外軍反無人機(jī)“蜂群”作戰(zhàn)

尤里

隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，利用大量低成本的無人機(jī)系統(tǒng)對目標(biāo)攻擊已經(jīng)成為無人機(jī)發(fā)展的新方向，許多專家甚至認(rèn)為其將引導(dǎo)一場戰(zhàn)爭技術(shù)革命，顛覆我們對未來戰(zhàn)爭的預(yù)想，特別是美國美國國防高級研究計劃局（DARPA）的“拒止環(huán)境中協(xié)同作戰(zhàn)”（CODE）項目和低成本無人機(jī)“蜂群”技術(shù)（LOCUST）項目的順利進(jìn)展使這一技術(shù)似乎馬上便成現(xiàn)實(shí)，而在發(fā)展無人機(jī)蜂群技術(shù)的同時，許多國家軍隊已經(jīng)開始研究和開發(fā)對抗“蜂群作戰(zhàn)”的技術(shù)和手段。

外軍“蜂群作戰(zhàn)”攔截的技術(shù)障礙

目前，外軍研發(fā)的無人“蜂群”技術(shù)，主要由大型空中平臺搭載并釋放大量無人機(jī)，編成戰(zhàn)斗集群，無人機(jī)群自主協(xié)同，實(shí)現(xiàn)飛行控制、態(tài)勢感知、目標(biāo)分配和智能決策，依靠整體戰(zhàn)斗力應(yīng)對復(fù)雜、強(qiáng)對抗、高度不確定的戰(zhàn)場環(huán)境。這種攻擊方式對現(xiàn)有軍事系統(tǒng)威脅巨大。

突防能力更強(qiáng)目前的艦艇防空系統(tǒng)能夠防御超音速巡航導(dǎo)彈和噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)，應(yīng)對低速的無人機(jī)自然也不在話下，但如果面對的是一群彼此協(xié)作的無人機(jī)，情況則可能復(fù)雜得多。美國海軍在2012年曾對“伯克”級驅(qū)逐艦遭受無人機(jī)“蜂群”攻擊的情況進(jìn)行過研究，顯示艦上的“宙斯盾”系統(tǒng)在應(yīng)對這種集群攻擊時仍顯得力不從心。由于小型無人機(jī)的雷達(dá)信號特征很小，等發(fā)現(xiàn)時已經(jīng)來不及使用導(dǎo)彈或者127毫米艦炮攔截；干擾彈不能影響無人機(jī)的控制系統(tǒng)；可發(fā)揮作用的只有“密集陣”近防系統(tǒng)和機(jī)槍。當(dāng)無人機(jī)群以250千米/小時的速度來襲時，防御系統(tǒng)從發(fā)現(xiàn)目標(biāo)到啟動攔截只有15秒鐘時間。更致命的是，防御系統(tǒng)往往難以合理分配火力，從而導(dǎo)致部分無人機(jī)能夠避開攔截，對艦艇發(fā)動攻擊。對這一作戰(zhàn)模式進(jìn)行了數(shù)百次模擬的結(jié)果表明，由8架無人機(jī)組成的集群進(jìn)行攻擊時，有2.8架無人機(jī)可實(shí)現(xiàn)突防。即使艦艇防御系統(tǒng)進(jìn)行了升級，例如采用了更好的傳感器、更多的機(jī)槍和“密集陣”系統(tǒng)，仍有至少1架無人機(jī)能夠避開攔截。這還只是8架無人機(jī)組成集群的情況，如果無人機(jī)數(shù)量增加到 10架、20架或者50架，那么防御系統(tǒng)也只能攔截到前面的7架左右。可見，數(shù)量有限的無人機(jī)也可以突破“宙斯盾”這種世界上防御最為嚴(yán)密的空防系統(tǒng)。

攻擊成本較低無人機(jī)集群作戰(zhàn)威脅的根本源于其作戰(zhàn)方案成本低，可以大大節(jié)省資金，不必?fù)?dān)心高價值作戰(zhàn)目標(biāo)被擊落，而且可以接受多次襲擊、重新配置，重復(fù)執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)。美國海軍研究局（ONR）開展的“低成本無人機(jī)蜂群技術(shù)”項目已經(jīng)完成40秒內(nèi)在海上連續(xù)發(fā)射30架無人機(jī)以及無人機(jī)群的編組和機(jī)動飛行試驗。項目采用的陸基或艦基多管發(fā)射裝置，可以每秒一架的速度發(fā)射上百架小型無人機(jī)。無人機(jī)群可執(zhí)行巡飛、情報、吸引火力、通訊干擾等任務(wù)。無人機(jī)由雷西恩公司研制，成本控制在1萬美元，一次性使用，能夠搭載多種有效載荷。該項目經(jīng)理表示，無人機(jī)集群的總成本比導(dǎo)彈低得多，如目前用于模擬作戰(zhàn)的“郊狼”無人機(jī)單價僅為1.5萬美元，而一枚“魚叉”導(dǎo)彈的成本高達(dá)120萬美元?！?0年或20年后，與其使用大型、昂貴的飛機(jī)或無人機(jī)，不如部署成百上千架廉價無人機(jī)。即使損失一半，仍可達(dá)成目標(biāo)?！睙o人機(jī)集群攻擊避免了飛行員傷亡，并且成本也可承受，這是完全不同于以往的一種新“纏斗”方式。隨著技術(shù)發(fā)展和研究的深入，無人機(jī)的成本還可進(jìn)一步降低，無人機(jī)集群戰(zhàn)術(shù)的研究可能重塑未來戰(zhàn)爭的形式。

偵打融合度高由于集群攻擊中的無人機(jī)攜帶的載荷可以相同，也可以不同，這樣在集群中的無人機(jī)個體就可以分別攜載不同的載荷，擔(dān)負(fù)偵察、攻擊、誘餌和通信中繼等不同的任務(wù)，使得輕型無人機(jī)群的綜合作戰(zhàn)能力可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單個的大型無人機(jī)。而大型無人機(jī)也可以通過集群作戰(zhàn)方式使得作戰(zhàn)能力倍增。例如，研發(fā)X-47B艦載無人戰(zhàn)機(jī)的諾·格公司曾提出構(gòu)想：15架X-47B自組織編隊飛行，空中加油后續(xù)航時間達(dá)50個小時，作戰(zhàn)半徑1 750海里，可執(zhí)行情報監(jiān)視偵察、巡邏、對陸海攻擊等任務(wù)，提高航母在強(qiáng)對抗的海戰(zhàn)場的安全性和生存力，降低有人艦載機(jī)執(zhí)行此類任務(wù)時承擔(dān)的風(fēng)險，同時提高任務(wù)成功率。X-47B甚至可以與有人機(jī)組成小規(guī)?；旌暇庩牐瑓f(xié)同作戰(zhàn)。這種偵打高度融合的集群作戰(zhàn)單元無疑將使未來作戰(zhàn)方式發(fā)生顛覆性變革。

單目標(biāo)特征小攔截?zé)o人機(jī)的最大障礙是其單個目標(biāo)特征太小，對集群攻擊中單個無人機(jī)目標(biāo)的區(qū)別、瞄準(zhǔn)、鎖定都十分困難。例如，美國海軍研究局在2016年公布的“低成本無人機(jī)蜂群技術(shù)”項目，采用了廉價的“郊狼”型無人機(jī)為主要工具，這種無人機(jī)由BAE系統(tǒng)公司研制，長僅為1米左右，重約5.44～6.33千克。2014年9月，美國防部戰(zhàn)略能力辦公室首次利用F-16戰(zhàn)機(jī)開展無人機(jī)空中集群發(fā)射試驗中的無人機(jī)“灰山鶉”，由美國麻省理工學(xué)院設(shè)計，機(jī)身廣泛使用了凱芙拉、碳纖維等材料，并利用3D打印技術(shù)制造而成，配備鋰聚合物電池，整個機(jī)身尺寸不足一部蘋果6 Plus手機(jī)，重量僅為0.45千克。這類無人機(jī)不僅尺寸小，而且由于采用復(fù)合材料，電磁信號特征也十分小，而X-47B這種大型無人機(jī)由于采用了隱身技術(shù)且飛行高度較高，因此也難以被現(xiàn)有偵察警戒手段發(fā)現(xiàn)和鎖定。

外軍“蜂群作戰(zhàn)”的技術(shù)缺陷

雖然無人機(jī)集群難以被攔截，但無人機(jī)群的整體作戰(zhàn)能力與編成無人機(jī)的數(shù)量、尺寸、質(zhì)量、性能是正向變化關(guān)系，即在航程、航時、航速、傳感器、打擊武器等方面，小型無人機(jī)難以滿足要求，這種狀況在未來中短期內(nèi)依靠技術(shù)進(jìn)步難以扭轉(zhuǎn)，因此無人機(jī)集群作戰(zhàn)存在著以下幾方面的技術(shù)缺陷，這是反“蜂群作戰(zhàn)”可以利用的技術(shù)途徑。

目標(biāo)密度較大一般來看，無人機(jī)集群的突防和攻擊能力與集群構(gòu)成的無人機(jī)數(shù)量成正相關(guān)，但數(shù)量越大，則目標(biāo)集群的密度也越大。例如，美國海軍在研究無人機(jī)群對“宙斯盾”系統(tǒng)的攻擊時使用了30架無人機(jī)，諾·格公司提出的X-47B艦載無人戰(zhàn)機(jī)集群作戰(zhàn)構(gòu)想中使用了15架，這些無人機(jī)作為單個飛行體時的目標(biāo)特征非常小，而作為數(shù)十架的集群目標(biāo)時，雷達(dá)信號明顯增強(qiáng)。雖然其可能是從多個方向和高度發(fā)起攻擊，但同時出現(xiàn)在探測系統(tǒng)中，一方面增大了其被探測發(fā)現(xiàn)的可能性，另一方面增大了被反擊攔截武器擊中的可能性，特別是被“密集陣”或空爆彈藥這些集火殺傷武器摧毀的可能性。

對通信依賴大從目前外軍的幾種集群作戰(zhàn)項目看，無人機(jī)集群與控制站（機(jī)）、集群中無人機(jī)之間均需要無線電通信聯(lián)系，保持規(guī)劃隊形和任務(wù)分配。例如，2015年6月，美軍在“北方邊界”演習(xí)中，利用F-16開展了一系列“灰山鶉”無人機(jī)空中發(fā)射與編隊試驗，以驗證無人機(jī)在空中相互通信并自主組成“蜂群”編隊的能力。演習(xí)中，F(xiàn)-16戰(zhàn)機(jī)利用曳光彈撒布器投放了一組小型曳光管。曳光管利用自身攜帶的降落傘緩慢降落，并在預(yù)定高度釋放出了內(nèi)藏的“灰山鶉”無人機(jī)。這些無人機(jī)在空中自主展開折疊的機(jī)翼，并通過數(shù)據(jù)鏈保持聯(lián)系，完成各自作戰(zhàn)目標(biāo)。此外，有些無人機(jī)活動嚴(yán)重依賴地面控制站的輔助，沒有其輔助無人機(jī)就不能有效發(fā)揮作用，而這都需要依賴無線電通信系統(tǒng)，這可能成為無人機(jī)的缺陷。

攻擊速度不高如前所述，無人機(jī)的性能與其尺寸有關(guān)，而使集群作戰(zhàn)成為優(yōu)勢的低成本無人機(jī)無法達(dá)到突防需要的較高速度，而較高的速度意味著集群無人機(jī)之間的攻擊通道間距離必須擴(kuò)大，這就可能喪失集群攻擊的優(yōu)勢。美海軍對無人機(jī)集群的控制速度限制在250千米/小時，這一速度為防御系統(tǒng)警戒和攔截提供了可能，因此其對于艦載戰(zhàn)斗機(jī)和艦載密集近防火力而言幾乎不堪一擊。

缺乏突防規(guī)劃由于對攻擊目標(biāo)的防御部署和戰(zhàn)術(shù)無法詳細(xì)了解，因此無法在攻擊任務(wù)規(guī)劃中對無人機(jī)集群作出突防規(guī)劃，這使得其攻擊行為呆板，易被攔截。由于防御方的防御部署和防御策略是可變的，而無人機(jī)集群的攻擊需要多種類型載荷的無人機(jī)相互配合，但是這種在攻擊中利用數(shù)據(jù)鏈臨時加注任務(wù)數(shù)據(jù)的方式受到帶寬和干擾的限制，因此大部分只能在發(fā)射無人機(jī)之前規(guī)劃，這使得無人機(jī)集群在大部分時候的攻擊是被動和僵化的，其攻擊策略無法靈活調(diào)整，增大了被發(fā)現(xiàn)和攔截的可能性。

此外，由于目前參與試驗的集群無人機(jī)的大部分航程都較短，需要飛機(jī)、艦船等運(yùn)載平臺投送，因此打擊這些無人機(jī)的“巢穴”對抗擊無人機(jī)集群攻擊也較為有效。

外軍“蜂群作戰(zhàn)”的對抗手段發(fā)展

鑒于“蜂群作戰(zhàn)”的以上技術(shù)缺陷，外軍發(fā)展了多種對抗無人機(jī)集群的技術(shù)手段。

無人機(jī)群格斗從武器發(fā)展史看，任何武器的最大天敵就是其自己，無人機(jī)群也不例外，按照這一思路，外軍發(fā)展了格斗無人機(jī)以對抗無人機(jī)和無人機(jī)集群。2011年，時任美國聯(lián)合無人機(jī)系統(tǒng)卓越中心負(fù)責(zé)人的馬奎爾上校，在當(dāng)年的國際無人機(jī)系統(tǒng)協(xié)會年會上提出建議，考慮研制格斗型無人機(jī)作為反無人機(jī)的重要手段，并研發(fā)廉價的長航時無人機(jī)加強(qiáng)對敵方無人機(jī)的偵察監(jiān)視和打擊引導(dǎo)。2016年5月，美國特種作戰(zhàn)司令部科學(xué)和技術(shù)部門負(fù)責(zé)人托尼·戴維斯在國防工業(yè)協(xié)會主辦的特種作戰(zhàn)部隊行業(yè)會議上稱，特種作戰(zhàn)司令部正在尋求無人系統(tǒng)的“蜂群”和自主能力以抵御“蜂群”攻擊。2015年1月，美國陸軍透露的一份研究報告指出，反無人機(jī)武器也可能安裝在無人機(jī)上，增加用無人機(jī)擊落其它無人機(jī)的可能性。具體方案包括干擾無人機(jī)的無線電指揮頻率。

電子干擾壓制由于無人機(jī)集群幾乎都依靠無線電通信和GPS來定位和編隊，因此通過電磁壓制、選擇性干擾、GPS電子欺騙和電磁脈沖等實(shí)現(xiàn)對其的攔截和壓制，還可以用裝有干擾設(shè)備的無人機(jī)進(jìn)行抵近干擾攔截。例如，2016年12月，俄軍方媒體透露，位于莫斯科的全俄“標(biāo)準(zhǔn)器”科研所研制了代號為“薔薇航空”（簡稱“薔薇”）的電子戰(zhàn)系統(tǒng)，可對無人機(jī)和無人機(jī)群實(shí)施有效干擾和壓制?！八N薇”的計算機(jī)設(shè)備和操控平臺可裝入一輛軍用卡車的車廂，各種天線和信號發(fā)射裝備設(shè)置于車廂外。系統(tǒng)被運(yùn)抵有敵方無人機(jī)活動的戰(zhàn)場后，幾分鐘就能做好戰(zhàn)斗準(zhǔn)備?！八N薇”能在其周圍半徑約10千米范圍內(nèi)從大量無線電信號中自動識別敵方無人機(jī)的遙控信號，然后根據(jù)信號的關(guān)鍵參數(shù)選擇最合適的雜波干擾類型，用功率強(qiáng)大的干擾信號壓制敵方無人機(jī)的遙控信號，使其無法完成任務(wù)。“薔薇”還能分析無人機(jī)的遙控信號參數(shù)并對這種信號的編碼進(jìn)行模仿，向無人機(jī)發(fā)射大量假信號，使無人機(jī)行為混亂，例如出現(xiàn)航向錯誤或是按照假指令著陸。如果無人機(jī)不服從假命令，“薔薇”會盡可能截獲遙控信號，用運(yùn)算能力強(qiáng)大的計算機(jī)破譯其指令密碼的秘鑰參數(shù)，得手后再阻斷無人機(jī)與遙控臺的聯(lián)系，并用“薔薇”的遙控信號突破敵無人機(jī)自身的控制系統(tǒng)，攫取控制權(quán)。俄國防部透露，該系統(tǒng)目前可“制服”各種商業(yè)無人機(jī)及軍用RQ-5“獵人”無人機(jī)、RQ-7“影子”無人機(jī)、RQ-11“渡鴉”無人機(jī)和以色列“赫爾墨斯”450型無人機(jī)。對于難度較大的美國MQ-9攻擊型無人機(jī)、長航時的RQ-4“全球鷹”和RQ-170“哨兵”無人偵察機(jī)，“薔薇”可迫使這些機(jī)型返航。此外，2016年12月，美國《大眾科學(xué)》報道，美國“無人機(jī)盾牌”公司研發(fā)了名為“反無人機(jī)槍械”的系統(tǒng)。該系統(tǒng)射程超過1.6千米，能立即讓無人機(jī)停止向操控者發(fā)送圖像。這種槍看起來和其它反無人機(jī)干擾槍類似：一根天線附在一臺電腦上，做成槍的形狀。這種天線槍實(shí)質(zhì)上是干擾和控制裝置，通過發(fā)出無線電信號來干擾并壓制無人機(jī)操控者發(fā)出的指令。

密集武器攔截采用密集的速射武器攔截?zé)o人機(jī)群是較為傳統(tǒng)的攔截方法。2016年11月，美國《航空周刊》透露，雷西恩公司已經(jīng)論證了許多創(chuàng)新方法對抗集群無人機(jī)，包括使用空空導(dǎo)彈和用火炮發(fā)射帶有前向爆炸型碎片殺傷彈頭且射向可修正的炮彈等。美國陸軍的一份研究計劃書稱，美陸軍正在考慮通過信號干擾或用舊式機(jī)槍和火炮阻止無人機(jī)——或許是可安裝在“悍馬”軍車轉(zhuǎn)塔上的槍炮?？紤]到激光武器離投入使用還有數(shù)年，并且容易受天氣或粉塵等障礙的影響，目前采用較正常且較便宜的解決方式可能更好。此外，外軍也在論證采用“密集陣”等傳統(tǒng)近防武器對集群無人機(jī)進(jìn)行攔截。

微波武器摧毀采用具備區(qū)域性殺傷能力的微波武器對高密度的無人機(jī)集群進(jìn)行攻擊似乎更加有效，美軍制定的“無人機(jī)防御計劃”就是利用微波武器作為攔截?zé)o人機(jī)集群攻擊的主要武器。美國空軍實(shí)驗室正在試驗一個名為“黑色飛鏢”的項目，其具有偵測、追蹤甚至擊落小型無人機(jī)的能力，系統(tǒng)核心是通過微波能量瓦解無人機(jī)的電子系統(tǒng)，將其擊落。2013年9～10月間，美國陸軍在位于俄克拉荷馬州錫爾堡的陸軍火力卓越中心內(nèi)，成功使用雷西恩公司研制的“相位器”高功率微波（HPM）武器進(jìn)行了攔截小型無人機(jī)集群目標(biāo)的防空測試。在測試中，HPM使用相控陣?yán)走_(dá)與高能微波天線作為搭配，跟蹤并擊落小型無人機(jī)。作為靶機(jī)的是由UASUSA研制的Tempest無人機(jī)和Flanker無人機(jī)，這兩型無人機(jī)根據(jù)其性能差異，分別被美軍劃分為Tier-Ⅰ級和Tier-Ⅱ級威脅。整個測試單元由三部分組成，分別是地空警戒雷達(dá)、近距交戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)雷達(dá)和HPM地面站。三者呈三角形布局，正對無人機(jī)可能出現(xiàn)的方向，其中HPM在前，方便地空警戒雷達(dá)和近距交戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)雷達(dá)發(fā)揮其探測距離遠(yuǎn)、掃描范圍廣的優(yōu)勢。而在測試中，HPM不但顯示出可在發(fā)現(xiàn)無人機(jī)后迅速使其癱瘓的能力，還可同時擊落多架無人機(jī)。據(jù)稱，美國陸軍希望進(jìn)一步降低HPM的能耗，并盡可能縮小其尺寸，使其未來可擔(dān)負(fù)攔截對手“蜂群”式無人機(jī)攻擊的任務(wù)。雷西恩公司稱，HPM系統(tǒng)的尺寸已減小至之前的一半。試驗驗證了“相位器”系統(tǒng)向目標(biāo)區(qū)域發(fā)射一次就可消滅多個目標(biāo)，這是與激光器截然不同的。激光器必須將光束集中在一個點(diǎn)才能將空中的目標(biāo)燒毀，而HPM可將飛過其微波束的所有目標(biāo)一并摧毀。HPM武器在幾毫秒內(nèi)就能起作用，而激光器要在光束聚焦在目標(biāo)上數(shù)秒之后才能將其消滅。如果用HPM對付無人機(jī)群，會產(chǎn)生一個微波場，飛過該場的所有目標(biāo)可被一舉擊落。HPM武器每次發(fā)射的成本只有數(shù)美分，與導(dǎo)彈比起來可忽略不計。

激光武器打擊為了應(yīng)對無人機(jī)，美國陸軍與波音公司合作，改裝了“復(fù)仇者”防空系統(tǒng)，將其“毒刺”導(dǎo)彈發(fā)射筒換裝成固體激光器和光束定向器，從而使該系統(tǒng)成為彈、炮、激光三合一武器系統(tǒng)，具備了定向能和導(dǎo)彈武器的雙重作戰(zhàn)功能。美國海軍則使用“海軍激光武器系統(tǒng)”于2009年6月首次成功跟蹤、擊落了處于飛行狀態(tài)的無人機(jī)。2010年5月和6月，又先后在海上擊落了距離被保護(hù)艦艇3.2千米以480千米時速飛行的無人機(jī)。美國空軍則與波音公司聯(lián)合研制了安裝在拖車上的機(jī)動反無人機(jī)激光武器系統(tǒng)。2009年5月，該系統(tǒng)在位于中國湖的美國海軍空戰(zhàn)中心進(jìn)行了一系列打靶試驗，利用單束激光擊落了5架位于不同距離的無人機(jī)。美陸軍在近期舉行的演習(xí)中，一輛安裝了約2～3千瓦級激光器的“斯特賴克”輪式裝甲車擊落了35架小型四旋翼無人機(jī)。

此外，美軍和俄軍都提出利用電子戰(zhàn)系統(tǒng)搜索并鎖定無人機(jī)和地面控制站之間的無線電信號，以發(fā)現(xiàn)其地面控制站的位置，然后用飛機(jī)或火炮打擊無人機(jī)“巢穴”，最終切斷無人機(jī)集群的控制信號來源。

（最后附上美海軍2016年4月進(jìn)行的30架無人機(jī)“蜂群”發(fā)射試驗記錄。）

附：美海軍2016年4月進(jìn)行的30架無人機(jī)“蜂群”發(fā)射試驗