以直升機為載機的無人機集群作戰(zhàn)研究

陳帥 張春義 鄒旻杲

憑借成本低、數(shù)量多、可消耗等優(yōu)勢，無人機集群在作戰(zhàn)運用中嶄露頭角。但是，航程短、任務(wù)載荷重量輕的短板在一定程度上限制了無人機集群發(fā)揮作戰(zhàn)效能。而直升機具有機動性高、航程遠、隱蔽突防能力強等優(yōu)勢，無人機集群以直升機為載機，二者協(xié)同作戰(zhàn)可優(yōu)勢互補，實現(xiàn)“1+1遠大于2”的作戰(zhàn)效果。

相關(guān)概念

集群是指擁有共同目標的多個個體組成的群體。

當生物個體組成群體來履行職能時，時間效率和資源利用率將大幅提高。例如，鳥群在遷徒過程中保持特定隊形飛行，能順利到達棲息地；魚群相較單條魚更能抵抗掠食者；蟻群分工明確地合作覓食。生物集群行為是群體中的個體之間利用簡單規(guī)則、信息共享，形成強魯棒性、高適應(yīng)性、高擴展性的自組織行為。

無人機集群是指大量單機在保留自主能力的前提下，通過信息共享，形成合力，產(chǎn)生群體效應(yīng)，實現(xiàn)具有自主協(xié)同作戰(zhàn)。近年，在第四次工業(yè)革命浪潮的推動下，基于無人機、人工智能等一系列技術(shù)融合發(fā)展的無人機集群凸顯了諸多優(yōu)勢，例如數(shù)量多、成本低、功能豐富、無中心節(jié)點等，必然成為未來主要作戰(zhàn)模式之一，也是未來作戰(zhàn)必不可少的新質(zhì)力量，在軍事領(lǐng)域?qū)l(fā)揮更重要的作用。

無人機集群載機是指搭載無人機集群的平臺，是無人機集群充分發(fā)揮作戰(zhàn)效能的重要組成要素。根據(jù)實際環(huán)境和臨機任務(wù)綜合分析，無人機集群選用一個合適的載機，不僅可以節(jié)約飛行成本，提高任務(wù)成功率，還能充分發(fā)揮技戰(zhàn)術(shù)優(yōu)勢，保證飛行安全，實現(xiàn)遠程運輸和前進指揮中心控制。

以直升機為載機的無人機集群作戰(zhàn)是指直升機作為無人機集群的搭載平臺，直升機與無人機集群協(xié)同完成目標任務(wù)。它能彌補無人機集群遠程機動性弱的短板，充分發(fā)揮直升機和無人機集群的優(yōu)勢。

無人機集群載機發(fā)展與應(yīng)用

國外無人機集群載機發(fā)展較為迅速，種類繁多，不僅有有人直升機、有人戰(zhàn)斗機、有人運輸機，甚至還有無人機。

直升機是一種由發(fā)動機驅(qū)動旋翼旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力，可以完成垂直起降、懸停、原地轉(zhuǎn)彎以及其他飛行動作的飛行器，自誕生以來，在軍事、民用領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。在軍事領(lǐng)域，直升機既可作為載人平臺，快速機動地運送大量人員，又可以作為載貨平臺，將各種裝備、補給物資等貨物快速準確地送達作戰(zhàn)地域和海上艦隊。在民用領(lǐng)域，當各種自然災(zāi)害、特殊情況突發(fā)時，直升機可以快速便捷地執(zhí)行任務(wù)，滿足貨物運輸、搜救等應(yīng)急需求。目前，國內(nèi)外直升機發(fā)展非常迅速，眾多國家不斷積極探索直升機搭載無人機集群展開戰(zhàn)斗的模式，不斷升級技術(shù)。直升機技術(shù)正在向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和信息化方向發(fā)展。

作為目前重要的無人機集群載機，固定翼有人機具有飛行速度快、穩(wěn)定性高、抗干擾能力強等突出優(yōu)點。

以直升機為載機的無人機集群作戰(zhàn)需求

無人機具有機上無操控員等優(yōu)勢，可有效保證空中平臺無人員傷亡。但是，單架無人機任務(wù)載荷重量輕、尺寸小、數(shù)量少、續(xù)航時間短、作戰(zhàn)半徑有限、信息感知與處理能力相對較弱，難以飛抵前沿陣地實施長達數(shù)小時的偵察、監(jiān)視、打擊等作戰(zhàn)任務(wù)，更難以深入敵軍縱深執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)?；诖耍瑹o人機集群應(yīng)運而生，并逐漸成為未來智能化戰(zhàn)爭的重要力量。當面臨越來越復(fù)雜的對抗環(huán)境、越來越強的對抗手段，大規(guī)模無人機集群高效完成作戰(zhàn)任務(wù)需要一種載機作為指揮控制中心，以解決面臨的問題。這種載機應(yīng)具備搭載無人機集群能力，同時具有與無人機集群相同的指揮控制系統(tǒng)，才能作為核心來指揮整個無人機集群作戰(zhàn)?；谏鲜鲂枨螅鄙龣C是無人機集群載機的絕佳方案之一。

在戰(zhàn)場上，人員零傷亡是指揮官們一直追求的目標。無人機通過操控員實現(xiàn)遠程作戰(zhàn)，有效完成各種高危任務(wù)。但是“一人一機”模式在高強度對抗中，操控員數(shù)量的增加將對指揮控制中心和通信系統(tǒng)造成很大負擔(dān)，因此有人機/無人機集群協(xié)同作戰(zhàn)模式應(yīng)運而生。有人機上的操控員根據(jù)任務(wù)需要，控制單架集群無人機或部分集群無人機，通過指揮控制系統(tǒng)分發(fā)任務(wù)信息后，無人機集群依靠協(xié)同控制系統(tǒng)完成操控員下達的命令。該作戰(zhàn)模式可顯著減輕指揮控制中心和通信系統(tǒng)的負荷，大幅提升作戰(zhàn)效能。

以直升機為載機的無人機集群作戰(zhàn)優(yōu)勢

戰(zhàn)場態(tài)勢感知到作戰(zhàn)決策下達的速度提升

有人直升機反應(yīng)速度快、突擊能力強、使用范圍廣、航程遠、飛行高度低，但防護能力弱。而無人機集群規(guī)模大、成本低、可消耗、功能多樣，可彌補直升機防護能力弱的短板，為直升機提供實時戰(zhàn)場態(tài)勢感知信息，提高直升機綜合信息處理能力和及時準確的決策能力，有效提升戰(zhàn)場態(tài)勢感知到作戰(zhàn)決策下達的速度。

同時，直升機先進機載飛行控制系統(tǒng)、武器控制系統(tǒng)、智能化設(shè)備可作為無人機集群前進指揮中心，提高無人機集群作戰(zhàn)的智能化水平。此外，直升機作為綜合信息處理平臺，用于多架無人機各種機載傳感器信息融合與處理，形成戰(zhàn)場態(tài)勢信息，根據(jù)作戰(zhàn)需求，視情在空中對無人機集群進行指揮控制，向集群無人機分配目標，完成航線規(guī)劃和參數(shù)裝訂等操作。

超低空低空飛行和突防能力強

在超低空低空作戰(zhàn)時，相較于固定翼飛機，直升機更適合無人機集群作戰(zhàn)。直升機可超低空懸停，飛行靈活機動，起降不受場地限制，低空隱蔽性強，瞬時機動性優(yōu)異，這些特點決定了直升機能與無人機集群實現(xiàn)協(xié)同作戰(zhàn)。

直升機采取超低空隱蔽突防方式抵近作戰(zhàn)區(qū)域后，發(fā)射無人機集群。無人機集群在超低空低空飛行，甚至以無線電靜默方式飛行，盡可能抵近敵方前沿陣地，充分發(fā)揮群體作戰(zhàn)優(yōu)勢。同時，集群單機尺寸較小，雷達截面積小，能夠有效躲避敵方預(yù)警探測系統(tǒng)，誘騙敵方探測預(yù)警系統(tǒng)開機，實施抵近突防、奇襲作戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)，取得出其不意的作戰(zhàn)效果。直升機應(yīng)盡可能躲避敵方雷達系統(tǒng)探測，實現(xiàn)突然奇襲的作戰(zhàn)效能。

集群任務(wù)載荷種類多樣、功能全面

根據(jù)實際任務(wù)的需要，無人機集群能非常靈活地配置不同任務(wù)設(shè)備，實現(xiàn)多種功能，拓寬作戰(zhàn)任務(wù)范圍。

續(xù)航時間延長，作戰(zhàn)半徑增大

相較于集群無人機，直升機續(xù)航時間和航程相對較長，可以顯著增大集群無人機的作戰(zhàn)半徑，延長集群無人機的續(xù)航時間，將無人機集群有限的航程高效地用于任務(wù)區(qū)的作戰(zhàn)行動，進一步提升直升機/無人機集群協(xié)同作戰(zhàn)效能。

作戰(zhàn)成本低

集群單機多以微小型無人機為主。該類無人機制造成本和維修成本低，回收后可重復(fù)使用，成本優(yōu)勢顯著。以直升機為載機的無人機集群作戰(zhàn)，可以有效減小人員傷亡率，顯著消耗敵方對空武器，特別是微小型無人機成本低，經(jīng)得起消耗，作戰(zhàn)成本優(yōu)勢非常突出。

集群智能特性潛力大、戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新

無人機集群采用智能群體技術(shù)，實現(xiàn)自主協(xié)同控制、自組網(wǎng)通信、有序分布，具備極強的群體作戰(zhàn)能力。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，集群單機和集群智能化水平將同步發(fā)展。無人機集群具有巨大的智能發(fā)展?jié)摿?，因此以直升機為載機的無人機集群戰(zhàn)術(shù)，可滿足不同作戰(zhàn)環(huán)境的需求，實現(xiàn)不斷發(fā)展、不斷創(chuàng)新。

以直升機為載機的無人機集群技術(shù)瓶頸

以直升機為載機的無人機集群作戰(zhàn)具備諸多優(yōu)勢，但仍有許多技術(shù)難題亟待解決。

智能態(tài)勢感知技術(shù)仍需攻克

正確可靠的戰(zhàn)場態(tài)勢感知與認知是無人機集群完成作戰(zhàn)任務(wù)的基本前提。未來戰(zhàn)場態(tài)勢具有復(fù)雜化、復(fù)合化、隱蔽化等特點，因此無人機集群作戰(zhàn)體現(xiàn)了雙刃劍的兩面性，敵我雙方都極大地提高綜合對抗能力、戰(zhàn)場目標感知難度。以直升機為載機的無人機集群作戰(zhàn)需要攻克分布式協(xié)同感知、多源信息融合與處理、智能化目標識別和跟蹤、目標導(dǎo)引等一系列技術(shù)。

協(xié)同控制技術(shù)的穩(wěn)定性與可靠性需要進一步提高

美國無人機集群協(xié)同控制技術(shù)目前處于領(lǐng)先地位，美軍現(xiàn)役無人機自主控制等級已達到3級或4級，中高端無人機初步具備機上航線再規(guī)劃能力。但是，無人機集群協(xié)同控制技術(shù)與作戰(zhàn)實際需求仍存在一定差距。未來，面對復(fù)雜、不斷變化的戰(zhàn)場環(huán)境，無人機集群協(xié)同控制技術(shù)的穩(wěn)定性、可靠性等指標都需要通過智能化技術(shù)進行有效解決。

無人機集群自主性需進一步提升

單機和集群自主性是戰(zhàn)爭制勝的關(guān)鍵要素，是確保任務(wù)執(zhí)行不脫節(jié)、既定作戰(zhàn)目標達成的必要保證，是未來發(fā)展需重點研究的內(nèi)容。因為，操控者無法為每架集群無人機預(yù)設(shè)程序來控制集群飛行，而集群通過分布式指揮控制系統(tǒng)來實現(xiàn)群體決策，每架單機之間都有必要的通信和協(xié)作，以形成具有強適應(yīng)性、高彈性的群體。以直升機為載機的無人機集群作戰(zhàn)方式對單機和集群的自主性提出了較高要求。集群無人機數(shù)量越多，自主性要求越高，協(xié)同效果和智能化技術(shù)要求更高。未來，無人機集群在執(zhí)行任務(wù)過程中，將根據(jù)戰(zhàn)場態(tài)勢變化和作戰(zhàn)需要，自主規(guī)劃待戰(zhàn)空域和臨機航線，自主應(yīng)對干擾和威脅。