美軍典型無人機蜂群系統發展分析

楊曉帥

無人機蜂群是指在操控人員的指揮或監督下，參照自然界蜂群、蟻群等的集體行為方式，以自主組網方式遂行統一作戰任務的一組小型無人機集群。2016年，美國空軍首次明確了無人機蜂群概念，探索在寬松和對抗環境中運用無人機蜂群實施多域作戰。2018年，美國國防部將無人機蜂群列為無人系統19大關鍵技術之一，并認為2042年將實現高度自主的無人機蜂群作戰。無人機蜂群具有機上無人、回路有人特征，研制成本低、周期短、技術迭代快、維修性好，易于大量生產和儲備，越來越多國家開始布局發展無人機蜂群裝備技術。

通過梳理美軍在研無人機蜂群平臺，按照部署回收方式，可將其分為空射型、陸基型和艦基型無人機蜂群；按照平臺大小，可將其分為小型、中型和大型無人機蜂群平臺；按照任務類型，可將其分為偵察型、電子戰型、打擊型、誘餌型等。蜂群無人機為代表兼具機動性、低成本、智能化等特征，裝備技術日趨成熟，任務能力持續提出，逐漸成為美軍裝備發展的一個重要方向。我們選取“小精靈”“灰山鶉”“西卡德”三類典型無人機，分析美軍蜂群作戰系統最新研究進展。

“小精靈”無人機

無人機蜂群裝備通常存在“腿短”問題，即中小型蜂群無人機平臺小，續航時間短，遠程跨域作戰能力有限，實戰化能力不足。通過空中大型載機投放平臺投放和回收蜂群無人機，可以實現蜂群無人機快速部署回收和可重復使用，有效擴展中蜂群無人機作戰范圍，提升任務效能。為此，美軍提出“小精靈”無人機設想，探索在敵防區外由包括運輸機、轟炸機和戰斗機等多種載機平臺發射攜帶紅外、光電、電子戰等任務載荷的蜂群無人機，滲透到敵防區內之后，針對特定目標共同執行情監偵、電子攻擊或地理空間定位等作戰任務。任務完成后退出敵防區，并由載機完成空中回收。

2015年9月，美國國防預研局發布了X-61A“小精靈”項目跨部門公告，向工業部門尋找具備經濟性的小型無人機空中發射和回收方案?！靶【`”項目計劃研制周期共計4年，分為三個研究階段。

第1階段，由國防預研局選定4家承包商分別設計和開發“小精靈”原型驗證系統、制訂相關技術研發計劃；

第2階段，由國防預研局選定其中兩家承包商開展進一步技術開發工作，并完成初步方案設計和風險測試，2017年3月，國防預研局選擇通用原子航空系統公司和戴內提克斯公司進入項目第2階段，項目通過了初步設計評審。

第3階段，選定確定供應商，正式開展“小精靈”無人機驗證系統的詳細設計和制造，研制原型機，并同步開展試驗驗證。2018年4月，戴內提克斯公司在競標中取勝，獲得價值3860萬美元、為期21個月的 “小精靈”項目研制合同，該公司曾完成GBU-43/B大型云爆彈和GBU-69/B“小型滑翔武器”研制工作，具有豐富研制經驗。項目研發團隊由包含戴內提克斯公司在內的多家公司參與，涵蓋了機體設計制造，發動機設計制造，降落傘制造，C-130運輸機支持保障等多項內容。

2021年11月，美國國防預研局宣布成功使用C-130運輸機在空中回收了“小精靈”無人機，證實了無人機空中回收技術的可行性。自2019年以來，美國國防預研局共完成四次空中無人機回收能力測試，前三次均以失敗告終。此次飛行試驗中，兩架X-61A完成了自主編隊飛行，并抵近C-130運輸機后方；后者打開機尾艙門，使用被稱為“子彈”的機械裝置捕獲到其中1架X-61A，并將其拖入貨艙完成回收。

在系統組成方面，“小精靈”系統主要由無人機平臺、載機和空中投放回收系統組成，每個載機可攜帶和發射超過20架無人機，并在30min以內完成8架次無人機的回收工作，回收后再次完成準備和發射時間不超過24h。成本控制方面，該機出廠單價（不包括載荷）低于70萬美元，發射或回收平臺的改裝成本（不包括指揮和控制系統）不超過200萬美元。

在機載系統方面，“小精靈”無人機設計載荷功率低于1200W，載荷采用了模塊化設計理念，可根據不同作戰任務快速更換，這也符合“小精靈”無人機空中回收和再次布放的作戰任務設定，可攜帶光電/紅外系統和電子戰設備等，執行戰場情監偵和電子戰任務。

在戰技指標方面，美國國防預研局為“小精靈”無人機提出的性能目標要求為：作戰半徑926km，作戰半徑處可待機3h，有效載重54kg，最大飛行速度Ma0.8，最大發射高度超過12000m，推進系統設計壽命為20次。

“小精靈”項目是DARPA探索蜂群作戰裝備技術的重要抓手。結合其此前布局的體系架構、編隊協同、作戰管理等項目工作，已基本打通了由技術攻關到原型驗證流程，基本具備實戰化運用能力?！靶【`”無人機屬于美軍“蜂群”裝備體系中的中型蜂群作戰平臺，由運輸機空中投放后覆蓋的任務半徑超過900km，可進入“反介入/區域拒止”作戰環境，為隱身戰斗機等提供態勢感知、目標指示等支持。“小精靈”無人機與美軍最新發展的無人系統類似，采用了模塊化開發、即插即用設計等思路，結合先進的算法軟件，可在有限操作人員的監控下高效完成情監偵、電子戰等作戰任務，提高集群化作戰能力，降低操控人員任務負擔。

結合美軍提出的蜂群和分布式作戰構想，“小精靈”無人機可能成為其未來空戰體系的重要一環，具有多種作戰運用潛力。第一，攜帶電子戰任務載荷的“小精靈”無人機由運輸機投放后，在運輸機、預警機、轟炸機等高價值空中作戰單元附近建立作戰巡邏圈，與戰斗機協同執行空中護航任務；第二，攜帶情監偵任務載荷的“小精靈”無人機由運輸機投放后，可攜帶低可探測數據鏈深入敵縱深區域，作為探測和目標指示節點，與F-22、F-35等隱身作戰平臺協同，遂行進攻性制空作戰任務；第三，攜帶情監偵任務載荷的“小精靈”無人機可與“遠射”無人機協同，構建閉合殺傷鏈，作為四代、五代戰斗機的“耳目”，協同遂行制空作戰任務。

“灰山鶉”無人機

2014年，戰略能力辦公室開始實施“無人機蜂群”項目，旨在快速發展和形成創新的空射微型無人機蜂群作戰能力，并選中麻省理工學院研發的鋰電池推進、全復合材料的“灰山鶉”無人機。該無人機定位為可消耗無人機，可由各類作戰平臺發射，在更昂貴、更大型的戰斗機等裝備前執行誘餌欺騙、情監偵等任務。截至目前，項目開展大量空中投放和編隊飛行試驗，創造了多項空射無人機編隊飛行紀錄。

在系統組成方面，“灰山鶉”無人機采用特殊氣動布局，有前后兩副機翼，上翼為平直翼，下翼翼尖向上彎折，采用3D打印技術制造，能源模塊為內置鋰電池，動力系統為尾部螺旋槳推進。通信鏈路方面，“灰山鶉”無人機具備一定自主能力，預先編程的個體同步飛行，而是一個有機集合體，共享一個分布式大腦進行決策并相互適應，以應對戰斗的復雜性。在戰技指標方面，“灰山鶉”無人機長16.5cm、翼展30cm、投放重量0.3kg，飛行速度75～110km/h，續航時間大于20min。

在作戰運用方面，“灰山鶉”無人機可從戰斗機的干擾彈發射裝置投放，飛行高度低，可從特定角度觀察隱匿目標，并通過無線電向母機回傳信息。該無人機單機采購價格約為1萬美元，較ADM-160B“微型空射誘餌”低90%。截至目前已完成500多次試驗、試飛超過670架次，美軍計劃發展由1000架“灰山鶉”無人機組成的無人機集群，主要執行區域偵察任務。

2015年6月，美國空軍在“北方利刃”演習中開展了由F-16戰斗機空中投放“灰山鶉”無人機的飛行試驗。2016年10月，3架F/A-18F戰斗機在空中投放了103架“灰山鶉”無人機，驗證了無人機自主編隊、集群決策和自適應編隊能力?！盎疑靳嚒睙o人機重量輕、續航時間短，載荷能力有限，任務水平也受到多方面限制，目前官方提出的任務能力以情監偵為主。未來，隨著微電子技術不斷發展，“灰山鶉”無人機可能搭載電子戰等載荷，執行誘餌干擾、火力打擊等任務。

“西卡德”無人機

2005年，美國海軍研究實驗室（NRL）開發“西卡德”（CICADA）近戰隱蔽自主無人一次性飛行器無人機，以開發能夠大規模投放使用的蜂群無人機，美國海軍將其描述為“可飛行的印制計算機集成電路板”，經數年發展，該機目前仍處于試驗開發階段。美國國海軍提出該項目最終目標是大量部署“西卡德”無人機，組建蜂群探測傳感器網絡執行偵察監視作戰任務，該機目標成本1000美元，批生產后可降至約250美元。此前，美國海軍提出發展“超級蜂群”計劃，提出由上百萬架無人機組成的超級蜂群，以執行規?；M攻和防御作戰行動，西卡德無人機具有極高效費比，成為該計劃的重要潛在平臺。

在系統組成方面，“西卡德”無人機主要由3D打印的電路板組成，除機翼結構外，還包含一套自定義的自動駕駛系統。該無人機能源系統為內置鋰電池，為控制系統及傳感器提供電力，同時可對機身內電子設備加熱，以維持低溫環境下的正常運行。

在通信鏈路方面，“西卡德”無人機可選多種無線數據傳輸模式，一是基于全球移動通信系統（GSM）標準的通信系統，該通信手段受限于地面基站對空覆蓋能力，通常只能在超低空或地面傳輸數據；二是使用XBee-Pro S2C 2.4GHz無線電模塊，采用點對多點的通信方式進行數據傳輸，有效范圍約1200m。

在機載系統方面，“西卡德”無人機可以配備壓力、溫度和濕度傳感器，能夠準確估算風力和風向，生成預期滑翔路徑。無人機還可攜帶GPS導航系統、WGS-84世界測地系統和雙軸陀螺儀，具備實時定位和導航能力，可將著陸精度控制在4.5m以內。此外，無人機還可裝配聲學和生化探測設備，執行危險區域探測活動。

在戰技指標方面，“西卡德”無人機重約65g，無動力裝置，可由9000m高空滑降，可在零下57℃溫度環境和75km/h的風速下飛行，滑翔速度約為74km/h，滑翔距離可達17500m。

在作戰運用方面，“西卡德”無人機可由UH-60直升機、P-3海上巡邏機直接投放，也可使用聲吶浮標發射管進行部署。根據美國海軍設想，該無人機可搭載麥克風和振動傳感器，降落后搜集降落點附近的聲學和震動信息，還可攜帶生化探測載荷，進行放射性污染區檢測。2019年，美國國家航空航天局蘭利研究中心使用4架大型無人機完成了100余架“西卡德”無人機投放試驗。

結束語

美軍加速發展各種類型的無人機裝備，加速構建有人無人協同的新型作戰體系，發揮有人機決策優勢，無人機高機動、成本低、可消耗等優勢，實現有人機與無人機之間以及整個作戰體系的信息和資源共享，解決先進有人機機隊規模與武器掛載能力有限的短板，增強有人機生存能力和作戰效能，同時獲得空戰場對抗的質量優勢和數量優勢。未來，美軍將構建出以有人機為核心、各類無人機為支撐的先進協同空戰體系，依托低成本可消耗、人機協同打擊、多輪持續火力等優勢，可能顛覆傳統的“對等消耗”式作戰模式，形成“單向傷亡”的新型作戰模式，顛覆未來空中戰場形態。