一種新型空基無人偵察作戰(zhàn)模式的構(gòu)想

卞新豪，王 濤，蔣 明，孫海浪，段元丕

（中國航天科工集團(tuán)8511 研究所，江蘇 南京 210007）

0 引言

在現(xiàn)代非對稱作戰(zhàn)中，敵方遠(yuǎn)程防空力量被摧毀和壓制后，仍會具備較強(qiáng)的低空和便攜式防空力量，如何在戰(zhàn)場環(huán)境中進(jìn)行實(shí)時(shí)動態(tài)的信息更新，減少高價(jià)值作戰(zhàn)平臺的損失，已成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭的一個(gè)重要研究課題。2022 年俄烏戰(zhàn)爭初期，俄軍第一時(shí)間摧毀烏軍地面固定防空力量，但烏軍保存了部分移動式對空防御裝備，影響了俄軍的持續(xù)進(jìn)攻能力，打破了俄軍短期戰(zhàn)爭的設(shè)定。

現(xiàn)今對情報(bào)信息實(shí)時(shí)更新最有效的手段之一為無人機(jī)偵察，隨著無人機(jī)的迅速發(fā)展，國內(nèi)外對無人偵察模式的研究正在逐步深入，在無人機(jī)組網(wǎng)及有人/無人協(xié)同作戰(zhàn)方面取得了顯著成果。相比有人作戰(zhàn)，無人作戰(zhàn)平臺優(yōu)勢在于簡單化、模塊化、小型化，可以代替作戰(zhàn)人員完成高難度高危險(xiǎn)的任務(wù)，具有制造成本低、偵察能力強(qiáng)、預(yù)警時(shí)間短、分辨率高、作戰(zhàn)損失小的特點(diǎn)，效費(fèi)比高。

本文提出了一種利用導(dǎo)彈作為運(yùn)輸載體，快速抵達(dá)作戰(zhàn)區(qū)域，展開戰(zhàn)場環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)控的空射型旋翼無人機(jī)偵察模式，在提高實(shí)時(shí)戰(zhàn)場感知能力的同時(shí)，能有效減少人員及作戰(zhàn)裝備的損失，實(shí)現(xiàn)超視距對敵偵察打擊，大大提高作戰(zhàn)裝備的戰(zhàn)場生存能力，是一種新型的戰(zhàn)場偵察模式。

1 國內(nèi)外空基無人偵察系統(tǒng)發(fā)展簡介

目前各國一般選用中大型無人機(jī)進(jìn)行情報(bào)偵察，造價(jià)高、速度慢，作為高價(jià)值目標(biāo)，容易成為敵方反制對象。未來無人偵察作戰(zhàn)應(yīng)具備以下幾種能力：

1） 超長續(xù)航時(shí)間［1］；

2） 超強(qiáng)部署能力，可快速抵達(dá)預(yù)設(shè)戰(zhàn)場，對戰(zhàn)場環(huán)境展開實(shí)時(shí)監(jiān)控；

3） 小型化、微型化的能力；

4） 低成本，可根據(jù)實(shí)際情況自由搭配多種類載荷；

5） 具備與有人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)的能力。

空射型旋翼偵察無人機(jī)能滿足以上大部分作戰(zhàn)需求，可前出作戰(zhàn)區(qū)域進(jìn)行懸停實(shí)時(shí)偵察，建立空中臨時(shí)戰(zhàn)場監(jiān)控站。國內(nèi)外曾作過類似的研究，但大都采用炮射或彈射的方式，使用導(dǎo)彈空射方式尚未見諸報(bào)道，例如，美國海軍曾于2009 年研制了2 款空射型無人機(jī)： STL“山狗”無人機(jī)與AT-3“貓頭鷹”無人機(jī)（分別如圖1—2 所示），其中STL“山狗”無人機(jī)可從美海軍的P-3C 巡邏機(jī)、SH-60 直升機(jī)攜帶的聲吶浮標(biāo)管內(nèi)發(fā)射，攜帶光電/紅外攝像機(jī)和數(shù)據(jù)傳輸裝置，執(zhí)行偵察、監(jiān)視和情報(bào)任務(wù)；AT-3“貓頭鷹”無人機(jī)可裝備至F-18E、P-8A、E-2C 等平臺，搭載光電載荷，擴(kuò)大巡邏機(jī)的監(jiān)視區(qū)域［2］。

圖1 折疊狀態(tài)的STL “山狗”和展開狀態(tài)

圖2 AT-3“貓頭鷹”無人機(jī)

美國于2008 年在炮射無人飛行器的基礎(chǔ)上研發(fā)了一款名為“彈簧刀”的巡飛彈無人機(jī)，可以從各種空中、海上和地面平臺發(fā)射，給操作員提供實(shí)時(shí)視頻，亦可進(jìn)行信息收集、定位或特征/對象識別。美國于2022 年3 月16 日軍援烏克蘭100 架“彈簧刀”無人機(jī)，給俄軍造成了極大的損失?！皬椈傻丁毖诧w彈無人機(jī)和“彈簧刀-300”巡飛彈無人機(jī)分別如圖3—4所示。

圖3 “彈簧刀”巡飛彈無人機(jī)

圖4 “彈簧刀-300”巡飛彈無人機(jī)

俄羅斯陸軍于2005 年裝備了一款“R-90”巡飛彈無人機(jī)，如圖5 所示，該無人機(jī)可折疊在火箭彈套筒中，利用旋風(fēng)300 mm 火箭彈發(fā)射到空中，以所獲得的能量投放巡飛載荷，發(fā)射初始段和普通火箭彈無異，當(dāng)飛行到彈道最高處時(shí)彈體前后級脫離，拋棄后段火箭發(fā)動機(jī)，前端中部和后部的折疊式彈翼自動張開，由脈沖式噴氣發(fā)動機(jī)推動，按照事先指定的方向飛行，可快速達(dá)到所期望的空域、高度和速度，適用于對關(guān)鍵目標(biāo)的監(jiān)視任務(wù)［3］。

圖5 “R-90”巡飛彈無人機(jī)

國內(nèi)目前可查詢到的類似研究，是中國航天科技集團(tuán)于2017 年4 月在馬來西亞主辦的亞洲防務(wù)展上公布的CH-901 小型無人機(jī)，如圖6 所示。該無人機(jī)類似美國“折刀”巡飛彈概念，可攜帶小型搜索跟蹤攝像機(jī)，搜索2 km 內(nèi)的目標(biāo)，采用電動發(fā)動機(jī)具備“低噪音”特點(diǎn)，有利于隱蔽。該無人機(jī)裝有一臺電子光學(xué)攝像機(jī)，可對1.2 英里范圍內(nèi)目標(biāo)進(jìn)行偵察。在必要情況下它能撞向敵方目標(biāo)，引爆機(jī)載彈頭。

圖6 CH-901 小型無人機(jī)

2 導(dǎo)彈載空射型旋翼無人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)模式及其關(guān)鍵技術(shù)

傳統(tǒng)空基無人偵察主要立足于中大型無人平臺遠(yuǎn)距飛抵偵察，或通過非作戰(zhàn)有人機(jī)投放小型無人機(jī)的方式進(jìn)行近距偵察，具有自身突防能力差、無法遠(yuǎn)程投送抵近協(xié)同作戰(zhàn)的劣勢，針對遠(yuǎn)距離投放、快速突防、抵近作戰(zhàn)的軍事需求，本文提出一種使用有人機(jī)或浮空器平臺投放導(dǎo)彈，利用導(dǎo)彈的快速突防，抵達(dá)戰(zhàn)場上空再投放無人機(jī)的新型空基作戰(zhàn)模式。

2.1 新型作戰(zhàn)模式下協(xié)同作戰(zhàn)使用模式想定

空射型旋翼偵察無人機(jī)可搭載低成本、小型化的電子傳感器，平時(shí)呈折疊狀態(tài)，置于彈型裝置內(nèi)，戰(zhàn)時(shí)由有人機(jī)或浮空器平臺搭載，至作戰(zhàn)區(qū)域附近時(shí)由平臺空射，快速抵達(dá)戰(zhàn)場，與空中作戰(zhàn)編隊(duì)協(xié)同作戰(zhàn)：

1） 作為遠(yuǎn)程傳感器，建立戰(zhàn)場臨時(shí)空基偵察自主拓?fù)渚W(wǎng)，增強(qiáng)有人戰(zhàn)機(jī)的態(tài)勢感知能力。

在戰(zhàn)斗機(jī)或?qū)Φ毓魴C(jī)遂行攻擊任務(wù)中，作戰(zhàn)初期空中編隊(duì)位于視距范圍外，受限于機(jī)載雷達(dá)的偵察距離，無法第一時(shí)間獲取預(yù)定區(qū)域的戰(zhàn)場信息，利用導(dǎo)彈空射的便捷性及快速部署性，空射型旋翼無人機(jī)在作戰(zhàn)區(qū)域上空臨時(shí)組建偵察自主拓?fù)渚W(wǎng)，在戰(zhàn)場上執(zhí)行偵察、監(jiān)視、評估等任務(wù)，并將獲取的信息發(fā)送給有人作戰(zhàn)飛機(jī)，使有人機(jī)偵察范圍外延，大大擴(kuò)展了有人戰(zhàn)機(jī)的感知范圍，降低戰(zhàn)機(jī)突防的風(fēng)險(xiǎn)。

作戰(zhàn)場景假定：由2 架戰(zhàn)斗機(jī)、4 架轟炸機(jī)組成空中戰(zhàn)斗編隊(duì)，前出執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)，其中一架戰(zhàn)機(jī)搭載2枚內(nèi)置空射型旋翼偵察無人機(jī)的偵察導(dǎo)彈，在距作戰(zhàn)區(qū)域300 km 外，先期發(fā)射偵察導(dǎo)彈至作戰(zhàn)區(qū)域上空遂行偵察，對敵防空陣地、機(jī)場或臨時(shí)指揮所等高價(jià)值目標(biāo)進(jìn)行信息收集、定位或特征對象識別，由戰(zhàn)機(jī)根據(jù)戰(zhàn)場實(shí)時(shí)信息，在敵防空導(dǎo)彈射程范圍外發(fā)射對地攻擊導(dǎo)彈，由旋翼偵察無人機(jī)進(jìn)行引導(dǎo)攻擊，在視距外掃清地面威脅，保障火力投射平臺的安全，其作戰(zhàn)想定圖如圖7 所示。

圖7 協(xié)同空中編隊(duì)作戰(zhàn)模式想定圖

2）作為有人機(jī)的空中控制中繼平臺，掩護(hù)有人機(jī)，并協(xié)調(diào)無人機(jī)蜂群發(fā)動飽和式攻擊。

無人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)是分布式作戰(zhàn)理念的重要體現(xiàn)［4］，可將有人戰(zhàn)機(jī)作為空中指揮中心、空射型旋翼無人機(jī)作為偵察平臺兼控制中繼平臺、無人機(jī)蜂群作為攻擊僚機(jī)，密切協(xié)同進(jìn)行編隊(duì)空戰(zhàn)?？丈湫托頍o人機(jī)上根據(jù)需求搭載電子戰(zhàn)、傳感器以及數(shù)據(jù)鏈等功能載荷，由空中指揮中心（有人機(jī)）根據(jù)空射型旋翼無人機(jī)偵收的戰(zhàn)場信息設(shè)置總體作戰(zhàn)構(gòu)想，并分配給無人機(jī)蜂群作戰(zhàn)任務(wù)——狀態(tài)選擇、攻擊方向、攻擊形式、導(dǎo)航軌跡、攻擊邏輯等。該種作戰(zhàn)形態(tài)體現(xiàn)了協(xié)同分布式作戰(zhàn)，完成了“傳感器-射手”的殺傷鏈任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法的創(chuàng)新，能夠有效提升作戰(zhàn)能力。

作戰(zhàn)場景假定：1 架有人戰(zhàn)斗機(jī)搭載內(nèi)置空射型旋翼偵察無人機(jī)的偵察導(dǎo)彈，前出執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)，在距作戰(zhàn)區(qū)域300 km 外，先期發(fā)射偵察導(dǎo)彈至距作戰(zhàn)區(qū)域50～100 km 上空偵察，戰(zhàn)機(jī)根據(jù)戰(zhàn)場實(shí)時(shí)信息，將空射型旋翼偵察無人機(jī)作為空中控制中繼平臺，引導(dǎo)協(xié)調(diào)由不同機(jī)場陸續(xù)起飛而至的多波次攻擊型無人機(jī)蜂群進(jìn)行飽和式攻擊，其作戰(zhàn)想定圖如圖8所示。

圖8 協(xié)同引導(dǎo)攻擊型無人機(jī)蜂群作戰(zhàn)模式想定圖

2.2 新型無人偵察系統(tǒng)的設(shè)計(jì)想定

空射型旋翼偵察無人機(jī)可搭載于有人機(jī)或浮空器等空中作戰(zhàn)平臺，以導(dǎo)彈本體為運(yùn)輸平臺，快速抵達(dá)戰(zhàn)場，在空中作戰(zhàn)平臺抵達(dá)之前建立戰(zhàn)場空中臨時(shí)前哨所，為平臺提供先期戰(zhàn)場情報(bào)信息，成為突防攻擊的倍增器。該無人機(jī)可由轉(zhuǎn)臺、偵察載荷以及天線單元等組成，其中轉(zhuǎn)臺可采用共軸雙旋翼方式進(jìn)行設(shè)計(jì)［5］，偵察載荷本體由電子偵察載荷、光電/紅外偵察載荷、SAR 雷達(dá)偵察載荷及通信數(shù)據(jù)鏈載荷組成，可根據(jù)不同的作戰(zhàn)任務(wù)對搭載的載荷進(jìn)行選配，天線單元可裝配偵察天線或者光電球，組成構(gòu)想圖如圖9所示。

圖9 空射型旋翼偵察無人機(jī)組成構(gòu)想圖

該無人機(jī)主要適用于需要快速部署的非對稱作戰(zhàn)戰(zhàn)場，替代原人力或者有人偵察設(shè)備，可進(jìn)行抵近偵察，具備低成本、難探測的優(yōu)勢，可長時(shí)獲取偵察情報(bào)信息，引導(dǎo)火力進(jìn)行打擊，其與傳統(tǒng)偵察模式的對比分析如表 1 所示。

2.3 關(guān)鍵技術(shù)

空射型旋翼無人機(jī)有以下幾種關(guān)鍵技術(shù)尚待解決：

1） 空中發(fā)射技術(shù)

表1 空射型旋翼偵察無人機(jī)與其他偵察模式的對比

根據(jù)作戰(zhàn)場景分析，無人機(jī)應(yīng)前出至戰(zhàn)機(jī)或飛艇平臺50～200 km 外對戰(zhàn)場進(jìn)行偵察，且需快速形成分布式協(xié)同作戰(zhàn)態(tài)勢?？紤]到低成本、可消耗的設(shè)計(jì)要求，受空中作戰(zhàn)平臺空間的約束，無法設(shè)計(jì)復(fù)雜的發(fā)射系統(tǒng)。因此，需利用導(dǎo)彈的快速移動性疊加無人機(jī)的偵察功能，形成空射型無人機(jī)的獨(dú)特空中發(fā)射方式，空射后待彈體助推段結(jié)束，無人機(jī)彈射出彈體，采用自身攜帶的燃料電池驅(qū)動并支撐一段時(shí)間作戰(zhàn)時(shí)間。

2） 空中溫控技術(shù)

通常情況下高超聲速飛行中，彈體會長時(shí)間與空氣摩擦，從而表面存在高溫，會對彈體內(nèi)的各種電子元器件的正常運(yùn)行造成影響，甚至使其癱瘓，如何保證空射型旋翼偵察無人機(jī)在分離過程中不對搭載的載荷造成毀傷，應(yīng)作為關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。

3） 通信聯(lián)絡(luò)技術(shù)

無人機(jī)受物理?xiàng)l件限制負(fù)載有限，可用于通信的能源有限，鏈路帶寬有限，且由于節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率和天線增益有限，通信距離比通常移動自組織網(wǎng)絡(luò)短，極度依賴其他無人機(jī)節(jié)點(diǎn)或衛(wèi)星通信的中繼轉(zhuǎn)發(fā)。且由于戰(zhàn)場形勢的快速變化，系統(tǒng)對實(shí)時(shí)性有較高要求，節(jié)點(diǎn)的負(fù)載情況將直接影響數(shù)據(jù)傳輸成功與否以及傳輸時(shí)延大小，因而相比傳統(tǒng)自組織網(wǎng)絡(luò)，無人機(jī)自組網(wǎng)中對節(jié)點(diǎn)的負(fù)載均衡有了更高的要求［6］。

4） 協(xié)同自組網(wǎng)技術(shù)

空射型旋翼偵察無人機(jī)所處戰(zhàn)場環(huán)境瞬息萬變，任務(wù)區(qū)域具有高度的不確定性，無人機(jī)搭載載荷不同，分工亦各不相同，具有分布式系統(tǒng)的特點(diǎn)，在戰(zhàn)場通信條件受限的情況下，將難以保證個(gè)體都獲取全局的實(shí)時(shí)戰(zhàn)場信息。動態(tài)戰(zhàn)場環(huán)境下，為增強(qiáng)自主適應(yīng)能力，需要研究惡劣環(huán)境下多無人機(jī)分布式協(xié)同任務(wù)自組織技術(shù)，按需共享關(guān)鍵戰(zhàn)場信息，甚至在通信網(wǎng)絡(luò)中斷后，無人機(jī)個(gè)體仍可依靠先期任務(wù)規(guī)劃等信息，圍繞同一目標(biāo)，自發(fā)調(diào)整各自行動，以最大限度發(fā)揮無人機(jī)的群體智能，取得最佳的作戰(zhàn)效果。

3 結(jié)束語

隨著信息戰(zhàn)體系的日趨完善，現(xiàn)代戰(zhàn)爭更多地表現(xiàn)為作戰(zhàn)體系之間的對抗，對戰(zhàn)場信息和實(shí)時(shí)感知能力的爭奪日趨激烈，未來作戰(zhàn)體系將是基于信息的高度利用和有效傳遞、作戰(zhàn)裝備的高存活性及多種類偵察攻擊載荷協(xié)同一體作戰(zhàn)的體系。新型的作戰(zhàn)模式一定會打破舊有作戰(zhàn)方式的制約，如何將新型作戰(zhàn)模式與現(xiàn)有軍事作戰(zhàn)體系進(jìn)行深度融合，成為決定未來戰(zhàn)爭結(jié)果的重要砝碼?？丈湫托韨刹鞜o人機(jī)將極大增強(qiáng)空中作戰(zhàn)平臺對敵方攻擊的成功率，是在超視距情況下擴(kuò)大戰(zhàn)果的重要手段，可以為未來作戰(zhàn)將信息優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為作戰(zhàn)優(yōu)勢提供參考?！?/p>