蜂群作战,缘何“雷声大雨点小”
2024-11-15 09:34:59 来源:中国军网-中国国防报
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美军“小精灵”项目使用的X-61A无人机。
美军“小精灵”项目中载机投放无人机蜂群示意图。
俄罗斯计划改装米-38中型运输直升机,作为无人机蜂群的指挥控制平台。
近年来,无人机蜂群作战作为军事领域的一项前沿技术,受到世界主要军事强国的高度重视。理论上讲,无人机蜂群作战将以独特的战场优势重新定义战争形态,颠覆未来作战方式。然而,自2000年美国国防高级研究计划局启动无人机蜂群作战研究以来,其真正意义上的作战效能并未得到实战验证。俄乌冲突中,双方投入大量无人机,但战场上并未出现蜂群作战样式。相反,由于电子系统、控制软件、导航和气象等原因,无人机满天乱撞的报道接连出现。事实上,无人机蜂群作战在付诸实践过程中还存在诸多难题,无人机个体技术特点成为作战使用难点。无人机蜂群的软肋在技术和战术层面兼而有之,也使得蜂群作战难以付诸实践。
技术门槛较高
作为一项前沿技术,无人机蜂群作战存在较高的技术门槛。其一是飞行控制问题,包括对多架无人机的控制和对飞行中的无人机蜂群的间距控制。目前,对单一无人机的控制仍存在一定技术难度,对多架无人机的控制难度更大。无人机蜂群在空中飞行时,相当于人为制造了一种复杂的天空环境。在攻击目标时,每架小型无人机之间还需要互相规避,使得控制算法的难度加大。另外,无人机蜂群执行的作战任务具有复杂性和不确定性,导致蜂群决策的难度增大,决策过程放慢,进而影响到蜂群实时协同等关键行动。
其二是信息交互问题。蜂群内部通过信息交互方式,使所有无人机能及时共享战场态势,并对其他无人机提出请求或做出回应,这对无人机蜂群的信息交换能力提出较高要求。一是通信速率要快,二是要抗电磁干扰。目前,无人机蜂群虽然可实现成百上千架无人机编队飞行,但这种编队飞行总体抗干扰能力较弱,经不住导航/通信链路被干扰破坏。一旦通信链路或关键节点被摧毁,无人机之间的协作将很快“崩塌”,战斗力将消失殆尽。在俄乌冲突中,双方均有大量无人机折损于电子战。
其三是人工智能问题。蜂群作战要求无人机具有较高的自主化与智能化水平,但在现阶段乃至今后很长一段时间内,无人机飞行仍需控制站的远程辅助,不仅带来信号传输处理的延迟,而且对无人机的飞行控制、编队控制、机站间通信、控制站人员指挥控制能力等都提出较高要求。另外,各无人机之间必须实时互交信息,确保有序飞行,以及任务分配、目标选择等实现,这些功能都需要人工智能系统运作。而人工智能水平越高,对机载计算机的能力要求越高,所需能耗也越高,这对于无人机蜂群而言又是一大挑战。
其四是能源问题。能源直接影响无人机蜂群的机动能力,进而关系到作战效能。受无人机蜂群低成本、轻量化和小型化等要求限制,无人机的机动性、续航能力和承载能力相对较差,从而限制了单架无人机性能。最理想的情况是无人机配备低能耗机载设备和大容量的储能电池,但目前距离这一目标为时尚远。
其五是载荷问题。受无人机蜂群的成本限制,单架无人机的体积、重量和功耗有限,携带的载荷有限,导致机载通信、计算和存储能力相对较低。而载荷性能较低,必然影响到无人机蜂群的毁伤能力。单一的无人机很难对目标构成致命毁伤,因此需要依靠无人机蜂群实施饱和打击,以达到击毁或重创敌方目标的目的。
战术劣势明显
在以上技术短板影响下,当前蜂群作战主要存在以下战术劣势。
速度慢、航程短,增射程与保安全存在两难。目前,绝大多数蜂群无人机采用小型机体+电驱螺旋桨设计,飞行速度慢,且航程较短。这意味着携带无人机群的发射载机必须尽可能地靠近前沿,才能让无人机有足够航程,而这势必要求载机前出至对方火力威胁范围内。例如,美军“小精灵”项目使用的是X-61A无人机,作战半径550至900千米,载机为C-130、B-1B等大型平台,因此待投射区通常较远。而“灰山鹑”“郊狼”等小型无人机航程偏短、飞行速度慢,需要发射平台抵近目标区域投放,发射区位置距离任务目标相对较近。目前国外普遍认为,蜂群无人机的核心优势是“蜂群”,擅长以量取胜的“饱和式”作战,通过数量规模的叠加效应,形成局部压倒性优势,达到提高突防概率和摧毁目标的目的。也有观点认为,蜂群无人机较慢的飞行速度将为敌防空系统“创造”更多拦截机会,即使拥有明显的数量优势,其突防效率也将不可避免地下降。
运行中枢“神经网络”复杂,作战控制面临重重难关。20世纪90年代末美军提出无人作战蜂群战术,历经20多年发展,直到2021年1月成功演示无人机蜂群突破伯克级驱逐舰的“宙斯盾”防空系统,才标志着无人机蜂群战术初步成熟。在未来无人机蜂群作战中,成百上千的无人机协同作战将对决策控制系统提出更高要求。每架无人机都要通过集群算法,完成数据收集、汇总,空中编队切换与执行攻击指令等一系列任务。另外,有些国家还在尝试研制能够直接使用强电磁攻击的反无人机武器,在无人机蜂群所处空域实施磁暴,让机载电子设备陷入瘫痪,进而使无人机丧失战斗力甚至坠毁。高度复杂的控制系统和日益强大的反制武器,将给无人机作战控制带来更大挑战。
“空中大脑”突防能力弱,实战运用约束多,战场劣势明显。目前的无人机在航程超过一定距离后,受地形、磁场、信息传输等因素影响会更大,仅靠地面控制站很难完成任务。为此,科研人员提出空中指挥所模式,希望通过前移控制站强化对无人机的控制。
美军曾尝试将直升机作为空中指挥所的载机,跟随无人机协同作战,但这一设想遭到否决。因为直升机升限低、机动性差,在作战行动中无异于“活靶子”。俄罗斯提出两种方案,方案一是改装伊尔-76MD-90A大型军用运输机,用于大中型察打一体无人机及无人战斗攻击机的指挥控制,同时承担空中作战、远程空地精确打击、战略侦察监视等任务。方案二是改装米-38中型运输直升机,负责中小型无人机的指挥控制,主要面向低空、超低空的空地作战。这些方案的有效性有待验证。
难关有待打通
目前来看,无人机蜂群作战需要打通三道难关,才能完成作战任务。
第一关,建立“控制中枢”。以母机作为“蜂窝”,投放一定规模数量的无人机蜂群,进行编队飞行。母机的集成控制中枢要将控制指令实时、并行地传输给多架无人机,指挥无人机群完成作战任务,对目标实施精确打击。目前,这一技术仍面临难题。例如,能够大规模承载无人机的平台屈指可数,一架母机可携带的无人机数量有限,而无人机数量过少,则无法对敌方进行有效打击。
第二关,打通“关键链路”。在瞬息万变的战场态势下,无人机与控制中枢能否做到紧密联通尤为重要。要完成作战控制,必须及时准确地获取有效目标信息,并通过数据链路传输到无人机上,令其作出及时应对。想要实时获取信息,并通过控制中枢传输到每一架无人机上,需要数据链路具有较强的稳定性和抗干扰能力。
第三关,实现“实时共享”。让蜂群中每架无人机更快、更全面地掌握战场态势,相当于拥有更多的“耳目”,有利于在战场上抢占先机。然而,在作战过程中,无人机绝大多数时间在进行快速移动,通信系统整体上处于实时动态、反复打破再重组的状态,通信质量也会受到影响。同时,无人机之间的频繁通信容易导致信息数据过载,超出系统处理极限,导致重要信息无法及时传达乃至贻误战机。