無人機蜂群作戰(zhàn)分析

張雙雄 李晶晶 尹帥 王思力 王蘇

摘 ?要：隨著無人機技術和人工智能的不斷發(fā)展，無人機蜂群作戰(zhàn)正從概念走向實戰(zhàn)，將是未來面向拒止作戰(zhàn)的重要手段。文章以美軍典型蜂群項目為研究對象，系統(tǒng)地梳理了各項目發(fā)展概況及其具體技戰(zhàn)術參數(shù)，深入分析了無人機蜂群作戰(zhàn)特點，并對分布式偵察、飽和式干擾、高效能誘餌、集群式攻擊等無人機蜂群典型作戰(zhàn)運用進行了詳細闡述，對后期的反無人機蜂群作戰(zhàn)相關研究具有重要促進意義。

關鍵詞：無人機;蜂群;作戰(zhàn);典型運用

中圖分類號：E926.3 ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）12-0022-03

Abstract：With the continuous development of UAV technology and artificial intelligence，UAV bee colony combat is moving from concept to actual combat，which will be an important means for rejecting combat in the future. This paper takes the typical bee colony project of the U.S. Army as the research object，systematically sorts out the development situation of each project and its specific technical and tactical parameters，deeply analyzes the characteristics of UAV bee colony operation，and expounds the typical operation application of UAV bee colony，such as distributed reconnaissance，saturated jamming，high-efficiency bait，cluster attack，etc. It is of great significance to the later research on anti UAV bee colony combat

Keywords：UAV;bee colony;fight;typical application

0 ?引 ?言

無人機蜂群是指具備一定思維能力并可自主協(xié)同執(zhí)行任務的低成本小型無人機集群，是分布式、低成本化、網(wǎng)絡化作戰(zhàn)模式的典型代表，其在優(yōu)化整合無人機技術優(yōu)點和系統(tǒng)族群長處的基礎上，凸顯了傳統(tǒng)作戰(zhàn)能力無法比擬的作戰(zhàn)優(yōu)勢，代表著未來戰(zhàn)爭無人化作戰(zhàn)和智能化作戰(zhàn)的發(fā)展趨勢。理論研究和實驗證明，未來這些空中“嗡嗡”的無人機蜂群，必將以其不對稱的規(guī)模優(yōu)勢、成本優(yōu)勢顛覆傳統(tǒng)空防作戰(zhàn)規(guī)則。如何實現(xiàn)對其的預警探測是處置應對的關鍵，也是作者所參與課題的研究目的，而無人機蜂群作戰(zhàn)分析是研究無人機蜂群預警探測問題的起點。

1 ?美軍無人機蜂群發(fā)展概況

近幾年，由于無人機蜂群快速邁入實戰(zhàn)，引起了世界各軍事強國的高度重視，紛紛加大科研創(chuàng)新力度，其中以美國起步最早，研究更為成熟，取得了一些卓有成效的研究成果。其中，較為典型的項目有：一是美國國防部高級研究計劃局于2015年9月推出的“小精靈”項目，旨在通過將具備自主協(xié)同、分布式作戰(zhàn)能力、可回收的小型無人機組成蜂群，執(zhí)行情報監(jiān)視偵察、防空壓制干擾等任務。該項目于2019年實施“小精靈”蜂群空中發(fā)射及回收飛行試驗，將大型運輸機和無人機加載自動對接系統(tǒng)，以實現(xiàn)30分鐘內(nèi)回收4架無人機，截至目前，其具體的試驗情況尚未公開披露;二是美國防部戰(zhàn)略能力辦公室于2014年開始進行試驗的“灰山鶉”項目，旨在利用有人機平臺空中發(fā)射低成本的“灰山鶉”無人機蜂群遂行空中態(tài)勢感知和干擾任務，具有很大的成本優(yōu)勢。2016年10月，美軍利用3架F/A-18E/F戰(zhàn)機成功投放103架“灰山鶉”無人機組成的蜂群，創(chuàng)下軍用無人機蜂群最大規(guī)模飛行紀錄;三是美國海軍研究局于2014年4月公布的“低成本無人機蜂群”項目，旨在研發(fā)可快速連續(xù)投放的無人機蜂群，無人機相互之間利用近距離射頻網(wǎng)絡共享戰(zhàn)場態(tài)勢信息，協(xié)同執(zhí)行戰(zhàn)斗任務，以數(shù)量優(yōu)勢壓制敵人。2016年5月，美國海軍研究局采用雷錫恩公司的“郊狼”電動螺旋槳無人機進行了試射實驗，在30秒內(nèi)由陸基平臺連續(xù)發(fā)射30架“郊狼”無人機，成功驗證了無人機蜂群的編隊控制和協(xié)同機動能力。

上述美軍蜂群項目使用的無人機性能參數(shù)如表1所示。

除上述蜂群項目外，美軍還另開展了不少配套支撐項目，如近戰(zhàn)隱蔽自主一次性飛機、拒止環(huán)境中協(xié)同作戰(zhàn)、分布式作戰(zhàn)管理、進攻性蜂群使能戰(zhàn)術等項目，這些項目在功能上相互獨立、各有所長，在體系上又相互補充、融合發(fā)展，其最新研究進展如表2所示。

2 ?作戰(zhàn)特點

無人機蜂群不是多無人機的簡單編隊，作戰(zhàn)能力也不是諸多平臺的簡單疊加，而是多無人機通過自組織和行為調(diào)控等科學機制的聚集后，群體作戰(zhàn)能力得到質(zhì)的提升，完成單平臺無法完成的復雜任務，因此無人機蜂群所展現(xiàn)的作戰(zhàn)能力不容小覷。

2.1 ?作戰(zhàn)優(yōu)勢

2.1.1 ?以數(shù)量取勝

從無人機蜂群作戰(zhàn)機理看，其核心是充分利用無人機低成本、補充快的技術優(yōu)勢，在局部戰(zhàn)場上創(chuàng)造出壓倒性的數(shù)量優(yōu)勢，以自組織網(wǎng)絡為依托，通過靈活多變的“聚”與“散”，動態(tài)集中作戰(zhàn)效能，形成敏捷、高效、精確的無人化作戰(zhàn)體系，精確選擇目標，快速突防，多維攻擊，進而實現(xiàn)以小博大、以量取勝的作戰(zhàn)意圖。

2.1.2 ?費效比高

蜂群式無人機采用的是次復雜子系統(tǒng)，在開發(fā)成本方面遠遠低于多任務復雜系統(tǒng)，如美海軍研究局采用的“郊狼”無人機造價成本僅1.5萬美元，美國國防部戰(zhàn)略能力辦公室數(shù)年內(nèi)試驗使用的幾百架“灰山鶉”無人機總價成本僅不到2 000萬美元。隨著材料、控制等核心技術的不斷發(fā)展，蜂群式無人機的造價成本將持續(xù)降低，相對于價值昂貴的傳統(tǒng)防空武器來說，其具有不對稱的成本優(yōu)勢，既不必憂慮參戰(zhàn)人員的安全風險，也不必擔心高價值的作戰(zhàn)單元被擊落毀傷。

2.1.3 ?系統(tǒng)效能優(yōu)

無人機蜂群系統(tǒng)架構擁有無中心及動態(tài)拓撲的特點，眾多微小型無人機通過自組網(wǎng)交互信息形成一個高彈性的整體，當內(nèi)部某個單元消失或增加一個新個體時，新的拓撲結構會快速收斂穩(wěn)定，自主保持系統(tǒng)功能的完整性，這使得無人機蜂群具備優(yōu)越的戰(zhàn)場體系生存率，即使蜂群中有任何無人機損毀或喪失功能，均不會對整個蜂群產(chǎn)生致命影響，其他無人機可迅速重新配置，自行填補空缺，保障任務繼續(xù)執(zhí)行，極大提高了任務的完成概率。

2.1.4 ?成體系作戰(zhàn)

利用無人機蜂群功能分布化的特點，將綜合性作戰(zhàn)平臺的偵察監(jiān)視、電子干擾、火力攻擊等能力“化整為零”，分散至眾多低成本、功能單一的作戰(zhàn)平臺中，并根據(jù)實際作戰(zhàn)任務配置相應載荷于蜂群無人機上，組成集誘、偵、擾、打功能為一體的異構蜂群，形成一個完善的作戰(zhàn)體系，通過眾多異構、異型的單體來實現(xiàn)原本高耦合的系統(tǒng)功能，利用規(guī)模倍增效益促使無人機蜂群的作戰(zhàn)能力呈幾何式增長。作戰(zhàn)過程中蜂群以自身為餌誘敵防空系統(tǒng)處置應對，同步利用異構蜂群內(nèi)偵察載荷收集目標情報信息，隨之以干擾載荷、攻擊載荷或平臺自身對其進行連續(xù)自主攻擊，作戰(zhàn)節(jié)奏快、效率高，突防能力極強。

2.2 ?作戰(zhàn)缺陷

盡管美軍無人機蜂群項目融合了眾多高新技術，克服了諸多難題，但是在實戰(zhàn)運用方面仍然存在一些問題和不足。

2.2.1 ?單機能力弱

蜂群式無人機大多單體體積小、速度慢、續(xù)航能力較弱、機動性能不強，難以在作戰(zhàn)區(qū)域外的遠距離投放，如“灰山鶉”無人機速度僅為75～110 km/h，飛行時間不足45分鐘。此外，受無人機平臺大小限制，單機的任務載荷作用效果有限，難以對攻擊目標產(chǎn)生有效危害。這些因素大大降低了單機的實戰(zhàn)能力，客觀需要數(shù)目眾多的無人機相互協(xié)作，并依靠載機平臺實施作戰(zhàn)。

2.2.2 ?對導航通信依賴大

無人機蜂群在執(zhí)行任務過程中，不僅要依靠基地平臺指令信息以及天基導航信息來實現(xiàn)自身的定位和對目標的任務實施，還需要通過數(shù)據(jù)鏈路進行相互通信進而實行協(xié)同作戰(zhàn)。這些導航通信信號是完全開放的，且強度非常微弱，易受到干擾、破壞，這種情況下無人機蜂群將失去編隊能力，進而無法發(fā)揮作用，甚至出現(xiàn)碰撞、攻擊友機和被敵方操控等情況。

2.2.3 ?指揮控制難

為了適應戰(zhàn)場任務環(huán)境態(tài)勢，滿足各項任務目標需求，規(guī)模龐大的無人機蜂群在執(zhí)行任務過程中必須進行自適應編隊控制，以實現(xiàn)編隊的集結、保持、重組，進而確保任務的順利實施。它需要考慮到的性能指標和約束條件繁多而復雜，且內(nèi)部單元狀態(tài)、戰(zhàn)場環(huán)境態(tài)勢變化等都是動態(tài)變化、無法預知的，而蜂群編隊的命令執(zhí)行優(yōu)先等級、任務協(xié)同分配、危險規(guī)避等都需要在前期解決，這給無人機蜂群作戰(zhàn)的實現(xiàn)帶來了極大困難，同時任務飛行過程中的指令響應存在延遲，會造成編隊控制的滯后，致使實時作戰(zhàn)的難度進一步提升。

3 ?典型作戰(zhàn)運用

3.1 ?分布式偵察

無人機蜂群分布式偵察是通過大量搭載光電、紅外、電磁等傳感器的微型無人機組成分布式網(wǎng)絡結構的無人機蜂群，抵近敵目標區(qū)域協(xié)同進行全方位、全縱深的情報偵察和監(jiān)視，利用蜂群無人機之間的位置共享、探測信息共享、多源/多模信息融合快速實現(xiàn)對目標的發(fā)現(xiàn)、識別、跟蹤，進而實現(xiàn)全面準確的實時戰(zhàn)場態(tài)勢感知。

相較于傳統(tǒng)偵察模式，無人機蜂群分布式偵察基于蜂群無人機的良好隱身特性以及低成本、低風險的技術優(yōu)勢，搭載各類傳感器的無人機蜂群可抵近敵前沿或深入敵縱深實施點多面廣的近距偵察，通過群內(nèi)協(xié)同交互迅速實現(xiàn)對目標的多基線測量、交叉定位、信號特征增強、交叉印證，既提高了情報偵察的效率和準確性又降低了風險成本。

3.2 ?飽和式干擾

無人機蜂群飽和式干擾即使用大量隱身性好、機動性強的小型無人機，通過搭載干擾載荷，突防抵近敵目標區(qū)域，實施分布式網(wǎng)絡化干擾作戰(zhàn)。相較于傳統(tǒng)基于大型集中式平臺的干擾作戰(zhàn)，其機動性能更強、抗毀性更好，而且可對敵縱深內(nèi)的目標進行近距離多方位干擾，干擾效果更佳、區(qū)域更廣。

飽和式干擾按照是否使用干擾載荷分類，可分為積極飽和式干擾和消極飽和式干擾兩種。消極飽和式干擾是以無人機平臺自身為干擾源，利用超大規(guī)模無人機蜂群充當干擾壁壘進行被動干擾，迅速飽和敵防空系統(tǒng)探測和瞄準信道，致使其容限過載而無力應對蜂群后的主要攻擊火力流，進而取得戰(zhàn)場優(yōu)勢;積極飽和式干擾是利用無人機搭載的各類相應載荷對敵電子設備實施電磁壓制干擾，利用大量攜帶各類不同功率或頻率干擾載荷的無人機蜂群突防抵近敵目標區(qū)域，集群向敵通信、指揮、預警等電子設備實施對立體化空間的全方位、全頻段、全功率飽和式干擾，由于距離目標近、規(guī)模數(shù)量大、頻段分布廣，可在短時間內(nèi)對敵電子設備實現(xiàn)阻塞壓制，促使其工作效能降低甚至喪失。

3.3 ?高效能誘餌

高效能誘餌是指充分發(fā)揮蜂群無人機的不對稱成本優(yōu)勢，在敵方意想不到的時間和方向施放這些低成本的無人機，用于發(fā)射無線電信號或反射大量雷達回波，進而偽裝成有人機、戰(zhàn)術導彈等高威脅目標抵近敵目標區(qū)域，制造空襲假象。

此作戰(zhàn)運用，一方面可用于隱蔽攻擊時間和主攻方向;另一方面可誘使敵雷達開機，既暴露敵雷達工作頻率和目標位置，又占用了其探測和瞄準通道，迫使其防空火力應對處置，可謂一舉多得，為后續(xù)作戰(zhàn)力量提供極大安全保障，作戰(zhàn)效能十分優(yōu)越。

3.4 ?集群式攻擊

集群式攻擊是指大量體積小、隱身性好的蜂群無人機以各類攻擊載荷或自身機體平臺為武器，以預先戰(zhàn)場環(huán)境情報信息為支撐，規(guī)避敵主要預警探測裝置，隱蔽抵近敵重要軍事目標，采用大密度、連續(xù)進襲的突防手段，在某個時刻自主從多個攻擊陣位、多個攻擊角度同時對敵目標實施的大規(guī)模集群攻擊。

由于蜂群無人機的自身平臺載重十分有限，其無法攜帶大量常規(guī)殺傷性武器，且攻擊載荷作用距離短，因此在對目標實施集群攻擊時，為取得較好的作戰(zhàn)效果，主要采取以下兩種攻擊模式：一是智能精確攻擊模式，蜂群內(nèi)部互相協(xié)作，自主選擇重點目標及關鍵要害部位進行近距離精確攻擊，以小火力實現(xiàn)“四兩撥千斤”的效果;二是全向式集群攻擊模式，蜂群無人機同步對同一目標進行多點、多方位的大規(guī)模集群攻擊，形成火力聚合增幅效益，提升殺傷威力，實現(xiàn)以量取勝的作戰(zhàn)效果。

4 ?結 ?論

隨著無人機和智能化技術的發(fā)展進步，無人機蜂群作戰(zhàn)將是未來戰(zhàn)爭中的重要作戰(zhàn)樣式，也將是各國進行軍事實力角逐的焦點。就現(xiàn)階段而言，美國仍然處于領先地位，具有明晰的發(fā)展戰(zhàn)略、具體的戰(zhàn)術運用以及強有力的技術支撐。因此，我國必須要加大對無人機蜂群作戰(zhàn)有關方面的研究力度，攻關關鍵技術，不斷提升反無人機蜂群作戰(zhàn)能力，以在未來戰(zhàn)場中取得對抗優(yōu)勢。

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作者簡介：張雙雄（1986—），男，漢族，湖南祁陽人，助教，碩士研究生，研究方向：無人機。