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无人机在蜂群作战中的应用与特点
www.wforum.com | 2022-12-25 06:36:06  军事文摘 | 0条评论 | 查看/发表评论

无人机在蜂群作战中的应用与特点

  现代空袭作战样式正在发生深刻变革,无人化、智能化印记愈发明显,无人机蜂群作战自概念提出以来就受到世界各国高度关注,已经成为当前军事研究热点。文章追溯了无人机蜂群概念的起源与发展,重点对无人机蜂群作战的流程、本质特征及带来的威胁进行分析和阐述,以期为反无人机蜂群作战提供理论参考。

  无人机蜂群作战概念的起源与发展

  无人机蜂群作战概念是技术与战术思想融合的产物。在技术方面,对“集群”的研究起始于Pierre Paul Grasse在1959年对昆虫集群的行为研究,研究发现这些行为简单、能力有限的昆虫个体,通过内部分工、交流协同的集群活动,表现出明显的群体智能行为,能够完成远远超出个体能力的复杂任务。通过对群聚生物的群体行为的模拟,逐渐形成了集群智能方法,以实现多平台分布式自组织控制,后来这一技术被运用于无人机平台,推动了无人机集群技术的发展。在战术方面,这种依靠数量规模和协同配合弥补个体缺陷并形成局部巨大优势的战术思想在人类战争史上也并不罕见,如13世纪蒙古的骑兵、二战中德国“闪击战”使用的坦克集群及潜艇的“狼群”战术等都蕴含了这一思想。新世纪以来,美军把这种集群战术思想提炼为“蜂群战术”,并很快运用于伊拉克战争实践,后来推广至海、空作战平台。这些技术和战术思想的发展与融合为无人机蜂群作战概念的产生提供了技术和思想源泉。

  早在2000年,美国防部高级研究计划局就启动了无人机集群的研究计划,多年来美军多个科研机构持续开展无人机集群相关项目的实验,论证了无人机群式作战的巨大潜力,无人机集群试验也逐渐从执行情报、侦察、监视任务向执行打击任务拓展。2014年10月15日,美智库新美国安全中心发布了《战场机器人Ⅱ:正在成军的机器人集群》报告,首次系统提出无人系统蜂群战术,并论述了无人系统蜂群作战在数量、协同与情报、速度等方面的优势。美空军发布的《2016-2036年小型无人机系统飞行规划》明确:“无人机蜂群是在控制人员(空中或地面)的指挥或监督下,通过自主组网遂行同一作战任务的一群小型无人机。构成蜂群的无人机可以是同构,也可以是异构;组群方式可以是主从型,也可以是中心型”,并明确了“蜂群”与“忠诚僚机”和“编组”概念的区别,强调“蜂群”是大量小型无人机之间的机-机协同,并对小型无人机系统用于压制/摧毁敌防空、打击协调与侦察、超视距运用等作战任务进行了说明和想定描绘。这表明美军对蜂群作战概念的认知已趋于成熟,对蜂群遂行多样化作战任务也有所规划和设计,并逐渐呈现出与其他作战概念相融合的趋势。此外,美国防部发布的八版无人系统路线图,均提及无人系统的自主性问题,并将全自主集群作为无人机自主性10个等级中的最高等级,可以看出其集群作战的最终目标是实现全自主的智能蜂群作战模式。

  无人机蜂群作战的流程

  无人机蜂群系统按照功能划分由蜂群无人机平台、导航系统、遥测遥控系统和任务载荷等部分组成,主要通过控制站和自主控制实现航路规划和飞行控制。虽然无人机蜂群功能各异、种类繁多,但结合无人机蜂群作战特点,可以将其作战流程大致划分为投放准备、发射集结、编队飞行、遂行任务四个阶段。

  投放准备阶段 该阶段蜂群载机或发射平台搭载无人机组群,在其他作战平台的掩护下或利用自身性能优势进入待发射区域,待发射区域的选择往往与无人机个体性能密切相关,如美“小精灵”项目使用的是X-61A无人机,作战半径可达556~926km,载机为C-130、B-1B等大型平台,因此待投区的选择通常会相对较远;而“灰山鹑”“郊狼”及其他小型类蜂群无人机,往往航程短、速度慢,需要发射平台抵近任务区域,甚至是突防至防区纵深进行投放,发射区的位置距离任务目标相对较近。此外,投放前蜂群载机会对高度、速度进行适当调整,以确保蜂群无人机的顺利放飞。

无人机在蜂群作战中的应用与特点

  美“小精灵”项目使用的是X-61A无人机,作战半径可达556~926km,载机为C-130、B-1B等大型平台,因此待投区的选择通常会相对较远

  发射集结阶段 该阶段蜂群搭载平台在进入发射区域后陆续发射蜂群无人机,无人机在空中预定区域集结编队,形成蜂群。目前来看,由于发射的无人机数量较大,通常会采用多平台/多批次发射的方式,并会根据作战任务或载荷进行分类,将先后放飞的无人机在空中完成集结、组网、编队。因此,此阶段需要消耗一定时间进行状态调整,如检查无人机的飞行状态、调试用于与后方控制站通联的卫星或数据链通信及用于群内通信的自组织网络等。

  编队飞行阶段 该阶段蜂群无人机按照后方控制站航路规划或预设航线、高度向任务区域编队飞行,并根据敌情威胁和障碍等实时情况实施规避机动,在此期间蜂群将完成内部的协同和任务规划,以大编队进袭或是多群小编队的形式向作战目标机动,进入遂行任务阵位。

  遂行任务阶段 由于蜂群的结构和任务各不相同,既可以是遂行单一任务的大集群,也可以是由遂行不同任务的小集群的组合,在进入任务区后,无人机将按照作战任务或组织分工,遂行相应作战行动,如实施抵近侦察、防空压制、目标引导和毁伤效果评估等。

无人机在蜂群作战中的应用与特点

  无人机蜂群作战阶段划分

  无人机蜂群作战的本质特征

  无人机蜂群作战概念是在美国国防预算受限的大背景下提出的,旨在降低高性能武器平台的研发成本,其实质是将高价值、高性能的空中作战系统分解成数量庞大的小型、低成本无人机作战系统,通过信息网络技术和人工智能技术,使这些无人机作战平台具备自主决策和群体智能行为能力,以整体作战能力去遂行各种任务的作战方式。

  以量取胜的“饱和式”作战 无人机蜂群的“量”是其寻求作战效果“质”的突破的基础。数量规模大是无人机蜂群作战最显著的特征,也正是因为其庞大的数量基数,人们才对蜂群作战概念有了更深刻的印象。相较于有人机的飞行编队,无人机蜂群在数量级上有质的飞跃,在较短时间内,可以实现多方向、多批次、高密度的饱和打击,通过数量规模的叠加效应,形成局部压倒性优势,从而达到提高突防概率和摧毁目标的目的。

  形散神聚的“分布式”作战 无人机蜂群作战是典型的分布式作战,反映的是“形散神聚”的作战理念。同分布式作战思想一样,蜂群强调作战编组的“去中心化”,这使得蜂群个体之间相互独立且没有作战中心,即使部分个体被干扰或摧毁,也不会影响其他个体的正常运转。庞大的蜂群个体间,有分工又有协作,以作战目标为中心展开作战行动,实现作战效能的高效聚合。

  成本低廉的“消耗式”作战 低成本、低损耗和可回收性是无人机蜂群作战概念得以出现并高速发展的重要因素,相较于动辄数亿的有人机,无人机蜂群将成本进行了分散和切割,确保了蜂群个体成本的低廉。同时,较于巡航导弹、空地弹等不可回收的精确打击弹药,无人机蜂群可以回收反复利用,表现出较高的经济性;而较于价值昂贵的传统防空武器,蜂群的不对称成本优势更加凸显,甚至可以用于吸引防空火力和消耗防空弹药。

  集群协同的“网络化”作战 蜂群的作战能力被分散在数量庞大的个体无人机上,组织、指挥和管控这些分散的作战单元协同作战,需要有统一的态势感知、指挥决策和任务规划,以通信网络、数据链、作战云为代表的信息技术为蜂群作战的实现提供了技术支撑。在作战过程中,信息网络是蜂群的中枢神经,是“平台分散,效能聚合”得以实现的基础。无人机蜂群数量庞大,在一定空间内构成了流动性、分散性很强的作战网络,同时,还涉及到海量平台间的感知、协同、编组等一系列问题,因此,蜂群必须以信息网络为支撑,将广域分布的大量无人机系统构建在一个作战网络内,以实现作战平台间的信息交互和功能耦合,其本质仍是以网络为中心的信息作战。

  人机交互的“智能化”作战 根据蜂群作战概念的设想,未来的无人机蜂群将在AI和大数据的加持下,拥有高度自主控制、决策和机器学习能力,具备完成战场态势的自主分析、作战任务的自主规划、自动化的指挥控制及集群智能的能力。但就无人机蜂群核心技术现状和发展趋势来看,未来较长一个时期蜂群作战仍属于“前台无人后台有人”的人在回路中或上的作战模式。面对复杂的战场环境和作战任务,机器难免会发生一些错误,为避免无人机蜂群出现失控风险,及时的人为调控依然不可或缺,这使得蜂群作战往往具备很强的人机交互性。智能化的作战平台与及时的人为干预高效融合,使人机感知协同、态势分析协同、决策协同及指控的协同成为现实,作战效能进一步被释放。

  无人机蜂群带来的威胁

  无人机蜂群的低成本、小型化、规模化、定制化等特性,为丰富其作战运用提供了可能,未来的无人机蜂群将广泛运用于侦察、干扰、打击、评估等作战活动,给防空作战带来多样化挑战。

  无处不在的立体式侦察 无人机蜂群可深入敌纵深或抵近敌前沿实施长时间的情报、侦查和监视任务,通过空间的广域覆盖和信息互享,实现对战场态势的准确感知,战场态势更趋透明。蜂群无人机可挂载各种传感器隐蔽进入任务区域,大量分散的传感器可以编组协作,按照空域、时域、频域等情况划分任务,实现对任务区域的电磁监测。同时,传感器的广域分布也利于电磁信息的主动探测、被动接收以及定位精度的提高,可以弥补卫星、航空侦察等远距侦察手段的不足,实现与其他信息源的融合、验证。

  灵活多变的电子干扰 无人机蜂群可以利用突防的隐蔽性和机动性,隐蔽接近敌方或进入适当干扰阵位,在作战的关键节点或适当时机,通过组合搭载的各种电子对抗设备,借助数量优势,对作战目标或区域实施电磁干扰。这种干扰既可以是多方位的有源干扰,也可以是定向的无源干扰,甚至可以将蜂群本身作为干扰源,在主要支援方向上通过大规模的集结,形成干扰屏障,降低敌电子设备的工作效能,为后续作战行动提供电子支援。

  先发制人的火力诱骗 在空袭初始阶段,无人机蜂群可以充分发挥其成本优势,利用反射雷达回波效果较好的材料或挂载辐射电磁信号的载荷,对高价值空中平台的RCS特征进行模拟,通过诱饵蜂群实现火力诱骗。一是用于佯攻。在次要作战方向佯动,制造大规模空袭假象,吸引敌防空火力,迟滞敌指挥决策;二是用于雷达诱骗。模拟有人机空袭,诱使敌雷达开机,暴露工作频率和具体位置,为后续打击行动提供情报支撑,如1982年的贝卡谷地之战,以军以诱饵无人机为先导,成功诱使叙利亚制导雷达开机,为重创叙利亚防空导弹群创造了条件。

  形式多样的特种作战 无人机蜂群的可定制性,使其可以根据作战需求灵活搭配载荷或改装机体,遂行多样化的作战任务。例如,无人机蜂群以其集群智能、隐蔽等优势可对火力打击目标区执行火力引导和战毁评估,实时传导打击画面,评估打击效果,提高打击效率;也可充当通信节点,用于通信中继,提高通信距离和稳定性;还可以用于遂行特种作战任务,如斩首行动,破袭敌指挥所、导弹发射装置等点状重要目标。

  结 语

  唯物辩证法指出,“事物的发展总的方向和趋势是由低级到高级、由简单到复杂的前进运动。”囿于生产力和科技水平的限制,当前我们对蜂群作战的认识还存在一定局限性,但毋庸置疑的是,这种大规模的分布式无人作战理念已经对现代防空体系构成严峻挑战,只有摸清其特点规律,掌握其制胜机理,才能在未来防空作战中占据主动。

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