微型无人机作战应用及防空武器反无人机模式分析

资讯 1个月前 admin
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在空天袭击兵器的组成中,无人机所占的比重日益增多,重要性日益凸显,微型无人机日益引人注目。显然,有必要针对上述无人机作战应用的现有信息进行系统性整理和汇总,分析其发展趋势,并对作为未来空袭兵器和防空拦截目标的微型无人机进行评估。同时,也必须评估现有装备对抗无人机——特别是微型无人机——的能力,并根据该能力来制定科学建议,以使用此类装备实施有效对抗。


1 无人机的作战应用和发展趋势


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对最近10~15年空袭兵器发展的分析表明,以前被定义为“遥控飞行器”的无人机独领风骚。如今它们已经被理所当然地归属于机器人装备。无人机具有双重功能:在战场环境下,它们被用作空袭兵器;在工业生产和日常生活中,它们又被用作可执行大量应用任务的飞行器。这一事实促进了无人机的飞速发展,包括作战无人机的井喷。

1.1 无人机发展现状和作战应用

促使无人装备数量飙升及在战场环境下使用频率激增的一个原因是,此类装备可大幅降低作战冲突中宝贵的载人航空兵的损失,提高执行作战任务的秘密性和精确性,降低作战任务与外部因素、该国及其军队技术先进程度的关联性。

无人机是真正的军事革命,是一种货真价实的作战装备。目前约有30多个国家正在研发和制造150多种无人机。约有80种无人机已经在世界上50多支军队中服役,正在发挥其作用。以色列和美国是这一装备领域的领头羊,近几年中国也跻身其中。以美国为例,在其拨付用于发展机器人系统(包括无人机)的经费中,高达90%的开支都用于采购和研发各种类型和级别的无人机。无人机确实已成为一种战略趋势。

在叙利亚、伊拉克、沙特阿拉伯和利比亚等地的军事冲突中,作战无人机的使用日益增多。无人机对俄罗斯驻叙利亚赫梅米姆空军基地的无休止袭击、2018年12月致瘫英国盖特威克机场、对沙特油气设施的攻击,以及2020年初在叙利亚定点清除伊朗伊斯兰革命卫队下属“圣城旅”指挥官苏莱曼尼将军及其七名随从等,都是典型的无人机作战示例。

在2020年9~10月的纳戈尔诺-卡拉巴赫军事冲突中,阿塞拜疆军队广泛使用了作战无人机。其代表是土耳其生产的长航时中型无人机Bayraktar TB2(“棋手”),纳卡地区缺少防空系统,因而无法对抗其攻击。

1.2 无人机参与空袭兵器联合作战构想

目前在很多军事技术发达国家的军队里,已形成、正在发展或完善有人航空杀伤性装备、高精度武器(包括前者的机载高精度武器)和无人装备(特别是中型无人装备)大规模联合作战的构想(图1)。这一构想有助于进攻方在战场上夺取并保持战术乃至战役深度的作战主动权。

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图1 现代条件下无人空袭兵器和防空装备所能执行的主要任务汇总及反无人机战果


2 微型无人机在空袭兵器体系中的作用和地位


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随着无人机在现代战争中作用的日益凸显,许多国家都开始研制轻型(微型)无人机,作为对中型无人机的补充。其中“无人巡飞弹药”(“巡飞弹”)开始占据重要地位。不同于携带杀伤性武器的传统无人机,巡飞弹(自杀式无人机)是一种更简易和廉价的作战装备。巡飞弹可集侦察、观测和杀伤功能于一身,可在快速变化的战场环境下高效执行作战任务。

2.1 微型无人机(巡飞弹)发展综述

以色列用于攻击敌方防空系统的无人机大概是最早的巡飞弹系统之一,这些无人机的飞行时长(留空时间)可达3小时。以色列IAI集团已经研发了完整的末端和近程轻型巡飞弹系列(航程达40 km,飞行时长达60 min)。这些装备可用于对付敌方的有生力量,攻击运输工具、轻装甲装备以及战场上的各种构筑物和工事。所有这些巡飞弹都具有很低的声学和红外暴露特征。以色列的巡飞弹已被多个国家所采用。美国也列装了几种巡飞弹,主要是轻型巡飞弹,使用先进的多通道观测和制导系统,以及包括温压战斗部在内的各种战斗部。

2.2 蜂群无人机作战样式分析

随着无人机的数量和类型在多国军队中的增长,无人机在军事冲突中作战使用频率大幅增加,军事冲突和武装对抗的进程和结果开始严重依赖于无人机的行动效率。因此,研究人员正在探寻其全新作战样式,扩展其任务边界。最近几年被广泛讨论的是,如何将无人机和巡飞弹的机载电子设备与人工智能相结合,使无人机(尤其是微型无人机和巡飞弹)实现自适应智能蜂群作战。

研制者认为,微型无人机和巡飞弹配备人工智能元器件后,将具备以自适应蜂群和空中集群样式作战的能力。正是基于人工智能这一基本要素,才能确保微型无人机空中集群在进攻指定目标时,可实现自调节功能,即从分散行动模式转变为自组织(自调节)模式的功能。简言之,这应该有助于无人机集群(蜂群)实现自然集群(鸟、鱼、昆虫等)的行为原则。后者使用集群思维,通过交换信息来完成共同任务。

目前,配置了人工智能元器件的微型无人机和巡飞弹已在无人机领域中占据特殊地位,各国正在研究其以自适应蜂群形式作战的方法。例如,在Skyborg项目框架下,五角大楼已经持续数年积极研制喷气式无人机XQ-58A Valkyrie。该型无人机配置了人工智能元器件,能够伴飞歼击机,完成危险任务,确保昂贵的有人装备免受攻击。预计首批可与F-22和F-35等第五代歼击机协同工作的此类智能化作战无人机将在三年后出现,根据专家的观点,这可能将改变美国的军事战略。图2为配备了人工智能元器件的微型无人机,以及按其他方案研制的无人机的可能作战方案。

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图2 配备人工智能元器件,按不同方案研制的微型无人机的可能作战方案

蜂群智能系统和方案的研制者认为,根据态势建构作战流程、蜂群内部机动等任务最终都将通过蜂群智能得以全部解决,而无需操作员参与。一名操作员就可以控制无人机蜂群,协调蜂群的行动。


3 现役防空武器反无人机能力分析


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在中东和非洲最近发生的冲突和战事中,最经常使用的是土耳其Bayraktar TB2无人机,还有以色列制造的几型无人机。俄制防空武器被用于反无人机作战,并逐步获得了对抗无人机(包括含无人机在内的各种空袭兵器作战组合)的必要能力。

战争有胜有负,一向如此,但这些情况却成了一些国内外媒体中伤俄制防空武器的理由。媒体开始毫无根据地声称,土耳其无人机战胜了叙利亚和利比亚的俄制“铠甲”,Bayraktar无人机对广受赞誉的俄制“铠甲”弹炮结合系统实施了“真正的屠杀”,后者甚至在纳卡地区也表现出了自身的无能。此外,媒体还断言,最近几次冲突甚至还败坏了S-300“骄子”防空导弹系统的名声(其实这跟“骄子”毫无关系,无人机并不是它的主要目标,媒体却并未明确这一点)。

很难且没有必要逐一回应媒体的抨击和诋毁,何况许多权威作者已经作了回应。在此仅举一例来证明媒体信息的荒谬。2020年春,土耳其在伊德利卜省发动“春季盾牌”战役时,土耳其Anadolu通讯社声称,土耳其的无人机摧毁了叙利亚军队列装的8套“铠甲”弹炮结合防空系统,许多媒体也接受了这种说法。但是,根据俄罗斯国防部新闻中心的声明,伊德利卜地区总共只部署了4套“铠甲”系统。在遭受土耳其无人机的攻击后,其中两套受到损伤,但几天后就修复完成。俄罗斯国防部新闻中心的声明中还通报,在武装冲突中,击落了12架土耳其无人机(5架Anka-S和7架Bayraktar TB2)。而关于这一点,土耳其通讯社则默不作声。那么到底是谁获胜了?还有一点——在纳卡地区和整个亚美尼亚都没有“铠甲-S1”弹炮结合防空系统。

所幸在遭受媒体批评的防空导弹系统中,没有包括最新一代的俄罗斯“道尔-M2”多通道近程防空导弹系统。该系统在与无人机作战时,表现出了远胜于“铠甲”的效果。例如,在无人机对赫梅米姆基地的某次饱和攻击中,“道尔-M2U”系统消耗5发导弹,击落了4架无人机。根据已掌握的数据,包括与无人机作战在内,“道尔-M2U”在叙利亚的作战效能不低于80%,证明该系统具有很高的作战潜力。尽管“道尔-M2U”中使用了人工智能元器件,但很大程度上,其潜力的实现取决于作战人员的专业技能,即人的因素。将现代化的防空武器交付给技能低下的操作人员(就像交付给利比亚的“铠甲”一样)是没有前途的,必然会导致武器被诟病。

综上,客观地说,俄制防空武器总体上对土耳其Bayraktar TB2无人机造成了无法挽回的损失,叙利亚的“山毛榉-M2E”防空导弹系统和“铠甲-S1E”弹炮结合防空系统在一年之内摧毁了100余架无人机,总价值约10亿美元。需要再次强调的是,这些俄制防空武器是由叙利亚作战人员操作的,这一点尤其重要。这表明,叙利亚专业人员已经掌握了这些防空武器,并且可以熟练使用。此外,在美国及其盟友2017年对叙利亚的进攻中,叙利亚作战人员操作“山毛榉-M2E”防空导弹系统共计摧毁了多达70%的巡航导弹。与之形成鲜明对比的是,在2019年末,当无人机和巡航导弹对沙特油气设施发动攻击时,即便是配备美国专业人员的“爱国者”防空导弹系统也没能击落一个来袭目标。

与此同时,也应当指出,在对抗空天袭击兵器(包括各类无人机)之类先进威胁目标的饱和袭击时,传统的防空武器很难胜任,只能采用集成到相应防御集群中的防空武器。为有效对抗无人机,特别是微型无人机,需要研究和制定全新的(包括基于新的物理原理的)对策、方法和手段。


4 对完善防空武器作战性能的建议


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二战以来,战争和军事冲突的性质、作战样式和方法都发生了重大的变化。新的战争和军事冲突日益取决于参战国家的技术体系,以及对抗各方目前掌握的新技术和新装备。包括无人机在内的各种新型空天袭击兵器参与作战使防空态势变得更为复杂,防空武器面临前所未有的作战压力。

4.1 空天攻防武器的智能化发展

科技的蓬勃发展改变了军事斗争的性质。20世纪末以来,“高技术战争”这一概念就已深入人心。正如俄军总参谋长V·V·格拉西莫夫所指出的:“使用高精度和远程杀伤性武器,从空中、海上和天基对敌方进行远程无接触打击,将成为达成(武装冲突)目标的主要方法……(美国)计划实施一种先进的军事行动样式——全球一体化作战。该作战样式要求在最短的期限内,在任意区域创建跨军兵种的部队集群,该集群可在不同作战环境下通过联合行动来击溃敌方。”

“远程赛博智慧武器”这一术语最近开始用于实践中,这本质上是一种高精度多功能武器。“智慧”武器建基于对机器人、人工智能元器件、各种物理属性的信息设备的广泛使用,这种武器的战斗装药可适应多种平台。毫无疑问,现代空袭兵器和空天袭击兵器都属于此类武器,其中包括各种类型的无人机,以及现役和在研的各种防空反导装备。

目前的研究结果表明,现役和正在列装的最新一代俄罗斯防空系统具有必要的潜力,可采用各种战斗组合来对抗现代空袭兵器和空天袭击兵器。唯一的例外是配置了人工智能元器件以自适应蜂群形式作战的微型无人机,后文将讲述如何与之对抗。

4.2 采用多层防空体系对抗空天袭击兵器的建议

随着新的威胁种类的产生,需要制定作战应对措施,夺取空中优势。其中一个主要措施应该是,不使用防空武器或自发的同类集群进行决斗,以抗击有人或无人袭击兵器的空袭,如同利比亚发生的那样,而是创建专业的多层次侦察-火力集群。此类集群应适应战场的要求,以及被掩护部队和要地集群的组成和配置(阵型),更重要的是要适应敌方空袭兵器的组成和能力。需创建一个多层架构的机动式自动防空集群(МАРОГ),在统一的信息-指挥空间内实时作战。计算、仿真和靶试表明,与集群中防空武器的自主行为相比,此类集群的作战效率可增加两倍以上,而抗击空袭兵器打击的稳定性则可增加8~9倍[7]。实战结果也证实了这些指标。赫梅米姆和塔尔图斯的防空集群由多种侦察-火力装备组成,其组成和架构取决于所执行的任务,而作战结果是可观的。

毋庸置疑,如果纳卡地区部署的“黄蜂-AKM”和“箭-10M3”防空导弹系统被纳入了对应的集群中,并且建立了侦察域,引入了作战指挥装备,那么阿塞拜疆使用土耳其Bayraktar无人机的战果就会完全不同。当年我曾亲自领导了“黄蜂-AKM”防空导弹系统为提高对小型目标的杀伤率而进行的改进和靶试(靶机为RUM-2B,大小为土耳其无人机的1/4),所以了解其能力——可100%杀伤靶机。

4.3 反蜂群微型无人机先进作战样式研究

针对微型无人机,应该指出,如果它们全面配置人工智能元器件,并且使用由大量此类无人机组成的蜂群,则防空武器事实上无法通过传统的杀伤空中目标的方法来与之作战,需要研发新的对抗手段。

4.3.1 传统防空拦截手段的缺点

有专家认为,由于防空导弹远比微型无人机昂贵,因此使用防空导弹拦截微型无人机的效费比是不合理的,但问题不在于此。问题在于,无人机蜂群本质上是一种空间分布式弹药,是防空武器需要对付的群目标。为保卫要地,需要杀伤整个群目标,而不仅是其中的单个要素(单架无人机)。杀伤单个要素可以减少对掩护对象的毁伤程度,但不能避免毁伤。在现有和在研的采用传统方法(破片爆炸)拦截目标的防空系统中,缺少可用于杀伤空间散布式群目标的武器(除了某些防空导弹的核装药战斗部,但和平时期是不会使用这种战斗部的),因而不能用于拦截微型无人机蜂群。据媒体报道,在“道尔-M2”防空导弹系统和“铠甲-S1”弹炮结合防空系统作战能力拓展框架下,正在研制用于对抗微型无人机的微型防空导弹,但此类导弹也不能解决上述问题。

另有专家认为,激光可以解决与微型无人机蜂群对抗的问题。但是,首先,激光是一种相干能量源,波束很窄,只能作用于点目标(单目标);其次,激光的波束效率很大程度上取决于大气状况;第三,在一次供电电源功率和良好的天气条件下,激光波束对目标的杀伤距离不超过2~3 km,这是远远不够的。

4.3.2 使用高功率电磁脉冲杀伤微型无人机

鉴于此,最有前景的是对无人机载电子设备进行功能性杀伤(致其失能)的构想。首要的就是杀伤微型无人机(包括装有人工智能元器件,以自适应蜂群形式行动的微型无人机)的机载电子设备,以及以纳秒级高功率电磁脉冲杀伤某些高精度武器的构想(图3)。

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图3 在陆军防空武器组成中基于新物理原理实现反微型无人机工作模式的构想

研究表明,现代空袭兵器携带的电子设备较多采用固态元器件,并广泛使用天线(包括相控阵天线),极易受到高功率电磁脉冲的影响。因此可使用后者来对这些电子设备进行功能性杀伤,研制出基于新的物理原理的武器,或将它们用于现有的武器中。

在这种对空袭兵器携带的电子设备进行功能性杀伤的系统中,在第一阶段,可以将地面电磁辐射发生器作为基础。但更有效的是作为战斗部安装在防空导弹中的磁爆发生器,可作为第二阶段的主要杀伤性武器[9]。

媒体曾透露过一条消息:“俄罗斯国防科研人员已经找到了对付蜂群智能的办法。俄技下属联合工业集团的专家表示,俄罗斯已经研制出反蜂群武器。”这条消息说的就是地面电磁脉冲发生器。俄罗斯科学院下属的莫斯科无线电技术研究所早在20世纪90年代末就研制出了此类发生器,但后来在推诿扯皮上浪费了大量的时间,而不是用于研发。

而现在就产生了一个悖论。国防部不想使用研制出的武器来对抗无人机蜂群,就像原来设想的那样,而是用来对抗地地导弹、可修正炮弹和其他来袭武器携带的电子设备。换句话说,这种武器将不用于陆军防空兵,而是用于陆军导弹兵和炮兵。陆军防空兵司令部认为:“对抗此类空中目标不是防空的专属权,应当协同电子战、工程兵和其他部队,综合解决这一任务。”[11]而与此同时,全世界都首先采用防空武器来对抗无人机。这是防空武器的任务,虽然这确实是一个综合性的任务。

但是,借助地面电磁脉冲发生器对抗无人机也面临一些难题。地面电磁脉冲发生器在对无人机这类主要目标的电子设备进行功能性杀伤时,通过天线旁瓣,会导致附近己方作战装备的电子设备失能。也就是说,会产生己方电子装备的电磁兼容性问题,该问题很难解决。

鉴于此,在防空导弹系统中,取代传统的战斗部而采用磁爆发生器,应当被视为对微型无人机电子设备进行功能性杀伤的一种更有前景的方法。磁爆发生器可将混合组分装药的爆炸能量直接转换成电磁脉冲的能量。如果磁爆发生器的最大质量为适合“道尔-M2”防空导弹的12~15 kg,则对于距爆炸点800~1000 m及以上的无人机蜂群,超高频弹药所辐射的能量足够对其机载电子设备造成功能性杀伤,也就是说,可对群目标造成必要的功能性杀伤。如果在“道尔-M2”防空导弹系统中使用装有磁爆发生器的防空导弹,就不需要另外去解决己方电子装备的电磁兼容性问题,并且可在耗资最少的前提下,在最短期限内实现。

4.3.3 使用电子战装备干扰无人机

在叙利亚的作战经验、已完成的研究和其他资料均表明,在对抗包括微型无人机在内的无人机时,电子战装备的表现足够高效。这是因为,所有类型的无人机上都必然使用无线电信道,包括导航、控制、信息收集等信道。电子战装备对这些信道施加作用,可在很大程度上降低无人机作战的效率。因此,如媒体所言,赫梅米姆部署了至少一套“克拉苏哈-4”电子战系统,这并不是空穴来风。有消息表明,美国人抱怨道,在叙利亚,他们的飞机和无人机经常受到电子战系统的照射(干扰)。国内外专家都高度评价了这些系统的能力。需要将这些系统作为先进的作战(包括与微型无人机蜂群作战)装备来研究。

在陆军防空兵出现后的最初10年内,配备对空袭兵器施放干扰装置的电子战分队是隶属于陆军防空兵的。后来作了一个未经论证的草率决定,将这些电子战分队从陆军防空兵编成中取消,转隶其他兵种。事实证明,防空武器和向空袭兵器施放干扰的电子战装备各自作战是低效能和低效费比的。在赫梅米姆空军基地,这一疏漏被消除,取得了较好的效果。

合理的做法是将装有与空天袭击兵器对抗装备的电子战分队回归陆军防空兵,在此基础上建立兼具功能性杀伤目标功能和电子战功能的组合,在组织架构上“内置”于防空兵的机动式侦察-火力集群中,该集群在统一的信息-指挥空间内、在统一指挥下与防空导弹武器协同工作(图4)。这有助于集中陆军所有防空武器的力量,按统一思路与空天袭击兵器进行多层次作战。

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5 结论


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在分析了中提到的叙利亚作战经验后,总参谋长指出:“混合战争需要高技术武器……传统战争和混合战争的发展趋势表明,必须对防御的组织做出改变。新的策略应兼顾国家所有的现有潜能并系统性地加以使用。”对此我完全赞同,这是时代的要求。我认为,本文的建议也将作为时代的要求被看待,而俄罗斯武器将长久保持在对空领域的优势。

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版权声明:admin 发表于 2024年3月13日 下午3:56。
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