摘要：無人機作戰樣式因其特有的“快、精、廉”等特點被廣泛用于現代戰場,并取得了非凡的實戰效果。總結現代戰場無人機作戰特點,結合世界先進的反無人機技術,分析目前無人機作戰樣式存在的不足,并以此為出發點,以滿足未來戰爭需求,應對防空反無人機技術體制為目的,探索軍用作戰無人機未來發展方向,以期為軍用無人機及其作戰樣式的研究提供參考。

無人機自20世紀60年代越南戰爭時期,首次被派到戰場執行偵察任務,正式進入軍事作戰領域,其作為一種新型作戰樣式,開啟了無人化作戰先河,幾十年來,無人機以偵察、預警、電子干擾、空地打擊等“多面手”的角色出現在海灣、科索沃、阿富汗、伊拉克、土敘、納卡等局部戰爭或沖突中,并取得驚人效果,尤其在納卡沖突中,無人機首次作為主戰裝備參與作戰,更是第一次將無人機協同作戰從概念轉化為實戰,并取得卓越的戰績,充分證明了無人機作戰的軍事價值。可以預見,隨著世界新軍事革命的不斷推進,無人機作戰必將成為無人化作戰的重要組成部分。

無人機作戰能力雖已多次經過現代戰爭檢驗,但縱觀現代戰爭中的無人機實戰案例,可以發現其存在一些共性缺陷,如弱/無自主,不注重隱身,嚴重依賴無線電通信技術及衛星導航技術,而現代反無人機技術正是利用這些缺陷作為切入點,成為無人機在戰場上的克星。隨著戰場環境的日益復雜化,防空反無人機技術高速深入發展以及戰爭由信息化向智能化的轉變,軍用作戰無人機必須針對性地做出改進,才能適應未來高烈度、高技術、高電磁復雜度、威脅目標多樣的戰場環境。

本文以彌補無人機作戰樣式不足為出發點,以適應復雜的未來戰場環境,應對防空反無人機技術體制為目的,結合現代及未來可預見的技術,對軍用作戰無人機未來發展方向與特征進行探索與思考。

1 軍用無人機實戰案例分析

自無人機躋身軍事作戰領域后,其實戰案例舉不勝舉,但極具代表性、較經典的當屬納卡沖突及蘇萊曼尼刺殺行動中的無人機作戰應用。

1)納卡沖突

納卡沖突中參與的無人機數量多,種類全,初步體現了協同、聯合的體系化作戰樣式,無人機首次作為主戰裝備并對戰局起決定性作用。據阿方國防部戰報數據,在沖突首個星期,阿方就已摧毀了亞方230輛坦克和裝甲車、250門火炮和導彈系統、38套防空系統、10個指揮中心、7個彈藥庫、130輛軍用車輛、1個S-300防空系統。TB-2無人機回傳的作戰打擊圖如圖1所示。

圖1 TB-2無人機打擊地面部隊和“薩姆-8A”防空系統

2020年9月,阿塞拜疆與亞美尼亞爆發軍事沖突,阿方一改往日地面部隊長驅直入的戰術,綜合運用“赫爾墨斯”450型無人機、“蒼鷺”無人機、“哈洛普”無人機、安-2無人機、TB-2無人機協同作戰。阿方首先前出“赫爾墨斯”450和“蒼鷺”無人機縱深偵察亞方防空裝備布置情況,隨后出動安-2無人機誘使其防空系統工作,最大程度地暴露并消耗其防空力量,然后利用多架配備反輻射導引頭的“哈洛普”無人機攜帶炸彈,攻破亞方暴露的防空系統,在亞方大量的防空力量被摧毀后,阿方派出多架攜帶MAM-C和MAM-L激光半主動制導導彈的TB-2無人機縱深攻擊亞方境內軍火庫、指揮所、軍事基地,同時攻擊其主戰坦克、裝甲車、火炮等地面裝備,掌控了戰場的制空權和主動權。作戰流程圖如圖2所示。

圖2 阿方無人機作戰流程圖

2)蘇萊曼尼刺殺行動

蘇萊曼尼刺殺行動在短時間內完成發現、確認、發射和摧毀等一系列動作,當場擊殺了有著“中東諜王”之稱的蘇萊曼尼,展現了極高的戰術水準,同時也體現了世界先進的察打一體無人機的極限作戰能力,從無人機作戰運用層面來看,蘇萊曼尼刺殺行動無疑是無人機單機執行任務的經典之作。蘇萊曼尼刺殺現場如圖3所示。

2020年1月3日,伊朗“圣城旅”指揮官卡西姆·蘇萊曼尼在巴格達國際機場乘車準備返回官邸時,美軍從卡塔爾出動一架MQ-9“死神”察打一體無人機對其進行刺殺,整個刺殺過程分為三個階段。1)巡航鎖定。由于美軍已事先掌握了蘇萊曼尼的行蹤,MQ-9“死神”無人機早已從卡塔爾飛至巴格達上空巡航待命,他一下飛機就已經被在9 000 m高的“死神”牢牢鎖定了。2)捕獲跟蹤。MQ-9“死神”利用先進的多光譜瞄準系統獲取地面人員高清視頻和圖像,通過圖像匹配識別,確定捕獲目標。3)擊殺。待蘇萊曼尼車隊行駛至預設刺殺區域時,遠在白宮的戰情辦公室下達攻擊命令,多枚“地獄火”從天而降并精準命中目標,完成刺殺任務。作戰流程圖如圖4所示。

圖4 MQ-9死神無人機作戰流程圖

從上述實戰案例中,我們可以發現現代戰爭中無人機作戰樣式有如下共同特點:

1)人在回路中。受限于智能自主技術水平,現代無人機作戰樣式絕大多數都采用人在回路中的弱/無自主模式,即由人控制無人機完成OODA各環節。

2)不注重隱身。因無人機參與的現代戰爭大部分為低烈度、非對稱戰爭,對方防空能力較弱,探測預警手段單一,所以參戰的無人機極少做隱身處理。

3)高度依賴通信鏈路。通信鏈路是無人機的生命鏈和作戰效能發揮的保障鏈,受自主能力、作戰模式所限,現代無人機執行任務時,高度依賴無線電通信鏈路與地面站進行信息交互,從而實現諸如圖像回傳、指令下發等功能。

4)高度依賴衛星導航。無人機的定位導航技術有很多種,如視覺導航、慣性導航、衛星導航、多普勒導航,但受精度、體積、計算量等因素的約束,目前,世界上絕大多數高性能作戰無人機基本上使用了衛星導航+其他導航的組合導航方式。

2 反無人機技術分析

事實上,隨著無人機越來越多地直接介入現代戰爭并逐漸成為決定勝負的關鍵因素,世界各軍事強國紛紛開始針對性地發展反無人機技術,無人機作戰和反無人機作戰構成矛盾體,攻防雙方的技術能力此消彼長呈波浪式前進趨勢,因此,從反無人機作戰技術特點可以直接有效地窺見現代無人機作戰樣式的缺陷和不足。綜合目前世界上典型的先進反無人機系統及技術,如美國的輕型防空綜合系統(LMADIS)、移動式低慢無人機綜合防御系統(MLIDS)、陸基防空定向能系統(GBAD),俄羅斯的“薔薇”電子戰系統、“克拉蘇哈-4”電子戰系統、“鎧甲”系統,可將作戰流程分為預警、識別、打擊三部分,反無人機作戰流程如圖5所示。

圖5 反無人機作戰流程

從圖5可以看出,反無人機技術是對標無人機作戰樣式特點進行探測、反制手段的適配,如利用無人機作戰樣式的不注重隱身,高度依賴通信鏈路的特點,分別采用雷達、無線電偵測及紅外傳感器對其進行預警探測,利用無人機作戰樣式的人在回路中,高度依賴通信鏈路,高度依賴衛星導航的特點,分別采用遙控指令欺騙、無線電干擾與導航誘偏對其進行軟殺傷。具體的反無人機技術手段與無人機作戰樣式特點適配關系如圖6所示。

圖6 適配關系

依據目前及可預見未來的技術能力來看,無人機無法具備針對可見光識別的有效隱身能力,本文不做討論;對于硬殺傷而言,由于其需要探測識別系統提供的精準目指信息,本文認為其應適配于無人機作戰樣式的不注重隱身及高度依賴通信鏈路的特點。

綜上分析,反無人機技術作為無人機作戰強勁的對手,其發展的核心技術及指導思想就是以無人機作戰樣式特點為切入點,正如納卡沖突后期,阿方所向披靡的TB-2無人機遭遇俄“克拉蘇哈-4”電子反無人機作戰系統,“克拉蘇哈-4”對其實施通信鏈路及導航信息干擾,成功擊落9架TB-2無人機。再如2018年,伊朗的反無人機系統利用導航誘偏方式,將MQ-9“死神”無人機誘偏到地面“沒收”,此前,伊朗用同樣的方法捕獲了美國MQ-1“捕食者”無人機及RQ-170“哨兵”無人機,因此,上文中無人機作戰樣式的共同特點亦為其“軟肋”。

3 軍用作戰無人機未來發展重點

從美國的“第三次抵消戰略”突出發展的能力可以看出,未來戰爭將呈現三個發展方向。

1)戰場物理空間呈分布式一體化發展,具有作戰單元多,作戰環境復雜,多域聯合立體化等特點,將迫使參戰方耗費大量ISR資源及時間進行感知與規劃;

2)作戰時間進程向快速化發展,具有高烈度、高實時等特點,以賽博空間為代表的網絡信息電子電磁一體化作戰,要求參戰方具有高OODA循環速度,具備強抗干擾能力;

3)作戰技術應用趨于智能化發展,具有感知智能化、判斷智能化、決策智能化、打擊智能化等特點,要求參戰方必須從作戰體系到裝備、作戰策略到行動等每個環節都盡可能地智能化,以滿足未來戰爭的戰略平衡的需要。

隨著大數據、云計算、人工智能等技術的發展以及世界各國對制空權的日益重視,未來防空反無人機體系必定會推陳出新,必然向構建多手段、多層次、立體化聯合智能自主防御體系方向發展,通過提高多源探測能力,提高多手段復合攔截能力及建立高效智能指揮體系,實現信息全源化,探測全域化,決策智能化,打擊全向化的能力,極大地縮短OODA環路周期,從而降低無人機破防概率。

因此,軍用作戰無人機為順應新軍事革命發展及未來戰場作戰需求,必然要進行適應性發展與優化,然而,在面對未來環境高復雜,博弈強對抗,響應高實時,邊界不確定的智能化戰爭,依靠傳統技術難以對現有問題做出改善,必須結合人工智能、數據融合、創新材料等高新技術。

歐洲宇航防務集團曾提出,“如果出現一種武器可以在前期偵察探測,中期跟蹤尋的,最后摧毀目標,整個過程完全實現自主化,那便可以在與指揮端失聯的情況下繼續自主完成攻擊,大大提高作戰能力”。根據微處理器摩爾定律可知,未來無人機將具備超越人腦水平的數據存儲與處理能力,屆時能更好地結合人工智能算法。可以預見,未來將通過人工智能技術賦能無人機作戰OODA各環節,驅動各環節高效運行。未來無人機將奉行“以快吃慢”的法則,在高烈度、高實時的戰場占據主動權,擺脫通信鏈路控制,解決人在環路中模式存在的抗干擾誘騙能力差,識別不準等問題;結合人工智能、數據融合等技術使無人機具備自主目標識別、自主規劃路徑、自主避障等能力,實現衛星拒止環境下的無人機的精確自主導航飛行,從而適應高動態、高復雜度、不透明的任務環境;結合材料、結構等技術研究發展高性能隱身無人機,實現對雷達、紅外等主被動探測手段的隱身功能,同時兼顧氣動、結構等方面性能的最優化,使其具備高水平戰技指標,遂行完成高難度任務。

3.1

高性能隱身

無人機的隱身性對提高其戰場生存能力至關重要。現代無人機隱身技術都是以特定探測器為對象的單項隱身技術的物理疊加,經常將雷達隱身設計和紅外隱身設計分開進行。雷達隱身設計的主要目的是減少雷達散射面積,主要技術包括外形隱身技術及材料隱身技術,外形隱身技術通過合適的外形設計,整體上降低雷達回波幅度或將雷達回波主要能量集中在重點方向,材料隱身技術通過使用雷達吸波材料,可將入射的電磁波吸收或散射衰減掉,從而減少雷達散射面積;紅外隱身設計的主要目的是降低無人機紅外輻射特性,主要技術包括降低機體表面溫度及紅外發射率,通常采用渦輪風扇發動機減少散熱,在高溫部件表面涂覆專用涂料以降低紅外發射率,合理設計機身外形來遮擋排氣系統的高溫熱壁,遮擋二元噴管和噴流這兩個高溫系統等。現代無人機隱身技術代表性產物有美國X-47B無人機、法國“神經元”無人機、英國“雷神”無人機、以色列“哈比”-2無人機等。

單項隱身技術通常不能應對除特定探測器外的其他威脅,難以應對日益高精度化、智能化、多元化的探測手段,且往往要在氣動、結構等多方面進行協調折中,從而影響無人機性能。因此,對無人機隱身技術提出了更高的要求,隨之涌現了一些新型隱身技術,其中,等離子體隱身技術以其獨有的優勢迅速成為該領域重要發展方向。

等離子體由大量正電離子、自由電子、中性原子組成,整體呈中性,但有較強導電性。該技術采用等離子體發生器或放射性同位素,使得機體表面形成一層等離子云,由外部發射的探測電磁波及內部輻射的紅外電磁波到達等離子云層,等離子云層將電磁波的一部分吸收,另一部分改變傳播方向散射,這一方面可以降低機體的雷達、紅外探測特性從而實現隱身,另一方面可以對敵探測系統起欺騙誘導作用。該技術無須改變無人機氣動外形設計,從而最大程度地保證了無人機的性能。目前,俄羅斯在該技術方面處于世界領先地位,其第三代等離子產品已經應用于“米格”-1.44隱身戰機,該產品可在4~4 GHz頻率范圍內使飛機雷達散射截面減小99%。

3.2

自主導航

目前,軍用作戰無人機采用的導航技術主要是慣性導航、衛星導航、多普勒導航、地圖匹配導航及地磁導航。由于各種導航技術各有利弊,現有軍用作戰無人機導航大多融合多種導航技術,利用它們的互補特性來形成更高性能的組合導航。考慮未來高電磁復雜度、高電通對抗條件的戰場環境,衛星導航易受干擾、欺騙,有源導航易被偵察反制,無人機必須在不依賴外界衛星導航信息和保持對外電磁靜默的情況下,實現高精度的導航,快速準確地到達預定作戰區域。

因此,需開展包括視覺導航、天文導航、慣性導航、地圖匹配導航及地磁導航等自主、隱蔽、抗干擾、靜默無源的全源組合導航技術的研究。鑒于傳統導航定位技術在精度、環境適應性、體積、計算量等方面存在的問題,還需積極發展新型高性能、輕小化導航技術,比如基于MEMS、半球諧振陀螺的慣性導航、數據庫匹配導航、仿生導航、量子無源導航等,并立足于實戰應用,通過深度強化對各種戰場環境、不同運動狀態的學習,有效提取全作戰過程時空的高級特征,避免進入局部最優狀態,實現基于深度強化學習的離散動作空間的自適應切換與快速重構的組合導航系統,以確保無人機面對不同環境時,能實時自主做出最優的導航組合策略,保證其自主導航的魯棒性和精確性;結合深度學習與數據融合技術,實現動態時變戰場環境及障礙物的實時感知,統籌全局與局部路徑規劃方法,研究基于導航信息、環境類型、障礙物類型的自適應路徑規劃技術,完成復雜環境下面臨動態/靜態/遠/近等多種障礙物的實時避障及合理路徑規劃功能,從而解決無人機自主飛行的三個基本問題,即“我的周圍環境怎么樣”“我在哪里”“我下一步該怎么做”。

3.3

OODA環路自主

OODA環路自主化的目的是結合人工智能技術賦能OODA環路節點,提高人在回路中模式的效率,縮短其循環周期,以適應高烈度、強對抗的作戰需求,本文將OODA環路劃分為自主目標識別判斷(即感知和判斷)和自主攻擊(即決策和行動)。

1)自主目標識別判斷。自主目標識別判斷是無人機遂行自主攻擊、毀傷評估等后續動作的前提和基礎。未來戰爭中,隨著目標隱身性能、機動性能和干擾場景復雜度不斷提高,導致目標數據具有稀疏性、不確定性、多變性等特點,因此,對目標探測識別提出了更高要求。傳統目標識別方法一般針對特定的目標和環境,采用人工識別或者基于人工標定目標特征的機器識別,存在識別目標特征信息維度低,實時信息處理能力不足,應用場景單一,泛化性能不足等缺點,且面對弱隱目標時,單一傳感器無法客觀準確地提取目標特征。因此,需攻克基于多探測信息融合的弱監督深度學習的自主目標識別技術,研究基于復雜戰場環境的三維場景孿生建模及圖像仿射變換、裁剪與拼接的樣本增廣技術及樣本動態可擴充模型,構建場景豐富、多視角、高維度的目標樣本,為基于弱監督深度學習算法模型的目標識別能力訓練和增量推理學習提供充足的數據支撐;研究多源異構信息數據質量定準、信息相似性計算、信息多義性處理、信息關聯處理技術,結合深度學習與數據融合技術,深度挖掘多源異構信息的有效特征信息,實現面向低特征目標的多維/多源異構信息融合的自主目標識別能力;結合深度學習與專家知識系統,實現目標行為自主理解與判斷、戰場態勢判斷,支撐后續自主打擊決策生成環節;研究輕量化算法模型,減少計算復雜度及所需資源,實現理論向實踐的轉換,縮短OODA環路中的感知判斷時間。

2)自主攻擊。受倫理、人道主義等約束,至今,真正意義上“人在環路外”的完全自主的攻擊型武器系統是不存在的,大多數作戰無人機都需要在操作員的控制下實施攻擊任務,按照機器人不能剝奪人的生命權的原則,應保證人在作戰過程中的主體地位,體現人對無人機的絕對控制能力,其中最主要的就是將開火“扳機”掌握在人手里。因此,無人機的“自主攻擊”決策應該完全符合人的意識,需要研究基于專家知識系統的智能自主攻擊,模仿人類整體決策功能。雖然單純的專業知識在具有較強的相關線索性及較好的狀態區分度的作戰環境中可以產生有效的決策,但在復雜的非結構化戰場環境中,將不可避免地產生模糊性、滯后性、偏差性。因此,需要對基于專家知識系統的攻擊規則、條件等進行提煉、賦值,形成改進知識,在滿足約束條件時快速形成攻擊決策,并根據時變作戰環境進行動態實時決策重構,以確保無人機在非結構化作戰環境中自主做出的攻擊決策具備實時性、可預測性、可解釋性。同時,應突破基于深度學習的智能飛控技術,無人機能實現根據戰場環境、目標態勢、攻擊決策等進行多控制模式在線切換重構的能力,使其遂行決策自主化、控制智能化的自主攻擊任務,縮短OODA環路中的決策和行動時間。

4 結束語

在新軍事革命背景下,戰爭形態由信息化向智能化、無人化轉變,因此,智能無人化作戰將成為未來戰爭的主要形式,而無人機作戰作為無人化作戰主要形式之一,勢必在未來軍事發展中占有舉足輕重的位置。本文檢索研究大量文獻,通過分析發現現代無人機作戰樣式的不足,通過對標未來戰爭特別是防空行動中反無人機技術發展方向,對軍用作戰無人機的隱身、自主導航、OODA環路自主方面提出建議,希望為軍用作戰無人機及其作戰樣式的后續發展提供參考。

| 作? ?者：薛德鑫，單濤, 徐寧駿, 郭浩, 董士軍, 董紹陽

編輯：黃飛

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