浅谈无人机蜂群作战指控系统发展现状

摘要：随着无人机战技性能的不断提升以及战术战法的广泛运用,无人机蜂群协同作战给当前防空系统带来了全新的挑战。通过梳理分析近年来无人机蜂群作战运用案例,总结了当前无人机蜂群作战运用的特点,阐述了发展反无人机蜂群作战指挥控制系统的必要性和紧迫性。由此,结合当前世界各军事强国反无人机蜂群作战指挥控制系统的现状,对未来反无人机蜂群作战指控系统发展提出了一些启示建议。

近年来,世界各国大力推进军用无人机装备技术的发展,加上自组网通信、人工智能、无人控制等技术的迅猛发展,无人机蜂群作战作为一种全新的作战模式登上了历史舞台,其可以在极端恶劣条件下,零伤亡、高效率地协同完成预警探测、欺骗干扰、通信中继、超饱和式打击等作战任务。 随着无人机蜂群作战运用不断成熟,其给世界各国防空系统带来了新的挑战,反无人机蜂群作战体系建设也成了世界各国关注的重点。美、俄、英、以色列等军事强国不断探索反无人机蜂群的新用法,其中包括电磁脉冲炮、高功率微波武器、高能激光武器、电子干扰、密集炮、网捕等手段,美国每年都进行“黑色飞镖”反无人机试验来提高反无人机作战能力。在反无人机蜂群作战中,除了作战武器外,指挥控制系统也是反蜂群作战的核心中枢,其贯穿了预警探测、信息处理、决策分析、武器控制等全流程作战,也是世界各国大力发展的重点之一。 本文分析了无人机蜂群作战运用的主要特点,介绍了当前世界各国反无人机蜂群作战指控系统发展现状,并对反无人机蜂群作战指挥控制系统未来发展方向进行分析阐述。

1 无人机蜂群作战运用特点分析

无人机蜂群是指由陆基、海基、空基、潜基等平台在预设区域发射释放由大量低成本、多载荷小型无人机组成的无人机机群。无人机蜂群根据作战任务编组,形成自主协同的攻击蜂群,实现飞行控制、态势感知、目标分配和智能决策,依靠整体战斗力,对敌发动攻击作战。 美军定义无人机蜂群为一组单操作员控制的自主化、网络化小型无人机系统群。作为马赛克战思想的重要组成部分,美军正在大力开展无人机蜂群相关项目,其中包括“小精灵”无人机蜂群、“灰山鹑”无人机蜂群、“郊狼”无人机蜂群、拒止环境中协同作战、进攻性蜂群使能战术、分布式作战管理、低成本无人机蜂群等。随着无人机技术的发展及运用,近年来的局部冲突中,无人机逐步开展实战化运用,并凸显出其作战优势。

1.1 近年来无人机蜂群作战运用情况

2016年10月,美军实现了用3架F/A-18战斗机投放103架“灰山鹑”无人机组成无人机蜂群,这标志着无人机蜂群作战运用取得了重大进展。

2018年1月6日,13架无人机组成的集群各携带10枚炸弹,对俄罗斯驻叙利亚赫梅米姆空军基地和塔尔图斯港海军军事设施进行打击,这是一次真正意义的无人机集群作战运用。

2019年1月10日,也门胡赛武装控制多架无人机攻击了政府军的阿纳德空军基地,导致包括总参谋长在内的多名高级军官受伤,甚至死亡。

2019年9月14日,沙特一家石油公司遭到18架无人机的攻击[7],使得沙特原油生产遭受重大损失。

2020年9月27日,阿塞拜疆发射多批次无人机蜂群对亚美尼亚防御阵地进行攻击。亚方拥有俄制“驱虫剂”反无人系统、S-300、SA-13、道尔等俄制防空系统,可对无人机进行火力硬毁伤、欺骗干扰软杀伤等,但是当面临大批量无人机蜂群目标时,其自身防空资源迅速消耗,逐步丧失防御能力,遭受惨重损失。

2020年9月29日,亚美尼亚实施报复性打击,出动了大量自杀式无人机,组成无人机蜂群,对阿塞拜疆阵地进行攻击,摧毁了阿方大量火箭炮、坦克、大炮等武器装备。当时,阿方反无人机系统有以色列“铁穹”系统和俄制防空系统,具有较强的反无人机防御能力,但阿方的反无人作战手段主要是火力硬毁伤方式,体系功能单一,缺乏电子干扰等软杀伤手段,因此,阿方损失惨重。

通过分析近年来无人机蜂群作战运用案例可发现,无人机蜂群利用其数量上的优势,往往发动饱和式或者超饱和式攻击,使得防空系统难以在短时间内拦截全部无人机,从而实现打击目的。此外,目前的反无人机蜂群指挥控制系统对无人机蜂群探测、跟踪、识别能力弱,往往发现距离较短,难以有效组织防御,而且反无人机蜂群作战手段较为单一,传统防空导弹对其进行拦截时效费比极高,消耗大量防空导弹后,无法对后续巡航导弹进行有效拦截。

1.2 无人机蜂群作战主要特点

1)作战数量多,攻击能力强

无人机蜂群往往是几十架甚至上百架的规模,如图2所示,蜂群中的各无人机可根据需要执行包括侦察预警、诱骗干扰、打击毁伤等任务,具有很强的协同攻击能力,远远超出单机作战能力,加之数量规模庞大,可对敌实施超饱和式攻击。在第一次波次攻击时,一方面可以诱导敌防空雷达开机,将敌目标位置回传指挥所,利用巡航导弹等实施精确打击;另一方面,超饱和式攻击可以极大消耗敌方防空作战力量,使其防空资源消耗殆尽,甚至瘫痪。

2)体积小,隐蔽性强

无人机蜂群中的个体平台目标光学特征和雷达特征很小,现有技术、装备对目标的探测发现和识别跟踪十分困难,其可以隐蔽突防敌方火力拦截区,对既定目标进行突然袭击。例如,美国“灰山鹑”微型无人机尺寸仅为138 mm×67 mm,质量仅为0.45 kg,并且采用复合材料,电磁信号特征较弱,现有侦察警戒手段难以发现和锁定。

3)作战成本低,效费比高

蜂群中的无人机造价成本较低,且可回收利用,使得其具有很高的效费比。例如,美海军研究局的“郊狼”无人机单价不足1万美元,美战略能力办公室几年内试验使用的上百架“灰山鹑”无人机仅为2 000万美元,相比于导弹、诱饵等武器装备,具有不对称的成本优势,并且随着材料、能源等技术的发展,蜂群无人机的造价将持续降低,采用传统防空武器系统对其进行拦截,会造成极大的不对称消耗。

4)去中心化,容错能力强

无人机蜂群采用去中心化自组网技术,态势信息数据共享,当部分无人机被击落时,剩余无人机仍然可以继续组网协同,完成侦察、攻击、诱饵和通信中继等作战任务,具有很强的容错能力,不受其他无人机损毁的影响,直到最后一架无人机被摧毁。

基于以上对无人机蜂群作战运用特点的分析,目前我们迫切需要大力发展反无人机蜂群作战指挥控制系统,以应对大规模、低成本无人机蜂群攻击。

2 国外反无人机蜂群作战指挥控制系统

反无人机蜂群作战指挥控制系统是反无人机作战系统中的重要组成部分,是反无人机作战的神经中枢。其承担了协同控制预警探测、多源信息融合处理、态势生成、威胁评估、任务规划、火力分配、武器控制以及毁伤效果评估等功能,由探测分系统、指挥决策分系统、武器控制分系统以及作战评估分系统组成,如图3所示。

图3 反无人机蜂群作战指挥控制系统结构

Fig.3 Structure of command and control system for anti UAV swarm operations

随着无人机蜂群广泛运用,世界各军事强国如美国、俄罗斯、英国、以色列等正在不断研发各类反无人机蜂群作战指挥控制系统。

2.1 美国反无人机蜂群系统

美国的新型地基系统(ICARUS)由洛克希德·马丁公司研发,该系统通过射频、声波和无源成像传感器获取目标信息,进行目标识别和跟踪,然后,进行目标威胁判断和任务分配,通过网络电磁频率摧毁无人机蜂群目标。该系统具备多传感器数据融合信息处理、雷达自动跟踪识别、自动任务规划等功能。 美国诺斯罗普·格鲁曼公司研发的“毒液”反无人机系统,针对无人机蜂群目标具有较强的识别、跟踪能力,其鲁棒性强,可以通过网络控制多台武器系统对抗无人机蜂群目标。该系统可搭载于各类移动装备上,实施机动控制,如图4所示。

美国提出了扩展区域防御与生存能力项目,构建区域反无人机指挥控制系统,在一定防御区内,对来袭无人机蜂群进行跟踪锁定、威胁判断,然后控制多型火炮对目标进行打击,该系统可以对火炮进行弹道修正,提高拦截成功率。

此外,美军还有“复仇者”激光武器系统、陆基高功率微波武器系统等各类反无人机蜂群指挥控制系统。

2.2 俄罗斯反无人机蜂群系统

面对日益发展的无人机蜂群作战运用,从2017年起,俄罗斯不断对“9K35箭-10”“道尔”等低空近程防空导弹系统进行升级,使其具备对低慢小无人机目标进行打击的能力,其中,“9K35箭-10”武器系统采用光学传感器瞄准锁定无人机目标,使用红外制导导弹进行打击,可装载于机动平台,具有高机动能力,可协同控制多型近程防空导弹进行火力打击,最大射程在5~6.9 km,如图5所示。

“道尔”反无人机防空系统具有自主打击能力,可执行自主预警探测、锁定跟踪、威胁评估、火力分配等任务,可以控制8枚导弹垂直发射,对12 km范围内的无人机实施有力打击,该系统反应速度快,打击精度高,如图6所示。

俄罗斯的“铠甲-S1”防空武器系统也是打击无人机的高效武器系统,如图7所示,该系统由炮塔、高炮、低空导弹、发射筒、雷达、光电以及火控系统组成,可发现30多个目标,并同时对24个目标进行跟踪,是目前世界唯一一款弹、炮可同时发射的防空武器系统,可对无人机进行有效拦截。

俄罗斯的“克拉苏哈-4”电子站系统是俄罗斯电子站系统的一部分,如图8所示,该系统能够同时跟踪80多个空中辐射源,并可以控制6种不同类型的干扰机,对远程、中程、近程无人机进行电子干扰,甚至对电子元器件进行硬毁伤。

俄罗斯还研制了“驱蚊剂”电子站系统,如图9所示。该系统可以快速扫描定位无人机位置,利用网电对抗系统对无人机蜂群通信链路进行干扰压制。

2020年,俄罗斯卡巴斯基实验室研发了“卡巴斯基”反无人系统,该系统利用人工神经网络技术进行传感器数据分析和无人机目标识别分类,并采取相应的拦截措施。

此外,俄军还有“披肩”电子战系统、新型微波武器系统、“好斗者”激光系统、佩列韦斯特激光系统等各类反无人机蜂群指挥控制系统。

2.3 以色列反无人机蜂群系统

以色列研发的“无人机穹”反无人机系统采用先进的光电和战术监视雷达等传感器,对微小型无人机蜂群目标进行预警探测,能够360°探测跟踪来袭无人机目标,并进行目标类型判断和威胁评估,可自主对来袭无人机蜂群目标卫星导航通信和射频信号实施干扰。

以色列航空工业公司研发的“无人机卫士系统”用于对无人机进行探测、识别、干扰。该系统采用埃尔塔(ELTA)公司的ELM-2026D雷达、ELM-2026B雷达以及ELM-2026BF雷达,分别用于无人机的近程(10 km)、中程(15 km)和远程(20 km)探测,并与特殊探测和跟踪算法相耦合,此外,还装配了光电探测设备进行目标识别。它带有可作为独立系统使用的自适应干扰系统,可与探测和识别传感器协同,能够干扰无人机的飞行,或能够迫使无人机返回原始起飞点,或者将其打下来然后坠毁,如图10所示。

2.4 英国反无人机蜂群系统

英国开发了AUDS反无人机防御系统。该系统具备对微小型无人机蜂群目标进行拦截的能力,采用雷达、光电、红外激光等多类传感器对无人机目标进行识别和跟踪,通过多源信号数据融合处理,确定目标位置、类型等信息,然后,指挥控制定向射频抑制干扰武器、压制干扰甚至烧毁无人机通信及电路器件,如图11所示。

2.5 意大利反无人机蜂群系统

意大利研发的“猎鹰盾牌”无人机防御系统,主要用于探测打击微小型无人机,可控制射频探测器和用于探测无人机的3D雷达、超远程光电系统(包括跟踪、识别无人机的热成像摄影机)进行目标探测、跟踪、识别,并采用干扰武器对无人机目标进行拦截,如图12所示。

通过分析国外反无人机蜂群作战指挥控制系统作战运用特点可知,反无人机蜂群作战指挥控制系统作战流程主要包括四个方面:

1)控制各类传感器(雷达、声波、红外、光电等)对无人机蜂群进行预警探测、稳定跟踪,并接收数据链系统目指信息,进行数据融合,实现目标识别;

2)根据敌我兵力火力信息,生成态势图像,并完成目标威胁评估、火力分配、作战方案拟制等指挥决策功能;

3)控制反无人机蜂群武器系统按照既定的作战方案实施拦截;

4)系统开展毁伤评估,根据实际拦截效果反馈,调整拦截方案,以应对无人机蜂群灵活变化的能力,对其实施动态火力规划打击。

3 展望

本文结合当前无人机蜂群作战运用的特点以及世界各国反无人机蜂群作战指挥控制系统发展现状,深入分析,对未来反无人机蜂群作战指挥控制系统提出以下四个方面的发展建议。

3.1 通用化、模块化设计

反无人机指挥控制系统可配备多个指控台,各指控台功能相同,互为备份,保证指控系统的高可靠性。各平台传感器及各类武器作为独立部分通过标准化接口接入网络,同时,数据链与标准化接口相连,使得武器系统不局限于单平台,可以实现跨平台武器控制和多平台信息共享。指控系统采用模块化设计思想,可以根据实际作战需要,灵活高效地添加或更改武器控制、传感器探测、任务规划、火力分配等功能模块,提高反蜂群作战效率。

3.2 全自主、智能化作战模式

蜂群无人机往往体积较小,甚至具备隐身能力,一般的探测手段难以远距离发现,留给系统防御的反应时间很短,这需要反无人机作战指挥控制系统能够自主调度各类传感器及武器系统,并具备自主探测、跟踪、识别能力和快速自主决策能力,能够在极短时间内制定火力分配方案,尽可能控制拦截武器最大化干扰、毁伤来袭无人机蜂群目标。同时,当战场态势发生变化时,如新增来袭威胁、防御任务发生变化等,可以灵活调整作战方案,具备临机决策、博弈对抗的能力,实现无人自主反无人机蜂群作战,缩短作战反应时间,把握战机,最大限度拦截无人机蜂群目标。

3.3 分布式协同指挥控制

针对无人机蜂群目标预警探测难的问题,常用方法是建立一体化预警探测网络,将光电、雷达、无线电探测等各类传感器分散在无人机蜂群主要来袭方向上,在来袭轴上前出部署,并进行组网探测。此外,将各类作战平台(包括预警机、驱护舰、舰载机、直升机等)传感器并入预警探测网络,各探测节点之间信息共享,互联互通,充分发挥各类平台及传感器特点,形成高中低、远中近立体探测网,让无人机蜂群无处可藏。指挥控制系统能够快速处理预警探测网传来的信息,生成战场态势图像,提高对无人机蜂群目标的探测、跟踪、识别能力。

同时,将各平台上各类反无人机蜂群作战武器分布式组网,由指挥控制系统统一调度控制,对来袭无人机蜂群目标,按照武器就近、目标尽远拦截原则进行打击,使得无人机蜂群目标能够被早发现早拦截,给反无人机蜂群指控系统留有充足的反应时间,实施多次打击。

3.4 多手段、多梯次立体打击

当前针对无人机蜂群的拦截,单一手段已不足以满足拦截需求,需要反无人机蜂群指挥控制系统综合控制多平台、多种类反无人机武器资源实施联合打击作战,聚合整体效能,形成反无人机作战体系,以对抗无人机作战体系,实现对无人机蜂群的高中低、远中近多梯次立体打击能力,提高反无人机蜂群作战能力。

1)在现有防空体系的基础上进行升级改造,反无人机作战指控系统要联合现有防空体系,提升现有防空体系对低慢小无人机蜂群目标的预警探测、跟踪、识别能力,使用中远程防空导弹或战斗机,发射空空导弹对蜂巢目标实施打击,使用近程速射炮实施末端硬毁伤打击等。

2)纳入新型反无人机蜂群作战手段,联合控制高功率微波武器对无人机蜂群目标实施面杀伤,同时使用高能激光武器对无人机蜂群个体实施点杀伤,提高反无人机蜂群作战的效费比。此外,还可以研发新型弹药,包括微型导弹、集束弹药、石墨纤维弹药等,提高对无人机蜂群的拦截能力。

3)软硬协同,优势互补。指控系统能够高效完成作战方案拟制,针对来袭无人机蜂群作战特点和现有武器资源拦截能力,在火力兼容处理的基础上,综合控制软杀伤武器和硬毁伤武器对不同类型、不同距离、不同高度的无人机蜂群目标实施拦截,有效提升反无人机蜂群作战能力。

4 结束语

随着无人机技术及无人机蜂群战术的不断发展,迫切需要提升反无人机蜂群作战指挥控制能力,本文分析了无人机蜂群作战运用特点,介绍了当前世界各国反无人机蜂群作战指挥控制系统,对新一代反无人机蜂群作战指挥控制系统提出了4个发展思路,为后续反无人机蜂群作战综合指挥控制系统发展提供了有益借鉴。

| 作   者：孙海文，于邵祯, 周末, 孟祥尧, 李丹, 唐嘉钰  

编辑：黄飞