高寒山地戰(zhàn)場環(huán)境對無人機(jī)系統(tǒng)運(yùn)用的影響及對策

張明杰

（解放軍69250 部隊 新疆 烏魯木齊 830013）

高寒山地特殊的地理環(huán)境給無人機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)用帶來一定的影響，影響無人機(jī)系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的發(fā)揮。加強(qiáng)高寒山地戰(zhàn)場環(huán)境中無人機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用的研究，推動無人機(jī)系統(tǒng)在未來高寒山地戰(zhàn)爭中更好地發(fā)揮應(yīng)用。

1 高寒山地戰(zhàn)場環(huán)境概念及其特點(diǎn)

1.1 概念

高寒山地，是指海拔在3000m 以上、氣候寒冷、空氣稀薄的山地，一方面具有“高原”和“嚴(yán)寒”地區(qū)的特征，另一方面還具有“山地”的特征。我國西部中印邊境地區(qū)，高山連綿，雪峰林立，冰川廣布，溝谷縱橫，山脈多呈西北-東南走向，海拔大多在4500m 以上，山脊線海拔6500m 以上，就是典型的高寒山地。

高寒山地戰(zhàn)場環(huán)境是實施高寒山地條件下作戰(zhàn)的空間及其相關(guān)地區(qū)內(nèi)影響作戰(zhàn)活動的各種客觀情況和條件的統(tǒng)稱。高寒山地地區(qū)由于特殊的地理、地質(zhì)、氣候條件，會給高寒山地作戰(zhàn)行動造成不利的影響，人員、裝備作戰(zhàn)效能的發(fā)揮受到一定程度的影響，有著不同于平原作戰(zhàn)的特點(diǎn)[1]。

1.2 主要特點(diǎn)

（1）自然環(huán)境惡劣。高寒山地天氣主要有以下幾個特點(diǎn)：地面風(fēng)沙大、不良天氣多、紫外輻射強(qiáng)、低壓低溫又缺氧，晝夜溫差較大，常有雪暴、雪崩、塌方、泥石流等自然災(zāi)害發(fā)生。高寒山地戰(zhàn)場環(huán)境惡劣，易發(fā)生作戰(zhàn)人員高原反應(yīng)，部分區(qū)域海拔超過5000m，被稱為“生命禁區(qū)”，極不適合人類生存。

（2）交通極為不便。高寒山地地區(qū)山高坡陡溝深，地形割裂，峰巒起伏，通行性差，且多為通道地形，較少迂回道路，不便于部隊橫向支援。高寒山地戰(zhàn)場交通多為簡易公路，大部分坡陡彎急，曲半徑小，路況較差，受天氣影響，3000m 以上的溝谷通道地帶，每年有長達(dá)6 個月以上的封山期，4000m 以上的山口、道路，常因積雪過深不具備通行條件。

（3）社會依托薄弱。高寒山地地區(qū)惡劣的自然地理環(huán)境導(dǎo)致地廣人稀，基礎(chǔ)設(shè)施薄弱，經(jīng)濟(jì)極不發(fā)達(dá)，主要以畜牧業(yè)為主、以種植業(yè)為輔，工商業(yè)規(guī)模有限，科教文衛(wèi)落后，衛(wèi)生醫(yī)療條件較差。城鎮(zhèn)、村莊分布稀疏，大部分地區(qū)是無人區(qū)且規(guī)模較小，農(nóng)牧業(yè)僅能自給自足，工業(yè)起步晚，信息化建設(shè)比較滯后，還需要平原地區(qū)提供物資及技術(shù)保障，難以向高寒山地作戰(zhàn)部隊提供社會依托。

（4）電磁環(huán)境復(fù)雜。高寒山地地區(qū)云層稀薄不穩(wěn)定，地勢陡起陡落，再加上電離層劇烈的變化、大氣中的電流電場、太陽強(qiáng)光輻射等對電磁波輻射和傳播產(chǎn)生較大的影響。同時，高寒山地地下礦產(chǎn)豐富，礦物質(zhì)的種類比較多，一些地面和山體也存在吸收和放射電磁波的現(xiàn)象，造成高寒山地戰(zhàn)場電磁輻射環(huán)境復(fù)雜。

2 高寒山地戰(zhàn)場環(huán)境對無人機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用的不利影響

2.1 對飛行器單元的影響

高寒山地地區(qū)飛行，由于受地形、氣候、氣壓、大氣密度等因素的影響，飛機(jī)的氣動性能、操縱特點(diǎn)、發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)、氣象條件以及機(jī)載設(shè)備運(yùn)行等，與低海拔地區(qū)飛行有著明顯的區(qū)別，對無人機(jī)的飛行產(chǎn)生諸多不利影響。首先，動力輸出變?nèi)酢Ｔ诟吆降貤l件下，由于大氣壓和氣溫降低將會使發(fā)動機(jī)輸出功率下降，蓄電池容量變小，將導(dǎo)致飛行功率增加，飛行高度、飛行距離、有效載荷以及續(xù)航時間減少。其次，是可靠性變差。高寒山地氣候寒冷，風(fēng)速較大，無人機(jī)在飛行時往往會出現(xiàn)結(jié)冰等現(xiàn)象，對無人機(jī)飛行系統(tǒng)、搭載的機(jī)電設(shè)備以及無人機(jī)本身的傳感器也會造成一定的影響甚至損壞，從而影響無人機(jī)的可靠性[2]。第三，是不安全因素增加。在高寒山地，氣流在越山、繞山時，會發(fā)生方向或速度的急劇改變，并形成山地波、風(fēng)切變和亂流。尤其是低空風(fēng)切變時，甚至?xí)斐娠w行中的無人機(jī)失速，嚴(yán)重威脅無人機(jī)的飛行安全。高寒山地通道地形復(fù)雜，如果沒有合理地規(guī)劃好航線，可能會發(fā)生無人機(jī)撞山的事故。

2.2 對發(fā)射與回收單元的影響

無人機(jī)系統(tǒng)的發(fā)射與回收單元通常是無人機(jī)使用過程中“勞動力最為密集”單元之一。無人機(jī)發(fā)射與回收的方式有很多，在高寒山地地區(qū)常用的發(fā)射方式主要有自主滑跑、火箭助推、軌道彈射、機(jī)載投放等，常用的回收方法主要有傘降回收、帶減震或氣墊的機(jī)腹著陸回收、撞網(wǎng)回收和起落架滑跑著陸等。高寒山地空氣稀薄，地形復(fù)雜，對無人機(jī)的發(fā)射與回收造成一定的影響。首先是起飛難度增大。由于空氣密度稀薄，發(fā)動機(jī)啟動困難且推力降低，對于火箭助推及軌道彈射的發(fā)射起飛，在相同的速度及迎角下，無人機(jī)氣動升力變小，給發(fā)射起飛帶來了較大困難，甚至出現(xiàn)發(fā)射后墜地的風(fēng)險。對于自動滑跑的起飛方式，需要更長的滑跑距離和滑跑時間，甚至?xí)霈F(xiàn)輪胎由于滑跑時間過長出現(xiàn)爆胎[3]。其次是起降場地難選擇。無人機(jī)起降場地一般要求是地面平坦、區(qū)域開闊、起降方向300m 以內(nèi)無突出的障礙物。由于高寒山地地區(qū)特殊的地形地貌，戰(zhàn)場容量有限，山高坡陡，地形起伏大，可供無人機(jī)系統(tǒng)選擇的發(fā)射回收場地十分有限。第三是受惡劣天氣影響較大。無人機(jī)在發(fā)射起飛時，風(fēng)速應(yīng)小于9m/s，無雨雪等不良天氣。但高寒山地地面風(fēng)力強(qiáng)且風(fēng)向變化快，氣候變化無常，常常因為天氣影響不能正常起飛，安全回收。

2.3 對數(shù)據(jù)鏈與指揮控制單元的影響

高寒山地復(fù)雜的地形、富含礦產(chǎn)資源的地質(zhì)和惡劣的氣候等極大地影響了電磁波的正常傳播，對無線電波的吸收和干擾很大，具體表現(xiàn)為電離層變化劇烈，多徑效應(yīng)明顯，信號傳輸衰減較大，通信時斷時續(xù)，影響無人機(jī)系統(tǒng)通信數(shù)據(jù)鏈的正常工作。無人機(jī)系統(tǒng)的無線電設(shè)備與其他野戰(zhàn)裝備在作戰(zhàn)通信地域內(nèi)頻段相近，也容易形成互擾，會影響無人機(jī)系統(tǒng)的指揮控制。在受到電磁干擾的情況下，無人機(jī)在飛行時有可能會失去信號，甚至不受控制出現(xiàn)撞山等事故的發(fā)生。高寒山地雨季多雷電，旱季多靜電，易造成天線系統(tǒng)出故障，甚至造成指揮控制單元的半導(dǎo)體和集成電路中的微電子元件損壞，影響數(shù)據(jù)鏈和指揮控制單元正常工作[4]。無人機(jī)系統(tǒng)操作人員在高寒山地受高海拔氣壓低等自然地理條件影響，反應(yīng)遲鈍，動作緩慢，判斷力下降，在架設(shè)數(shù)據(jù)鏈臺站、指揮控制臺站時可能會出現(xiàn)各種錯誤和疏忽；在面臨復(fù)雜多變的戰(zhàn)場環(huán)境中，可能會出現(xiàn)判斷失誤、操作不科學(xué)的情形。

2.4 對維修保障防護(hù)等方面的影響

首先是維修保障困難。無人機(jī)系統(tǒng)復(fù)雜，受高寒山地自然人文地理條件制約，在高寒山地條件下發(fā)生故障的幾率比平原上高。高寒山地地區(qū)人煙稀少，遠(yuǎn)離內(nèi)地，交通不便，各種物資的保障全靠后運(yùn)，惡劣的自然地理條件和相對匱乏的人力、物力資源，加上社會依托力量薄弱，必將在器材、人員、技術(shù)保障方面給無人機(jī)系統(tǒng)的維修保障造成困難。特別無人機(jī)系統(tǒng)科技含量高，零部件比較精密，無人機(jī)系統(tǒng)的一些故障和個別零部件損壞時，很難自行處理，只能協(xié)調(diào)廠家進(jìn)行維修更換[5]。其次是隱蔽偽裝困難。高寒山地地表多為高山凍土層和荒漠戈壁，山石裸露，地表光禿，除沿河兩側(cè)有少許低矮灌木叢外，基本沒有可以利用的植物，加之道路土質(zhì)松軟，灰塵較大，無人機(jī)系統(tǒng)展開后透明度較高，特別是利用火箭助推起飛時更容易被發(fā)現(xiàn)，不便于隱蔽和偽裝。第三是安全威脅較大。無人機(jī)系統(tǒng)的配套裝備多、目標(biāo)大、無線電使用頻繁、發(fā)動機(jī)聲音較大、暴露特征明顯，同時通道地形可供無人機(jī)系統(tǒng)選擇的展開區(qū)域狹小，無人機(jī)系統(tǒng)配置比較集中，易遭敵方偵察干擾打擊和境內(nèi)的分裂勢力襲擾破壞。

3 無人機(jī)系統(tǒng)在高寒山地戰(zhàn)場環(huán)境中應(yīng)用的對策

3.1 結(jié)合高寒山地特點(diǎn)，加強(qiáng)高原型無人機(jī)系統(tǒng)的研發(fā)與配套

首先是改進(jìn)無人機(jī)系統(tǒng)適應(yīng)高原。在動力方面，可采取使用含氧性燃料，改進(jìn)螺旋槳式發(fā)動機(jī)，或者選用噴氣式發(fā)動機(jī)，確保無人機(jī)在高原有足夠的動力和合理的油耗。在機(jī)翼的設(shè)計上提高升阻比，比如采用大展弦比、平直機(jī)翼設(shè)計。在機(jī)體結(jié)構(gòu)上，可采用復(fù)合材料使無人機(jī)飛行器具有輕量性及保溫的特點(diǎn)，具有在高空低溫環(huán)境中正常工作的能力。對無人機(jī)機(jī)體的關(guān)鍵部位進(jìn)行密封、防水處理，或更換為防水材料，以適應(yīng)高寒山地惡劣氣象條件。在起飛方面，如果選擇彈射起飛，就要增加導(dǎo)軌長度、彈射加速度、初始發(fā)射角度；如果選擇滑跑起飛還要選擇高性能輪胎和設(shè)置更長的跑道。其次是結(jié)合作戰(zhàn)環(huán)境特點(diǎn)提高無人機(jī)系統(tǒng)可靠性。高寒山地作戰(zhàn)中，無人機(jī)機(jī)載設(shè)備容易受到干擾、影響甚至損壞，要根據(jù)實際需要對關(guān)鍵系統(tǒng)、設(shè)備采用多冗余度設(shè)計，如雙GPS 系統(tǒng)等；采用信息融合技術(shù)對多個傳感器的信息相互補(bǔ)充、驗證，如高度和姿態(tài)傳感器的信息融合[5]。第三是立足未來作戰(zhàn)籌劃好維修保障。立足未來高寒山地作戰(zhàn)實際，科學(xué)預(yù)測無人機(jī)系統(tǒng)展開位置，設(shè)置多個展開陣地以供戰(zhàn)時選擇，在高寒山地適當(dāng)位置建立維修保障基地，預(yù)儲維修器材和零部件，協(xié)調(diào)裝備科研單位、生產(chǎn)廠家和修理工廠技術(shù)力量，共同做好戰(zhàn)時搶修保障預(yù)案。

3.2 重視大數(shù)據(jù)收集，構(gòu)建高寒山地戰(zhàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)支撐系統(tǒng)

未來的戰(zhàn)爭是大數(shù)據(jù)時代的戰(zhàn)爭，大數(shù)據(jù)正在逐步取代傳統(tǒng)的決策手段，成為無人機(jī)系統(tǒng)任務(wù)規(guī)劃的重要依據(jù)和支撐。對于無人機(jī)系統(tǒng)在高寒山地作戰(zhàn)地區(qū)的運(yùn)用來講，重視數(shù)據(jù)收集構(gòu)建高寒山地戰(zhàn)場數(shù)據(jù)支撐系統(tǒng)十分重要。首先是收集高寒山地氣象數(shù)據(jù)。無人機(jī)在高寒山地執(zhí)行任務(wù)受天氣影響較大，要結(jié)合高寒山地氣象歷史數(shù)據(jù)以及天氣預(yù)報對無人機(jī)受天氣條件的威脅程度過行評估。高寒山地大都屬于無人區(qū)，氣象觀測資料缺乏，要與地方氣象部門以及高原氣象研究單位建立相關(guān)數(shù)據(jù)共享機(jī)制，建立高原氣象數(shù)據(jù)庫對無人機(jī)的飛行威脅度做出建模并評估，可有效提高無人機(jī)在高寒山地飛行的安全概率。其次是高寒山地地理信息的收集。高寒山地地形復(fù)雜，飛行風(fēng)險時時存在。利用地理信息數(shù)據(jù)，結(jié)合高寒山地氣象數(shù)據(jù)，基于科學(xué)的算法設(shè)計合理的拐彎半徑與飛行速度，科學(xué)做好無人機(jī)的任務(wù)規(guī)劃，根據(jù)任務(wù)可以選擇低空通道內(nèi)飛行，并對航空安全實時預(yù)警，確保飛行的安全順利。

3.3 多種方法并舉，提高無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈抗干擾能力

軍用無人機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信鏈?zhǔn)沁B接無人機(jī)和指揮中心的信息動脈，一旦失效，就會使無人機(jī)難以正常完成任務(wù)，甚至失控。高寒山地，電磁環(huán)境復(fù)雜，敵方可能利用大量大功率、多功能電子干攏發(fā)射裝備，可對我無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈裝備進(jìn)行偵察干擾，電子欺騙，甚至進(jìn)行反輻射打擊等。無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈單元不僅要考慮抗干擾能力，還要考慮使數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)能夠應(yīng)對惡意電子對抗攻擊。首先要加強(qiáng)抗干擾技術(shù)的研究使用。對無人機(jī)系統(tǒng)的遙控遙測鏈路，采用跳頻、跳時、擴(kuò)頻以及混合擴(kuò)頻等技術(shù)，以及新興的MIMO 技術(shù)、自適應(yīng)天線技術(shù)和認(rèn)知無線電技術(shù)等，并對信源編碼采用保密性強(qiáng)的加密技術(shù)。其次是加強(qiáng)防干擾戰(zhàn)術(shù)的研究。在使用過程中，減小地面遙控指令發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率，通過功率管理、頻率捷變、優(yōu)化操控等降低通信鏈路的截獲概率。在地面數(shù)據(jù)終端附近設(shè)置反輻射誘餌，當(dāng)發(fā)現(xiàn)反輻射武器來襲時，要立即關(guān)機(jī)，或者大幅度甩擺天線，使反輻射武器失去制導(dǎo)方向。提前制訂應(yīng)急預(yù)案，提高地面操控人員的應(yīng)急處置能力，發(fā)現(xiàn)無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈異常狀態(tài)后，及時做出處理。

3.4 基于遠(yuǎn)程控制，克服高寒山地對操作人員的影響

高原山地惡劣的自然環(huán)境使無人機(jī)操作人員很難像在平原一樣操縱無人機(jī)系統(tǒng)。在基于衛(wèi)星通信等其他中繼通信的基礎(chǔ)上實現(xiàn)對無人機(jī)的超視距遠(yuǎn)程控制，可以克服高寒山地低壓缺氧等惡劣自然條件對操作人員的影響，實現(xiàn)所有人員或部分操作人員在平原上操縱無人機(jī)系統(tǒng)在高寒山地環(huán)境中作戰(zhàn)。無人機(jī)可以在高寒山地發(fā)射，也可以在平原發(fā)射后飛往高寒山地戰(zhàn)場預(yù)定區(qū)域，也可以利用有人駕駛的飛機(jī)將無人機(jī)攜帶至高寒山地上空，投放在預(yù)定區(qū)域。無人機(jī)在高寒山地上空執(zhí)行任務(wù)過程時，利用太空中繼衛(wèi)星通信或中繼飛機(jī)通信等轉(zhuǎn)入遠(yuǎn)程超視距控制。為了確保無人機(jī)飛行時信號不丟失，可同時在高寒山地設(shè)置多個地面控制站，通過異地多站同時控制任務(wù)無人機(jī)，確保飛行任務(wù)安全圓滿。