接触式反无人机和非接触式反无人机方法介绍

军用/航空电子

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当前军事政治形势表明,由于对抗双方的技术不断完善,武装部队应在反击国家安全威胁方面做好准备。积极防御“消除国家安全威胁的一整套预先措施”为此奠定了基础。目前,技术最先进的发达国家正在积极开发和列装各种用途无人系统,使其具有战略性质。

反无人机方法

不同国家的武装部队都在积极使用无人机进行侦察、探测、监视、无线电信号转发、目标指示和参与作战,致使对手遭受损失。也不排除使用民用无人机用于犯罪目的。

战略火箭部队是一个一直受到潜在对手密切关注的兵种。无论是在准备阶段还是在战斗行动过程中,它都是最先受到打击的目标之一。无人机的主要威胁在于,既可以侦察监视战略火箭部队和分队的战斗队形,也可以引导精确制导武器和战术航空兵飞机。尤其危险的是所谓的神风(自杀式)无人机(巡飞弹)。

为了尽可能减少无人机袭击造成的损失,必须开发出一个能够消除不同类型无人机的反制系统。为此,应考虑可能影响执行要地守卫和防御任务的多重因素。战略火箭部队各分队的勤务有其特殊性,主要在于设备自主程度高,有特殊的伪装要求,武器的部署和使用准备要灵活迅速,不受天气条件影响,这对反无人机系统形成了一些额外的要求。该系统应:

在任何天气条件下高效运转;

能够快速展开;

易于使用和维护;

准备好多次使用(应快速恢复到下一次备用状态)。

反无人机系统的操作条件应确保完成领受的各项任务,同时还应预测消除无人机威胁可能造成的后果,使对手不会因为反击无人机的攻击而获得战术优势。和平时期,法律方面的问题最为重要,所以系统应规定在不损毁无人机的情况下进行反制。

主要的反制措施(图1)可以大致分为接触式反制和非接触式反制。

反无人机

接触式反无人机方法

使用反无人机就是使用拦截无人机或自杀式无人机,先要有一支自动化无人机机队,很多情况下还要有一名经过专门训练的操作员。需要补充物资,还要在每次敌人袭击被守卫目标后对无人机进行维护和修理。这种方法不适用于反击中大型无人机或使用无人机蜂群对被守卫目标发动的袭击。

该系统可供在温和天气条件下使用,这使其不适用于战略火箭部队。这种系统的实例是加拿大AerialX公司开发的“无人机子弹”(DroneBullet)自杀式反无人机(图2 a)。这种无人机是一种微型导弹和四旋翼飞行器的结合体,其瞄准卫星导航系统和没有保护装置的螺旋桨的位置,从下方攻击小型无人机,从上方攻击大型无人机。

还有一种反制方法是使用鸟类作为无人机截击手段。猛禽通过训练后可以对付小型无人机,但这不是一种普适的方法,需要长时间训练猛禽,不适合在非飞行天气条件下使用。

使用捕捉网是最为经济的非接触式反无人机方法之一(图2b)。由于只取决于捕捉网发射装置的能力和被守卫目标的爆炸火险性特点,所以这几乎是一种普遍适用的手段,使用这种手段时,不允许攻击无人机、自杀式无人机随意降落(坠落),因为这会造成被守卫的目标发生爆炸。目前,随着这种系统的发展日趋自动化,操作员无需具备特殊的技能,从而允许将这样的系统整合到多功能守卫系统内。

该系统的优点是,在大部分情况下可以保持无人机完好无损,这使其尤为适合在和平时期使用。它可以用在不适用激光系统和电磁系统的场所。这是可用于战略火箭部队要地守卫和防御上的最佳反制方法之一。

无人机的特点是操作员无需长时间训练,易于操作和维护,这使其可以在行军部署期间使用,也十分适于为配置固定部署核武器的部队提供守卫。

市场上已经有不少类似的开发产品。在这些具有发展前景的产品中就包括英国的Sky Wall 100(“天空之墙”)系列系统(由Open Works Engineering公司开发,产品实际名称是Sky Wall Patrol —— “智能榴弹发射器”)。操作员向无人机方向射出一张捕捉网(图3a)。该装置的作用半径达100米。捕捉网与其“俘获的”无人机通过降落伞降落到地面。Sky Wall 200安装在一个具有遥控功能的固定式三脚架上(图3b)。

Sky Wall Auto是一个自主系统,可接受远程控制并精准布置多张捕捉网快速捕获多个目标,其与电子设备一同展开架设,用于多级保护或在电子攻击不可行的情况下使用。Sky Wall Auto Response是一个类似的车载自主系统(图4)。其特点是使用深度学习神经网络来识别和跟踪目标无人机:操作员只需决定何时开始捕获,据推测,这种系统具有不同的炮弹配置方案,既可以使用降落伞,还可以使用大型捕捉网,以提高效能。Sky Wall Patrol Sky Link模块允许将便携式无人机捕获系统集成到现有的探测系统和控制系统内。

使用动能武器无疑是对抗小型无人机的最有效方法。其优点是价格较低,易于使用和维护,效能高,用途广泛。对于合法经营轻武器的法律实体来说,这是抵消无人机威胁的主要方法之一。其缺点是反无人机蜂群用途的速射系统结构复杂、成本高,还会破坏部队的声遮蔽作用。

目前,市场上既有军工部门开发的现代产品,也有多型适用的改型武器产品(图5):

1.“铠甲”-SM弹炮结合防空系统,用于为包括移动军事设施在内的小型军事设施,以及行政-工业设施和地区提供对空防御,反击来袭的固定翼飞机、直升机、巡航导弹和精确制导武器,还用于在反击密集空袭时加强防空集群(图5a)。

2.“通古斯卡”-M1弹炮结合防空系统,确保探测、识别、跟踪和摧毁各种类型的空中目标(直升机、战术航空兵飞机、巡航导弹、无人机)(图5b)。

3.“道尔”-M2E防空导弹系统,用于在复杂空中干扰环境下杀伤中、低空和超低空飞行的固定翼飞机、直升机、空气动力无人飞行器、导弹和其他精确制导武器单元(图5c)。

4.白俄罗斯生产的“Berserk”机器人平台(图5d)支持远程控制,使用可实现自主工作的部件,用于摧毁无人机。该系统可由操作员进行远程控制,能够有效杀伤小型无人驾驶飞行器。

从反无人机方法的分析中可以看出,就自身效能而言,优先采用防空导弹系统,但在和平时期,特别是在现役防空导弹系统单位数量有限的情况下,优先在作战区域使用这些系统。其余手段中,捕捉网是最佳的接触式反无人机方法。使用这种Sky Wall系统将确保分队在行军途中、展开期间以及担负阵地战备值班时,准备击退无人机的突袭。

非接触式反无人机方法

非接触式反无人机方法具有高技术性和知识密集型的特点。这类方法结合使用高效探测系统,适于守卫极其重要的目标。它们主要用在对隐蔽性、效能和通用性要求较高的地方。

在研究这些反小型无人机的方法时,按效能从低到高排序,第一种是声学方法。其实质就是在40m距离采用140dB左右功率的定向声波,使小型无人机的陀螺机构失灵,致使其失去控制。这种方法的优点是系统的视觉隐蔽性强,不会被肉眼发现。

但是在不利天气条件下使用这种方法时,其效能会大大降低,因此无法满足战略火箭部队各分队的要求,而由于存在声暴露特征,也不允许在强力部门组成内考虑这种方法。

下一种方法是使用激光装置使无人机的光学系统失效或造成控制子系统机械变形。这种方法的优点是具有隐蔽性,主要缺点是技术复杂度高,能耗大。在对抗无人机蜂群时,这种方法可以作为一种有效的辅助手段,但它不适用于战略火箭部队分队(尤其是机动编队),因为它不能在不利条件下有效使用,而且能源需求高。

市面上最先进的一种系统是俄罗斯的“战斗”移动式多功能反无人机系统,该系统具有定向激光摧毁系统(图6a)。

该系统用于对无人驾驶飞行器进行探测、分类,并用微波辐射压制其无线电电子设备。通过激光毁伤兵器实施物理毁伤(硬杀伤)。一个1.5kW功率的激光系统能够在1km距离内进行反无人机作战。在此情况下,不仅要致盲无人机的光学系统,还要对飞机本身进行物理毁伤。

Phaser系统(由美国雷声公司开发)已现身国外市场。这种装置能够瞬时杀伤敌方无人机群并实际造成控制系统内的任何电子设备失效。与激光反无人机系统不同的是,激光反无人机系统是通过远距离剧烈加热对无人机造成机械损坏,而Phaser则是从远距离在无人机的电路内形成感应电流,能够摧毁整个无人机群,而不用将辐射源的焦点重新瞄准蜂群中的每一个设备(图6b)。

最有效而隐蔽的反无人机方法之一是使用电子对抗设备阻断无人机的控制,干扰机载电子设备工作,并操纵无人机的通信协议。

这种方法的特点在于,操作员要对境况条件进行多义语素分析,并具备用于长期反无人机行动的广谱软件工具。基于这种方法的系统可以由电子对抗构成分队的军人操作,这将提高这类系统的操作性及其使用熟练性。但是,火箭部队兵团中目前没有足够的电子对抗专家来确保在每个导弹营附近部署这种系统。

下一种方法是操纵无人机通信协议(电子欺骗)。这是一种电子对抗样式,指的是影响无人机控制系统的一系列方法。其中包括通过破坏加密通信信道或置换授权数据取得控制权,造成接口和数据信道拥塞,向控制系统(通道)引入无关代码。在一些国家,更改无人机控制代码等同于擅自侵入计算机,会受到法律处罚。

因此,非接触式方法(措施)均为高技术系统,需要对操作员进行培训才能使用。声学系统和激光系统都是非通用系统,因此难以使用。电子对抗系统的运行意味着要有一个复杂的软硬件综合系统,这会带来高昂的费用。这种综合系统可以加强各个电子对抗组成分队,这些分队附属于各自的司令部,完成上级下达的各项任务,但给每个分队配属这种设备并不合理。

市场上有这种系统的现成开发产品。例如,DroneShield(美国)公司研制的DroneSentry反无人机系统,这种系统可以抑制控制信号并将无人机引导回操作员(作为一种迫使无人机以安全模式降落的方案)。该系统的作用距离约为2km。

在国内市场上,类似系统的代表是“瓦尔代”或RDK-MTs(ROSC-1)雷达-光学系统,用于保障目标安全和抵消无人机的威胁(图7)。该系统使用3cm波段三坐标监视雷达、无线电侦察设备、光电系统、电子对抗设备和无人机硬杀伤设备,系统执行以下任务:使用雷达波道探测目标,使用光电设备自动跟踪目标,测定无线电辐射源的方位,识别目标类型,对控制信道进行无线电电子压制,数据传输和导航,向对抗设备,包括射击兵器(带有捕捉网的拦截无人机)发送目标指示。雷达对大疆DJI Mavik(大疆幻影DJI Phantom)型迷你/微型无人机的自由空间探测距离不小于5km,对中型无人机不小于15km。

市场上还有便携式开发产品,其主要特点见表1。在俄罗斯市场上,独家开发的产品有以下几种:

1.“穹顶”-pro是一种便携式(固定式)360°×180°全向作用反无人机系统(图8a)。在开机时,它同时在10个频段上形成一个半径不小于2km的保护半球,令无人机“无法穿透”。

2.“游隼-沙锥鸟”是一种机动式多功能系统。它使用雷达、无线电技术、光学电子侦察设备进行无线电电子压制(图8b)。全部探测设备和作用设备均由具有自动化工作台管理功能的现代软件结合在一起。依据其有效反射面,雷达对小型空中目标的探测距离从3600m增加到7100m。根据其大小(包括在夜间),对小型空中目标的探测距离为4km~7km。

3.Zala-zont是针对卫星导航系统(GPS、GLONASS、BeiDou、GALILEO)的一种最有效的便携式压制系统,作用半径可达2km,为地面大队提供安全保障,防止自杀式无人机攻击,并测绘地面大队的准确坐标(图8c)。该系统与蓄电池组总重800g,可以装入一个用于运送自动步枪弹匣的标准子弹盒内。该系统可接入110/220V电力网,用于补充充电或连续工作。连续工作时间为6小时。

4.“埃癸斯神盾”无人机探测和反制系统是同类别系统中作用距离最远的系统之一,用于对在极其重要目标所在区域以及这些无人机控制站所在区域活动的小型无人机进行隐蔽探测和无线电电子压制(图8d)。根据已宣称的对无人机探测距离,该系统可以在21km距离探测到无人机,并在20km半径内制止其通信信道工作。

因此,对反无人机方法的分析表明,战略火箭部队各分队优先使用物理毁伤方法。这些分队的现代武器装备包括卡拉什尼科夫坦克机枪,但这种武器对远距离飞行的小型无人机的射击效果不高。在固定目标使用的自动化守卫系统内集成和使用了防空导弹系统,后者在叙利亚阿拉伯共和国证明了自身的效能,这种系统是一种有效的系统,但成本过高,在和平时期并不实用。

应先从设置捕捉网开始,捕捉网装置不会造成飞行器毁坏,让侵犯者为其入侵行为承担法律责任,而且成本不高。下一步是依靠电子对抗分队,运用无人机探测系统和无线电电子压制系统,分队操作员处于待命状态,及时采取措施。这种反击无人机的组织方法能够在任何情况下击退单一和密集来袭飞行器发动的突袭。

在不久的将来,应解决对极其重要的设施,包括战略火箭部队设施的反无人机问题,因为具有视频拍摄和拍照记录功能的遥控飞行器现在很容易获取,而一架简易的自杀式无人机或侦察机所能造成的损失却是不可估量的。

作者:瓦列里•斯基巴,上校,彼得大帝战略火箭部队军事科学院教研室主任,技术科学博士

安德烈•库兹明,大尉,彼得大帝战略火箭部队军事科学院研究生

编辑:黄飞

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