無人機蜂群作戰概念研究

發布時間:2018-07-16
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未來無人機蜂群作戰將會成為戰場重要的作戰方式,本文作者對無人機蜂群的作戰概念、作戰任務等問題進行了分析介紹。
 
編者按
21世紀以來,小型無人機在有效載荷小型化、續航時間、超視距通信、低成本化等方面持續取得進展,集群技術、自主技術、協同技術等智能化技術正推動著小型無人機戰斗力的提升,可以預見,未來無人機蜂群作戰將會成為戰場重要的作戰方式。本文對無人機蜂群的作戰概念、作戰任務等問題進行了分析介紹。
 
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無人機蜂群作戰概念研究
 
2016年,美國空軍發布了首份小型無人機系統(SUAS)發展路線圖。路線圖闡述了小型無人機的作戰任務,包括:壓制/摧毀防空系統(SEAD/DEAD)、協同打擊與偵察(SCAR)、反無人機、超視距作戰、氣象探測、空中分層網絡、信息優勢。此外,無人機蜂群在海軍反艦作戰、對陸支援等方面也扮演著重要角色。
 
針對無人機蜂群作戰,美國各機構都開展了相關技術研究,重點項目包括:美國空軍研究實驗室(AFRL)提出的“忠誠僚機”項目、美國海軍研究辦公室(ONR)提出的“低成本無人機集群技術”項目、美國國防高級研究計劃局(DARPA)提出的“小精靈”(Gremlins)項目和“體系綜合技術和試驗”(SoSITE)項目以及美國防部戰略能力辦公室開展的“灰山鶉”無人機蜂群試驗等。
 
 
目前,美國無人機蜂群作戰項目均處于研制試驗階段,尚無成熟的裝備。美無人機集群項目在系統架構、平臺研發和無人機控制技術上均有較多的技術積累,但當前無人機系統尚不具備高等級自主能力,且受到機載傳感器載荷技術上的限制,目前沒有系統級別的集成能力。
 
作戰樣式分析
 
當前無人機蜂群作戰有兩種典型的作戰概念,即“忠誠僚機”模式、集群作戰模式。這兩種概念均為協同作戰樣式,但協同對象各不相同,“忠誠僚機”指無人機與有人機之間的無人-有人協同,“集群作戰”則是大量小型無人機之間的機-機協同。
 
“忠誠僚機”(無人-有人協同)是由有人機平臺充當編隊長機,多個無人機作為僚機的作戰系統。此類協同中的無人平臺、傳感器、武器等資源控制權均由有人機控制。在有人機的作戰指令下,無人機執行遠程態勢感知、武器投放、欺騙干擾等作戰任務,充當前出的“傳感器”、“射手”等角色,一方面大大擴展有人機的作戰任務池與作戰頻次,另一方面可有效保護有人機的防區外安全。
 
集群作戰(機-機自主協同)的概念是一群小型無人機自主協同作戰,利用傳感器三角定位優勢,通過網絡在集群內各節點實時共享平臺的自身信息、外部載荷數據等,從而根據交戰實際情況,快速處理和分配載荷任務。
 
2.1有人-無人協同
 
在空-空、空-地以及空-海等不同作戰環境下,有人機與無人機協同作戰模式通常為無人機前置,充分利用無人機的隱身、蜂群戰術、戰損比小等優勢,深入敵方防區,負責目標探測、目標攻擊等任務,保障有人機的防區外安全。
 
(1)有人機-無人機協同探測
 
在有人-無人協同探測中,可采取以下三種方式完成探測任務。
 
  • 由無人機前置負責探測目標,可通過有源機載雷達傳感器對目標實施定位。然后通過數據鏈將目標信息傳送至后方有人機,由有人機負責信息處理、威脅評判和打擊決策。
  • 有人機通過其有源雷達傳感器對目標進行照射,多架無人機前置接收反射波,通過無源定位的方式完成探測,再將目標信息回傳至有人機,這降低了目標起伏特性,拓展了探測距離。由于無源定位精度與接收站的排布方式相關,可利用無人機平臺的機動性,實時調整排布方式,提高定位精度。
  • 利用敵方目標自身的輻射源,前置的無人機蜂群可直接實現無源定位,通過數據鏈對有人機完成信息傳遞,對目標完成探測。
 
(2)有人機-無人機協同攻擊
 
對于有人機-無人機協同攻擊方面,每架無人機各自配備雷達、光電紅外、電子支援等傳感器及不同類型武器,可作為有人機的“武器庫”,直接對目標實施打擊和干擾,也可作為作戰的中繼節點,為有人機發射的武器制導。典型的作戰模式如下:
 
  • 在有人-無人編隊中,有人機負責指揮多架無人機執行攻擊任務,實現分布式協同攻擊作戰。有人機將已探測到的目標信息通過協同網絡實時傳輸給無人機集群,啟動無人機電子戰和武器系統發射指令,壓制敵方防空系統,對敵目標進行攻擊和干擾?;蛘哂捎腥藱C對敵目標發射武器,無人機對其中繼制導,拓展武器打擊距離。執行打擊任務時,小型無人機通過巡弋、交戰、撤離、再交戰的作戰方式,為大型有人機提供威脅目標探測、精確目標指示、實時毀傷評估等打擊信息保障,增加編隊作戰的殺傷鏈配置選項,降低大型有人機探測、對抗威脅目標的必要性與成本。
  • 在整個作戰任務中,有人機作為長機,負責目標探測識別跟蹤、信息處理、作戰任務分配等,通過數據鏈傳輸給無人機僚機,指揮無人僚機完成作戰任務。無人僚機的作戰角色可定義為:充當武器發射平臺,對有人長機指定目標發動攻擊;為有人長機吸引防空火力并摧毀威脅目標;實施防區外干擾;作為ISR的信息融合節點。這種打擊模式拓展了攻擊半徑,也保障了有人長機的安全。
 
2.2 集群作戰
 
小型無人機集群(機-機協同)作戰最大特征在于體系的區域分布性,單元自主特性以及“去中心化”特性,集群中的個體單元均未處于中心控制地位,在單一平臺受損后仍可有序協同作戰,所以集群作戰具有極佳的戰場生存能力和任務完成能力,可完成協同探測、協同攻擊等作戰任務。
 
(1)無人機集群協同探測
 
在目標探測方面,小型無人機因具有低截獲概率、低檢測概率(LPI/LPD)的內在特性,可在敵方防區內執行遠程偵察,或飛到云層下方近距離偵察、監視、跟蹤多個目標。但受限于較小的重量尺寸,小型無人機有效載荷輕,供電能力有限,難以裝載較重且需大功率發射的有源雷達,所以小型無人機可裝備相對簡單、尺寸小、重量輕的無源探測設備實現集群協同探測。
 
多架無人機可針對目標輻射源通過三角定位對其完成探測,亦可通過外輻射源方式對目標進行定位。外輻射源方式要求有特定的輻射源照射目標,再通過外輻射源的直達波與目標反射回波進行相關處理對目標進行定位。外輻射源可以采用我方已知的外輻射源,如地面電臺或地面雷達,也可利用無人機的無源偵察設備搜索敵方的外輻射源,如預警機等。
 
(2)無人機集群協同攻擊
 
無人機蜂群的典型攻擊模式是由運輸機或戰斗機等大平臺攜帶至防區外發射,集群式作戰網絡基于各平臺的位置、任務參數、載荷能力、預期效果,為每一項優先作戰任務選擇分配最適合的無人機。無人機蜂群除可接近目標實施“自殺式”攻擊或引導己方導彈實施打擊外,還可對目標實施電子戰“軟殺傷”。集群通過三角定位、時頻差等無源精確定位與瞄準技術,綜合利用多平臺上的偵察資源、統一進行任務的動態分配,為引導目標信號干擾提供決策,壓制敵方導彈防御系統、切斷敵方通信乃至向敵方數據網絡中注入惡意代碼,實現“賽博攻擊”等功能。
 
未來發展
 
2018年以來,美國無人機集群技術成熟度已經得到了極大的發展。5月1日,美國Dynetics公司獲得了DARPA“小精靈”項目的第三階段合同,其設計具備空中發射和回收的能力,并將開始制造,未來該項目將在2019年進行真實情況下的試驗。這意味著小型無人機的技術水平已經到了一個新的層次。但迄今為止,公開渠道中的小型無人機載荷技術還沒有太多的披露,目前能夠確定的是,小型無人機將能夠根據任務需求裝載不同的載荷,可執行偵察、打擊等一系列任務,未來將對該方面進行更多的關注。
 
 
(原文鏈接:https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU1OTYzNDY5Mw==&mid=2247483657&idx=1&sn=e8dd792d97c4195cd003572849bcb331&chksm=fc150163cb628875d14a70bd4b5d7e6b9f03b538a352fc9dc6052df85755828f607602875068&token=1732274580&lang=zh_CN#rd)
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