【Air Combat Evolution】DARPA训练AI以赢得空战缠斗

ACE项目背景

在过去的几年中，人工智能已经击败了国际象棋大师、围棋冠军、职业扑克玩家，以及现在在线战略游戏Dota 2和星际争霸II中的世界级人类专家。然而，目前还没有人工智能（AI）可以在高速、高G力的空中缠斗（dogfight，也有直译成“狗斗”）中击败驾驶战斗机上的飞行员。随着现代战争演变为包含更多的人机组队协同，美国国防高级研究计划局（DARPA）寻求空战的自动化，使机器速度的反应时间成为可能，并使飞行员能够专注于更大规模的空战。

将空中缠斗转为人工智能，这在未来应该是罕见的，更多的是让飞行员相信AI和自动化可以处理高端战斗。一旦新的人类战斗机飞行员学会起飞、驾驶和着陆，他们就会被教授空中战斗机动技能。与流行的看法相反，新的战斗机飞行员掌握了空中缠斗，因为它代表了一个可以改进飞行员能力和信任度的严酷考验。为了加速飞行员从飞机操作员到任务作战指挥官的转变，他们可以将动态空战任务委托给驾驶舱内的无人、半自主系统，但首先人工智能必须证明它能够处理基本问题。

ACE项目目标

为实现这一愿景，DARPA创建了空战演进（Air Combat Evolution，ACE）项目，旨在通过使用人机协同空中缠斗作为其最初的挑战场景来增加作战人员对自主战斗技术的信任。

“当我们朝着未来战争迈进时，信任自主系统是至关重要的，这场战争涉及到载人平台与无人系统并肩作战。”DARPA战略技术办公室（STO）负责ACE项目的经理空军中校Dan Javorsek博士说，“我们设想这样一个未来，人工智能处理视距内空中缠斗的瞬间机动，使飞行员在将大量无人系统编成具有压倒性战斗效果的网络时更安全、更有效。”

ACE是为了实现DARPA“ 马赛克战争 ”愿景而设计的几个STO项目之一。 马赛克战争 ”将作战概念从以强调高性能的有人系统（其成本高，开发时间长）为主转变可快速开发、部署和升级最新技术以应对不断变化威胁的有人系统与廉价无人系统协同组队。“ 马赛克战争 ”的概念是将有人驾驶飞机与廉价无人系统连接起来，形成一个“马赛克”，其中单个“部件”可以轻松地重新组合以产生不同的效果，或者如果被摧毁则可以快速更换，从而产生更具弹性的作战能力。

ACE项目将训练AI遵守空中缠斗规则，类似于新战斗机飞行员的教学方法，从简单的一对一场景中的基本战斗机机动开始。空中缠斗虽然在行为上具有高度非线性，但它具有明确的目标、可测量的结果以及飞机动力学的固有物理限制，使其成为先进战术自动化的良好测试案例。与人类飞行员作战训练一样，AI性能扩展将由自动驾驶飞机中的战斗机教练飞行员密切监控，这将有助于与该技术共同演进战术。这些领域专家将在整个项目中发挥关键作用。

ACE项目为自主系统创建了一个分层框架，其中更高层次的认知功能（例如，制定总体作战策略、选择和确定目标优先级、确定最佳武器或效果等）可以由作战人员执行，而较低级别的自主权（即飞机机动和作战战术的细节）则留给了自主系统。 为了实现这一目标，飞行员必须能够信任作战自主系统，以便在视距内（WVR）空中缠斗执行复杂的行为。

“只有在人类飞行员确信AI算法在处理有限、透明和可预测的行为方面值得信赖之后，空中交战场景才会增加难度和现实性，”Javorsek表示，“经过虚拟测试，我们计划在小尺寸飞机上展示空中缠斗算法，最终以具有作战代表性的飞机进行实况、全尺寸的载人-无人组队空中缠斗。”

ACE项目进展安排

DARPA为每个研究领域寻找广泛的潜在提案者，包括此前很少与国防部合作的小公司和学者。为此，在该项目第一阶段开始之前，DARPA将资助一个独立的、有限范围的工作，专注于第一个技术领域：用于一对一空中缠斗的自动化个体战术行为。美国空军创新中心AFWERX将发布被称为“AlphaDogfight试验”的首次征集。AFWERX的使命是以启动速度找到新颖的解决方案以应对空军面临的挑战。AFWERX试验将在锦标赛式的比赛中对人工智能空中缠斗算法进行测试。

“通过AFWERX试验，我们打算在空战模拟和游戏社区中挖掘顶级算法开发人员，”Javorsek说，“我们希望他们能够帮助奠定基本的空中缠斗AI元素，在这个基础上，我们可以随着项目的进展进行构建。”

DARPA将于5月17日在弗吉尼亚州阿灵顿为感兴趣的研究人员举办一个提案者日。AFWERX过段时间将在其网站（https://www.afwerx.af.mil/index.html）公布“AlphaDogfight试验”结果。