无人机蜂群拦截系统作战构想与关键技术
来源:无人机集群
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作者:刘立章
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发布时间: 1493天前
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为有效应对敌可能发起的“饱和式攻击”,提高重要军事目标的防护能力,着眼无人技术的发展,首先,提出了无人机蜂群拦截系统的概念;随后,介绍了系统设计,并针对敌可能的巡航导弹､无人机蜂群､炮弹等各类打击,进行了具体的作战构想设计;总结了无人机蜂群拦截系统构建运行的关键技术,包括无人机平台研制､系统架构､集群感知与信息融合､集群控制与群体智能､任务规划､蜂群投放及回收补充等,并就技术实现的可行性和相关问题进行了分析,为进一步深化研究奠定了基础｡
在2020 年纳卡冲突中,阿塞拜疆使用无人机攻击亚美尼亚地面坦克及士兵的画面震撼人心,无人作战的时代已然到来,传统作战模式已被以无人作战为代表的人工智能技术彻底颠覆,未来战争将朝着无人化､智能化的方向大步迈进｡可以预见,在不久的将来,大规模无人进攻将占据极大优势,不仅能达成战术目的,甚至可达成战役和战略企图｡无人机力量既可以是攻击的“利刃”,也可以通过研究开发,成为防守的“坚盾”｡ 本文首先简要论述了无人机蜂群拦截系统的概念,随后对拦截系统的系统架构和作战构想进行了设计和阐述,据此分析了拦截系统构建和运行的关键技术,最后对无人机蜂群拦截作战的未来进行了展望｡ 1 无人机蜂群拦截系统概念 现代战争中,对重点目标的打击和防护已经成为交战双方关注的焦点,特殊时刻,关键目标往往能左右战局走向｡在未来作战中,为突破防御系统,达成作战效果,不仅会有针对重点目标的精确打击,还可能存在“饱和式”的空天打击､无人机蜂群袭击等｡此外,在非传统安全领域,重点目标还会面临自杀式无人机蜂群､火箭弹､空飘气球等非常规手段突袭,以达到制造公众恐慌,引发社会动乱的目的｡与此同时,重点目标的防御也是备受关注的焦点,但由于当前世界主要国家的防空力量均是按照体系作战的思想构建的,其主要由远程､中程､近程和末端武器构成,表面上看配置层级分明､科学合理,但远中近程防空武器(如S300 系列､防空导弹等)与末端防空武器(如高射火炮等)之间仍存在一定的火力空白,从而降低了防空拦截效率,特别是在应对可能的“饱和式攻击”时,这一火力空白尤其致命｡美国海军研究生学院Loc Pham 在2012 年发表的《无人机蜂群攻击》曾探讨了防空系统对蜂群作战的防御问题｡文章显示,即使是世界上最先进的防空体系之一的海面“宙斯盾”系统(装备了干扰器､诱饵弹､“标准”系列防空导弹､127 mm 舰炮､2 座“密集阵”近防武器系统),面对5~10 架从各个方向来袭的无人机蜂群攻击,也显得力不从心,根本无法做到全部有效拦截｡ 一直以来,世界各国都在研究抗击“饱和式攻击”的方法,但至今尚没有较为成熟的作战理念｡无人机蜂群拦截系统是在无人机蜂群技术的基础上,设计一种可实施高度自主拦截的无人机蜂群拦截系统｡在该系统中,每架拦截无人机搭载必需的可自主组网控制终端､灵巧式高爆自毁炸弹和可探测来袭目标的模块,采用“六边形空间错位矩阵”的排列结构,在预警空域常态巡航并机动配置在可能出现的防空火力“真空区”｡当来袭目标到达爆炸毁伤半径时,拦截无人机解锁其携带的高爆炸药,将拦截目标摧毁或者引爆,以达到拦截的目的｡系统通过采用“无人机蜂群对抗无人机蜂群”､“无人机蜂群集中毁伤巡航导弹”的策略,应对敌可能采取的多弹种､高密度､全方位的“饱和式攻击”,以充实现有防空体系,提高重要目标的防护能力｡
2 无人机蜂群拦截系统组成 根据系统作战需求,为提高整体拦截效能,如图1所示,无人机蜂群拦截系统根据任务职能区分,采取群组编队的方式,构建以拦截群为核心,侦察群､反辐射群､诱饵群､电子对抗群(干扰群)､补充群负责协同的空中无人机蜂群拦截系统｡
1)拦截群｡正六边形是能够不重叠地铺满一个平面的三种正多边形(正三角形､正方形和正六边形)之一,其中,六边形以最小量的材料占有最大面积 ｡因此,如图2 所示,拦截群通过采用“六边形空间错位矩阵”的排列结构,前后交错排列,可实现拦截效率的最大化｡拦截群进行模块化编组,每个模块配置拦截无人机若干,前后分层配置,每层在不同平面上,且相邻两层之间留有一定的安全距离;每架无人机的位置在组网前根据编号定位,确保任务规划到具体无人机｡整个六边形错位矩阵拦截网的分层数量､每层拦截网占有的无人机数量,以及每层拦截网之间的距离可根据来袭目标携带弹药的杀伤半径进行调整,确保无人机和无人机､拦截层和拦截层之间距离适当,防止出现“一弹引爆多机”的问题｡
拦截群在预定区域展开后,通过地面雷达或无人机侦察群不间断地向拦截群传输和共享指令,随时调整拦截群位置｡为有效应对各类攻击,提高拦截效率,如图3 所示,可采用多层布防､多单元组合布防,以及多层多单元组合布防等方式来增加拦截面积和拦截纵深｡
2)侦察群｡侦察群主要由搭载合成孔径雷达､多功能相控阵雷达等设备的无人机群组成,可部署在拦截系统前侧,主要任务是与地面雷达系统协同判断敌飞行物的类别､编队形式､速度､方位､高度､携带的武器和精确计算敌飞行物的飞行轨迹等,并将敌飞行物的相关信息实时传送给拦截群｡ 3)反辐射群｡反辐射群配置反辐射无人机若干,可部署在侦察群后侧,主要任务是根据敌雷达信号进行攻击,摧毁飞行物的雷达;如果敌飞行物为无制导能力的火箭弹等武器,则反辐射群不工作｡ 4)电子对抗群(干扰群)｡电子对抗群(干扰群)配置电抗无人机若干,可部署于侦察群后侧,主要任务是防敌电磁干扰,同时压制和干扰敌飞行物通信信号｡ 5)诱饵群｡诱饵群配置各型诱饵无人机若干,可部署于拦截群前侧,主要任务是诱导敌空袭目标偏离攻击目标和攻击拦截网,实现保护我方重要目标的作用｡ 6)补充群｡补充群主要由空中补充群和地面补充群组成,当拦截网络中的无人机出现损伤和自毁后,能根据无人机蜂群指挥控制网络的指令自主派遣无人机补充至相应的战斗位置,保障任务继续执行｡ 3 无人机蜂群拦截系统作战构想 当前,世界上较为先进的BGM⁃109“战斧”巡航导弹射程已达2 500 km,能够以最高Ma = 0.73 的速度飞行 ｡在不久的将来,“战斧”BLOCKⅣ型巡航导弹将更加智能化,性能更加完善｡根据现代作战特点,压制由巡航导弹和无人机组成的第一梯队的攻击将是快速应对冲突的第一步｡巡航导弹和无人机等各类空袭兵器打击方式多种多样,有针对高价值目标的单发精确打击,有密集式饱和攻击,还存在针对目标群的大范围火力覆盖｡无人机蜂群拦截系统通过在重点目标外围适当区域开辟发射阵地或采取机动发射,当来袭目标进入拦截范围时,进行拦截打击｡ 3.1 拦截无人机蜂群
无人机蜂群攻击具备数量多､机动灵活等特点,但其突出弱点为易受电子干扰｡如图4 所示,当敌无人机蜂群前方首架无人机进入我方侦察半径时,侦察群即开始对敌蜂群进行不间断的侦察;干扰群脱离原有编队突进至A 点(敌无人机蜂群前侧)并迅速向敌蜂群两侧散开,与之保持一定距离进行干扰压制;反辐射群随后突进至B 点,灵活锁定敌无人机蜂群通讯中枢部分进行打击;诱饵群至C 点发出假的通信和雷达信号,持续诱导敌剩余无人机向拦截群飞行;拦截群梯次配置至D 点,与补充群配合,在一定空域内包围并全歼敌无人机蜂群｡
3.2 拦截巡航导弹 巡航导弹具有飞行速度快､高度低､机动灵活等特点,但其易受电子干扰及诱饵欺骗｡如图5 所示,当敌巡航导弹进入我方侦察半径时,侦察群通过自身雷达､地面雷达和预警机配合持续锁定目标,预测巡航导弹的弹道轨迹,并将弹道测算的信息传输至拦截群;干扰群脱离原有编队突进至A 点(敌巡航导弹前侧)并迅速向巡航导弹两侧散开,与之保持一定距离进行干扰压制;诱饵群发出假的雷达和通信信号,在B 点和C 点持续诱导敌巡航导弹向拦截群或预定诱骗攻击区域飞行;拦截群高速机动到预定的飞行轨道,展开战斗队形对巡航导弹预定飞行空域执行重点拦截｡必要时,可在诱骗攻击区域实施打击｡
3.3 拦截炮弹(火箭弹)
炮弹(火箭弹) 具有无制导装置,密集度大的特点,拦截系统无法破坏其雷达､通信和控制设备,但通过空地雷达可以精准预测其飞行轨迹 ｡如图6 所示,当敌炮弹(火箭弹)进入我方侦察半径时,侦察群通过雷达测算弹道并与地面雷达和预警机配合持续锁定目标,预测炮弹(火箭弹) 的弹道轨迹｡拦截群可提前机动并集中部署到炮弹(火箭弹)的预定轨迹上,展开战斗队形对炮弹(火箭弹) 可能飞过的空域执行重点拦截｡当炮弹(火箭弹) 数量较大时,补充群及时支援拦截群,并可呼叫地面防空系统与拦截群协同进行拦截｡
3.4 拦截空飘气球
