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集群应战可发挥出远超个体累积的战役力,C-130运输机空中回笼无人驾驶飞机是该品种第三品级的重难点

发布时间:2019-10-29 02:38编辑:明仕msyz手机版官方网站浏览(149)

    无人机铺天盖地出动的蜂群战术有多厉害

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    从高级母舰“星灵舰”中发射出如同蜂群一般的小型无人机铺天盖地,瞬间“淹没”战场。这个曾经在游戏《星际争霸》中让人激动不已的场景如今已变现实。日前有消息称,美军成功使用3架F-18“大黄蜂”战斗机在空中释放了多达103架“山鹑”微型侦察无人机“蜂群”,可连续飞行半小时之久,能自主执行情报搜集和监控任务。

    战争实践表明,兵力的数量和质量同等重要,数量与质量之间是相互弥补和相互转化的关系。在国防和军队建设、军事斗争准备过程中,如何做到数量和质量之间的平衡,是科学也是艺术。

    航母被称为海上霸主,电影《复仇者联盟》想让航母这样一个外形不符合空气动力学要求的庞然大物飞行在空中,目前看还是个梦想,但以大飞机为母机,空中可以释放、回收小型无人机的“飞行母舰”,真的要来了。 美国媒体近日报道,美国国防部高级研究计划局主导下的一个项目,计划以C-130运输机或现有的战略轰炸机、战斗机为平台,发射具备快速组网和协同能力的无人机“蜂群”,执行对敌侦察、监视、压制和打击任务。 在这个被美军视为可颠覆未来交战规则的计划中,由C-130运输机充当“飞行母舰”,大量投放“小精灵”无人机,上百架小型“小精灵”像蜂群一样,铺天盖地、席卷而来。作战行动结束后,又悄悄被C-130运输机空中回收。“飞行母舰”技术未来如果用于实战,将会给美军的联合作战带来很多优势。 概念科幻,由仿生而来 新材料技术、网络技术、传感器技术、通信导航技术、控制技术,特别是智能技术的发展进步,给无人机带来了广阔的发展空间,也给人们带来了对未来作战样式的无限想象。 “小精灵”是典型的无人机“蜂群作战”概念下的研究项目。美军2014年提出以发展“颠覆性技术”为核心的“第三次抵消战略”,受自然界蜂群等动物集群效应的启发,其各军种纷纷围绕无人机做起了文章,提出许多新型作战概念。基于低成本、小型、智能化无人机的“蜂群作战”概念就是其中之一,而“小精灵”项目与其他“蜂群作战”概念不同的是,“蜂群”无人机可回收,其他项目的“蜂群”无人机是一次性使用,不可回收。 “小精灵”无人机项目以二战期间赋予许多英国飞行员好运的恶作剧小游戏命名。整个作战系统由多架无人机、无人机载机、发射回收系统和控制系统等组成。 该项目的基本设想是让C-130运输机充当母机,在敌防御圈外发射具备快速组网和协同能力的“小精灵”无人机“蜂群”。“小精灵”无人机可装备侦察、监视、电子战甚至战斗部等载荷,无人机“蜂群”渗透到敌防空区之后,可执行情报监视侦察、电子攻击、火力打击、心理战等作战任务。 任务结束后,未被击落的“小精灵”无人机再由发射“小精灵”的C-130在空中将其逐个回收。“小精灵”无人机要求可在对抗空域中重复使用20次,每次回收后由地面人员在24小时内完成重置,等待下次使用。 “小精灵”项目对母机发射回收的要求是,每架母机可发射“小精灵”无人机8至20架。考虑到执行任务的无人机“蜂群”会有一定比例战损,不能全部回收的实际情况,要求30分钟内可回收4至8架。 “小精灵”无人机类似巡航导弹,机身细长,翼展较小,机翼可折叠,装小型涡扇发动机。其航程、作战半径设计得较大,性能指标最低要求是,作战半径为555公里,在作战区域可空中巡航1小时,有效载荷为27.3公斤,最大速度为0.7马赫。最佳性能指标要求是,作战半径为926公里,可空中巡逻3小时,有效载荷可达54.5公斤,最大速度不低于0.8马赫。 “小精灵”项目从2016年3月开始分三个阶段展开,从2018年4月开始第三阶段的研究工作,计划于2019年年底进行C-130运输机多架无人机的发射和安全回收试验。整个“小精灵”项目将持续43个月,总体耗资6400万美元。

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    早在进化阶段,人类就从动物界学习和认识到,集群作战可发挥出远超个体累加的战斗力。自有组织的战争和武装冲突出现后,根据任务需求、战场环境和威胁特征,采用合理的兵力编组形式,通过更高效的战场协同,可以更好地实现集群作战的规模效应。

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    资料图:F18战机抛洒无人机

    随着无人机、自主系统、人工智能、大数据、网络等现代前沿科技领域的迅猛发展并基于其研究成果,美军正在研发无人机“蜂群”战术,由大型空中平台搭载和释放大量的无人机,编成战斗集群,无人机群自主协同,实现飞行控制、态势感知、目标分配和智能决策,依靠整体战斗力,应对复杂、强对抗、高度不确定的空战场环境。

    技术前沿,离实战运用并不遥远 C-130运输机要想成为“飞行母舰”,必须对飞机进行必要的改造,机舱要留出可以储置一定量小型无人机的空间,依次施放无人机的滑轨、回收抓取无人机的机械臂等机构,还必须加装特定的通信、指挥与控制等软硬件模块。 空中发射小型无人机相对容易。经过几年的科研实践,美军无人机“蜂群”发射技术已相对成熟。2014年以来,美军多次成功用F-16和F-18战斗机进行无人机“蜂群”发射。 发射出去的众多“小精灵”无人机,如何能按照一定的通信、指挥与控制规则,像蜂群一样群飞和作战,这是项目研发的关键。它要求“小精灵”无人机“蜂群”能无中心自组网,没有领导者,没有哪个“小精灵”处于主导地位,“小精灵”间都可以进行相互通信和协作,其中任何一个“小精灵”的战损都不影响群体功能。 C-130运输机空中回收无人机是该项目第三阶段的重难点。目前的解决方案是在C-130货舱中和机翼上加装回收“小精灵”的装置,“小精灵”机身背部装有伸缩式回收钩。回收装置分机械手和拖曳式捕获器两部分,均可伸出舱外,拖曳式捕获器伸得更远。 拖曳式捕获器类似于软管式空中加油的拖曳式锥套,用栅格控制尾翼保持稳定。无人机利用光学传感器和视频摄像机将回收钩插到拖曳式捕获器中,很像软管式空中加油作业。之后,“小精灵”逐步被拖近机械手,由机械手将其拖回货舱或两侧机翼下,而无人机将折叠主翼,便于回收作业。作业时,C-130内的操作员可在必要时人工干预回收作业。 目前虽然确定C-130是“小精灵”测试的母机,但整个项目的关键技术具有通用性,可以直接移植到其他轰炸机或战斗机上。 对付“飞行母舰”的办法很多 基于本国军事技术高度发达,20年前美军就提出了“零伤亡”的概念。所以,从上世纪90年代以来的历次局部战争中,美军都是最大限度地发挥高技术优势,使自己在战争中的伤亡大大减少。“小精灵”无人机作战半径在555公里以上,这可以让母机远离火力圈,让飞行员远离危险的第一线,能够极大减少己方人员伤亡。 随着军事科技快速发展,防空兵器的速度越来越快、射程越来越大、探测手段越来越多,要想突破由战斗机、雷达、导弹、卫星等编制的严密的空天防御网越来越难。美军发展“飞行母舰”,就是试图形成基于先进技术的无人机“蜂群”数量优势。大量具有隐身性、能低空超低空飞行的“小精灵”无人机,可集中于主要方向对敌防御体系进行密集连续突击,也可小编组、多方向同时突防,以数量优势消耗敌防御能力,使其防御体系迅速饱和,既可以消耗敌方高价值弹药,也可用“漏网之鱼”探测、攻击敌人。 每架“小精灵”一旦联网在一起,将产生1+1>2的效果。“蜂群”中的每个“小精灵”无人机都可携带传感器,可瞬间协作完成对目标的精准定位;可联合实施图像侦察,形成完整的战场态势图;可联合进行多频段电子干扰,实施全频段压制;可进行协同攻击;可将信息传送给火力圈外的远程火力平台,为远程精确打击进行引导。 “飞行母舰”虽然拥有良好的作战潜力,但其局限性也很明显。道高一尺,魔高一丈。对付“飞行母舰”的办法很多。美国人自己就提前想出了一些方法,比如雷声公司已经论证用空空导弹和火炮发射带有前向爆炸型碎片杀伤弹头来猎杀“小精灵”“蜂群”。美国国防部高级研究计划局提出设计开发中口径制导炮弹,用制导技术结合火炮的速射,来对付无人机“蜂群”,也可以采用“密集阵”等传统近防武器来对付它。 电子干扰也是对付“小精灵”“蜂群”的有效办法。“小精灵”“蜂群”编队飞行既然离不开无线电通信链路和GPS定位系统,那就可以通过电子干扰手段对其进行干扰压制。俄军“蔷薇”电子战系统就能在半径约10公里范围内从大量无线电信号中自动识别敌方无人机的遥控信号,可有效干扰压制无人机“蜂群”。 高功率微波能够击穿电子元件,烧毁敌方电子设备,永久性地损坏电子系统,也能很好地对付“小精灵”“蜂群”。采用具备区域性杀伤能力的微波武器,能够瞬间烧毁一定范围内的无人平台智能控制系统,使无人集群失去控制。也可以用“以其人之道还治其人之身”的办法,用猎杀无人机“蜂群”截杀和围堵“小精灵”“蜂群”。

    “蜂群”无人机的构想来源于生物群体行为。此次“放飞”意味着这种仿生群化武器即将发展成熟走上战场。未来作战,所面对的很可能不再是有血有肉的士兵,而是成群结队的群化武器系统。 “蜂群”无人机等群化武器的原理就是基于“集群智能”的协同控制。美军此次释放的“蜂群”无人机并非是由哪个“养蜂人”具体控制,更没有自己的“蜂王”,它们依靠一个共享的分布式大脑进行决策,并像大自然中的蜂群一样适应彼此。每个“山鹑”无人机都具备较高的人工智能,可实现集体任务呼应、自适应飞行甚至是自愈能力。预计新一代“蜂群”无人机体积将更小,续航能力和飞行稳定性更强。美军单次投放的“小目标”超过1000架。 群化武器日益成为新军事变革的核心技术之一。美国海军日前推出的群体无人突击艇系统,同样可自主感知战场态势并对敌方发动群体性攻击。 更为重要的是,以目前号称“反导系统终结者”的 S-400防空导弹为例,面对“千军万马”般淹没战场的群化武器系统也会显得力不从心。由于个体的成本较低,群化武器系统可充分利用数量上的巨大优势,通过密切配合,使“天罗地网”防御体系下的小部分作战个体成为“漏网之鱼”,进而继续对重要目标开展攻击。 群化武器系统成本低、可扩展性好、稳定性和作战效费比高,甚至将成为未来战争结局的“改写者”。敌方为应对大量群化武器动辄就要耗费数十倍甚至上百倍的成本来进行防御。这将为拥有群化武器的一方带来显着的成本优势。

    大量无人机编组、集中使用的战场优势是明显的,正如蜂群的威胁要远大于几只马蜂。

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    蜂群战术依靠数量优势转化为质量优势

    资料图:“山鹑”微型无人机

    美国国防部长办公室发布的《无人机系统路线图(2005-2030)》指出,2025年后,无人机将具备集群战场态势感知和认知能力,能够完全自主和自行组织作战。近年来,美军通过项目、计划和作战概念驱动,进行了大量的相关研究、试验和演示验证。

    虽然目前美军发射的“蜂群”无人机还不能用于攻击,但其发展前景无限宽广。美国国防部高级研究计划局正在开展的“小精灵”项目,旨在研制一种可回收的侦察和电子战无人机“蜂群”,可通过切断通信、破坏数据网络、干扰导弹防御系统等方式击溃敌人。此外,“蜂群”无人机还可用于迷惑敌方防空系统、高精度搜索目标和战场救援等多样化作战任务。 如此一来,大规模来袭的“蜂群”岂不是成了一个谁都不敢捅的“马蜂窝”?未必名仕亚洲手机版本,!“蜂群”再怎么具备高度的“拟蜂性”,也是一群依靠电路工作和电池供电的电子设备。俄罗斯借助电磁攻击方式正在研制的反“蜂群”无人机武器,可瘫痪无人机上的所有电子元器件,并切断无人机与控制中心的通信,最终使其失控而全军覆没。 要想阻止一个“蜂群”,只需再来一个“蜂群”就好。这场围绕群化武器的技术竞赛刚刚起跑。我国在珠海航展上公开展示的固定翼无人机集群试验系统,具备了与“蜂群”无人机相抗衡的实力。同时,“蜂群”无人机在执行任务过程中,消耗电量高,如何实现小重量小体积高能量的无人机能量配备,目前仍是限制其大规模应用的一个重要问题。

    美国国防部高级研究计划局实施的“小精灵”项目,就是把具备自主协同和分布式作战能力、可回收的小型无人机组成蜂群,执行情报监视侦察、压制防空系统、电磁战、网络战和其他可拓展的任务,减小造价高昂的多用途有人空中平台在强对抗战场环境下承担的风险,同时降低作战使用成本,提高战术使用灵活性。通用原子公司为“小精灵”项目研发的无人机,质量大约320公斤,可由大型空中平台或“死神”无人机搭载、发射。

    美国国防部战略能力办公室为蜂群战术研发的“山鹑”微型无人机,依据商用标准,由3D打印部件组装而成,适合快速制造,成本低廉,一次性使用,可由战斗机搭载和发射。它可以在空中自行编组,自主协同作战,已完成500余次飞行测试,包括由一架F-16战斗机发射了20架“山鹑”无人机。“山鹑”无人机蜂群适合对空中目标发动饱和攻击,具有很大的作战成本优势。

    美国空军研究实验室启动了“编群战术空间”计划,研究了无人机之间的协同作战,包括侦察、搜索与跟踪、电子战、心理战、对地打击、战术牵制等,演示验证了12架无人战机的自主协同飞行、搜索和模拟打击。此外,在AFRL的“协同空域作战”概念中,提出了无人机接受有人机的指挥控制,与有人机协同作战,可执行更复杂的任务,如目标识别、战场态势评估、制空、跨平台联合制导等。

    美国海军研究局开展了“低成本无人机蜂群技术”项目,完成了40秒钟内在海上连续发射30架无人机以及无人机群的编组和机动飞行试验。项目采用的陆基或舰基多管发射装置,可以每秒一架的速度发射上百架小型无人机。无人机群可执行巡飞、情报、吸引火力、通讯干扰等任务。无人机由雷神公司研制,成本控制在1万美元,质量在6公斤左右,一次性使用,能够搭载多种有效载荷。

    研发X-47B舰载无人战机的诺斯罗普:格鲁曼公司提出构想:15架X-47B自组织编队飞行,空中加油后续航时间达50个小时,作战半径1750海里,可执行情报监视侦察、巡逻、对陆海攻击等任务,提高航母在强对抗的海战场的安全性和生存力,降低有人舰载机执行此类任务时承担的风险,同时提高任务成功率。

    但是,X-47B造价高,航母搭载数量有限。X-47B性能先进,也更适合与有人机组成小规模混合编队,协同作战。

    蜂群战术主要用于进攻作战

    蜂群无人机的载弹量小,更适合打击防空反导系统或有防空反导保护、无坚固掩体防护的海上或陆上的“软”目标;若与少量大威力的巡飞弹配合使用,则可对保护严密、防护坚固的关键目标构成非常严峻的威胁。

    将蜂群战术用于陆上或海上目标防御,因蜂群无人机的航速、飞行高度、机动性、有效载荷能力等性能参数不尽如人意,难以有效拦截来袭的高速战机或巡航导弹。

    不过,若蜂群无人机搭载电磁干扰装置或定向能武器,就可具备一定的拦截能力,自身还可作为假目标或诱饵实施干扰,非常适合应对饱和导弹攻击。在这种情况下,为具有良好的防御效果,要求无人机蜂群能够做到快速发射和迅速编组,对其战场态势感知、协同控制等方面的能力也会有更高的要求。

    国外有设想:将无人机蜂群战术用于反潜。反潜无人机一般要求能够重复使用。自然,相比水面舰艇、反潜直升机和固定翼反潜机,分布式的大量无人机可同时搜索更大面积海域。但是,无论是声学或非声探潜设备,其探测能力都与设备的功率、质量等参数成正向变化关系,因此,蜂群无人机的探潜能力将会非常低下。

    蜂群战术适合攻潜,在有目标指示的前提下,能够填补反潜导弹与火箭深弹之间的射程空白。蜂群无人机的数量远超反潜导弹和鱼雷,造价又低得多。更重要的是,无人机蜂群可在飞行过程中接受对疑似水下目标的重新定位,在大幅提高攻潜效率的同时,攻潜成本也会急剧下降。

    使用水下航行器组成水下蜂群用于反潜,目前看来更具可行性,也更有前途。相比无人机,由于反潜型UUV与被探测潜艇同处海水介质环境中,更有利于战场态势感知,探潜和攻潜的效能更高。在此发展方向上,保障UUV续航力的能源与推进、水下远距离通信、数据传输等关键技术尚需取得突破。

    无人机与反无人机技术是相伴相生发展的。近些年来,基于动能和非动能的反无人机技术都得到了快速发展。实际上,虽然无人机的隐身性能好、目标小,但速度低、机动性和自卫能力差,因此发现后不难拦截。

    但如果大量无人机发动集群进攻,可使当前任何防空反导系统的探测、跟踪和拦截能力迅速饱和,且少量无人机的损失不会影响无人机群的整体作战能力。高度智能化的无人机群能够根据战场形势,自行组织作战计划,自主分配进攻任务,携带多种类型弹药,联合进行电磁压制、网络战、释放假目标、多角度多方向打击,防御难度极大。更重要的是,进攻一方与防御一方的作战成本不成比例。

    反蜂群战术的指导思想是“捣毁蜂巢”

    随着隐身战机、高性能防空反导系统、远程打击武器、电磁战、网络战的发展,海空战场的对抗强度快速提高、作战环境迅速恶化,空袭和反空袭的难度都在急剧增大。这种形势不但催生了无人机蜂群战术,同时也应作为研究和思考反无人机蜂群作战的起点。

    捣毁蜂巢,要比四处捕捉马蜂容易得多。反蜂群作战,立足点应放在摧毁或拒止无人机搭载平台上。

    无人机群的整体作战能力与编成无人机的数量、尺寸、质量、性能是正向变化关系。蜂群编成选用小型无人机,虽然可实现同样的空中平台搭载更大数量,但在航程、航时、航速、传感器、打击武器等方面,小型无人机难以满足要求,这种状况在未来中短期内依靠技术进步难以扭转。由“捕食者”、“死神”、X-47B、“全球鹰”等无人机就可以看出,作战无人机大型化是趋势。

    为保证无人机群的编成数量,只能在无人机性能上作出让步,目前,均选用小型或微型无人机,并主要由大型空中平台搭载。例如,“小精灵”项目采用C-130这类远程运输机或B-52H这类战略轰炸机来搭载、释放和回收无人机。

    此外,还有使用大型飞艇作为无人机群搭载平台的设想。飞艇滞空时间长、有效载荷大、飞行高度高,可搭载更多和更大型的无人机,但其机动性、自卫能力、隐身性能均较差,需在敌防区外活动,但这对其搭载的无人机性能提出了更高要求。

    无人机群搭载平台与目标的距离必须处在无人机的航程内,才能释放无人机,而小型无人机的航程往往要小于现代先进防空反导系统的探测距离,这就给先行摧毁无人机群搭载平台提供了较大的时间窗口,实际上,这可能也是防御一方仅有的机会。

    C-5和C-130远程运输机、B-52H战略轰炸机这类大型空中平台的隐身性能不佳。B-1B、B-21这类隐身战略轰炸机虽然适合,但没有必要作为无人机群搭载平台,因为其可携载大量防区外发射的远程高精度制导弹药,隐蔽突防后并实施精确打击,效能和效率更高。

    无人机蜂群战术要想在强对抗战场条件下具备实战价值,或者要在无人机的航程上取得突破,或者要在机载武器和传感器的小型化上取得突破,或者要在无人机群搭载平台的隐身性能上取得突破,但这些都不是在未来中短期内可以实现的。

    目前,“小精灵”项目进入第二个实施阶段,旨在研发可在距离目标560公里之外释放、飞行高度在6100米至9100米、巡飞时间大于1个小时的蜂群无人机。若再考虑到有效载荷的因素,这类蜂群无人机应归属到中型无人机了。

    (作者单位:海军工程大学)

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