外軍定向能防空武器——反無人機(jī)蜂群的殺手锏
in 行業(yè)新聞 by cheng
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，世界主要軍事強(qiáng)國為了強(qiáng)化其在未來戰(zhàn)爭中的非對稱作戰(zhàn)優(yōu)勢，在國防預(yù)算受限的大背景下，提出蜂群無人機(jī)作戰(zhàn)概念，并且通過有計劃、有組織地發(fā)展成本較低、便于制造的無人機(jī)技術(shù)項目，不斷將理念付諸實踐，將紙面威脅變成現(xiàn)實威脅。在應(yīng)對無人機(jī)蜂群威脅過程中，傳統(tǒng)防空體系受到武器系統(tǒng)自身條件限制，在目標(biāo)攔截數(shù)量上存在嚴(yán)重不足，防御體系的目標(biāo)發(fā)現(xiàn)距離、有效攔截時間被大大壓縮，攔截目標(biāo)能力被極大降低，在抗擊作戰(zhàn)中面臨耗不起、看不見、探不到、打不著的尷尬局面。在此背景下，研究以高能激光武器、高功率微波武器等為代表的定向能防空武器抗擊無人機(jī)蜂群，將有效提升防空體系的反應(yīng)速度、攔截目標(biāo)密度、最大攔截目標(biāo)數(shù)量，滿足未來防空作戰(zhàn)需求。1 無人機(jī)蜂群作戰(zhàn)特點無人機(jī)蜂群是指在操控人員的指揮或監(jiān)督下，通過自主組網(wǎng)遂行統(tǒng)一作戰(zhàn)任務(wù)的一群小型無人機(jī)。構(gòu)成蜂群的無人機(jī)可以是相同或不同的。組群方式可以是主從型或無中心的。2019年，胡賽武裝僅出動10架無人機(jī)，便癱瘓了沙特一半的石油加工產(chǎn)業(yè)， 世界石油市場也為之動蕩不安。2020年，阿塞拜疆運(yùn)用無人機(jī)蜂群戰(zhàn)術(shù)，在24 h內(nèi)便摧毀亞美尼亞130輛坦克、20個火箭發(fā)射系統(tǒng)、64部武裝車輛、25個防空導(dǎo)彈系統(tǒng)以及其它軍事目標(biāo)，為最終戰(zhàn)爭勝利創(chuàng)造了條件。較之傳統(tǒng)大型、高價值、高效能無人機(jī)作戰(zhàn)，無人機(jī)蜂群的作戰(zhàn)規(guī)模更龐大，已從簡單的單型單架單批過渡到單型多架集群，并趨向于多型多架蜂群。其作戰(zhàn)任務(wù)更多元，已從單一偵察過渡到察打一體，并趨向于多任務(wù)融合，這對當(dāng)下防空體系的威脅也更加現(xiàn)實和緊迫。1. 1 突防能力較強(qiáng)無人機(jī)故有的隱身能力可以降低對手的發(fā)現(xiàn)概率，能夠以其較小的體積、隱形化的外觀設(shè)計、低噪聲的飛行狀態(tài)，在雷達(dá)、聲、光、紅外方面的特征均較弱，這將直接導(dǎo)致防守方預(yù)警系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)和反應(yīng)時間被大大壓縮。其隱蔽快速的機(jī)動方式可以規(guī)避對手的首輪打擊。作戰(zhàn)初期，無人機(jī)由陸基或空基平臺秘密運(yùn)送到防區(qū)外特定區(qū)域進(jìn)行集中投放，在短時間內(nèi)展開形成戰(zhàn)斗隊形后，便可對敵方縱深進(jìn)行低空、超低空突防，能夠確保在對手有所反應(yīng)之前完成作戰(zhàn)任務(wù)。其主佯結(jié)合的突防手段可以抑制對手的抗擊效果。突防進(jìn)程中，通過有意識地加入大量誘餌蜂群，可以實現(xiàn)阻塞和消耗對手的探測、火力等多個信道，為已方突擊蜂群完成作戰(zhàn)任務(wù)創(chuàng)造條件。1. 2 任務(wù)復(fù)雜多樣（1）分布式的探測監(jiān)視，即將各型不同的雷達(dá)、紅外、可見光探測設(shè)備和傳感設(shè)備安裝到無人載機(jī)上，并廣泛分布到戰(zhàn)場的各個角落，可對戰(zhàn)場進(jìn)行長時間、全方位、大范圍、高精度的偵察和監(jiān)視。（2）全頻段的電磁壓制，可攜帶電磁干擾設(shè)備、電磁脈沖彈、反輻射彈等，對敵實施全時、全頻的干擾、壓制、欺騙、毀傷，為后續(xù)任務(wù)蜂群提供掩護(hù)。（3）飽和式的集群攻擊，以集群智能為依托，形成多個突擊編隊蜂群，通過多點、多次、快速打擊，以戰(zhàn)場局部的數(shù)量優(yōu)勢換取軟/硬目標(biāo)的突襲成功率。（4）多樣化的協(xié)同作戰(zhàn)，包括蜂群內(nèi)部協(xié)同和有人/無人協(xié)同，實現(xiàn)態(tài)勢共享、優(yōu)勢互補(bǔ)、整體聯(lián)動的體系效應(yīng)。（5）立體化的保障支援，通過火力引導(dǎo)、物資彈藥補(bǔ)給、戰(zhàn)場氣象監(jiān)測、通信中繼等，為其它任務(wù)單元提供及時、精確、有力的保障。1. 3 作戰(zhàn)效費比高（1）從自身價格來說用于蜂群作戰(zhàn)的微/小型無人機(jī)系統(tǒng)的價格介于1 000~10 000美元之間，相較于傳統(tǒng)防空導(dǎo)彈動輒上百萬、上千萬的價格，制造成本相對較低，再加上其可回收的特性，循環(huán)利用的價值較高。（2）從制造方式來說依靠市場上成熟的3D打印技術(shù)、集成芯片技術(shù)，可以在短時間制造成百上千架微/小型無人載機(jī)，形成較大規(guī)模的作戰(zhàn)力量，時間成本較低。（3）從升級方式來說在人工智能技術(shù)和邊緣計算技術(shù)的支持下，通過算法迭代和遠(yuǎn)程空中下載技術(shù)可實現(xiàn)現(xiàn)有無人機(jī)的遠(yuǎn)程持續(xù)升級和成長，維護(hù)成本較低。（4）從戰(zhàn)損率來說無人機(jī)蜂群可以替代有人突襲兵器在情況不明、危險性高的區(qū)域執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)，確保人員傷亡率處于較低水平的同時，實現(xiàn)對敵高價值防空武器的消耗。2 定向能防空武器對抗無人機(jī)蜂群的可行性分析定向能武器是指利用定向發(fā)射的電磁波束、高能激光束、高能粒子束直接攻擊目標(biāo)的武器。定向能防空武器則是專門用于防空作戰(zhàn)的定向能武器，包括高能激光防空武器和高功率微波防空武器。高能激光防空武器主要運(yùn)用激光的熱效應(yīng)達(dá)到摧毀目標(biāo)的目的，其原理類似于放大鏡聚光取火，即使用高能激光對目標(biāo)點狀區(qū)域進(jìn)行小范圍持續(xù)照射，當(dāng)能量達(dá)到一定閾值后在目標(biāo)上產(chǎn)生二次效應(yīng)（包括爆炸、碎裂、熱損等），從而實現(xiàn)擊傷、擊毀來襲空中目標(biāo)。高功率微波防空武器則主要運(yùn)用微波的場效應(yīng)和熱效應(yīng)，其原理與雷擊對電子設(shè)備的損害原理類似，即向目標(biāo)定向發(fā)射微波射束，通過“前門”和“后門”兩個途徑將能量耦合到目標(biāo)內(nèi)部，并對目標(biāo)內(nèi)部重要傳感器、關(guān)鍵電子元器件進(jìn)行破壞，最終實現(xiàn)對目標(biāo)系統(tǒng)整體毀壞和毀傷。使用定向能防空武器抗擊無人機(jī)蜂群目標(biāo)，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在4個方面。2. 1 實施信息對抗（1）手段更全定向能防空武器作為介于電子對抗武器和火力攻擊武器之間的新概念武器，可以綜合采取軟干擾和硬破壞相結(jié)合的手段，對蜂群實施隱蔽打擊或者戰(zhàn)略外逼，為奪取制信息權(quán)創(chuàng)造條件。（2）范圍更大當(dāng)下，高能激光防空武器的輸出功率可達(dá)到數(shù)百千瓦級別，其軟殺傷的作用距離可達(dá)到100 km，而高功率微波防空武器的輸出功率可達(dá)到吉瓦級別，作用距離可達(dá)到300 km。（3）效果更好光電偵查蜂群的態(tài)勢感知能力需要大量的光電傳感設(shè)備作為支撐，而這些設(shè)備極易受到激光產(chǎn)生的熱噪聲和電磁噪聲的干擾，這使得高能激光防空武器成為抗擊此類蜂群的有效裝備之一。而電子偵察/電子戰(zhàn)蜂群的偵察接收設(shè)備由大量精密電子元器件構(gòu)成，這將給高功率微波防空武器遠(yuǎn)距離抗擊此類蜂群創(chuàng)造了條件。2. 2 彌補(bǔ)低空近程盲區(qū)（1）看得更細(xì)由于無人機(jī)飛行高度低、飛行速度慢、雷達(dá)散射截面（RCS） 較小、電磁信號弱，傳統(tǒng)防空武器在抗擊過程中存在發(fā)現(xiàn)不了、發(fā)現(xiàn)時間長、目標(biāo)性質(zhì)無法確認(rèn)、無法連續(xù)穩(wěn)定跟蹤等一系列問題，而定向能防空武器通過綜合運(yùn)用雷達(dá)、聲光、紅外等各領(lǐng)域探測信息，可實現(xiàn)對目標(biāo)進(jìn)行實時跟蹤。（2）防得更密定向能防空武器不僅有高能激光的點殺傷，還有高功率微波的面覆蓋，能在低空近程區(qū)域形成更緊密的攔截網(wǎng)，進(jìn)而有效應(yīng)對反輻射無人機(jī)蜂群的壓制（SEAD） 和毀傷（DEAD） 行動。（3）效率更高相比于有人航空器，無人機(jī)蜂群更加依賴于高敏傳感器和無線通信設(shè)備，其飛行高度越低、密度越大，則導(dǎo)航和控制系統(tǒng)越容易受小擾動的影響。在此情況下，定向能防空武器只要對其稍微施加影響，就可以實現(xiàn)對蜂群的硬殺傷目的。2. 3 抗擊飽和攻擊（1）“彈藥”更多定向能武器的“彈藥”來自于電源系統(tǒng)，其“海量彈倉”較之傳統(tǒng)防空武器的彈藥來說，具有獲取方便、易于存儲、危險性低、無污染等優(yōu)點，在發(fā)射過程中沒有重新裝填的時間限制，具備快速多次發(fā)射能力。（2）反應(yīng)更快定向能武器系統(tǒng)發(fā)射的激光或微波均以光速傳播，其跟蹤瞄準(zhǔn)系統(tǒng)無需額外計算預(yù)計攔截路線，基本可以實現(xiàn)發(fā)現(xiàn)即打擊，加之其“彈藥”是沒有質(zhì)量的能量態(tài)，火力轉(zhuǎn)移更方便、更快捷。（3）成本更低典型定向能武器一次發(fā)射消耗的電量不足2度，折合成使用成本大約在1美元左右，而以1美元的代價換取超過自身價值1千余倍的無人機(jī)顯然相當(dāng)劃算。2. 4 避敵自衛(wèi)反擊（1）安全性更高傳統(tǒng)防空導(dǎo)彈在發(fā)射后存在被蜂群自帶的自衛(wèi)設(shè)備干擾、欺騙或擊毀的風(fēng)險，但定向能射束除了存在熱暈、衍射、散射造成的能量削弱外，目前條件下在其攻擊路線上還無法被攔截，其可靠性更強(qiáng)。（2）隱蔽性更好攻擊時除了具有無聲的特性之外，還兼具不可見的特性。微波武器很好理解，激光武器則是因為激光的波長可以從不可見的紅外光到可見光的波長不等，如果使用特殊的濾光片，可以通過改變波長輸出高能量且不可見的紫外線。（3）機(jī)動性更強(qiáng)定向能防空武器系統(tǒng)較之傳統(tǒng)防空武器系統(tǒng)來說，系統(tǒng)體積更小、集成度更高、機(jī)動性更強(qiáng)，在一定程度上可以實現(xiàn)運(yùn)動中作戰(zhàn)，戰(zhàn)場生存能力顯著提高。3 發(fā)展現(xiàn)狀3. 1 美國方面美國在加大無人機(jī)研發(fā)以確保其領(lǐng)先優(yōu)勢的同時，越來越重視開展反無人機(jī)蜂群項目的研發(fā)和試驗。自2002年以來，美國國防情報局每年都要秘密進(jìn)行1次名為黑色飛鏢的反無人機(jī)試驗。2010年，美軍首次進(jìn)行用于戰(zhàn)術(shù)防空的激光武器系統(tǒng)試驗，成功擊中3 km外飛行時速超過300 km/h的4架無人機(jī)。2014年，美軍將改進(jìn)后的33 kW光纖激光武器（LaWS）部署在龐塞號軍艦上，成功擊落掃描鷹無人機(jī)。2019年，雷錫恩公司研制的移動式高能激光系統(tǒng)（HEL） 可探測、識別、跟蹤無人機(jī)并與之交戰(zhàn)，在演示過程中取得了擊落45 架無人駕駛飛行器和無人駕駛飛機(jī)的戰(zhàn)績。到目前為止，美軍高能激光武器已經(jīng)形成攻擊近程無人機(jī)蜂群的作戰(zhàn)能力，并呈現(xiàn)出小型化、輕型化、節(jié)能型的發(fā)展趨勢。2015年之前，美國并不重視高功率微波技術(shù)，但自2015年美國開始大力推進(jìn)定向能技術(shù)發(fā)展，情況才有所改變。2016年，美國雷錫恩公司研發(fā)相位器高功率微波反無人機(jī)系統(tǒng)，經(jīng)過短短2年時間，便在美國陸軍卓越火力中心完成了反無人機(jī)演示驗證，不僅展示了單次射擊殺傷多個目標(biāo)的能力，更取得了擊落33架無人機(jī)的優(yōu)異成績。2019年，美國空軍展示了THOR微波武器系統(tǒng)，該系統(tǒng)以錐形發(fā)射電磁波的方式，能夠同時擊中多架次無人機(jī)，其結(jié)果也表明該系統(tǒng)適用于攻擊無人機(jī)蜂群。3. 2 俄羅斯方面在繼承大量蘇聯(lián)定向能武器研究成果的基礎(chǔ)上，俄羅斯積極拓展理論研究和實戰(zhàn)應(yīng)用，先后開發(fā)并裝備了多種型號定向能防空武器系統(tǒng)，極大地增強(qiáng)了其傳統(tǒng)防空體系作戰(zhàn)水平。2015年，俄羅斯KRET 公司推出的Krasukha-2 車載高功率微波干擾系統(tǒng)，集成度高，主要針對美軍的E-3預(yù)警機(jī)和S 波段裝備系統(tǒng)。最新型號Krasukha-4系統(tǒng)可對E-8C監(jiān)視機(jī)、捕食者無人機(jī)、全球鷹無人機(jī)和長曲棍球偵察衛(wèi)星進(jìn)行干擾。兩型裝備在聯(lián)合使用的情況下，可覆蓋區(qū)域內(nèi)的多個無人機(jī)蜂群目標(biāo)，其不俗的作用效能已在烏克蘭沖突和敘利亞戰(zhàn)爭中得到證明。2018年，俄羅斯推出的新一代定向能激光武器系統(tǒng)佩列斯韋特（Peresvet） 可以攔截包括無人機(jī)、巡航導(dǎo)彈和低空飛行的戰(zhàn)斗機(jī)等目標(biāo)。據(jù)證實，該系統(tǒng)已正式應(yīng)用在敘利亞戰(zhàn)場，這標(biāo)志著俄羅斯激光武器已邁向?qū)崙?zhàn)化應(yīng)用階段。3. 3 其他軍事大國較之美、俄兩個大國，國外其他幾個軍事大國在本領(lǐng)域的研究還有一定的差距，但對該問題的重視程度卻有過之而無不及。特別是在地區(qū)動蕩、局勢惡化的背景下，研究如何運(yùn)用新理念、新裝備應(yīng)對和解決新問題、新威脅已經(jīng)成為各國軍隊當(dāng)下首要面對的問題。2012年，德國萊茵金屬公司使用50 kW的高能激光器擊落2 km以外的無人機(jī)。2018年，英國BAE系統(tǒng)公司在美國海軍水面艦艇協(xié)會2018年年會上，展示了一款可以攔截?zé)o人機(jī)的艦載高功率微波近程防御系統(tǒng)。鑒于定向能防空武器的重要應(yīng)用前景，英國、法國、德國、以色列、澳大利亞等國都在花大力研制，也都各有側(cè)重，但總體上仍處于技術(shù)發(fā)展向戰(zhàn)場運(yùn)用的過渡階段。