高寒山地戰場環境對無人機系統運用的影響及對策

張明杰

（解放軍69250 部隊 新疆 烏魯木齊 830013）

高寒山地特殊的地理環境給無人機系統的運用帶來一定的影響，影響無人機系統作戰效能的發揮。加強高寒山地戰場環境中無人機系統應用的研究，推動無人機系統在未來高寒山地戰爭中更好地發揮應用。

1 高寒山地戰場環境概念及其特點

1.1 概念

高寒山地，是指海拔在3000m 以上、氣候寒冷、空氣稀薄的山地，一方面具有“高原”和“嚴寒”地區的特征，另一方面還具有“山地”的特征。我國西部中印邊境地區，高山連綿，雪峰林立，冰川廣布，溝谷縱橫，山脈多呈西北-東南走向，海拔大多在4500m 以上，山脊線海拔6500m 以上，就是典型的高寒山地。

高寒山地戰場環境是實施高寒山地條件下作戰的空間及其相關地區內影響作戰活動的各種客觀情況和條件的統稱。高寒山地地區由于特殊的地理、地質、氣候條件，會給高寒山地作戰行動造成不利的影響，人員、裝備作戰效能的發揮受到一定程度的影響，有著不同于平原作戰的特點[1]。

1.2 主要特點

（1）自然環境惡劣。高寒山地天氣主要有以下幾個特點：地面風沙大、不良天氣多、紫外輻射強、低壓低溫又缺氧，晝夜溫差較大，常有雪暴、雪崩、塌方、泥石流等自然災害發生。高寒山地戰場環境惡劣，易發生作戰人員高原反應，部分區域海拔超過5000m，被稱為“生命禁區”，極不適合人類生存。

（2）交通極為不便。高寒山地地區山高坡陡溝深，地形割裂，峰巒起伏，通行性差，且多為通道地形，較少迂回道路，不便于部隊橫向支援。高寒山地戰場交通多為簡易公路，大部分坡陡彎急，曲半徑小，路況較差，受天氣影響，3000m 以上的溝谷通道地帶，每年有長達6 個月以上的封山期，4000m 以上的山口、道路，常因積雪過深不具備通行條件。

（3）社會依托薄弱。高寒山地地區惡劣的自然地理環境導致地廣人稀，基礎設施薄弱，經濟極不發達，主要以畜牧業為主、以種植業為輔，工商業規模有限，科教文衛落后，衛生醫療條件較差。城鎮、村莊分布稀疏，大部分地區是無人區且規模較小，農牧業僅能自給自足，工業起步晚，信息化建設比較滯后，還需要平原地區提供物資及技術保障，難以向高寒山地作戰部隊提供社會依托。

（4）電磁環境復雜。高寒山地地區云層稀薄不穩定，地勢陡起陡落，再加上電離層劇烈的變化、大氣中的電流電場、太陽強光輻射等對電磁波輻射和傳播產生較大的影響。同時，高寒山地地下礦產豐富，礦物質的種類比較多，一些地面和山體也存在吸收和放射電磁波的現象，造成高寒山地戰場電磁輻射環境復雜。

2 高寒山地戰場環境對無人機系統應用的不利影響

2.1 對飛行器單元的影響

高寒山地地區飛行，由于受地形、氣候、氣壓、大氣密度等因素的影響，飛機的氣動性能、操縱特點、發動機工作狀態、氣象條件以及機載設備運行等，與低海拔地區飛行有著明顯的區別，對無人機的飛行產生諸多不利影響。首先，動力輸出變弱。在高寒山地條件下，由于大氣壓和氣溫降低將會使發動機輸出功率下降，蓄電池容量變小，將導致飛行功率增加，飛行高度、飛行距離、有效載荷以及續航時間減少。其次，是可靠性變差。高寒山地氣候寒冷，風速較大，無人機在飛行時往往會出現結冰等現象，對無人機飛行系統、搭載的機電設備以及無人機本身的傳感器也會造成一定的影響甚至損壞，從而影響無人機的可靠性[2]。第三，是不安全因素增加。在高寒山地，氣流在越山、繞山時，會發生方向或速度的急劇改變，并形成山地波、風切變和亂流。尤其是低空風切變時，甚至會造成飛行中的無人機失速，嚴重威脅無人機的飛行安全。高寒山地通道地形復雜，如果沒有合理地規劃好航線，可能會發生無人機撞山的事故。

2.2 對發射與回收單元的影響

無人機系統的發射與回收單元通常是無人機使用過程中“勞動力最為密集”單元之一。無人機發射與回收的方式有很多，在高寒山地地區常用的發射方式主要有自主滑跑、火箭助推、軌道彈射、機載投放等，常用的回收方法主要有傘降回收、帶減震或氣墊的機腹著陸回收、撞網回收和起落架滑跑著陸等。高寒山地空氣稀薄，地形復雜，對無人機的發射與回收造成一定的影響。首先是起飛難度增大。由于空氣密度稀薄，發動機啟動困難且推力降低，對于火箭助推及軌道彈射的發射起飛，在相同的速度及迎角下，無人機氣動升力變小，給發射起飛帶來了較大困難，甚至出現發射后墜地的風險。對于自動滑跑的起飛方式，需要更長的滑跑距離和滑跑時間，甚至會出現輪胎由于滑跑時間過長出現爆胎[3]。其次是起降場地難選擇。無人機起降場地一般要求是地面平坦、區域開闊、起降方向300m 以內無突出的障礙物。由于高寒山地地區特殊的地形地貌，戰場容量有限，山高坡陡，地形起伏大，可供無人機系統選擇的發射回收場地十分有限。第三是受惡劣天氣影響較大。無人機在發射起飛時，風速應小于9m/s，無雨雪等不良天氣。但高寒山地地面風力強且風向變化快，氣候變化無常，常常因為天氣影響不能正常起飛，安全回收。

2.3 對數據鏈與指揮控制單元的影響

高寒山地復雜的地形、富含礦產資源的地質和惡劣的氣候等極大地影響了電磁波的正常傳播，對無線電波的吸收和干擾很大，具體表現為電離層變化劇烈，多徑效應明顯，信號傳輸衰減較大，通信時斷時續，影響無人機系統通信數據鏈的正常工作。無人機系統的無線電設備與其他野戰裝備在作戰通信地域內頻段相近，也容易形成互擾，會影響無人機系統的指揮控制。在受到電磁干擾的情況下，無人機在飛行時有可能會失去信號，甚至不受控制出現撞山等事故的發生。高寒山地雨季多雷電，旱季多靜電，易造成天線系統出故障，甚至造成指揮控制單元的半導體和集成電路中的微電子元件損壞，影響數據鏈和指揮控制單元正常工作[4]。無人機系統操作人員在高寒山地受高海拔氣壓低等自然地理條件影響，反應遲鈍，動作緩慢，判斷力下降，在架設數據鏈臺站、指揮控制臺站時可能會出現各種錯誤和疏忽；在面臨復雜多變的戰場環境中，可能會出現判斷失誤、操作不科學的情形。

2.4 對維修保障防護等方面的影響

首先是維修保障困難。無人機系統復雜，受高寒山地自然人文地理條件制約，在高寒山地條件下發生故障的幾率比平原上高。高寒山地地區人煙稀少，遠離內地，交通不便，各種物資的保障全靠后運，惡劣的自然地理條件和相對匱乏的人力、物力資源，加上社會依托力量薄弱，必將在器材、人員、技術保障方面給無人機系統的維修保障造成困難。特別無人機系統科技含量高，零部件比較精密，無人機系統的一些故障和個別零部件損壞時，很難自行處理，只能協調廠家進行維修更換[5]。其次是隱蔽偽裝困難。高寒山地地表多為高山凍土層和荒漠戈壁，山石裸露，地表光禿，除沿河兩側有少許低矮灌木叢外，基本沒有可以利用的植物，加之道路土質松軟，灰塵較大，無人機系統展開后透明度較高，特別是利用火箭助推起飛時更容易被發現，不便于隱蔽和偽裝。第三是安全威脅較大。無人機系統的配套裝備多、目標大、無線電使用頻繁、發動機聲音較大、暴露特征明顯，同時通道地形可供無人機系統選擇的展開區域狹小，無人機系統配置比較集中，易遭敵方偵察干擾打擊和境內的分裂勢力襲擾破壞。

3 無人機系統在高寒山地戰場環境中應用的對策

3.1 結合高寒山地特點，加強高原型無人機系統的研發與配套

首先是改進無人機系統適應高原。在動力方面，可采取使用含氧性燃料，改進螺旋槳式發動機，或者選用噴氣式發動機，確保無人機在高原有足夠的動力和合理的油耗。在機翼的設計上提高升阻比，比如采用大展弦比、平直機翼設計。在機體結構上，可采用復合材料使無人機飛行器具有輕量性及保溫的特點，具有在高空低溫環境中正常工作的能力。對無人機機體的關鍵部位進行密封、防水處理，或更換為防水材料，以適應高寒山地惡劣氣象條件。在起飛方面，如果選擇彈射起飛，就要增加導軌長度、彈射加速度、初始發射角度；如果選擇滑跑起飛還要選擇高性能輪胎和設置更長的跑道。其次是結合作戰環境特點提高無人機系統可靠性。高寒山地作戰中，無人機機載設備容易受到干擾、影響甚至損壞，要根據實際需要對關鍵系統、設備采用多冗余度設計，如雙GPS 系統等；采用信息融合技術對多個傳感器的信息相互補充、驗證，如高度和姿態傳感器的信息融合[5]。第三是立足未來作戰籌劃好維修保障。立足未來高寒山地作戰實際，科學預測無人機系統展開位置，設置多個展開陣地以供戰時選擇，在高寒山地適當位置建立維修保障基地，預儲維修器材和零部件，協調裝備科研單位、生產廠家和修理工廠技術力量，共同做好戰時搶修保障預案。

3.2 重視大數據收集，構建高寒山地戰場環境數據支撐系統

未來的戰爭是大數據時代的戰爭，大數據正在逐步取代傳統的決策手段，成為無人機系統任務規劃的重要依據和支撐。對于無人機系統在高寒山地作戰地區的運用來講，重視數據收集構建高寒山地戰場數據支撐系統十分重要。首先是收集高寒山地氣象數據。無人機在高寒山地執行任務受天氣影響較大，要結合高寒山地氣象歷史數據以及天氣預報對無人機受天氣條件的威脅程度過行評估。高寒山地大都屬于無人區，氣象觀測資料缺乏，要與地方氣象部門以及高原氣象研究單位建立相關數據共享機制，建立高原氣象數據庫對無人機的飛行威脅度做出建模并評估，可有效提高無人機在高寒山地飛行的安全概率。其次是高寒山地地理信息的收集。高寒山地地形復雜，飛行風險時時存在。利用地理信息數據，結合高寒山地氣象數據，基于科學的算法設計合理的拐彎半徑與飛行速度，科學做好無人機的任務規劃，根據任務可以選擇低空通道內飛行，并對航空安全實時預警，確保飛行的安全順利。

3.3 多種方法并舉，提高無人機數據鏈抗干擾能力

軍用無人機系統的數據通信鏈是連接無人機和指揮中心的信息動脈，一旦失效，就會使無人機難以正常完成任務，甚至失控。高寒山地，電磁環境復雜，敵方可能利用大量大功率、多功能電子干攏發射裝備，可對我無人機數據鏈裝備進行偵察干擾，電子欺騙，甚至進行反輻射打擊等。無人機數據鏈單元不僅要考慮抗干擾能力，還要考慮使數據鏈系統能夠應對惡意電子對抗攻擊。首先要加強抗干擾技術的研究使用。對無人機系統的遙控遙測鏈路，采用跳頻、跳時、擴頻以及混合擴頻等技術，以及新興的MIMO 技術、自適應天線技術和認知無線電技術等，并對信源編碼采用保密性強的加密技術。其次是加強防干擾戰術的研究。在使用過程中，減小地面遙控指令發射機的發射功率，通過功率管理、頻率捷變、優化操控等降低通信鏈路的截獲概率。在地面數據終端附近設置反輻射誘餌，當發現反輻射武器來襲時，要立即關機，或者大幅度甩擺天線，使反輻射武器失去制導方向。提前制訂應急預案，提高地面操控人員的應急處置能力，發現無人機數據鏈異常狀態后，及時做出處理。

3.4 基于遠程控制，克服高寒山地對操作人員的影響

高原山地惡劣的自然環境使無人機操作人員很難像在平原一樣操縱無人機系統。在基于衛星通信等其他中繼通信的基礎上實現對無人機的超視距遠程控制，可以克服高寒山地低壓缺氧等惡劣自然條件對操作人員的影響，實現所有人員或部分操作人員在平原上操縱無人機系統在高寒山地環境中作戰。無人機可以在高寒山地發射，也可以在平原發射后飛往高寒山地戰場預定區域，也可以利用有人駕駛的飛機將無人機攜帶至高寒山地上空，投放在預定區域。無人機在高寒山地上空執行任務過程時，利用太空中繼衛星通信或中繼飛機通信等轉入遠程超視距控制。為了確保無人機飛行時信號不丟失，可同時在高寒山地設置多個地面控制站，通過異地多站同時控制任務無人機，確保飛行任務安全圓滿。