行器以提高操作效率和战斗力；开展高空长航时飞行器编队研究，以便在卫星广泛失效时组建有弹性的空中导航通信层；研发低成本无人机执行高危任务，如破坏和压制敌军防空圈等。

　　（2）海军在进行无人舰载空中监视与打击飞机（UCLASS）项目时，应投资研发隐身纵深攻击型号；研究用于水下无人平台的具有超长续航力的同位素温差能源的利弊；开展小型无人水面艇的研发，使其成为海军水面舰艇的哨兵，挫败敌军的小艇蜂群战法。

　　（3）陆军应为MQ-1C“灰鹰”无人机制定复合远程操作概念，即在部署间隙操控人员可在本土远程操控“灰鹰”，降低成本并增加作战能力；废除其禁止无人机后送伤员（CASEVAC）的政策，研究有关无人机参与后送伤员的问题。

　　（4）海军陆战队应开展中高空长航时无人机的研制，例如“捕食者”和“死神”等，可以从两栖攻击舰起飞，为海军陆战队提供监视与近程空中支援。

　　（5）后勤保障部门应开展研发、资助与执行新型机器人系统的测试计划，并允许包括非传统防务承包商在内的广泛工业界伙伴参与，已验证机器人平台完成现有后勤服务任务的能力；开展建设无人与自主平台后勤服务系统的广泛论证，尽可能转化适配当前平台到新型无人后勤服务工作中。

　　（6）国防部应建立高级创新小组，由国防部副部长负责，确保国防部对无人与自主系统研发投资，即使这些技术会对当前的文化和伦理造成冲击；资助高风险关键创新技术验证，如空中自动加油、多无人机控制等；设置独立的先进技术发展计划，引入商业投资，加速创新技术发展，使其尽快成熟至可供采购，利用“联合紧急作战需求”（JEONs）等缩短其从需求到采购项目的周期。

　　新美国安全中心（CNAS）在《战场机器人Ⅰ：作战范围、持续能力与危情处置》这份报告中称，技术创新转化成军事用途往往需要关键的使能技术，例如无人与自主系统带来作战范围、持续能力与危情处置大幅增长对通信与能源技术同步发展的需求。机器人快速发展取决于以下关键使能技术：

　　（1）弹性通信链路。无人系统需要依靠自身自主程序配合与操控人员之间的通信以完成任务，在执行复杂任务时，一旦通信通道被切断或干扰，将使其执行任务变得十分困难，目前这类通信通常依赖卫星实现链接。控制无人机的指令链接带宽最低要求为0.1mbps（兆位/秒），而传感器数据传输所需带宽范围较大，例如雷达和光电传感器的带宽要求为1mbps，全动态为10mbps，高光谱成像等先进数据传感器要求高达100mbps，这就要求无人系统根据任务类型保证通信链路的带宽有一定弹性。对无人系统而言，其可靠的通信结构应包含7个方面：①卫星或其他常规通信能力；②配备空中通信层以防范卫星通信被切断，例如联合空中通信网络JALN。在反介入区域外，高空长航时无人机、无人艇等可扮演通信中继角色，为区域内的隐身平台提供通信支持；③低拦截概率（LPI）/低探测概率（LPD）通信技术；④无人车辆、无人潜航器等具备任务级自主能力；⑤机载数据处理功能减少带宽压力，通过机载计算机进行数据筛选，选取目标信息；⑥无人机自主调整位置，改变拓扑结构，实现网络自愈，解决通信节点受损和敌方干扰等问题；⑦发展成熟的条令、训练与程序，以适应战时可用带宽可能出现严重下降的情形。

　　（2）自主/自动化与人类认知。激发无人系统的潜能必须通过提高其自主性来实现，自动化程度的提高亦可减少通信以及控制指令需要，目前该领域最主要的发展方向之一是更先进的环境感知能力。无人系统的长处是重复结构化任务，速度、可靠性等都高于人类，而人类认知在适应环境变化、处理模糊性任务时优势明显，因此未来发展无人系统自主能力可借鉴人类认知。此外，也需增强传感器探测识别目标的能力，改进算法，提高使用武力的鉴别能力，同时必须处于人类控制范围内。

　　（3）续航能力需要先进电源的支撑。无人与自主系统杰出的续航能力需要有先进的电源加以保证，可穿戴式和负重机器人的发展程度受限于功率，智能电源管理系统作为解决方案之一，可通过智能调节传感器闲/忙时的功率支配提高续航力，但不能产生数量级般的飞跃。因此，因地制宜利用太阳能、波浪能、海洋温差能等可再生能源，结合燃料电池的发展推进电源技术的进步。此外，利用放射性同位素热电动力作为水下超长航时平台的安全动力也十分值得讨论。

　　无人系统出色的续航能力需要先进电源的支撑，电源成了当下许多无人运载工具发展的一个限制因素，包括超长续航能力无人飞行器、地面车辆和水下运载平台。可穿戴机器人或外骨骼目前已十分成熟，但是电源限制使其发展缓慢。智能电源管理系统可通过关闭不用的传感器或其他耗能系统来提高效率，但这些方法不能在续航力上产生跨量级般的飞跃。

　　报告还提到，文化与官僚主义可能成为技术创新的障碍。美国防部的文化和官僚主义将是影响武器装备是否是未来战争最好选择的主要因素。

　　（1）文化能鼓励或阻碍创新。文化可能是创新的有力驱动，也可能是创新的抑制因素。类似于DAPRA这样的组织对于革命性创新、破坏性改变技术是持欢迎积极态度的，而军事服务部门往往在忽略改变游戏规则的同时，保持抵触情绪。例如多飞行器控制，远程操控，舰载无人飞行器以及无人伤员撤离系统等，历史上的例子更比比皆是，从海军抵制蒸汽动力舰船到陆军抵制空中力量等。

　　作战人员总是能找到很好的理由来怀疑新技术。在其他情况中，不是自主或者无人运载工具本身的问题，而是他们应用的某个方面遭遇了文化障碍。许多观点暗示无人系统会使作战人员冒更大风险。

　　（2）国防部官僚主义可能会扼杀创新。报告认为，国防部内部官僚主义阻碍创新，对可以改变游戏规则、提高效率并挽救生命的无人与自主技术投资不足，亟需强有力的领导来克服种种障碍，确保该技术的发展，以应对未来可能出现的威胁。此外，国防部需寻找更好的工具导入商业创新，特别是对于机器人和信息技术，因为它们的多数创新发生在传统国防工业以外的领域。国防部与工业界共同审视目标领域的发展现状与用户需求，通过有竞争力的原型设计与试验获得技术与成本可行性高的产品，从概念到生产将缩短至数年内，而不是像DARPA或海军研究局的某些创新项目从概念到实施耗费20年之久。引入商业创新将帮助国防部更好地把握技术发展趋势，而不是仅仅通过预测判断技术未来二、三十年的发展前景。

　　新美国安全中心（CNAS）在《战场机器人Ⅰ：作战范围、持续能力与危情处置》这份报告中提到，美国国防部在其发布的《2013～2038财年无人系统综合路线图》（Unmanned Systems Integrated Roadmap，FY2013～2038）明确表示，无人系统是执行“阴暗、卑鄙或危险任务”的最佳选择。机器人系统应用广泛，因其具有两种重要属性：无人平台与自动化操作。

　　无人平台的优点

　　将人这个重要因素从运载工具或平台中剥离具有两个显著的潜在优势：①性能提升，例如航程、续航与持续作战时间、速度、隐身、可操作性等性能参数得到增强，而体积尺寸可相应减小；②平台免除搭载人员安全顾虑后，应对风险的能力显著增强。

　　目前，投入使用的无人系统以不同的方式发挥着上述优势，以期达到最大的效能。对于排爆除险的地面机器人而言，其更重视应对风险的能力；对于“捕食者”、“死神”和“全球鹰”等无人机而言，24小时全天候监视目标的能力和更远的航程更为重要。

　　对于小型无人机，如“捕食者”，去除了机组人员之后，重量减轻，续航性能增加；而当无人系统体积更大时，机组人员对尺寸和重量的影响将被弱化，后台操作人员的疲劳成为更需要关注的问题。无人机空中加油后可持续滞空待命，延长的续航时间使航程更远，任务持续性更佳，使其具有重要的作战优势，对于应对反介入威胁意义重大。

　　自主化的收益

　　自主化指的是机器人等无人系统在无人工操作的情况下执行任务的能力。自主化的收益来自多个方面，包括：①增加安全性和可靠性；②缩短反应时间，提高反应能力；③减轻人员负担，降低成本，具有作战优势；④可在通信恶化条件下或拒止环境中持续作战。

　　自主化功能可减轻操作无人平台的人员负担，节省成本，增加操作优势。目前大多数无人运载平台是遥控的，每人控制一个，即使日常任务中使用了自主化，如飞机起飞、着陆或点对点航行，仍需由一个人来管理控制一个运载平台。这种操作概念属于极度人员密集型。增强的自主化可以使一个人同时控制多个运载平台，可以显著减少人力开支。多运载平台控制技术对于大规模机器人集群同样重要，在战场上具有巨大的作战优势。

　　自主化还允许在通信条件恶化条件下或拒止环境中进行作战。由于水下作战面临着很大的通信挑战，无人潜航器等水下无人平台比无人机自主程度高。许多无人水下平台集成了“任务级自主化系统”，执行任务前人工设置好任务目标，无人平台将自主航行并执行任务。在反介入环境中，敌人可能会干扰通信，发送电磁信号可能会暴露作战平台的位置，所以增加无人运载平台的自主化至关重要。

　　无人与自主系统可节省开支

　　无人与自主系统不仅本身造价相对低廉，其性能和作战优势也可大幅减少开支。

　　（1）平台需求精简后可以减少设计与维护使用等成本。如果运载平台去除机组人员，可以使其重量、功率、存活能力、战力保障或其他需求相应地减少，直接降低设计成本，并可间接降低后期维护使用成本。例如，无人地面车辆需要更少的装甲，不仅可以直接减少平台开支，同时由于重量减轻，也可以减少燃油需求，从而减少操作开支。

　　（2）更强的续航能力可以减少平台所需数量从而节省成本。无人机续航能力的提高不仅可以使其在更广的范围内持续监视，同时也可以降低成本，即平台采办和操作开支与执行相同任务的有人飞机大致相同，甚至更低。续航性能提升意味着需要少量的飞机即可对目标构建持续的7×24小时任务周期。此外，由于飞机有更多的飞行时间用于飞往目的地，进而可以扩大航程。

　　（3）远程操作可以减少人力成本。远程操作无人系统对降低成本具有重要意义。空军的“捕食者”和“死神”在美国本土进行操作，这意味着无需将操作人员部署到战区。相反，陆军的MQ-1C“灰鹰”无人机需要操作人员部署到战区，采用“1:2”轮班模式，也就是在战区部署1个月后，回国休息约2个月的时间，人力花费较大，相当于在美国本土操作MQ-1C无人机所需费用的3倍。

　　（4）多运载平台同时操控可以减少人力成本。自主化可以显著地减少所需的操作人员的数量，从而降低成本。多运载平台控制技术已经得到测试并在实际的操作中小规模地应用。多无人机控制所节省的成本由操作的复杂性决定，对于静态高空侦察，节约力度将十分可观。早在几年前，空军就认为如果1个飞行员能够同时控制4架无人机，那么将减少50%甚至更多的人力。如果在实际作战中有大量无人机参与，如追踪移动目标或执行打击任务，则成本也会减少。即使仅利用多无人机控制技术来执行运输操作，节约效能也十分明显。

　　（5）自主化可以减少训练成本。自主化减少了针对复杂任务进行人员训练的需求，从而节约成本。海军飞行员即使在没有部署时也要花费大量的时间进行航母着舰训练以维持熟练程度。在移动的航母上着舰对飞行员具有很大的挑战性，对技术和练习程度有较高要求，但对于机器而言，这些都不重要。X-47B已经验证了无人机着舰时的精确度是人所不能达到的。将所有的飞机，甚至是有人驾驶飞机，转换为全自动着舰模式，将显著减少训练成本和飞行时间。所有的飞行员必须保持一定的飞行时数，至少每月10～20小时，而对于无人与自主系统，完成复杂物理任务的训练，如着舰，可以省略。对战斗时的判断力和决策力进行训练同样必不可少，而高保真度模拟器可以取代大部分这些训练。飞行器程序运行一个生命周期后，仅减少训练时间这一项就可节省数亿美元。

　　（6）自动信息处理可以减少人力成本。无人系统持续监视获取的信息，需要大量的专业人员进行处理，由此造成了巨大的人力负担。每个7×24小时部署的“捕食者”或“死神”任务周期所需的传感器操作人员和数据分析人员的数量比操作无人机的飞行员的数量还多。在持续的情况下，10个飞行员即可操作1个7×24小时任务周期，而操作传感器需要10人，任务控制需要10人，管理和处理数据则需要80人。更为复杂的是，Gorgon Stare和ARGUS-IS等广域监视传感器将1架飞机获得的影像扩大了65倍，如果没有自动数据处理工具，需要超过2000名分析师来管理和处理1架“捕食者”拍摄的流影像。而在10个侦察目标城市维持7×24小时任务周期将需要超过20000人，是一个不切实际的人力支出。

　　机器人能够以有人系统所不能的方式执行任务

　　无人与自主系统可用于节省成本或更好地执行任务，但它们真正的优势在于能够做有人系统所不能的事情。更好的续航能力使更远的航程以及更高的精确性成为可能，使美军可以深入反介入区域，在敌国领土实现持续作战。无人系统能够应对更大的风险，从而可以执行更大胆的作战计划。由于无人系统可以成为消耗品，因此可以降低制造成本以扩大数量，占领敌人的战场空间。网络化无人系统能够以更好的协同性和情报处理能力分散而又整体地作战。自主化可以快速处理大量数据，缩短决策周期，加快作战速度。

　　上述每一项优势都具有重要意义，整合后的新型“侦察-打击”集群相比于目前的“侦察-打击”网络具有压倒性的优势。

　　新美国安全中心（CNAS）在《战场机器人Ⅰ：作战范围、持续能力与危情处置》这份报告中认为，自古以来，在安全的距离之外打击敌人一直是战争中重要的原则之一。精确制导的弹道导弹和巡航导弹可作为陆基“侦察-打击”网络的一部分，从远距离威胁着美军的舰艇和基地，反卫星武器同样威胁着美军的全球通信和指挥控制网络。

　　无人与自主系统可以帮助应对这些挑战。通过提高其续航性能，无人机不仅可以深入渗透反介入区域，还可以在敌国领土实施持续作战。高空长航时无人机可用作“伪卫星”，当卫星被破坏时可作为后备的通信和导航工具使用。长航时水面与水下无人平台一次部署可为期数月，长期监视世界范围内海上与水下军事情报。

　　航母无人舰载机可进入拒止区域

　　更好的续航性能意味着更远的航程，对反击反介入威胁具有重要意义。海军无人战斗机系统（N-UCAS），如X-47B无人舰载验证机比目前的舰载有人战斗机如F-18、F-35等具有更远的航程和更好的续航性能，未来的N-UCAS在未加燃料的情况下作战半径可达1500海里，远超过目前载人战斗机的500～650海里。

　　长航时N-UCAS使航母可以在敌军反舰导弹射程之外对地面目标发动攻击。目前航母面临的最大反介入威胁是反舰弹道导弹，其射程超过800海里，这一距离使目前的舰载战斗机无法抵近地面目标，美军将不得不寻找其他对策保护航空母舰，这将是比较棘手的情况。

　　N-UCAS的航程超过目前反舰弹道导弹的射程，赋予航母深入反介入环境的能力，更重要的是，如果在安全距离外利用油轮进行燃料加注，那么N-UCAS将在敌方空域持续作战，多次加油，可超越其30～40小时的续航能力极限。此外，由于不存在人员休息的问题，N-UCAS可在8～12小时的维护后继续执行任务，这一作战方式可持续运转数周，远大于载人战斗机可满足的作战强度。最后，由于N-UCAS没有尾翼，集成了宽频带全向性隐身技术，更有利于其在战场环境中生存。

　　海基空中侦察与打击系统用于远程作战

　　“捕食者”和“死神”无人机对于地面作战和全球反恐作战具有重要作用，但目前仍局限于陆基部队使用。类似于“捕食者”和“死神”等可用于反恐任务的海基长航时中高空无人机，是低成本无人舰载空中侦察和攻击系统的基础版本。对于此类飞机而言，航母不是最合适的平台，因为航母的甲板空间资源有限，应优先服务于能力更强、可在反介入环境中作战的飞机。两栖攻击舰/船坞登陆舰（LHA/LHD）对于中-高空无人机而言是一个理想的平台。

　　海域感知用于威胁早期侦察

　　长航时无人机无可提高海上态势感知能力，既能追踪敌方舰艇，又能预先识别可能的威胁。海军陆基型MQ-4C“全球鹰”无人机被设计用于提供广域海上监视并作为陆基载人P-8“海神”反潜机的补充手段。

　　美国海军可使用舰载持续性无人机来提高水面舰艇的态势感知能力，以应对潜在威胁，并计划部署MQ-8无人直升机。该机有两个版本：小型MQ-8B“火力侦察兵”和大型MQ-8C“火力-X”。然而在提交的2015财年预算中，海军终止了额外的MQ-8的采购，并叫停目前将现有的MQ-8B升级为性能更强的MQ-8C的计划。

　　高空长航时无人机可用于机载通信和导航中继

　　美国的卫星易受一系列运动和非运动威胁的攻击，敌人可干扰卫星通信和GPS导航，采用网络武器和难以探测的同轨道微卫星等方式瘫痪和摧毁美国卫星。美国军事力量的多种重要功能依赖于卫星，包括通信、定位、导航、授时和侦察等。目前美国利用“有效载荷寄宿”等技术使其天基的资源分布多样化，即将军用有效载荷寄宿于商业卫星或合作伙伴的军事卫星上。天基资源多样化提高了敌人攻击的政治和军事成本，但并没有改变卫星的根本弱点。

　　长航时无人机或飞艇为解决上述问题提供了一个替代卫星的可行方案，“空中伪卫星”包括长航时飞机或飞艇，可为卫星提供后备支持，成为远离敌方领土的空中通信导航网络，在美国卫星遭受由网络攻击或导弹攻击造成的大规模破坏情况下提供重要的后援。隐身长航时无人机或者装备有通信和导航中继的渗透攻击型无人机可将网络延伸到敌方领空。不管怎样，这种不依赖于卫星的后备通信和导航网络具有至关重要的意义，国防部计划发展这一网络，但仍需经过多方竞争才能获取相应资金拨款。

　　长航时无人机用于前端导弹防御

　　长航时无人机在敌军导弹发射的早期探测甚至在导弹助推阶段实施拦截方面具有特殊的优势。长航时无人机可以抵近敌方领空，而当其是隐身飞机时，甚至可以飞越敌国全境。装备有红外和其他传感器以及稳定可靠数据链的远程遥控无人机，可以提供敌军弹道导弹的早期预测并进行数据追踪。而如果装备有先进的导弹，它们还能在助推段有效地拦截敌军导弹。

　　滞空无人机用于持续防御性防空

　　无人机续航能力的增加不仅减少成本，提高作战性能，还可执行其他任务，如防御性防空或战斗空中巡逻以保护美军的舰船和基地。长航时无人机可以对美军舰艇和基地进行7×24小时无缝空中巡逻覆盖，其花费比有人战斗机低得多。此外，由于机上没有人员，指挥官可以采取风险更大的行动。这些飞机在战斗中会受到损失，故可以低成本大量制造。被称为“先进中程空对空导弹卡车”的长航时无人机需具有足够的隐身性能，以便潜入敌军飞机的导弹射程之内而不被发现，但并不需要高端全方位隐身技术来渗透敌方的防空。最近海军提出让无人机进行空中格斗的想法，但这种作战的可行性尚未被详细论证。

　　水面和水下平台用于持续水下监视

　　长航时水面和水下运载工具在持续监视海洋、水下基础设施、以及敌军舰艇和潜艇方面具有极大潜力。例如，DARPA正在研发长航时无人水面舰艇——反潜战持续追踪无人舰（ACTUV）来追踪敌军的潜艇。虽然类似于ACTUV的水面舰艇可使用长航时的吸气式柴电发动机，能源供应仍然是水下运载工具最主要的限制因素。

　　先进的燃料电池使水下运载工具可连续运行30～60天，更先进的技术可以使其运行1年。海军已投入大量资金用于研制无人水下平台，将其视作可以改变游戏规则的技术，最大的问题还是克服能源限制。水下运载平台的通信同样是一个巨大的挑战，因此将更多依赖于其本身的自主化完成任务。

　　外骨骼：“可穿戴机器人”加强保护步兵队伍

　　虽然步兵和特种部队仅占总军种人数的4%，但其二战后的伤亡人数超过战亡总数的80%。目前，步兵需携带27～45千克的装备，几乎和上古时代没什么区别，极大地削弱了其持续作战时间和战斗力。称之为“可穿戴装甲”的“外骨骼”可以改变这一现状。

　　机器人外骨骼已经在实验室条件下成功获得验证，并可通过商业手段应用在医学方面。美国特种作战司令部发起了一项研究计划旨在制造一个功能化的战斗外骨骼以减少伤亡。然而，外骨骼在军事方面的实用价值受到功率的限制。尽管多个公司正在研制可替代的动力解决方案，如燃料电池，使装备可持续几天时间，目前的电池技术仍不足以维持超过几个小时的作战。