無人機系統在城市作戰中的應用

介 沖

美國參謀長聯席會議發布的《聯合部隊季刊》上刊載了一篇有關對無人機系統在城市作戰中應用分析的文章，描述了無人機系統在城市環境中的作戰優勢、武器性能特點、戰術使用方式、技術挑戰和后勤保障等內容。

近期的研究報告表明，城市戰將成為21世紀一種重要的戰爭形式，在城市作戰環境中，敵人可使用低成本的殺傷性武器，如復雜性不斷增加的簡易爆炸裝置(IED)、先進的火箭彈、穿透性彈頭和武裝商用無人機，因此美軍將面臨許多近距離作戰場景。

無人機的作戰優勢

無人機可在城市戰環境中發揮巨大作用，它可為分隊級地面部隊提供監視能力，將地面部隊的視野由二維擴展為三維，并提供潛在的新型戰術機動能力。例如，在城市環境中如果要對相鄰街道的敵軍采取側面襲擊，地面部隊可發射無人機，從上方對敵軍進行干擾。無人機具備的作戰優勢如下：

速度

無人機的機動性較強，且不受障礙物的影響，可快速打擊時敏目標，如切斷敵軍的撤退路線。

集結

無人機可獨立于各種地形和地面部隊行動，因此可讓指揮官在關鍵時刻將無人機集中部署在戰場上的關鍵地點。

持久性

在與地面部隊交戰時，無人機部隊可奪取和控制地形。在與己方地面部隊合作行動時，無人機可降落并停留在指定的地方以占領目標，并阻止敵軍接近目標。

大規模性

無人機部隊可在空間中隨意部署，從而實現特有的火力集中能力。例如，可在不同高度部署不同的無人機以便同時對敵軍開展集中火力攻擊。

此外，無人機部隊編制靈活，可隨時配屬給地面部隊指揮官，以提升部隊的合成作戰能力。

無人機平臺的武器性能特點

隨著技術的進步，無人機已經具備了作戰能力，目前這些無人機武器平臺具有以下特點：

三軸機動性

無人機可在幾百米的高空機動，可沿三個空間軸機動，也可保持靜止，其靈活性高于固定翼飛機。

小尺寸

無人機的尺寸較小，可高效地在建筑物、樹、電塔和電線間穿梭。

可用的載荷

可搭載步兵攜帶的殺傷力較強的武器。

控制

可裝備傳感器和通信設備以感知和報告周圍環境，并接受指揮官的指揮與控制。

自主性

具備一定的自主能力，能夠在無人員控制的情況下管理自身的穩定性、導航和其他功能。能夠由一名操作員控制無人機蜂群，并以團隊的形式協同作戰。

持久性

在小規模交戰過程中，無人機具備足夠的續航能力(最低30min)，并可及時返回后勤補給點。

當前的大型四旋翼或六旋翼無人機是滿足城市作戰要求的第一代平臺，具備城市作戰所需的基本特征。目前美軍正在開發更多的無人機平臺，如美國陸軍研究實驗室正在開展聯合戰術空中補給平臺(JTARV)項目，該無人機可提供200lb(90kg)以上的運輸能力。未來，具備不同推進系統和設計特點的無人機平臺將提供更強的作戰能力。

無人機作戰的基本單元

單架無人機的生存能力和殺傷力有限。由于這些無人機的體積較小，容易受到小型武器和其他直接火力的攻擊，如激光和高能微波反無人機武器，因此依賴于自身的機動能力和受到的掩護，有時需要在非常低的高度(低于10m)飛行。這些無人機可搭載類似于單兵使用的武器，如自動步槍和微型管射直接攻擊彈藥。因此一架無人機的作戰能力相當于一個或幾個步兵。

但是，由多架無人機組成的編隊可大幅提升無人機的生存能力和殺傷力。無人機編隊損失一架無人機對整體作戰能力的影響很小，并且無人機編隊的整體攻擊能力非常強。因此，無人機編隊應作為城市作戰的基本單元，一名戰士就可以操控一支無人機編隊。

無人機編隊的戰術使用

無人機編隊可配屬給連級或營級部隊，如“斯特賴克”旅戰斗隊的步兵連或海軍陸戰隊步兵旅，這些部隊對無人機編隊的戰術使用方式有：

接敵運動

無人機編隊的機動性較強，且不受地形影響，可在接敵運動中作為一支高效的掩護部隊，為指揮人員提供實時情報、監視和偵察(ISR)信息。如果發生遭遇戰，無人機編隊的機動能力可使其更快響應，掌握主動權并讓敵軍陷入困境以幫助形成更大規模的作戰行動。無人機編隊的機動性和對敵人的消耗性可使己方部隊不參與決定性交戰，己方部隊可隨時撤退。

形成交戰

在攻擊過程中，無人機編隊可先于后續部隊進入建筑物較多的區域，以發現敵方的備戰位置并與其交戰。無人機可提供壓制性火力，迫使敵方離開開放區域。無人機編隊還可識別敵軍埋伏的位置并投擲煙幕。

垂直包圍

無人機編隊可為地面部隊提供垂直包圍能力，當敵方位于遮蔽物后方或戰壕內，并且沒有較強的空中掩護能力時，無人機編隊可開展垂直包圍行動。與傳統的空中支援不同，無人機編隊可一直處于包圍的位置，對敵軍進行定位，并對其進行持續攻擊。

滲透和遮斷

由于不受地形限制，無人機編隊可隨意集中和分散。各無人機可單獨穿越地形對敵軍進行滲透，在敵軍后方區域集中并開展攻擊，對敵方的補給進行打擊或攻擊敵方指揮機構。無人機編隊也可分散，撤退到己方指定位置，并等待下一次作戰。

決定性戰斗

無人機編隊可提供三維火力集中能力以提供最高的致命性。無人機編隊可形成三維戰術編隊，如垂直排列形成“墻”形編隊，或采用半球形組合以攻擊加固型建筑這樣的離散目標。

區域防空

無人機編隊可降落在指定的地點進行觀測，并對該地點進行防護以防止敵軍占領，從而為己方部隊提供防空能力。未來的無人機在降落后可改變自身形狀以便于觀測、獲取能量、實施地面機動和部署武器。

機動式防御和撤退

無人機編隊在進攻性機動行動中提供的優勢同樣適用于防御行動。無人機編隊可成為地面部隊的潛在后備部隊，當地面部隊受到敵方攻擊時，它可提供有效的防御能力，并可在撤退行動中為部隊提供掩護。

技術挑戰

為了提升無人機平臺的生存能力和殺傷力，目前還存在指揮與控制和人工智能方面的技術挑戰。

當前的無人機是高價值資產，在使用過程中需要很多的人為干預。士兵需要向無人機發布命令、為其加油，未來的無人機應該能夠在出現故障時自己修復，并在沒有監管的情況下持續執行一些基本職能，以下是未來需要發展的技術。

指揮、控制和通信

指揮與控制方面的挑戰在于士兵需要為無人機編隊內的多架無人機提供指導，并需要有效控制無人機編隊。

目前的自主無人機蜂群技術已經相對成熟，已經不需要如全球定位系統這樣的外部輔助手段來支持復雜的無人機編隊行動。無人機可使用小型照相機、雷達和輕型測距傳感器來獲取視覺和距離數據，從而實現復雜環境下的自主導航。目前，無人機可實現室內環境下的導航，能夠規避障礙物，還可在如森林這樣的室外環境下導航。近期交付的基于無人機編隊的應用程序可使無人機在城市街道上方飛行并從其他車輛獲取導航數據。

無人機編隊必須能夠接收和解釋類似于上級發送給士兵或班組組長的指令，如“向某個十字路口移動”或“攻擊某目標直至完成摧毀”。目前，士兵可向無人機編隊發送電子命令，可點擊戰場空間實時地圖上的位置和目標來操控無人機。

人類操作員的態勢感知也需要不斷發展，目前在地面戰爭中，即使戰術級的士兵在做決策時也需要考慮倫理、政治甚至戰略影響。因此，期望無人機編隊在短期內理解其作戰環境的復雜性并能應對未預料到的障礙或情況是不切實際的。因此，最終都需要人來控制無人機編隊開展軍事任務和避免誤傷，尤其是目前的無人機都配備了武器裝備。操作員必須具備積極的態勢感知能力，并將無人機編隊作為一個整體來控制。因此，需要開發新型界面來使操作員看到無人機編隊的視野，從而向無人機編隊下達命令。操作員還需要在某些情況下快速切換不同無人機編隊的視野。

所有的指揮與控制功能都需要信息共享和數據融合。無人機編隊內的各無人機之間也需要信息共享。無人機編隊控制員需要利用最新的態勢感知圖和無人機拍攝的最新實時信息，并利用這些信息不斷更新態勢圖。

此外，由于無人機容易受到其他無人機電子戰攻擊的影響，因此還要考慮安全通信的問題。如果無人機失去了通信能力，就會自主返回回收點。在與地面部隊保持通信的情況下，無人機編隊可使用寬帶、低截獲概率的視距通信方法來獲取通信能力，如激光光學數據鏈。無人機編隊可能會在離基地幾千米以內的范圍內活動，以保持視距通信能力。如“向某處移動”或“摧毀某個目標”這樣的命令可由附近的部隊使用隨時可用的激光目標指示器，以光編碼的形式發送。在城市區域，光學數據鏈可由盤旋在十字路口角落的中繼無人機發送。

作戰人工智能

半自主無人機編隊的作戰需要特定的人工智能技術，包括：

(1)目標接收能力。無人機系統需要具備自動化目標識別系統，這種系統可基于提前定義的特征來識別潛在目標。無人機編隊還需要能夠識別操作員指定的目標，并理解目標邊界和目標包含的實體：靜態物體、靜態物體的一部分(如建筑物上的窗戶)、移動車輛、一片區域等。

(2)目標跟蹤能力。無人機編隊需要能夠持續跟蹤移動目標，并在周圍的燈光或氣象發生變化、目標位于障礙物或煙幕后方或受火力攻擊等情況下仍保持對目標的跟蹤。

(3)目標評估能力。無人機在完成目標攻擊后，需要能夠確定目標是否被摧毀，以節約其他部隊的火力。

(4)受襲感知能力。為了在易遭受敵軍攻擊的環境下保持生存能力，無人機編隊應在一架無人機遭受攻擊或被摧毀時及時發現，并在告知操作員的同時采取適當的防御行動，如采取規避動作。

由于敵軍也能夠部署自己的無人機編隊，作戰人工智能應該融入無人機對抗推演。這比地面作戰部隊的推演簡單，因為不需要過多的人為判斷，目標識別和評估過程也更簡單。目前，學術界的研究人員已經演示了自主無人機蜂群對抗的仿真工具。

后勤

無人機編隊在作戰過程中面臨油料、電力和彈藥短缺的問題，因此需要自主作戰后勤，如果使用人工后勤供應就會消耗作戰部隊的作戰精力。

無人機編隊需要有補給點，并具備自主補給的能力。其中一種方法是使用飛機將燃料和彈藥箱投送到作戰區域附件的避難所。在城市作戰環境中，可將補給投送到作戰后方的幾個街區或建筑物的樓頂等地方。

補給箱可由類似于當前聯合戰術空中補給平臺的飛機投放，無人機可自主導航到相應的補給點，其方式是跟隨無線電射頻或紅外信號。無人機可在盤旋過程中通過無人機底部的加油管接入油料箱以完成加油，或通過丟棄用盡的彈藥箱并接入彈藥補給箱完成彈藥補給。

無人機的飛行速度約為48.28km/h，無人機可在1min內飛躍7個街區，完成油料和彈藥補給后再返回戰場，因此無人機在城市作戰中的持續性沒有限制。

無人機自修復能力的開發難度較高，因此需要增強無人機的抗打擊能力。無人機需要具備較強的冗余性，四旋翼以上的無人機具備這種能力，如果一個旋翼損壞，則無人機還能繼續飛行。 ■