蘭德公司探索低成本可消耗無人機(jī)的保障

自2017年特朗普政府正式提出以中、俄為主要對手的“大國競爭”戰(zhàn)略后，美軍開始全力備戰(zhàn)大國戰(zhàn)爭，并重點(diǎn)研究如何應(yīng)對對手的“反介入/區(qū)域拒止”（A2/ AD）能力。為在與具備區(qū)域拒止和打擊美軍前沿基地能力的對手交戰(zhàn)時獲勝，美國空軍作戰(zhàn)集成能力中心（AFWIC）對“未來兵力設(shè)計(jì)”概念進(jìn)行了探索，并在其中引入了基于“低成本可消耗飛機(jī)技術(shù)”（LCAAT）的無人機(jī)概念。低成本可消耗無人機(jī)可以在沒有跑道的情況下實(shí)現(xiàn)大規(guī)模力量投送，從而在戰(zhàn)時基地和跑道被毀的情況下繼續(xù)生成和提供戰(zhàn)斗力。

蘭德公司發(fā)布報告

自“未來兵力設(shè)計(jì)”中引入低成本可消耗無人機(jī)概念后，美國對該類無人機(jī)的作戰(zhàn)應(yīng)用進(jìn)行了大量研究，先后發(fā)布了《在對抗環(huán)境中運(yùn)用低成本可重復(fù)使用無人機(jī)》和《對Skyborg和低成本可消耗無人機(jī)發(fā)展前景的認(rèn)識》等報告。

無人機(jī)的保障對于其作戰(zhàn)而言至關(guān)重要，在最初的設(shè)計(jì)工作中就應(yīng)予以考慮。2022年1月，蘭德公司發(fā)布了《保障從非固定基礎(chǔ)設(shè)施投放作戰(zhàn)能力》研究報告，首次對低成本可消耗無人機(jī)的保障問題進(jìn)行了研究分析，如圖1所示。

低成本可消耗無人機(jī)的作戰(zhàn)

作戰(zhàn)概念

與常規(guī)平臺相比，美國空軍將低成本可消耗無人機(jī)設(shè)想為一種成本更低、壽命更短、性能相對較高的平臺。美國空軍為其設(shè)定的成本范圍為每架無人機(jī)約200-500萬美元，如科拉托斯（Kratos）公司的XQ-58A無人機(jī)。 XQ-58A可利用助推器由滑軌發(fā)射起飛；滑軌平臺為一輛可移動式拖車，因此XQ-58A發(fā)射起飛時不需要依賴跑道。如對手對前沿作戰(zhàn)基地的跑道實(shí)施打擊，移動拖車可提供一定程度的作戰(zhàn)靈活性，這也是XQ-58A系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)目標(biāo)之一。同時，移動拖車具備可機(jī)動能力，能夠增加對手的瞄準(zhǔn)難度。

按照美國空軍當(dāng)前的作戰(zhàn)概念，低成本可消耗無人機(jī)發(fā)射后將加入一個由數(shù)百架飛機(jī)組成的空中數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)中包括了其他低成本可消耗無人機(jī)以及常規(guī)有人駕駛平臺。低成本可消耗無人機(jī)需要在短時間內(nèi)大量發(fā)射，完成任務(wù)后，可返回任意作戰(zhàn)點(diǎn)。同時，按照目前的規(guī)劃，低成本可消耗無人機(jī)將通過降落傘系統(tǒng)進(jìn)行回收，也無需依賴跑道，如圖2所示。

返回發(fā)射區(qū)域后，低成本可消耗無人機(jī)即可開始為下一次任務(wù)做準(zhǔn)備。作為一種“可消耗系統(tǒng)”，低成本可消耗無人機(jī)幾乎無需進(jìn)行原位或離位維修。XQ-58A無人機(jī)采用了模塊化設(shè)計(jì)，因此可從多架受損無人機(jī)上拆下可使用的模塊組件，然后重新組裝到新的任務(wù)平臺上。

作戰(zhàn)設(shè)想

假設(shè)作戰(zhàn)時低成本可消耗無人機(jī)可每3小時起飛100架次，即每天800架次?；谶@一假設(shè)，可對低成本可消耗無人機(jī)需要的人力和發(fā)射設(shè)備進(jìn)行估算。

低成本可消耗作戰(zhàn)部隊(duì)的規(guī)模取決于發(fā)射裝置的數(shù)量以及相關(guān)的發(fā)射小組，而不是日均發(fā)射架次數(shù)，因?yàn)槿站l(fā)射架次數(shù)受再次出動時間的影響。低成本可消耗無人機(jī)的作戰(zhàn)能力可分為三個等級：

（1）發(fā)射點(diǎn)

單獨(dú)1套發(fā)射裝置及其配套的發(fā)射小組，每個發(fā)射小組包含4名人員。1個發(fā)射點(diǎn)每天發(fā)射一定架次數(shù)，具體架次數(shù)取決于再次出動時間。例如，如果再次出動時間為3小時，則每個發(fā)射點(diǎn)每天可發(fā)射8個架次。

（2）發(fā)射單元

1組發(fā)射裝置及其配套的發(fā)射小組；共用回收區(qū)，共用或不共用其他資源，如燃油和彈藥的存儲或基地保障資源等。1個發(fā)射單元每天可發(fā)射一定架次數(shù)，具體取決于發(fā)射裝置的數(shù)量。

（3）發(fā)射集群

1個發(fā)射集群由多個發(fā)射單元組成，彼此可共享資源，如燃油和彈藥的存儲或基地保障資源等。1個發(fā)射集群發(fā)射的架次數(shù)取決于每個集群的發(fā)射單元數(shù)量。

假設(shè)發(fā)射集群由3個發(fā)射單元組成（1個方框?yàn)?個發(fā)射單元），每個發(fā)射單元包括6個發(fā)射點(diǎn)（1個三角為1個發(fā)射點(diǎn)）。發(fā)射單元共用作戰(zhàn)人員工作場所、燃油和彈藥的存儲以及指揮設(shè)施。每個發(fā)射單元中的6個發(fā)射點(diǎn)共用1個回收區(qū)，如圖3所示。

平臺保障方案

低成本可消耗無人機(jī)需要三大類保障支援：燃油保障、彈藥保障和生活保障。

燃油保障

基于飛機(jī)尺寸、發(fā)動機(jī)的燃油效率和油箱容量，低成本可消耗無人機(jī)完成最大航程飛行需要約300-500加侖（約1135.6-1890L）燃油。取決于再次出動時間，一個發(fā)射點(diǎn)需要的燃油量從600加侖/天（再次出動時間12小時、300加侖/架次）到6000加侖/天（再次出動時間2小時，500加侖/架次）。

無論是對燃油進(jìn)行集中管理或分散管理，還是通過加油車來分發(fā)，燃油保障都離不開燃油存儲。在燃油存儲上，分別考慮尺寸較小的軟油箱方案和尺寸很大的燃油存儲系統(tǒng)方案。

（1）500加侖集裝箱燃油存儲器

美軍特種作戰(zhàn)部隊(duì)目前配備有500加侖軟油箱，放置于經(jīng)過加固的集裝箱內(nèi)。以此為基礎(chǔ)，可考慮在低成本可消耗無人機(jī)拖車設(shè)計(jì)中集成放置于集裝箱內(nèi)的軟油箱；重量約0.5噸，成本約3萬美元。

（2）直升機(jī)應(yīng)急加油系統(tǒng)

美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)使用直升機(jī)應(yīng)急加油系統(tǒng)（HERS）為直升機(jī)加油。HERS是一種類似低成本可消耗無人機(jī)需要的前線加油系統(tǒng)，容量可達(dá)18000加侖，并可通過500或3000加侖儲油箱進(jìn)行擴(kuò)展。該系統(tǒng)重3.1噸，成本10萬美元。

（3）燃油備戰(zhàn)能力設(shè)備

燃油備戰(zhàn)能力設(shè)備（FORCE）是美國空軍的標(biāo)準(zhǔn)燃油保障設(shè)備，可用于為所有作戰(zhàn)裝備提供燃油保障。該設(shè)備存儲容量約5萬加侖，且可擴(kuò)展；全套設(shè)備重63噸，成本110萬美元。

（4）聯(lián)合海上油庫

聯(lián)合海上油庫（JOFF）是一種未來的水下燃油存儲能力概念，容量可從1萬加侖擴(kuò)展到100萬加侖，成本約50萬-1800萬美元不等。

對于低成本可消耗無人機(jī)的作戰(zhàn)保障，可通過以上幾種方案進(jìn)行燃油存儲。但無論最終采用哪種方案，都需要在中央存儲點(diǎn)與發(fā)射集群、發(fā)射單元、發(fā)射點(diǎn)之間運(yùn)送燃油。為此，考慮了可滿足這一需求的各種加油車。

（1）R-11加油車

R-11是美國空軍最常用的加油車，容量6000加侖，車重14噸，成本20萬美元，不具備越野能力。

（2）C300加油車

C300也是美國空軍常用的加油車之一，容量1200加侖，車重7.3噸，成本約3.3萬美元。

（3）重型擴(kuò)展機(jī)動戰(zhàn)術(shù)卡車

重型擴(kuò)展機(jī)動戰(zhàn)術(shù)卡車（HEMTT）可運(yùn)送2500加侖燃油，車重21噸，成本20萬美元。

上述各種加油車具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)。其中，R-11加油車在容量和車重上較為合適，并且其是美國空軍的標(biāo)準(zhǔn)加油車，容易獲得。但是，該車并不適合在低成本可消耗無人機(jī)可能所處的崎嶇環(huán)境中使用。重型擴(kuò)展機(jī)動戰(zhàn)術(shù)卡車可用于崎嶇環(huán)境，但相較于R-11，車重更大、容量更小，因此需要的數(shù)量更多，從而也會導(dǎo)致部署成本更高。

彈藥保障

低成本可消耗無人機(jī)將主要使用空空或空地彈藥打擊目標(biāo)?？湛瘴淦黝A(yù)計(jì)將包括4枚AIM-120或類似彈藥，空地武器預(yù)計(jì)為4枚小直徑炸彈或1枚海軍打擊導(dǎo)彈。彈藥保障涉及彈藥存儲、分發(fā)和操作設(shè)備。

一般的彈藥保障概念中涉及彈藥的中央存儲點(diǎn)，類似于現(xiàn)有基地內(nèi)帶有彈藥存儲設(shè)施的彈藥存儲區(qū)。假設(shè)在沖突前已經(jīng)在戰(zhàn)場上預(yù)置了彈藥；則沖突爆發(fā)后，將按照作戰(zhàn)命令使用平板拖車將彈藥從中央存儲區(qū)分發(fā)到發(fā)射集群、發(fā)射單元或發(fā)射點(diǎn)。可采用兩種方案在戰(zhàn)場上存儲彈藥：（1）放在平板拖車上露天存儲；（2）放在托盤上存儲。兩種方案都使用海思科公司（HESCO）的防暴屏障系統(tǒng)進(jìn)行隔離。

在平板拖車上存儲時，會為其配備叉車，以方便卸載彈藥箱。考慮了4種彈藥裝卸設(shè)備：

（1）MJ-1裝卸車

MJ-1是美國空軍目前使用的一種標(biāo)準(zhǔn)裝卸車，可用于運(yùn)輸、裝載和卸載各種彈藥。MJ-1車重2噸，成本14.3萬美元。

（2）手動叉車

在沒有其他有動力叉車的情況下，美國空軍通常使用手動叉車（MOLT）裝載炸彈。該車可抬起2450磅（約1111千克）的彈藥，車重近1噸，成本約2.3萬美元。

（3）久保田（Kubota）拖拉機(jī)

針對低成本可消耗無人機(jī)的特殊作戰(zhàn)環(huán)境，通過對越野型拖拉機(jī)進(jìn)行簡單改造，將MJ-1的機(jī)械化特點(diǎn)與手動叉車的操作簡便特點(diǎn)結(jié)合起來，是一種很好的方案。對久保田系列拖拉機(jī)進(jìn)行改造即可實(shí)現(xiàn)這樣的特點(diǎn)。這種拖拉機(jī)可在野外裝卸約2000磅的炸彈，車重超過1噸，成本約2萬美元。

（4）手動操作

手動操作是最方便、成本最低的方法，保障人員利用一根撬棍就能手動完成彈藥裝載，但這種方式需要消耗大量的勞動力。

生活保障

低成本可消耗無人機(jī)的發(fā)射集群可能被部署在沒有食宿基礎(chǔ)設(shè)施的艱苦地區(qū)。為此，研究了4種可能的后勤保障方案：

（1）基本遠(yuǎn)程機(jī)場資源

基本遠(yuǎn)征機(jī)場資源（BEAR）是美國空軍在艱苦地區(qū)建立簡易基地的標(biāo)準(zhǔn)成套設(shè)備。設(shè)備中包含帳篷、發(fā)電機(jī)、洗衣機(jī)、淋浴房等，可保障550人的日常生活。全套設(shè)備重395噸，成本530萬美元，需要92名工程人員用5天時間完成搭建。

（2）空軍快速響應(yīng)套件

空軍快速響應(yīng)套件（ARRK）是美國空軍特種作戰(zhàn)部隊(duì)使用的一種可快速部署的部隊(duì)保障套件，用于滿足特定任務(wù)的最低生活保障需求。ARRK可為100-200人提供基本的住所、衛(wèi)生設(shè)施及其他保障，以及指揮控制設(shè)施、環(huán)境控制和水凈化設(shè)施。ARRK重25噸，成本180萬美元，需要8名工作人員完成搭建。

（3）簡易版空軍快速響應(yīng)套件

空軍快速響應(yīng)套件采用模塊化設(shè)計(jì)。如不配備指揮控制保障所需設(shè)備，則為100人提供基本保障的設(shè)備總重可由25噸降低至13噸，成本由180萬美元降低至110萬美元。

（4）海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的作戰(zhàn)帳篷

最原始的方案就是使用海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的作戰(zhàn)帳篷。可供100人使用的帳篷總重約0.5噸（不包含環(huán)境控制和衛(wèi)生設(shè)備），成本3.9萬美元。帳篷的攜帶和搭建由作戰(zhàn)人員自己完成。無論采用上述哪種方案，假設(shè)都是每人一日三餐，餐食使用托盤車運(yùn)輸和存放，每個托盤車裝載3456份餐食；水是每人每天19公升，也用托盤車運(yùn)輸存放，每個托盤車裝載4320公升水。

基于上述方案，如果需要保障的人員數(shù)量為550人，則從標(biāo)準(zhǔn)的基本遠(yuǎn)征機(jī)場資源改為空軍快速響應(yīng)套件，可以降低50%以上的運(yùn)輸需求。此外，在靠近發(fā)射點(diǎn)的地方分散部署6套空軍快速響應(yīng)套件，還可降低受到導(dǎo)彈打擊的可能。而如果由標(biāo)準(zhǔn)的空軍快速響應(yīng)套件改為簡易版空軍快速響應(yīng)套件，也可以降低50%的運(yùn)輸需求。若改為使用海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的作戰(zhàn)帳篷，還能進(jìn)一步降低運(yùn)輸需求，并進(jìn)行更分散的部署。但是，對于可能會持續(xù)數(shù)日的作戰(zhàn)行動來說，在使用帳篷且沒有衛(wèi)生和環(huán)控設(shè)施的生活條件下，可能難以維持。

其他保障

低成本可消耗無人機(jī)的作戰(zhàn)很可能會在“安全線外”進(jìn)行，即可能不在現(xiàn)有空軍基地的覆蓋范圍之內(nèi)，可能無法獲得像在基地作戰(zhàn)時的標(biāo)準(zhǔn)安全保障，因此可能需要一些其他戰(zhàn)斗保障。

對于配備有18輛低成本可消耗無人機(jī)發(fā)射車、2個武器存儲區(qū)和1個燃油分發(fā)點(diǎn)的低成本可消耗無人機(jī)發(fā)射集群，其戰(zhàn)斗保障管理小組可提供一班（12小時）的領(lǐng)導(dǎo)管理（1人）、維護(hù)監(jiān)督（1人）、作業(yè)監(jiān)督（4人）、武器安全（4人）和燃油監(jiān)督（2人）。

低成本可消耗無人機(jī)發(fā)射集群的戰(zhàn)斗勤務(wù)保障（CSS）可提供2班（24小時）的保障，包括部隊(duì)安保（6名安保人員和2名排爆人員）、通信（負(fù)責(zé)射頻傳輸和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)娜藛T各1名）、指揮控制（1名指揮控制員）、維護(hù)（1臺用于小型發(fā)動機(jī)/設(shè)備維修的航空地面設(shè)備和1名無人機(jī)維修技師）、醫(yī)務(wù)（4名醫(yī)護(hù)人員）、機(jī)場運(yùn)營（1名擁有機(jī)場管理資質(zhì)的安全官）。

最后，還需要數(shù)輛用于分發(fā)物資的卡車和40英尺（約1.22米）的平板拖車、2輛用于運(yùn)輸燃油和彈藥的越野運(yùn)輸車。

作戰(zhàn)保障模式

低成本可消耗無人機(jī)不依賴跑道作戰(zhàn)的概念可以避免傳統(tǒng)基地存在的一個主要弱點(diǎn)。而通過對傳統(tǒng)空軍基地的弱點(diǎn)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)燃油和彈藥的存儲以及人員的住所也是其主要弱點(diǎn)，這些地方遭到攻擊會導(dǎo)致飛機(jī)出動架次減少。同時，與“敏捷作戰(zhàn)運(yùn)用”（ACE）概念強(qiáng)調(diào)對小規(guī)模能力的需求類似，低成本可消耗無人機(jī)作戰(zhàn)概念可以實(shí)現(xiàn)快速部署。

為了解決作戰(zhàn)韌性的問題，蘭德公司采用了分散部署的模式。但是，在為低成本可消耗無人機(jī)設(shè)計(jì)保障體系時，上述目標(biāo)（減少弱點(diǎn)和縮小規(guī)模）可能存在矛盾，因?yàn)榉稚⒆鲬?zhàn)有助于減少弱點(diǎn)，但集中作戰(zhàn)有助于資源共享，從而減少部隊(duì)的部署規(guī)模。為了進(jìn)行權(quán)衡，考慮了4種分散程度不同的低成本可消耗無人機(jī)保障模式，這4種模式是：

（1）最小分散模式

燃油存儲（直升機(jī)應(yīng)急加油系統(tǒng)）、彈藥處理（叉車）和住宿（簡易版空軍快速響應(yīng)裝置）資源由低成本可消耗無人機(jī)發(fā)射集群集中管理。

（2）中等分散模式

燃油存儲（直升機(jī)應(yīng)急加油系統(tǒng)）、彈藥處理（叉車）和住宿（簡易版空軍快速響應(yīng)裝置）資源由低成本可消耗無人機(jī)發(fā)射單元集中管理。

（3）最大分散模式

燃油存儲（直升機(jī)應(yīng)急加油系統(tǒng)）、彈藥處理（叉車）和住宿（簡易版空軍快速響應(yīng)裝置）資源分配到低成本可消耗無人機(jī)發(fā)射點(diǎn)。

（4）標(biāo)準(zhǔn)部署模式

在這一概念中，使用的是美國空軍的傳統(tǒng)能力配置：燃油戰(zhàn)備能力設(shè)備、MJ-1裝卸車和基本遠(yuǎn)征機(jī)場資源。考慮到燃油戰(zhàn)備能力設(shè)備和基本遠(yuǎn)征機(jī)場資源的規(guī)模，這一配置用于相對集中的作戰(zhàn)行動。

蘭德公司通過對比分析，在保障每日864個低成本可消耗無人機(jī)架次，以短噸數(shù)作為保障裝備的計(jì)算單位，那么最小分散模式所需的保障裝備數(shù)量則最少，如圖14所示。

結(jié)語

交戰(zhàn)時，空軍基地及重要軍事設(shè)施會被作為高價值目標(biāo)進(jìn)行重點(diǎn)打擊?；诖?，為了提高部隊(duì)的靈活性和生存能力，低成本可消耗無人機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，其定位要求在遠(yuǎn)離空軍基地和固定設(shè)施的情況下，不依賴跑道進(jìn)行作戰(zhàn)，而這樣的作戰(zhàn)方式對其保障也產(chǎn)生了較大的影響。

低成本可消耗無人機(jī)的保障主要包括燃油保障、彈藥保障、生活保障和其他戰(zhàn)斗保障，保障裝備可通過分散部署來增加作戰(zhàn)靈活性，一些傳統(tǒng)的保障能力并不能適應(yīng)無跑道作戰(zhàn)模式，因此保障裝備采辦人員在針對未來作戰(zhàn)時，應(yīng)予以考慮。此外，分散部署不僅能增加作戰(zhàn)靈活性，還能降低所需的保障裝備數(shù)量。因此，對于不同的作戰(zhàn)場景，要匹配不同程度的分散作戰(zhàn)規(guī)模，制定規(guī)模相適應(yīng)的保障方案。在低成本可消耗無人機(jī)的部署和運(yùn)用上，要考慮其對后勤保障的影響，進(jìn)行前瞻性設(shè)計(jì)，加快部署作戰(zhàn)能力的步伐。