無人機蜂群與激光反無技術應用研究

任 彥 楊 怡 趙 平

(西安電子工程研究所 西安 710100)

0 引言

近年來，各國政府及軍事組織對無人機技術在戰爭中的實際應用都十分重視，尤其是正在成為一種新型作戰樣式的無人機蜂群技術，其“低、慢、小”的特點本身就使傳統防空體系中的雷達極難發現，加上無人機數量眾多、群體智能以及協同作戰等優勢，給傳統防空體系帶來了極大威脅。與此同時，反蜂群無人機作戰也相應得到了各方組織的研究和推進，在反無作戰的偵察探測、跟蹤干擾、利用防空武器實施毀傷等方面作了一定研究。

本文先從2020年9月份爆發的納卡軍事沖突入手，分析了沖突中無人機技術在實際戰爭中的應用效果，以國外小精靈與灰山鶉蜂群項目以及國內中電科和兵器工業研制的相關蜂群項目為例，介紹了目前國內外無人機蜂群技術的發展現狀，并由此引出當前反無人機領域的相關技術進展，結合具體試驗驗證了激光壓制對無人機觀瞄系統的破壞，觀瞄系統破壞以后無人機無法鎖定目標而失去打擊能力，證實了此方法的可行性、實用性和有效性。

1 無人機在納卡沖突中的應用

2020年9月27日，阿塞拜疆和亞美尼亞兩國就“納卡”地區歸屬問題爆發嚴重武裝沖突。沖突中大量“察打一體”無人機和巡飛彈競相亮相，將新時代高科技戰爭下傳統防空系統的缺點暴露無疑。

納卡沖突的轉機出現在阿塞拜疆大量使用了以色列產“哈洛普”和“天空襲擊者”自殺式無人機，以及土耳其產TB-2察打一體無人機對亞美尼亞防空網絡發起密集攻擊以后，使亞美尼亞部署在納卡地區的俄制S-300防空系統雷達首次在戰爭中被摧毀，同時亞軍SA-8防空導彈、“驅蚊劑”無人機干擾系統均遭到阿軍無人機優先打擊。整個沖突中，阿塞拜疆國防部宣稱摧毀亞軍坦克/裝甲車250多輛，輸送車150多輛，火炮270余門，防空系統60多臺套(含S-300系統一套)，地面指揮中心11個，軍械庫8處，亞美尼亞地面作戰力量遭受重創。

從阿塞拜疆發布的無人機攻擊畫面中能清晰地看到無人機對亞美尼亞軍事設施實施打擊的準確性和有效性。

圖1 土耳其TB-2無人機

圖2 “哈洛普”無人機發射

由上述圖片可以看出，無人機在實戰中先通過高精度觀瞄系統來完成目標鎖定，然后實施精確有效的打擊。如圖4所示，阿塞拜疆使用的“哈洛普”無人機使亞軍俄制S-300防空系統第一次在戰斗中被擊中癱瘓并退出戰斗。如圖3、圖5到圖8所示，阿塞拜疆派出以TB-2為首的察打一體無人機對亞美尼亞的火炮陣地，坦克陣地等主戰裝備進行了滅頂式打擊。T5-72坦克，D-20 152 mm加榴炮，BM-21冰雹火箭炮，BMP-2步戰車以及薩姆8防空系統等在無人機的打擊下毫無還手之力。

圖3 被TB-2擊中的亞美尼亞T-72坦克

圖4 被鎖定的S-300系統陣地

圖5 亞美尼亞152mm加榴炮被摧毀

圖6 掩體里被鎖定的亞美尼亞BM-21冰雹火箭炮

圖7 掩體里被摧毀亞美尼亞BMP-2步戰車

圖8 被命中的薩姆8防空系統

2 蜂群技術發展現狀

納卡沖突顯示出在新時代信息化戰爭中采用低成本、大規模的同構或者異構的無人機群來參與戰爭將成為未來一種新型作戰模式，蜂群系統作戰流程示意圖如圖9所示，現將國內外最主要的無人機蜂群技術的發展做以簡述。

圖9 蜂群系統作戰流程示意圖

2.1 小精靈項目

“小精靈”項目由美國國防高級研究計劃局(DARPA)于2015年9月對外公布，重在研究基于無人機蜂群的偵察及電子攻擊效能，旨在證明多架無人機可從一架遠離敵方防御系統的C-130運輸機上安全發射并回收。并于2017年3月完成了項目第一階段，即對復合材料工程公司、Dynetics公司、通用原子航空系統公司和洛馬公司完成合同授予，論證無人機空中發射和回收系統的可行性。第二階段于2018年4月完成，即完成系統初步設計和風險降低驗證。第三階段是為期約1年半的演示驗證飛行試驗，目標是使C-130運輸機在30分鐘內發射和回收4架X-61A無人機。該階段中Dynetics公司(已被美國雷多斯公司收購)提供了5架無人機，但其中一架在2019年11月進行的首次測試中由于降落傘故障而墜毀。2020年春季由于受新冠疫情影響導致第二次飛行延期至7月份完成，但有一架無人機降落時系統氣囊沒有完全充氣，使得機體后端著地速度過快，最終出現了垂直安定面斷裂。最新消息，DARPA和美國空軍決定增加第四階段，計劃于2021年度完成與Dynetics公司的合同簽訂，第四階段將重點聚焦作戰能力，旨在通過兩年時間使X-61A能夠執行壓制/摧毀敵防空系統的任務。這將涉及到無人機與監偵傳感器、自主系統的整合等問題。

圖10 小精靈無人機

圖11 小精靈空中部署示意圖

2.2 “灰山鶉”微型無人機項目

美國防部戰略能力辦公室(SCO)2014年啟動了“無人機蜂群”項目，旨在通過有人機空射“灰山鶉”微型無人機蜂群執行低空態勢感知和干擾任務。2017年1月，SCO主持開展了“山鶉”微型無人機演示驗證項目，進行了群體飛行演示。海軍3架戰斗機投放了103架無人機展開飛行任務，這些無人機蜂群在統一的指揮控制下，完成了自主協同、群體決策及自主編隊飛行等多種任務。“灰山鶉”無人機長約16.5 cm，翼展30 cm，投放質量約0.3 kg，續航時間大于20 min，飛行速度可達110 km/h。其結構如圖13所示。

圖12 灰山鶉無人機實物圖

圖13 灰山鶉無人機結構說明

2.3 中國電科無人機蜂群項目

2020年10月13日，中國電子科技集團公司電子科學院官方對外宣稱，該院在近期開展了陸空協同的固定翼無人機蜂群系統相關試飛工作和驗證試驗。包括采用陸上發射、空中投射的方式，利用蜂群執行對地察、打、精確定點清除等各類任務，還包括車載快速部署、同步密集發射、運動狀態投放，蜂群陣型快速轉變等一系列流程任務執行能力的驗證。從中電科公布的視頻來看，該系統包含一輛6×6的“猛士”車及48管發射器，每一管都可發射一架固定翼無人機，底盤可快速進行部署和發射，無人機從發射管彈出后張開彈翼自主飛行。一次密集發射就能將48架無人機投射上空，進行精確編隊，形成換裝以及地面檢查和精確打擊。在2021年9月28日舉辦的珠海航展上，中國電科的車載無人機蜂群系統驚艷展出，展會上“蜂群1號陸戰車”的亮相標志著我國在蜂群無人機領域走在了世界前沿。

2.4 中國兵器工業某蜂群項目

該項目由中國兵器工業集團公司某研究所承擔，旨在研究無人機蜂群技術在電子對抗領域的實戰應用，即對地面雷達或其他輻射源能實施有效的偵察和各種樣式的干擾，相較于傳統干擾模式，分布式蜂群技術更有利于對敵威脅源實施強有力的干擾壓制，如圖16所示。該項目根據應用場景的不同，在自衛，隨隊，遠距離支援，近距離支援等作戰模式下做了大量試驗，在無人機編隊，協同飛行，陣型變換，偵察干擾策略等方面做了大量研究，已初步符合實戰需求，實際應用中干擾效果明顯，如圖17所示。

圖14 蜂群1號陸戰車

圖15 無人機

圖16 傳統作戰干擾模式和蜂群作戰干擾模式對比圖

圖17 多假目標和相參噪聲干擾效果圖

除上述蜂群項目以外，還有拒止環境中的協同作戰(CODE)項目，美國海軍研究局(ONR)公布的“低成本無人機蜂群”(LOCUST)項目，歐盟委員會信息社會技術計劃(IST)資助的多異構無人機實時協同和控制項目(COMETS)；歐盟委員會信息通信技術計劃(ICT)啟動的面向安全無線的高移動性協同工業系統的估計與控制項目(EC-SAFEMOBIL)；此外，俄、韓等國也啟動了蜂群作戰的相關研究。

3 反無人機技術

3.1 常規反無人機技術

目前來講，常規反無人機技術主要有三種。利用防空武器對敵方無人機實施直接打擊，但成本高昂的防空彈藥和價格低廉的無人機相比，給采用這種手段的參戰國家帶來了巨大的經濟壓力，并且對傳統的防空雷達發現“低慢小”目標的能力帶來巨大考驗。

此外，也可采用反無人機干擾槍或者機動型干擾車對無人機進行電子干擾，阻斷無人機通信控制鏈路來使它不受控，例如俄羅斯的"驅蚊器"系統，但在納卡沖突中該系統也有被無人機摧毀的影像，因此電子干擾的可靠性還需不斷提高。

使用裝甲車輛攜帶的煙幕彈對無人機進行干擾，這種方法只能用于高機動裝備的迅速轉移，煙幕彈發射后持續時間短且數量有限，無法持續地應對空中威脅。

此外，高能微波武器、導航欺騙、網絡入侵控制以及蜂群格斗等方法也在持續研究中。反無人機系統工作策略流程如圖18所示。

圖18 反無人機系統工作策略流程圖

3.2 激光反無人機技術

激光干擾作為目前行之有效且成本低廉的反無人機技術受到各方格外關注，激光武器不僅可對無人機進行硬毀傷，也可對其配備的高精度智能觀瞄系統進行精確打擊，迫使無人機上的CCD傳感器損壞從而無法鎖定目標或者直接致盲，這樣無人機便失去了作戰意義。下面以某光電干擾系統為例來說明激光在反無人機方面的使用。

該試驗的主要參試設備為6架配備了高精度智能觀瞄系統的八旋翼無人機，3輛綜合光電防護系統和一輛搜索雷達。雷達與3輛綜合光電防護系統分別實現數據連通，以保證數據的實時交互，試驗流程由配備了指揮與監控系統的作戰指控中心全程指揮完成。

試驗中，作戰指控中心首先下發無人機起飛指令，然后6架已編號的無人機統一編隊以4～5 m/s的速度，在水平距離防護車3 km、高度100 m的空中進行方位上的移動，當無人機分別通過觀瞄系統鎖定光電防護車后，將鎖定目標的信息及實時畫面傳送到作戰指控中心。指控中心收到無人機上報的信息并對雷達下發目標搜索指令，雷達收到指令后完成對6架無人機的搜索，并立即將6批目標的坐標分別下發至3輛光電防護系統。由于參試的光電防護系統所配備的紅外搜索設備只能同時搜索并截獲2批目標，所以雷達將第1批和第2批目標坐標下發至1號光電防護系統，將第3批和第4批目標坐標下發至2號光電防護系統，將第5批和第6批目標坐標下發至3號光電防護系統。3輛光電防護系統收到雷達分別下發的坐標后迅速通過紅外搜索設備對相應目標先行實時搜索，之后轉入截獲狀態，并將該狀態信息上報指控中心。此時，指控中心下發激光開啟指令，3輛光電防護系統根據指令迅速開啟激光對目標進行可見光波段的激光壓制。當六架無人機的觀瞄系統逐一被激光毀傷導致丟失目標以后，指控中心通過監控畫面確認這一結果，并下發雷達停止搜索及激光關閉的指令，整個試驗流程結束。

本試驗成功的關鍵因素是紅外設備能夠快速實時地截獲無人機，并且當一批目標被毀傷后能夠依據雷達提供的目標坐標信息迅速切換到下一目標。試驗場景示意圖及激光干擾效果圖如圖19所示。

圖19 激光干擾無人機場景圖

圖20為參試的八旋翼無人機實物圖。由圖21可看出，無人機觀瞄系統在空中精確地鎖定了光電防護車。圖22看出，當收到指控中心下發的激光開啟指令后，光電防護系統的激光有效開啟，無人機觀瞄系統整個畫面完全被激光壓制式覆蓋，導致在觀瞄系統上無法看出防護車所在位置，此時無人機已基本上失去了打擊能力。由圖23可看出，激光壓制干擾以后，無人機丟失目標，不再鎖定防護車，而且觀瞄系統上出現了壞點，這種壞點將導致再次使用觀瞄系統時其只能鎖定在壞點上，使該無人機失去使用價值。說明激光對無人機觀瞄系統的毀傷完全有效可行。

圖20 八旋翼無人機

圖21 無人機鎖定目標

圖22 發射激光干擾

圖23 無人機目標丟失

由此試驗試想，倘若面對數以千計的蜂群無人機，只要配備一定數量的雷達和光電防護系統，增大光電防護系統中紅外搜索設備可截獲的目標批數以及激光發射功率，并且設備的反應時間足夠迅速，完全可以通過硬毀傷來實現對各種類型蜂群無人機的打擊，以達到激光反蜂群的目的。

4 結束語

文中通過對納卡沖突的分析來說明無人機蜂群技術已成為現代戰爭中備受關注的戰術方法，由此得出反蜂群無人機技術的發展也迫在眉睫。蜂群技術和反蜂群無人機技術將在未來的戰術研究中持續表現出必要性和緊迫性。目前，從國外無人機蜂群技術的成熟度來看，國內尚需加大科研投入，且在反無方面同樣需要大力發展。文中通過對無人機蜂群與激光反無技術的分析，為后續相關研究起到了一定的促進作用。