中国指挥与控制学会会刊 
无人机集群作战是受自然界蜂群、狼群、鱼群等生物群体行为的启发,通过数量优势、相互协调和信息共享等方式,形成的强大的整体作战能力。无人机集群系统在复杂多变的战场环境中具有强大的战场生存力、环境适应力和快速响应力,现已逐渐成为空中打击力量的主体,成为地面部队面临的主要空中威胁,给现有的防空体系带来极大的颠覆与挑战,已经开始主导局部战争走向[1]。近年来,随着人工智能、分布式系统和组网通信等技术的迅速发展和军事需求的驱动,通过创新运用战术手段,采取集群化的行动样式,利用无人机实施渗透侦察、诱骗干扰、察打一体、大规模饱和攻击和区域封控,已成为当前野战防空中不可忽视的重要现实威胁和有待解决的棘手问题,研究野战防空应对无人机集群空袭具有重要现实意义。
1 无人机集群空袭的特点
无人机集群空袭作为一种新兴的作战样式,凭借其可探测性低、作战效能高、自愈能力强、作战成本低等特点,作战中能够对地面目标形成巨大优势,实现以小博大,在现代战争中发挥着愈加重要的作用。
1.1 可探测性低
无人机集群通常由大量小型或微型无人机组成,根据美军“郊狼”和“山鹑”无人机的外形、尺寸建立典型仿真模型,进行目标等效雷达散射截面积(RCS)特性仿真,计算出两类典型集群单体在X波段的散射特性,分别约为0.01~0.02 m2和0.001~0.005 m2,远小于第三代作战飞机和第四代作战飞机的雷达散射截面积。防空雷达对集群单体的探测距离将被压缩至几分之一[2]。集群中的无人机利用其机体尺寸小、飞行高度低、飞行速度慢的特点,可分散部署在广阔的区域,凭借其微小的体积、灵活的行动能力和高度的隐蔽性,在战场上执行侦察、监视和打击等任务。这一优势使得无人机集群能够在敌方防线薄弱或关键节点处进行隐蔽接近,通过低空飞行、利用地形遮挡以及夜间行动,有效规避敌方雷达和传感器的探测,从而实现对敌方重要目标的突然袭击、精确打击以及持久侦察和监视。
1.2 作战效能高
无人作战中无人机集群能够通过绝对数量优势,采取多方向、多批次的饱和攻击,对敌保卫目标进行全面突防,造成敌防御体系在探测、跟踪和拦截能力上的饱和,通过数量规模阻塞对方防御通道或大量消耗敌方防御资源,使敌方无力招架,完成对目标的攻击,实现以多胜精,提高作战效能。作为最先进的防空武器系统之一,美国海军曾测试了“宙斯盾”防空系统应对无人机集群攻击的试验。测试结果显示,在面对由8架无人机组成的“集群”突防时,防御系统在火力分配上仍显得力不从心,难以有效应对,平均每次允许约2.8架无人机绕过拦截,执行打击任务。
1.3 自愈能力强
无人机集群数量规模大,采用去中心化的方式,系统内部没有固定的指挥决策中心,系统利用先进的人工智能算法和动态网络架构,每架无人机都是网络中的一个节点,能够与其他节点进行信息交换和协调工作。当内部单元变动时,其他节点可以迅速感知并填补空缺,确保整个集群系统的稳定。当某个无人机被摧毁或出故障时,其余无人机可以自动接过其任务,继续执行既定作战任务,确保整体任务的顺利完成。
1.4 作战成本低
作战中,作战成本是作战双方考虑的一个重要因素。相较于一枚防空导弹上百万美元的价格,无人机集群中的无人机成本相比导弹具有很大优势,美军开发的“郊狼”无人机单机成本仅1.5万美元;“小精灵”无人机单机成本约70万美元,并且可重复使用高达20次。运用无人机集群作战,不必担心过高的作战成本,通过多波次消耗敌成本昂贵的防空导弹,使敌陷入打不起的困境。此外,无人机集群攻击可避免飞行员伤亡,不用考虑人员培训的成本,其费效比相较于传统空袭作战具有显著优势。未来,随着科技水平的不断提高,无人机成本还将进一步降低[3]。
2 野战防空反无人机集群空袭的难点
传统的防空武器装备主要由防空导弹、高炮、弹炮结合武器系统和部分电子战装备组成,主要是为应对直升机、固定翼飞机和巡航导弹等高价值目标而设计。在应对大规模、低成本和智能化的无人机集群攻击时,受发现能力、目标分配能力、火力通道数和载弹量等限制,无法应对无人机集群的饱和攻击,在拦截效率、经济性和可持续性等方面均面临严峻挑战。野战防空是为保障部队在野战条件下作战的空中安全而进行的防空,掩护的主要是运动性较强的作战部队,其核心任务是伴随地面部队机动提供实时空中防护,具有在动中求主动,以动应变,以动制动的特点,无人机集群的大规模应用将使得传统的防空武器装备体系弱点更加放大,给野战防空带来诸多困难。
2.1 动中预警难
野战防空中,部队机动频繁,处于高度机动中。作战中电磁环境复杂,电子干扰与反干扰伴随空袭始终。由于信息传递受到干扰,将观察哨、光电、声学、红外和雷达探测的目标融合统一编批难度较大,侦察装备体系组网能力受到极大挑战,导致不能实时共享动态空情,预警体系的建立和功能的发挥将受到严重影响。而无人机是典型的“低慢小”目标,其具体的指标为飞行高度在1 km以下,移动速度在200 km/h以下,雷达散射面积在2㎡以下[4],作战中其通常采用低空超低空的方式飞行。因受地球曲率影响,预警雷达发现距离较近,可能只有几十千米。无人机在飞行中还可以利用地形地貌进行规避,增加探测发现的难度,对雷达预警探测构成极大挑战。
2.2 动中决策难
采取集群化空袭方式,集群中各无人机的功能和担负的任务各异。既有担负侦察和通信中继的飞机,又有电子干扰、诱骗攻击和饱和攻击的打击单元。作战对手可根据战场环境和任务需求,携带不同类型的武器和设备,执行侦察、攻击、电子战等多种任务,灵活调整其行动模式和作战策略,精心设计战术,细致规划空袭航线,合理编组空袭力量。面对多目标威胁和动态变化复杂的空情态势,要求防空作战指挥员具备全面的战场感知能力和科学的决策能力,能够在有限的时间内快速分析无人机集群的动向、评估潜在威胁,并做出准确的判断和决策。由于无人机集群的行动模式不可预测,决策者很难提前预判其行动轨迹和攻击意图。对指挥员判断作战对手作战企图、实施灵活指挥和火力分配等提出了更高的要求,增加了指挥员定下作战决策的难度。
2.3 动中拦截难
集群空袭的核心在于通过集中优势兵力、协同作战、自主决策、饱和攻击来突破防空体系,实现对敌方目标的有效打击。无人机集群通常由数十架、数百架甚至更多的小型无人机组成,其执行的主要任务流程如下:由航空母舰或大型运输机作为主体,待主体到达特定任务区后释放无人机,多个无人机组成编队形式,通过智能协同技术进行大规模的集群作战,待完成后返回主体[5],这使得拦截系统难以在短时间内对所有无人机进行有效跟踪和拦截。其次,飞行过程中动态性强,飞行速度、飞行高度、飞行方向等方面的变化,这种动态性使得拦截系统难以准确预测和拦截无人机的攻击。此外,因拦截力量的局限性,防空力量受限于探测能力、装备性能、反应时间、弹药携带量、打击精度和战场环境的影响,首波无人机集群空袭往往能迅速消耗掉防空力量,使得在后续行动中难以做到有效反击。
2.4 动中协同难
野战防空掩护的对象主要是运动性较强的作战部队,在作战中不仅面临与被掩护对象的协同,还面临与友邻防空、空军航空兵、电子对抗等力量的协同。防空部署和行动要做好随被掩护部队的行动而行动、随作战对手空袭兵器攻击方向和目标的变化而动的准备,适时机动转移,实施不间断掩护;也要立足实际,在积极抗击的同时保存自己。如若与协同对象失调,极易出现进攻部队与防空力量配合脱节,地面防空力量与空中防空力量误击误伤,影响作战进程。俄乌冲突中,随着战局的发展俄军进攻速度很快,不可避免地会出现进攻部队与防空武器配合脱节的情况,出现俄军野战防空防护效能下降的问题[6]。
3 野战防空反无人机集群空袭的对策
面对无人机集群空袭日益增加的挑战,为掌握未来对空作战主动权,防空兵部队必须主动作为,紧跟军事发展步伐,积极探寻应对之策,探寻发挥现有装备效能的方法,积极研发新质反无装备,实现战场态势一张图,作战指挥一盘棋,拦截打击一张网[7]。
3.1 多元综合预警探测
有效可靠的空情保障是野战防空赢得反无人机集群空袭的前提。无人机集群数量庞大,隐身性能好,任何单一的侦察预警装备在侦搜目标时均存在局限性,无法实现全面覆盖和精准识别。因此,野战防空应根据战场环境的特点,依托统一构建的战场互联网,依托指挥信息管理系统和预警感知系统,构建多维灵敏的基于网络信息体系的侦察预警系统,综合运用多种方式,对来袭无人机集群实施全时空、多手段、连续的监视和跟踪。一方面,在预警装备编组上,注重综合集成。针对无人机集群目标特性,在引接上级空情的基础上,将远距离探测的雷达和无线电探测技术与近距离探测的光电和声波探测技术相结合,采用高低搭配、梯次部署等实现全区域覆盖,从而融合声光电磁多种探测技术以形成联合多域协同探测能力[8],提高目标的发现概率,增强目标属性的识别判断。另一方面,在预警装备部署上,注重互有衔接,消除盲区。充分考虑地形、气象和电磁环境等因素对装备性能的影响,科学规划侦察预警装备的部署位置,确保装备之间能够相互补充、衔接,消除侦察预警盲区。此外,建立空中观察哨配系。在便于隐蔽和观察的地域,班排设置对空观察员、连建立对空观察哨,携带望远镜和光电观察设备、手持无人机干扰枪、霰弹枪、通信和报知器材等,统一编批,规范警报信号和报告词。发现来袭无人机时,在判明属性和飞临方向后,及时向上级报告。
3.2 快速高效指挥决策
野战防空反无人机集群作战中时间紧、节奏快、任务重,快速高效的指挥决策至关重要。一是建立高效的信息处理机制,通过构建人工神经网络并结合机器学习等技术,对探测预警网的探测数据进行特殊算法分析,快速识别敌方无人机群的功能类别,高效分配兵力,确定打击次序,迅速制定最优反制决策[9]。二是实施扁平化指挥结构,制定完善的应急预案和处置流程,明确各级指挥员的职责和权限,减少指挥层级,缩短命令传递时间,坚持集中指挥与分散指挥相结合,灵活选用指挥方式,提高指挥效率。三是深研作战对手,系统学习和研究作战对手的作战指导思想、战术运用方法,全面掌握作战对手体制编制、无人机型号、技战术参数,分析预判敌可能采取的空袭行动样式、攻击的方向和对象,制定针对性的作战预案,优化武器装备的配置,设计针对性的模拟训练方案,加强反复演练。
3.3 多法综合拦截防护
拦截防护是野战防空消灭敌空袭力量保存自己以及确保保卫目标安全的关键。针对无人机集群空袭数量规模大、通信依赖强、电子设备多、单一手段拦截难等特点,构建以防空导弹、速射炮、高能激光武器、高功率微波武器、电子干扰装备及末端综合防护系统等构成的地面拦截力量,以空中战机构成的空中拦截力量,以远程火力打击平台构成的反击力量体系,综合运用“软毁伤”+“硬摧毁”的方式进行拦截。一是电磁压制干扰。通信链路是无人机系统操纵的主要途径,也是无人机的薄弱环节,因此无人机系统对电磁干扰非常敏感,通过对目标无人机定向发射大功率干扰射频信号,就会导致其产生错误控制指令,使其无法执行任务,甚至失控坠机。基于此,通过电子侦察方式获得无人机集群通信频率,利用电子干扰装备,向无人机发射强电磁波,对其进行信号干扰、声波干扰和电磁压制,切断集群间的通信链路联系,干扰无人机的定位信号,使其丧失作战能力。实施电磁干扰要注重远距与近距的结合,远距利用大型电子战系统进行干扰压制;针对末端突防无人机,利用手持型无线电电子干扰装置如“REX1”等实施末端干扰。二是分层多次拦截。突出联合制胜、多域施效的理念,将无人机集群的拦截分为远中近三层,远距根据集群运送的载体,合理选择打击方式打击平台。空中载体利用远程地空导弹和战机发射空空导弹进行拦截;地面载体利用远程火箭炮、察打一体无人机、战机进行打击;水面舰船载体利用战役战术导弹、战机和海上反舰导弹等进行载体打击;中距利用高功率微波、无线电干扰等装备进行全面封杀;近距利用速射高炮、霰弹枪、微型导弹和弹炮结合武器系统等形成火力“蜂群”进行拦截。根据作战进程需要,适时部署部分高机动轻便防空力量,实施游猎围歼,对低空、超低空突防的无人机进行抗击。三是伪装欺骗迷惑。充分利用地形、地物、植被等自然条件或人工挖设掩体等方式隐蔽重要目标;利用碳纤维磁性复合烟雾可引发小型无人机集群的电路系统短路,致使其大规模“坠毁”;针对高空无人机集群,利用其动力系统部件易受粘滞性气溶胶云雾影响的特点,部署黏性气溶胶烟幕,致使其集体“失速”;在重点目标附近使用假模型和报废的武器装备设置假目标,并经常变换假模型的位置,增加人员和车辆的活动,致使其真假难辨,造成误射误炸。
3.4 研发新质反无装备
新质反无装备是指针对无人机威胁而研发的新型反制装备,具有技术先进、手段多样、灵活高效的特点,在应对无人机威胁中发挥着重要作用。一是大力改装现有装备。升级改造现有防空雷达装备,运用人工智能算法,优化雷达软件算法,提升“低慢小”目标的发现概率。二是研发新质侦察装备。采用装备模块化发展模式,发展集无线电频谱监测、雷达探测、光电、声学和红外于一体的新型野战预警探测装备,提升低慢小无人机的发现、跟踪和识别能力;开发类似“随手拍”app的新型软件系统,创新信息化人民战争的模式,鼓励民众使用随手拍软件,将发现的无人机集群及时拍照上传。三是发展新质拦截装备。转变传统单一动能拦截方式,采取集电子干扰、高功率微波、高能激光以及无人机反无人机技术于一体的拦截装备,以实现高效且经济的拦截目标。如高功率微波武器能烧伤一定范围内的无人机,实现全面覆盖,具备面杀伤能力,对反无人机集群作战具有良好的效果。