劉小旭 萬子平
無人機(jī)技術(shù)在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭中已經(jīng)逐漸成為重要的作戰(zhàn)裝備,在偵察和情報收集、精確制導(dǎo)和打擊、近程防御和維護(hù)巡邏、高速突襲和快速反應(yīng)、特殊作戰(zhàn)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用,以2020 年納卡戰(zhàn)爭為例,阿塞拜疆為了奪回爭議領(lǐng)土納卡地區(qū),大量使用了無人機(jī)進(jìn)行偵察和打擊,這些無人機(jī)的高精度導(dǎo)航系統(tǒng)和精準(zhǔn)武器使其能夠有效地摧毀亞美尼亞的軍事設(shè)施和裝備,同時也減少了阿塞拜疆自己部隊的傷亡。隨著無人機(jī)技術(shù)在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭中的頻繁使用,如何有效地防范和打擊無人機(jī)所帶來的威脅已成為了各個國家維護(hù)國家安全的當(dāng)務(wù)之急。本文從“低慢小”無人機(jī)的探測技術(shù)出發(fā),分析針對“低慢小”無人機(jī)的硬殺傷防御手段,建立了一個綜合考慮目標(biāo)多樣性、作戰(zhàn)單位破壞機(jī)制差異、作戰(zhàn)意圖的不可預(yù)測性、目標(biāo)反射特性的復(fù)雜性等因素的綜合評價體系,旨在提高無人機(jī)對抗的成功率。
無人機(jī)按照飛行質(zhì)量、速度、高度,分為五個威脅等級。根據(jù)不同的無人機(jī)威脅等級,其應(yīng)對手段也有所不同。結(jié)合現(xiàn)有的反無人機(jī)技術(shù),在高效費(fèi)比前提下,以高成熟度的技術(shù)實(shí)現(xiàn)對一級無人機(jī)的有效毀傷和對二級無人機(jī)形成威脅。一、二級無人機(jī)的分類如表1 所示。后續(xù)將一、二級無人機(jī),統(tǒng)稱為“低慢小”無人機(jī)[1]。
表1 :“低慢小”無人機(jī)分類
搜索跟蹤模塊提供對無人機(jī)目標(biāo)的全方位搜索警戒能力,用于對目標(biāo)的早期預(yù)警和威脅評判。目前采取的技術(shù)手段可為雷達(dá)+光電[2-3]。兩種技術(shù)國內(nèi)均有比較成熟的產(chǎn)品可以提供,可按需要選擇。由于主要偵查目標(biāo)為小型偵查無人機(jī)或無人機(jī)群,因此需對該類無人機(jī)任務(wù)能力及拒止距離進(jìn)行充分分析才能選取最為合適的偵查模塊。
常見的一、二類無人機(jī)有大疆精靈系列無人機(jī)、美國的“美洲獅”RQ-20 無人機(jī)。
分析不同探測概率下兩型無人機(jī)可見光相機(jī),對長3 m、高2 m 的車輛最大分辨距離,在50%概率下“美洲獅”無人機(jī)可見光相機(jī)對目標(biāo)識別距離為 2.7 km,辨別距離為 1.4 km;大疆精靈 4 Pro 可見光相機(jī)對目標(biāo)識別距離為 1.8 km,辨別距離為 0.9 km?!懊乐蕺{”機(jī)載紅外相機(jī)分辨率640×512 像素、視場角為 24°。結(jié)合“美洲獅”分辨率和分辨概率,判斷在50%概率下紅外相機(jī)對長3 m、高2 m 的車輛最大成像識別距離為1.1 km,辨別距離不大于0.56 km。
由于有效載荷能力有限,小型無人偵察機(jī)的探測距離一般不超過3 公里。因此,選擇具有3 公里以上探測、識別和跟蹤能力的雷達(dá)加光電子搜索跟蹤模塊,可以有效抑制“低慢小”無人機(jī)任務(wù)的實(shí)現(xiàn),滿足國防作戰(zhàn)要求。
應(yīng)對“低慢小”無人機(jī)目標(biāo),打擊手段需滿足:高射速、大殺傷半徑、高響應(yīng)速度這三個特點(diǎn),才能提高對“低慢小”無人機(jī)的攔截概率。目前針對該類無人機(jī)近程打擊手段,以高效費(fèi)比為目標(biāo)進(jìn)行考慮有:機(jī)槍、空爆榴彈、無人機(jī)反無人機(jī)等技術(shù)[4-7]。
本文將著重對機(jī)槍、空爆榴彈、無人機(jī)反無人機(jī)技術(shù)的國內(nèi)外研制情況進(jìn)行詳細(xì)介紹,對比分析各項技術(shù)的無人機(jī)毀傷能力。
利用機(jī)槍打擊無人機(jī)的成本較低,易于推廣和使用,而且機(jī)槍結(jié)構(gòu)簡單、使用便捷,可以在惡劣環(huán)境下使用,具有良好的可靠性。機(jī)槍反制無人機(jī)技術(shù)缺點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)一樣明顯,主要集中在以下兩點(diǎn):
1.瞄準(zhǔn)和射擊:面對低速小型無人機(jī),機(jī)槍射擊時需要進(jìn)行微小角度的調(diào)整,這要求機(jī)槍具有極高的操作精度和反應(yīng)速度。
2.射擊精度的提升能力有限,面對靈活機(jī)動且體型微小的無人機(jī),現(xiàn)有的機(jī)槍彈道和射表無法進(jìn)行有效應(yīng)對。因此目前機(jī)槍反制無人機(jī)技術(shù)主要聚焦在槍瞄輔助系統(tǒng)和彈的研究上。
利用機(jī)槍打無人機(jī),當(dāng)具備一套完善的彈道解算算法和穩(wěn)定跟蹤輔助系統(tǒng)時,效費(fèi)比無疑是可觀的,但當(dāng)面對多目標(biāo)來襲的低慢小無人機(jī)時,應(yīng)盡可能提升機(jī)槍的持續(xù)作戰(zhàn)能力以達(dá)到利用火力覆蓋網(wǎng)拒止無人機(jī)的目的,如針對大容量彈箱及連續(xù)供彈技術(shù)的研發(fā)。
空爆榴彈主要是通過在目標(biāo)附近引爆,形成“彈片云”對無人機(jī)進(jìn)行殺傷。其優(yōu)勢和不足之處如表2 所示。
表2 :空爆榴彈優(yōu)缺點(diǎn)分析
通過發(fā)射較少彈數(shù)的空爆榴彈來毀傷近距離的“低小慢”無人機(jī),從殺傷機(jī)理上看是極其有效的。但考慮到榴彈的初速低的特點(diǎn),為提高對無人機(jī)的攔截概率,應(yīng)盡量選用可在較短的攔截時間內(nèi),發(fā)射較多彈數(shù)的高射速的武器發(fā)射系統(tǒng)或利用“齊射”技術(shù),來增加對無人機(jī)的毀傷概率。
無人機(jī)反無人機(jī)技術(shù)較為成熟的是無人機(jī)攜帶打擊武器進(jìn)行摧毀的方式。
無人機(jī)攜帶武器打擊無人機(jī)技術(shù)主要需考慮以下幾點(diǎn):
1.集成設(shè)計:將武器系統(tǒng)與無人機(jī)平臺進(jìn)行集成設(shè)計,確保武器與平臺之間的兼容性和協(xié)同作戰(zhàn)能力。
2.制導(dǎo)技術(shù):將制導(dǎo)系統(tǒng)與武器集成,并且在無人機(jī)上安裝先進(jìn)的傳感器和控制系統(tǒng),用于確定目標(biāo)位置、跟蹤運(yùn)動目標(biāo)、指引武器進(jìn)行精確打擊等。
3.負(fù)載能力:無人機(jī)有一定的承載能力,以承擔(dān)搭載武器及其所需的動力、控制和通信設(shè)備等額外負(fù)荷。
4.電子干擾抗性:無人機(jī)需要具備一定程度的電磁干擾抗性,以及抵御其他可能影響其戰(zhàn)斗效果和生存能力的電磁和非電磁攻擊。
攜帶武器的無人機(jī)現(xiàn)在的技術(shù)已相對完善,并在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中得到了廣泛應(yīng)用。未來發(fā)展和優(yōu)化的方向是解決通信延遲問題,確保及時傳輸控制信號和影像信息;提升反應(yīng)速度和抗干擾能力;提高電池續(xù)航能力,延長飛行時間;改進(jìn)目標(biāo)檢測和跟蹤技術(shù)、增強(qiáng)無人機(jī)的自主性和智能化水平等。
在考慮效能和成本的前提下,以上三種反制無人機(jī)的技術(shù)確實(shí)具有較高的性價比。要想利用這些技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)并避免其局限性,筆者認(rèn)為構(gòu)建目標(biāo)毀傷和探測指標(biāo)體系至關(guān)重要。即對反無人機(jī)的毀傷和探測形成初步的指標(biāo)體系,基于雷達(dá)信號和光電觀瞄、偵測儀的多信息融合毀傷效果綜合評估能實(shí)現(xiàn)信息上的互補(bǔ),提高毀傷評估結(jié)果的穩(wěn)定性和可靠性。
將無人機(jī)遭受火力打擊后的毀傷效果評估定義為以下三種情況,使得指揮系統(tǒng)輔助軟件或操作人員能夠獲得簡潔明了的再打擊建議:
(1)徹底毀傷,指機(jī)槍毀傷或榴彈空炸毀傷以足夠大的能量和小的交會角度命中無人機(jī),使其發(fā)生明顯的轟燃、轟爆,運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生了劇烈且明顯的改變;
(2)任務(wù)毀傷,指雖未徹底毀傷無人機(jī),但目標(biāo)無人機(jī)運(yùn)動軌跡偏移既定飛行路線或彈頭彈道發(fā)生偏離,致使其喪失了偵測或攻擊我方的能力,判定攔截成功;
(3)未毀傷,指通過雷達(dá)跟蹤目標(biāo)情況或光電觀瞄、偵測儀返回圖像都顯示目標(biāo)無人機(jī)未被有效攔截,攔截失敗。
基于雷達(dá)信號和光電觀瞄、偵測儀的目標(biāo)無人機(jī)毀傷評估判定流程如下圖1 所示。
圖1:目標(biāo)無人機(jī)毀傷評估判定流程圖
機(jī)槍作為一種傳統(tǒng)的反制無人機(jī)方法,憑借高射速和高精度能有效摧毀空中目標(biāo)。然而,針對體型較小、數(shù)量眾多且易避開探測的低慢小無人機(jī),機(jī)槍仍然存在缺陷。榴彈發(fā)射器能向空中發(fā)射炮彈,在敵方無人機(jī)附近形成破片進(jìn)行摧毀,具備較遠(yuǎn)的射程和較大的破壞力。盡管如此,由于射速慢且空炸偏差大,榴彈發(fā)射器擊中小型無人機(jī)的概率較低,也可能對周圍無辜受害者造成誤傷。無人機(jī)反無人機(jī)的方法精確度較高,誤傷風(fēng)險較低,但在某些情況下技術(shù)難度與成本較高。雖然這三種近距離反制無人機(jī)技術(shù)都具備一定的性價比,但仍需注意各自存在的問題。為確保無人機(jī)反制技術(shù)成功應(yīng)用,建立全面的評估體系是關(guān)鍵,需考慮目標(biāo)多樣性、戰(zhàn)斗部毀傷機(jī)理差異、作戰(zhàn)意圖難預(yù)測以及目標(biāo)毀傷反應(yīng)的復(fù)雜性。