在對抗環(huán)境中運用低成本可消耗無人機
2020年5月11日，美國蘭德公司發(fā)布《在對抗環(huán)境中運用低成本可消耗無人機》研究報告（以下簡稱《報告》）�！秷蟾妗肥苊揽哲娮鲬�(zhàn)集成能力中心委托，以臺灣海峽為作戰(zhàn)場景，研究提出以數(shù)百架低成本可消耗無人機作為前出部隊阻止我海軍兩棲艦艇登陸臺灣本土的作戰(zhàn)概念，探討了無人機的功能和性能、發(fā)射回收方式、瞄準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)的能力等，并通過推演仿真驗證了作戰(zhàn)效果。
一、研究背景
美空軍委托蘭德公司開展上述研究主要有兩大背景因素：一是落實“大國競爭”戰(zhàn)略、全力備戰(zhàn)大國戰(zhàn)爭。自特朗普政府2017年正式鎖定中俄為最大戰(zhàn)略對手并提出“大國競爭”戰(zhàn)略以來，美軍全力備戰(zhàn)大國戰(zhàn)爭，重點研究如何戰(zhàn)勝對手的“反介入／區(qū)域拒止”能力。蘭德公司在《報告》中披露，該機構(gòu)經(jīng)過一系列兵棋推演，認(rèn)為中俄的彈道導(dǎo)彈、巡航導(dǎo)彈、反太空武器、網(wǎng)絡(luò)和電子戰(zhàn)等裝備將嚴(yán)重挑戰(zhàn)美軍兵力投送。如在沖突爆發(fā)的前幾天，美軍事基地和航母編隊將遭到大規(guī)模導(dǎo)彈齊射攻擊，美軍防空反導(dǎo)攔截系統(tǒng)可能被摧毀，欺騙、誘餌、分布等被動防御措施雖可能有效，但無法真正影響勝負(fù)。因此，美軍需要探索在大國戰(zhàn)爭中完成力量投送的新方法。
二是技術(shù)發(fā)展可初步支撐新形態(tài)無人機裝備，而美空軍正在開展探索性研究和實驗。把先進(jìn)技術(shù)和新型作戰(zhàn)概念相結(jié)合，進(jìn)而形成作戰(zhàn)優(yōu)勢一直是美軍應(yīng)對重大挑戰(zhàn)的抓手。隨著增材制造、自主控制和傳感器小型化等技術(shù)的進(jìn)步，美軍正瞄準(zhǔn)未來持久大規(guī)模大國戰(zhàn)爭，全面探索發(fā)展低成本可消耗無人機技術(shù)，如美空軍的XQ－58A“戰(zhàn)神婢女”低成本可消耗隱身作戰(zhàn)無人機和美國防部國防高級研究計劃局的X－61A“小精靈”空射可回收蜂群無人機均已開展試飛，初步證實了技術(shù)可行性。因此蘭德公司在《報告》中提出，在強對抗環(huán)境中大量使用低成本可消耗無人機前景良好，它可在敵防區(qū)內(nèi)遂行各種作戰(zhàn)任務(wù)，并通過數(shù)量規(guī)模優(yōu)勢抵抗中俄打擊。但是美軍迄今并未系統(tǒng)性探討運用問題，在這種情況下，美空軍委托蘭德公司開展研究，完成了《報告》。
二、報告內(nèi)容
《報告》提出了在對抗環(huán)境中運用低成本可消耗無人機的基本概念，分析了實現(xiàn)該概念所需的主要支撐要素和運用方式，并以在臺灣海峽為場景進(jìn)行了概念推演仿真。
1． 作戰(zhàn)概念
《報告》提出的作戰(zhàn)概念為：在強對抗環(huán)境中使用大量低成本可消耗無人機，利用機上各類傳感器構(gòu)建瞄準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)，形成情監(jiān)偵、定位導(dǎo)航授時等能力，進(jìn)而生成對地對海目標(biāo)識別、推薦打擊武器類型和制導(dǎo)防區(qū)外發(fā)射武器等功能，為美軍進(jìn)入“反介入／區(qū)域拒止”環(huán)境并贏得大國戰(zhàn)爭提供優(yōu)勢。值得注意的是，概念中的無人機之間有密切的信息交互，而沒有較多的行動交互，僅協(xié)同保持行動間距，因此不屬于“蜂群”。
2． 支撐要素
《報告》設(shè)想了兩種無人機。其中較大的就是美空軍研究實驗室正試飛的XQ－58A，較小的是蘭德公司自己提出的“小貓”無人機概念，具體參數(shù)見表1。其中，“小貓”無人機成本僅30萬美元，并可利用大展弦比機翼實現(xiàn)較強耐久性，如可在距發(fā)射點1850千米的戰(zhàn)位停留2小時。上述無人機都將配裝體積小、重量輕、成本低的光電／紅外傳感器、合成孔徑雷達(dá)、電子情報傳感器以及低功率短距定向無線電設(shè)備。部分無人機還將攜帶遠(yuǎn)程無線電設(shè)備，可與衛(wèi)星等通信�！秷蟾妗分饕獓@“小貓”無人機闡述作戰(zhàn)概念，表明蘭德公司可能更認(rèn)可這種無人機。
表 1 使用低成本可消耗飛機技術(shù)的無人機和“小貓”無人機的特點
《報告》認(rèn)為無人機發(fā)射裝置必須簡單且對場地要求低。如“小貓”無人機的發(fā)射裝置為配裝導(dǎo)軌的牽引車，重45～90千克，成本20萬美元，其結(jié)構(gòu)緊湊，可儲存在集裝箱內(nèi)由卡車轉(zhuǎn)移�！靶∝垺睙o人機的發(fā)射裝置對場地要求低，僅需類似于一小片平整耕地便可發(fā)射回收。這類場地可靠近城鎮(zhèn)道路，方便物資供應(yīng)，也可在山丘叢林中，易于隱蔽，而且在受到攻擊時，還能迅速轉(zhuǎn)移至附近的類似場地，十分靈活。
圖中為使用“谷歌地圖”隨機選擇日本南部九州島的一個部署區(qū)域，位于一條山脈邊緣的一片耕地中。該區(qū)域中配備了大約15架“小貓”無人機和發(fā)射裝置、任意數(shù)量的消耗性備用無人機、約20名人員，以及每天可分配約7000磅燃油的運輸設(shè)備（蘭德公司圖片）
圖中所示區(qū)域為20千米×40千米，約占九州島陸地面積的2％。其中，上圖所示區(qū)域在本圖中用紅色標(biāo)出，另外19塊類似的農(nóng)田用黃色標(biāo)出。日本自衛(wèi)隊的新田原空軍基地顯示在底部中間的橙色框內(nèi)，平時“小貓”無人機的發(fā)射回收裝置可以存放在那里（蘭德公司圖片）
3． 運用分析
《報告》設(shè)想了由數(shù)百架無人機組成的廣域覆蓋情監(jiān)偵和瞄準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)中每架無人機將觀測其傳感器探測范圍內(nèi)的目標(biāo)，且多架配裝不同傳感器的無人機可觀測同一目標(biāo)。獲得信息后，無人機會把其傳遞給附近的無人機，之后網(wǎng)絡(luò)將利用人工智能算法進(jìn)行融合處理，確定目標(biāo)類型。完成目標(biāo)識別后，網(wǎng)絡(luò)將確定可用的最佳武器和攻擊剖面，還能引導(dǎo)武器攻擊目標(biāo)的脆弱點。
《報告》假定在100千米×100千米的區(qū)域內(nèi)有500架無人機，它們在9200米的高度飛行，傳感器有效距離為10千米，無人機彼此間隔3至5千米。在這種情況下，大約15架無人機攜帶的傳感器能同時探測到觀測區(qū)域內(nèi)任意位置的某個目標(biāo)（蘭德公司圖片）
《報告》討論了該網(wǎng)絡(luò)抵抗我軍攻擊的措施。如用飽和探測策略應(yīng)對導(dǎo)彈打擊，即使損失部分無人機，仍可利用信息共享設(shè)計保持網(wǎng)絡(luò)的功能；使用數(shù)十吉赫茲的高頻通信應(yīng)對電子干擾，由于大氣對該頻率電磁波的吸收率較高，故遠(yuǎn)離地面或艦載干擾設(shè)備作用距離將受到嚴(yán)重限制；以閉環(huán)設(shè)計抵抗賽博攻擊，網(wǎng)絡(luò)整體不與外界交互，僅與導(dǎo)彈之間建立數(shù)據(jù)鏈�！秷蟾妗贩治隽酥嘘牸壊筷牭淖鲬�(zhàn)能力和成本。據(jù)分析，約900人的中隊每6小時可發(fā)射回收300架XQ－58A，每天1200架；504人的小規(guī)模中隊則可每12小時發(fā)射回收600架“小貓”無人機。一支中隊的裝備（無人機和發(fā)射回收裝置）成本約3億美元，人力成本為每年5000萬美元。另外，作戰(zhàn)時不需要對無人機維修，用新機替換即可。
4． 仿真場景及推演結(jié)果
《報告》對上述作戰(zhàn)概念進(jìn)行了推演仿真，交戰(zhàn)地點為臺灣海峽1萬平方千米的區(qū)域，交戰(zhàn)背景為我軍1550艘兩棲登陸艦隊從東南沿海出發(fā)駛向臺灣，其中包括50艘高價值艦船、500艘低價值艦船和1000艘無價值誘餌船。美軍的衛(wèi)星和防區(qū)外偵察機僅能探測到這些艦船，但無法可靠識別，需要部署600架左右無人機識別目標(biāo)，并為1000枚“捕鯨叉”反艦導(dǎo)彈提供制導(dǎo)。
臺海上空使用數(shù)百架小型無人機攜帶的傳感器提供的覆蓋范圍（蘭德公司圖片）
《報告》假設(shè)無人機飛行高度為9200米、通信距離為5千米、傳感器探測范圍10千米，傳感器單次觀測識別準(zhǔn)確率為20％，“捕鯨叉”導(dǎo)彈攻擊高價值艦船最薄弱點使其失去戰(zhàn)斗力的概率為40％。推演仿真的結(jié)論是：若完全依賴衛(wèi)星和防區(qū)外偵察機，使用1萬枚“捕鯨叉”僅能摧毀艦隊72％的運力；若使用600架無人機，僅需1000枚導(dǎo)彈就能摧毀80％以上的運力。
三、幾點看法
首先，反無人機問題需要高度重視�！秷蟾妗匪岬淖鲬�(zhàn)概念主要圍繞臺灣海峽展開，值得高度警惕。該作戰(zhàn)概念依托的技術(shù)成熟，短期可大量裝備，部署運用隱蔽靈活，戰(zhàn)時美軍大量低成本可消耗無人機可能突然出現(xiàn)在戰(zhàn)區(qū)上空，對我軍造成突襲。建議我國重視美軍低成本可消耗無人機的潛在威脅，制定有效反制措施。如發(fā)展各種硬殺傷和軟殺傷手段，降低其作戰(zhàn)效能。
其次，要重視打造作戰(zhàn)概念，以作戰(zhàn)概念帶動裝備技術(shù)發(fā)展。蘭德公司的報告凸顯了根據(jù)實際場景和具體任務(wù)，立足裝備技術(shù)的可能性，提出作戰(zhàn)概念的思路。制定作戰(zhàn)概念的目的是識別關(guān)鍵需求，發(fā)現(xiàn)能力差距，牽引出先進(jìn)的軍用技術(shù)和作戰(zhàn)裝備。例如《報告》可能會牽引出“小貓”無人機、強韌組網(wǎng)、多源信息智能融合算法等各類技術(shù)和裝備。從美軍長期以來的做法看，其把作戰(zhàn)概念作為先進(jìn)科技和裝備發(fā)展的重要源頭，通過需求輸入、概念發(fā)展、任務(wù)分析、差距識別、技術(shù)探索、裝備研制這一正向研發(fā)流程，不斷推出切實滿足未來作戰(zhàn)需求、解決關(guān)鍵瓶頸問題的作戰(zhàn)裝備，保持軍事優(yōu)勢。這種做法是值得關(guān)注、研判和借鑒的
本文第一作者袁成先生此前已為《空天防務(wù)觀察》提供14篇專欄文章，如下所列：第1篇，美國國防高級研究計劃局發(fā)展創(chuàng)新的近距空中支援技術(shù)，2016年2月29日；第2篇，刀尖上的新舞者——美國防高級研究計劃局航空航天專項辦公室分析，2016年3月11日；第3篇，美國防高級研究計劃局2015年航空領(lǐng)域科技項目分析，2016年4月27日；第4篇，美國防高級研究計劃局“小精靈”空中群射／回收無人機項目分析，2016年10月11日；第5篇，美國防部國防高級研究計劃局重要航空項目研究進(jìn)展，2017年5月19日；第6篇，“蜻蜓眼”受控生物無人機取得重要進(jìn)展，2017年9月15日；第7篇，美國防高級研究計劃局實施顛覆性技術(shù)創(chuàng)新的各方利益分析，2017年9月29日；第8篇，外軍無人機蜂群技術(shù)發(fā)展態(tài)勢與應(yīng)用前景，2018年10月15日；第9篇，美空軍新版《科技戰(zhàn)略》針對大國戰(zhàn)略競爭提出新目標(biāo)和新舉措，2019年5月20日；第10篇，美國防科技創(chuàng)新機構(gòu)與外界交流的各種舉措，2019年6月10日；第11篇，美國防部國防高級研究計劃局技術(shù)研發(fā)項目立項流程概述，2019年6月17日；第12篇，美國防高級研究計劃局“駕駛艙內(nèi)自動化系統(tǒng)”項目分析，2019年7月8日；第13篇，英國國防部國防和安保加速器2018財年年報述析，2019年7月22日；第14篇，美軍分布式空中作戰(zhàn)概念最新動向述析，2019年9月2日。
（中國航空工業(yè)發(fā)展研究中心 袁成，韓楊楠冰）
本篇供稿：系統(tǒng)工程研究所
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