【无人机专题】无人机作战技术介绍

系统技术交流 2024-09-27 17:21:59

俄乌冲突自2022年2月24日爆发以来,已持续了两年。这场被称为“21世纪以来欧洲最大规模的军事冲突”仍难见曙光。在过去两年中,多种新式武器在战场上广泛使用,对军事变革和未来战争产生了深刻的影响,在冲突爆发两周年之际,澎湃防务推出系列稿件,探讨冲突中那些引发军事变革的武器装备和技术。

在扎波罗日州前线,一名俄罗斯第42摩步旅“海狸”小组的成员在地下掩体中操控着一架自杀式穿越机(FPV),在空中一番搜寻之后,瞄准了一辆乌军的装甲车,穿梭机从空中疾驰而下,撞向装甲车,信号消失,在附近执行侦察任务的消费级多旋翼无人机拍摄了这次攻击,画面显示,装甲车被摧毁。

在哈尔科夫州前线,一架由乌克兰陆军战士操控的消费级多旋翼无人机正慢慢靠近一辆俄军遗弃的最先进T-90M主战坦克,朝着打开的舱门投掷一枚小炸弹,然后迅速拉起,炸弹爆炸后引爆了坦克内部的弹药,坦克发生殉爆,炮塔被炸上天。这名战士同样藏在地下掩体中,在坦克火力范围之外发动了这次袭击。

●未来战争在夺取战场综合制权中,空中作战的基础地位将更加牢固。

●现代战场上,无人机与有人机相互配合,在高威胁环境下执行作战任务,可充分发挥无人机低成本、难发现的特点,持续攻击敌防空、制空力量或地面、海上力量。

●空中作战的目的不在于追求打击目标的数量,不在于追求某一方向、某一空域的争夺,而在于追求打击效果和对联合作战的体系贡献率。

近年来,高新技术的迅猛发展及其在军事上的广泛应用,正影响和改变着传统空中作战模式,空中作战武器装备、作战理论等正发生巨大变化。充分认清空中作战发展变化规律,有助于把准未来空中作战“脉搏”,赢得制胜未来主动权。

夺取综合制权成为空中作战核心要求

现代战争,空中作战日渐成为战争帷幕掀起的首选方式。相比于弹道导弹等远程突击方式,空中进攻隐蔽性、穿透性更强,捕捉打击时敏目标能力更高,且能够随时终止作战,这种集强大火力与敏捷机动于一体的作战形式,为指挥员筹划决策作战方案提供了更多行动选项,是保证战役发起突然性的绝佳途径。在此影响下,空中作战正由传统夺取制空权、支援陆海作战向夺取综合制权拓展,空中作战的胜利往往成为其他作战域取胜的先决条件。甚至可以说,如果空中作战没有取得优势,陆海等作战域的战斗就很难取得胜利。从近几场局部战争来看,“得制空者得天下”的说法仍不过时,战争往往首先从空中发起或者以空中作战为主,指挥员甚至可以只依靠空中力量完成一场战斗,达到行动目的。未来战争在夺取战场综合制权中,空中作战的基础地位将更加牢固。

空天一体成为空中作战突出特征

随着导航、遥感等航天技术的不断发展以及网络化信息化技术的飞速进步,现代战争愈发需要天基信息的支援,特别是航天器提供的信息和电磁保障产生的赋能作用,有时甚至能够影响战斗结果,实现“以天强地”的目的。外军认为,空和天在物理空间上具有天然连贯性,现代战争中制空、制天往往密不可分。近年来,在导航和材料技术的推动下,航空器与航天器的界限愈发模糊,以空天战机为代表的临近空间武器装备已成为军事强国谋求未来战争制高点的研发重点,空天一体的作战理论、作战样式已经成为发展趋势,“以空制天”或将成为现实。前几年,美军太空部队司令首次承认美国正在发展定向能反卫星系统,目的是维持在太空领域的非对称优势。外军相关理论认为,运用航空兵、地面防空兵实施反卫星作战已逐渐成熟,特别是使用高空高速战斗机能显著提高作战灵活性、导弹射程与杀伤力;强调使用作战飞机通过攻击卫星地面站、数据链节点等方式,阻断对手天基信息支援,实现“制天于空”“制天于地”的目的。

无人作战成为空中作战重要趋势

随着智能化军事技术的突飞猛进,无人机在空中作战领域正由配角走向聚光灯下。在2020年的纳卡冲突中,大规模、多类型使用无人机已成为常态。从空中侦察到“蜂群”作战、全天候支援,无人机在现代战争中的地位与日俱增。在联合作战体系支撑下,无人机可充分发挥多载荷、长航时、起降灵活等优势,不仅能够遂行通信、干扰、精确打击、作战评估等任务,还可以遂行空中拦截、智能空战等高难度对抗任务。现代战场上,无人机与有人机相互配合,在高威胁环境下执行作战任务,可充分发挥无人机低成本、难发现的特点,持续攻击敌防空、制空力量或地面、海上力量。大规模有人/无人机协同作战,也将推动空中作战指挥理念、手段方式的转变。外军认为,未来战争中,更多有人机及飞行员将由一线作战向无人编队指挥转变,地面指挥机构将主要履行战略战役方向作战筹划与指挥控制职能,以预警机为主体的空中指挥所将分担空中目标激增所带来的战术控制压力。

随着冲突的持续和无人机的消耗,双方开始大量使用消费级无人机,这些无人机价格普遍在8000元人民币以上,控制距离在8千米左右,初期主要用于侦察和监视,为火炮打击进行校射,后期开始加挂手榴弹和小口径迫击炮弹,成为一种“迷你轰炸机”,在双方胶着的阵地战中频繁用于轰炸对方有生力量和武器装备。

伦敦国王学院战争研究系现代战争研究教授大卫·贝茨(David Betz)向澎湃新闻分析认为,这场冲突表明,一些旧的或翻新的武器与一些相对便宜的新技术(尤其是侦察无人机)相结合时能够发挥很大的作用。

在发现穿越机(FPV)的军用潜力后,双方又开始大量使用自杀式穿越机攻击对方坦克和阵地。相对于普通四旋翼无人机,穿越机速度更快,机动性更好,携带反坦克火箭弹的穿越机可选择坦克的薄弱之处进行打击,如坦克尾部、履带等,打击效果媲美甚至超过大威力反坦克导弹。

对于缺少武装直升机的乌克兰军队来说,武装化的四旋翼无人机和自杀式穿越机让乌军地面部队拥有了一定的空地支援能力,而且费用投入远低于组建武装直升机部队。

进入2023年,俄乌双方开始使用远程自杀式无人机袭击对方领土纵深高价值目标,这些无人机的特点是航程远、造价低和不易发现,具备一定的远程精确打击能力,虽然战斗部重量不大,但袭击造成的损失并不小,被称为低廉版巡航导弹。

乌军主要使用UJ-22、改装后的图-22等自杀式无人机,这些无人机航程普遍超过600千米,可进行远程攻击。部分袭击俄首都莫斯科的自杀式无人机还被俄军防空部队拦截,也有部分成功袭击的案例。

有两种技术可以在GCS和无人机之间进行通信。第一种技术是基于蜂群基础设施的GCS,第二种是飞行Ad-Hoc网络(FANET)。基于蜂群基础设施的GCS本身有一个GCS,用于集中式通信。所有的无人机群都将与GCS进行通信,以便群组能够运作。然而,这种技术的一个缺点是,它依赖于GCS的可用性和正确运作。如果GCS受到干扰,整个无人机群也会受到干扰。相比之下,FANET使用一个发射器向某个无人机发送命令,然后该无人机将这些命令转发给第二个无人机。然后这些命令将以串行或并发的方式分发给其他无人机。所有的无人机将进行通信,并拥有发射器给出的命令列表,这样,如果这个发射器发生故障,所有的无人机仍然可以执行命令,因为每个无人机都有一个有效的命令列表。最后,通过使用这种FANET技术,每个无人机将具有冗余性,而不完全依赖通信基础设施。然而,这种技术也有缺点。例如,一个入侵者或一个未知的无人机可以进入并破坏无人机群。再比如,无人机群的授权成员无法检测到,所以入侵者(即未经授权的参与者)的无人机,从而可以获得将由授权无人机执行的命令列表[9]。

为了克服入侵者无人机的问题,也许可以应用区块链来防止未经授权的无人机使用无人机群命令来获取列表。区块链本身已被广泛用于金融领域,目的是在每笔交易的验证过程中消除第三方。

在区块链中,当数据被分发时,将很难被黑客攻击并获得完整的数据,因为它是由一个使用加密手段的网络验证的。每个区块由前一个区块的哈希值,验证哈希值的随机数,或称nonce,以及时间戳组成。完整性的保证是由区块链为第一个区块的形成提供的,这个区块是由一个经过验证的交易形成的结果,称为创世区块。由于哈希值是不可预测的或唯一的,欺诈或复制行为将被发现。每个经过验证的区块都有其哈希值,对该区块的任何改变都会对其他区块产生影响。如果所有或大多数节点给予许可或同意,该区块就会被添加到链上,因为共识机制安排交易的有效性在某个区块的有效性。

区块链上的这种共识机制可以通过三种方式进行,那就是工作证明、股权证明和投票,实用拜占庭容错。在加密货币的世界里,工作证明被用于采矿。它的工作原理是在每个节点上进行数学方程的计算,然后每个首先完成计算的节点将有权将最新的区块输入区块链。使用权益证明,只有合法的节点可以进行计算以达成共识。另一方面,实用拜占庭容错是基于投票的,要求至少有三分之一的授权节点是拜占庭的。

认证过程是通过生成具有伪随机函数的一次性密码(OTP)来进行的。无人机在区块链中注册,每架无人机根据存储在区块链节点中的关系,确定它能够认证的最近的无人机。认证请求从无人机发送至相关的无人机,后者在区块链中观察并检查该无人机是否有关系,并能对其进行认证。这个方案能够挫败外部恶意无人机的攻击或第三方攻击,即使对手知道第一个令牌。

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