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无人驾驶飞机集群火器系统发展趋向前瞻,现在

来源:http://www.starwarscontinuum.com 作者:必赢娱乐游戏下载 时间:2019-11-07 17:26

——平台间的协同交互能力。专家通过对超小型高空无人机的研究测试,证明这些具有小体积、轻量化、大容量特点的“小家伙”,能够自动组网、集群高精度飞行、保持姿态同步,极大提高了无人系统的组织性与协同性。未来它们可以充当军机飞行员或者导弹的“千里眼”,战场应用潜力巨大。

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。

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——单平台的节点作战能力。无人机蜂群一旦形成网络化便极难防范,因为每一架无人机都是具备独立作战能力的单个平台。这样一个具有高抗毁性、成本低、功能分布化等优势的作战体系,可填补战术与战略之间的空白。

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。

未来战争,我们所面对的敌人很可能不再是有血有肉的士兵,而是成群结队的群化武器。几百架微型无人机瞬间从战机上释放,好似战场上空一片阴云般直扑敌人,这已不再是科幻大片中的场景——群化武器的出现正在加速变为现实。 目前,美军正在加速无人机、无人艇和无人潜艇等群化武器的研制进程,与以往智能无人武器“单枪匹马”作战不同的是,群化武器是以智能化无人控制技术和网络信息系统为支撑的集群式作战武器。可以预见,当机器人集群式作战从想象加速变为现实,这种新型武器和战术势必将成为改变未来战争规则的重要推手。 谁也不想捅的战场“马蜂窝” 日前,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”无人机。这些无人机个体小巧灵活,都具备了较高的人工智能,可实现集体任务呼应、自适应飞行甚至是自愈能力。出于“集群控制”的协同作战理念,“蜂群”无人机可并没有自己的“蜂王”,只是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可以适应彼此。随着“蜂群”无人机空射试验的成功,预计未来的“蜂群”无人机体积将更小,续航能力和飞行稳定性更强,单次投放的目标超过1000架。 战场上遇到这黑压压一片的无人机“蜂群”,恐怕没有谁愿意去招惹。以“蜂群”无人机为代表的群化武器的作战意图,就是通过数量优势对敌方目标形成非对称式的突然袭击。这种分布式集群攻击模式,一方面可以大幅度降低作战成本,同时也可减少大型作战平台和战斗人员的伤亡,因而也被美军视为可改变未来战争规则的“颠覆性技术”。 美国海军研究“蜂群”无人机的初衷,就是为了依托“蜂群”的巨大数量优势突破现有的对空预警侦察和拦截系统。模拟试验表明,即使一艘安装防御能力最强的“宙斯盾”系统的驱逐舰,在同时遭受来自不同方向的无人机攻击时往往防不胜防,因为总有能突防成功的无人机成为“漏网之鱼”。像“蜂群”无人机这类战场“马蜂窝”,只是美军在群化武器技术研究上迈出的第一步。 随着地面无人作战系统的发展日臻成熟,美军正希望改造现有的地面车辆打造一支“地面机器人敢死队”。这些无人战车无需耗费巨资加装重型装甲,既可以充当先头部队的“尖刀”主动接敌,也可以包抄敌人或在战术上发起佯攻,甚至还可空投至敌后执行自杀性任务。目前,美国陆军已经试图将一定数量的货车改装为可集群作战的“无人战车群”,对无人地面战斗车辆的研制也是跃跃欲试。 战争规则就这样被悄然改写 当然,群化武器这种未来战场的“恐怖杀手”并非一夜之间就出现在我们面前,从最初的构想到如今初步崭露头角,机器人集群式技术已经经历了20多年的发展历程。群体机器人的概念第一次与现代科学“联姻”,可溯源到1987年出现的一个具有生命行为特征的人工生命群体程序Boids。到2004年,采用了群算法编程的智能降落伞在美国诞生,预示着机器人集群技术已悄然进入我们的生活。 正是看到了集群技术与无人技术在可能的军事应用上所碰撞出来的“火花”,美国在群化武器研究上投入了大量财力物力。美国国防部高级研究计划局主导的“小精灵”项目于2015年9月公布,旨在研制一种可利用集群效应进行侦察和电子战的无人机群化武器系统。美国空军研究实验室启动的“编群战术空间”计划,重点研究无人机之间的协同作战能力,目前已经实现了12架无人飞机的自主协同飞行和模拟打击。在“协同空域作战”概念中,美军甚至还提出了集群无人机作为有人机“僚机”的协同作战概念,将可执行战场态势评估、制空、跨平台联合制导等更多更复杂的作战任务。 其实,之所以要花大力气研究群化武器,正是由于群化武器已经不是无人作战系统在数量上的单纯增加,而是从作战核心到配套战法“由里及外”的一次技术创新。现有的群化武器系统主要可分为发射/回收系统、群化作战平台和管控系统三部分。其中,管控系统由操控器、天线等硬件设备和软件系统构成,是整个群化武器实现战场智能作战的“控制中枢”。群化武器整体的管理和每个个体的调度,如何完成对周边环境的有效感知和实现战场上的群体间通信,如何避免与其他目标相互碰撞“误伤友军”,如何实现合理的作战空间分配、运动路线规划、实时的作战管控等都由管控系统来负责实施。凭借着高度智能化的精准控制,群化武器才能在未来战场悄然改写战争规则,引领未来战争进入“无人群化”时代。 “淹没”未来战场的一片阴云 随着新军事变革的加速推进,未来战场要想充分发挥机器人智能作战的潜能,仅靠增加无人系统的数量显然是“杯水车薪”。具备网络化、智能化和分布式作战能力,可自主协调行动并完成相应作战任务的群化武器,势必成为未来战场的宠儿。目前,采用群化算法避免空中碰撞,同时又可以极近间距投放在一起的智能降落伞已装备美国陆军和特种部队,未来可携带炸弹或侦察设备的群化蟑螂机器人、群化蜜蜂机器人走向战场也不再是“痴人说梦”。 群化武器相比于其他常规武器的一大优势,就是价格低廉、可实现批量化生产。集群化作战的核心思想就是将传统昂贵的大型有人作战平台,分解为数量更多、尺寸更小的分布式无人作战平台,进而以数量优势弥补单一平台战力不足的新型作战理念。一个完整的群化武器作战集群,甚至可“包揽”从排雷排爆、侦察监视、警戒搜索到物资运输、协同攻防、自主作战等多个领域,必将发挥出巨大的作战潜能。尤其是随着3D打印技术的发展,批量生产一只蜜蜂大小的微型机器人单价只需要1美元,因此美军还有可能借此部署数以亿计的昆虫作战机器人。 群化武器对于战场的另一个意义在于,其庞大的目标数量急剧扩大了需要打击的目标,使得对手不得不付出高昂的代价。群化武器的分散性使得敌方难以有效锁定目标,即使其中一些成员被摧毁,剩下的无人作战装备仍能继续完成作战任务,这就大大增加了群化武器对战场的适应能力和抗风险能力。毕竟,兵力的数量和质量同等重要,群化武器就是企图以数量优势达成对敌有效打击,实现低成本下对敌高价值目标的饱和攻击,甚至还将主导战场上的“作战节奏”。 当然,群化武器并不意味着就无懈可击。群化武器再厉害,也是一群依靠电路工作和电池供电的机器设备。俄罗斯正在借助电磁攻击方式研制反“蜂群”无人机武器,这一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使其全军覆没。同时,小型化后的群化武器系统如何实现小重量小体积下高电量支撑也是目前限制其大规模应用的一个重要问题。不过,群化武器代表着未来战争无人作战和智能作战的发展趋势,随着相关技术的日益发展成熟,势必开启未来智能作战的新纪元。

二是应用多样化趋势。集群将逐步应用于预警探测、广域监视、抵近侦察、电子对抗、饱和攻击、主动防御、特种作战等复杂战场环境。一个完整的群化武器作战集群,甚至可“包揽”从排雷排爆、侦察监视、警戒搜索到物资运输、协同攻防、自主作战等多个领域,具有巨大的作战潜能。

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。

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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。

当然,无人机集群武器并不意味着无坚不摧,它们终究只是一群依靠电路工作和电池供电的机器设备。目前,俄罗斯正在借助电磁攻击研制反“蜂群”无人机武器,这一武器力图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,从而使其全军覆没。

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。

前不久,俄罗斯驻叙一处军事基地遭13架无人机集群式攻击引发全球关注。军事专家认为,无人机集群武器代表着未来战争无人化作战和智能化作战的发展趋势,随着相关技术的日益成熟,势必开启未来智能作战的新纪元。无人机集群武器具有以下明显优势:

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。

专家预测,无人机集群武器将呈现以下三大发展趋势:

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。

一是装备系列化趋势。以无人机为例,集群将形成以十克级、百克级、公斤级、十公斤级、百公斤级等系列化平台为基础的作战系统序列。“近战隐蔽自主无人一次性飞机”就是美军目前“十克级”的无人机作战项目,旨在通过空中布撒无动力自主滑翔无人机集群,在空中收集电磁、气象等环境信息,从而实现对目标空域的精细化环境感知。

蜂群战术依靠数量优势转化为质量优势

三是覆盖全域化趋势。随着无人平台的多样化发展,集群概念将覆盖到陆、海、空、天等全领域,还可从“蜂群”衍生出“狼群”“鱼群”“鸟群”“星群”等作战概念。未来,小到数以万计的昆虫机器人,大到太空中的星际战舰,从地面上的无人战车群,到大海上的无人航母战斗群,都将成为颠覆未来战争规则的重要推手。

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。

——系统的群智涌现能力。2017年初,美国五角大楼组织3架F/A-18战斗机发射了103个“山鹑”微型无人机,这些微型无人机展示出高级的群体行为,如“集体决策、适应性编队飞行和自我修复”等。

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。

(作者单位:海军工程大学)

蜂群战术主要用于进攻作战

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。

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。

无人机铺天盖地出动的蜂群战术有多厉害

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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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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。

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。

反蜂群战术的指导思想是“捣毁蜂巢”

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。

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。

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。

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。

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