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军事博览

矛与盾之争 浅谈无人机与反无人机技术的发展

来源:中国军网
作者:
发布日期:2018-06-21 08:13:45

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纵观新世纪的几场局部战争,无人机的身影既贯穿于作战的全过程,又渗透于战争的各个领域。当前,无人机的作战功能正向隐身突防、通信中继、空中格斗等方面扩展,并逐渐成为空袭作战发展的新方向。针对日趋严峻的无人机威胁,反无人机技术及其在各型武器装备上的应用也正随着无人机的发展而逐渐成熟。现如今,无人机与其克星反无人机系统之间的对抗呈螺旋式上升,正在演绎着一个全新的矛与盾故事。

一、无人机发展的发展现状及发展趋势

无人机可完成情报侦察、中继通信、电子对抗、制空、精确打击等多种任务,并呈现出搭载平台多元化、作战空间扩大化以及重型化和大型化等发展趋势。

据俄《消息报》近日报道,截至2016年底,俄无人机数量已达到1980架。据估计,俄军现在的无人机数量已经远远超过2000架。目前,俄陆军已组建了营属和旅属无人机连。俄国防部还决定在海军组建无人机团。此外,俄罗斯还特别注重重型无人机的机型研制。去年7月,俄罗斯国防工业集团在莫斯科航展上展示了其研发的猎户座无人机,这是俄罗斯重型无人机的首次亮相。


俄罗斯“猎户座”无人机

而美国海军也已于去年4月将首个无人机控制中心安装到航空母舰上。此控制中心将主要用于操控MQ-25无人机。整个装配计划将在2022年全部完成,届时所有正在建造的航空母舰都将具备操控舰载无人机的能力。

不难看出,在迅猛袭来的科技浪潮下,无人机的发展或将随着作战样式的不断丰富而呈现出以下几点趋势:

1.机器学习和人工智能将占据更高地位

以无人机为代表的智能机器战争或将完全改变传统机器战争的形式。在智能机器战争中,交战双方打的是智能,拼的是信息。例如,在美国空军研究实验室开展的无人机模拟对抗试验中,装备了人工智能的无人机多次轻松击败人类飞行员;在与智能无人机的超视距导弹对抗模拟试验中,智能无人机似乎能察觉人的意图,不仅能立即对导弹飞行和作战部署中的态势变化做出反应,还可根据作战需要在防守与进攻之间快速切换。

2.数据分析将会在无人机着陆之前完成

实现现场态势感知的途径在于利用无人机及其他传感器收集数据、图像与视频,但这些并非工作的全部内容。除了获取信息外,无人机还需要面对由此带来的数据分析挑战。即无人机如果能够在着陆之前便自主完成数据分析,所带来的效益是巨大的。有鉴于此,未来无人机的发展将可能日趋契合这一需求而不断进化。

3.无人机将进入一个新的自动化时代

随着越来越多的大型公司采用无人机来工作,他们将转向自动化工作流程,尤其是在数据传输、分析和自适应飞行计划方面。

以英国的雷神无人机(BAE Systems Taranis)为例,它引入了全自动模式,只要预先设定任务,无人机在大部分时间下都不需要人类遥控操作,自动起降、自动导航,进行侦察任务。

而最新的军用无人机研发计划,则将已经进入神经元时代,神经元无人机(nEUROn)概念,把无人机的无人二字,推到更高的高峰。它是一种可以无须任何指令,由人工智能独立完成飞行任务,同时能在复杂飞行环境中进行自我校正的先进无人机。


“神经元”无人机

不难看出,未来遥控飞机式的军用无人机,开始有被全新的自动化无人机取代的趋势。

二、反无人机技术的发展现状

反无人机技术是战场反无人机作战任务需求牵引下的必然产物,构建反无人机技术体系也是反无人机武器装备体系发展的必然要求。当前,国内外都积极展开了对用于反无人机作战的探测跟踪和预警、直接利用火力对无人机实施硬毁伤、采用干扰技术对无人机实施软毁伤等的武器装备的相关研究。这些关于反无人机作战的理论和技术研究虽然还比较零散,不成体系,但却从理论上和技术上,为开辟与拓展反无人机专业技术领域,进而较快地形成反无人机技术体系打下了良好的基础。

1.夺取对无人机的控制

随着美军将网络空间、电磁空间分列为继陆海空天之外的第五维、第六维作战空间,网络-电磁武器日益受到重视,特别是在反无人机、反战斗机器人领域,作战运用隐蔽高效、技术研发成本低廉,可干扰、击落,甚至捕获无人机。

这方面目前通用的技术是通过无线电控制。伴随着消费级无人机在美国的普及,美国政府不得不采取一些强硬手段,来保障低空领域安全,例如采用一个接收器来追踪并确定无人机方位,并使用足够强大的电子信号来夺取无线电控制。而为了避免这种情况的发生,美国政府希望借助阻截无人机使用的传输代码,进而控制这台无人机,而将其引导返航,回归到操作者手中。


消费级四轴无人机

其他的手段固然也存在,造就这些手段的是万能的“黑客”,他们通过无人机内置的Wi-Fi网络和开放的远程端口,向无人机的实时操作系统发起攻击。通过Wi-Fi网络,攻击者可以断开无人机拥有者的FreeFlight控制应用并使之与自己配对,然后获得完整的控制权限。甚至,黑客们还能通过连接目标无人机,获得访问控制器的root权限,从而达到在相关空域将执行任务的无人机“一键拿下”的战术目的。

2.通过干扰影响无人机的正常工作

声波干扰是现今发展较快的一种技术韩国先进科学技术研究院(KAIST)的研究人员对无人机中的关键组件陀螺仪进行了共振测试,发现可利用声波使陀螺仪发生共振,输出错误信息,从而导致无人机坠落。KAIST研究人员下周将在华盛顿对这一技术进行演示。

KAIST的电子工程教授金龙大表示,无人机中的陀螺仪的功能是提供机体倾斜、旋转及方向角度等信息,以保持机体平衡。金龙大的试验表明,利用外部声波使无人机的陀螺仪发生共振,从而扰乱无人机的平稳飞行,在技术上是可行的。

第二种方法就是电子干扰,它使无人机无法获得足够精确的自身坐标数据,导致无人机只能依靠基于陀螺仪的惯性导航系统,无法获得足够精确的自身坐标数据。如果没有精确的地形连测,借助于照相机和摄像机获得的情报将没有任何价值,此时的无人机顶多是一台会飞的相机,无论是从军事角度,还是从民用的测绘角度而言,都意味着损失。

3.直接将无人机进行摧毁

美国SnakeRiver公司专门针对那些受到无人机侵犯的人群,开发了一种特殊的反无人机专用子弹。他们宣称,用户可通过他们的设备轻松击落无人机。但这项技术依旧存在限制,发明该产品的SnakeRiver公司特地表示,将侵犯民众私人空域的无人机击落的做法的合法性这一问题还值得商榷。

其次是激光炮。除具备直接烧灼毁伤外,激光炮还具备远距离致盲能力:用低功率激光束持续照射无人机航电系统,令其过热失控,跟踪照射机载光电侦察系统,令其过载失效。同时,激光武器还可与其他武器混合使用,组合成威力倍增的光、磁、弹一体化武器系统。

再者是携带空空导弹的歼击机。近期,俄罗斯伊斯托克公司展示了一款空地一体化的反无人机作战装备。其地面装备为反无人机侦察指控车,性能与作用类似RU12M7型车,负责对空雷达扫描,发现目标后,引导战机至作战空域。空中反无人机平台为苏-30战斗机,在机头前部加装有侦察雷达。该雷达的核心部件为伊斯托克公司生产的小型多注行波管和多功能超高频模块,可对地面侦察指挥车所指定的空域实施雷达扫描和无线电侦察,之后将目标区的弱信号放大,从中识别出无人机信号,并在雷达屏幕上显示出无人机的位置和坐标,最后由飞机发射导弹击毁无人机。

三、反无人机技术的发展趋势

1.能耗、功率持续增大

反无人机具有较强的发射功率,而为缩短作战时间,其自身所承受的能量也在持续增加。2017年,美国军方研制出了一种肩扛发射筒式反无人机激光武器,该种武器在实际的应用过程中,能够从1千米外的地方切断15毫米厚的钢梁,同时能够跟踪并烧毁一枚速度达50米每秒的炮弹。另外,RheinmeLall防务公司也致力于研发一种便携式的筒式激光反无人机武器,来确保前线部队人员的安全。据悉,这两种新式防御武器发射功率极大,能耗也是以前同类武器的十倍左右。

2.工作持续时间增长

美国针对无人机研发了一种可以安装在普通军用车上的激光武器,被称为是反无人机激光战车。该种反无人机设备能够适应所有的环境条件,自身的发射功率能够达到50千瓦,发射的时间能够持续2分钟,并且电容量也较足,使用该项设备能够有效对抗空中的无人机威胁。但是该项设备具有维护困难、价格昂贵、受视线限制和能量重载慢等缺点,不能完全发挥应有效能。此外,其能够对快速移动的无人机进行精准的定位和打击,在实际的使用过程中不需要使用常规弹药,具有较强的后勤供给优势。这方面的优越性或将使其成为未来无人机发展的一种全新趋势。


美国“激光复仇者”防空系统

3.多传感器融合、智能化、一体化

在未来,反无人机装备由单一的反无人技术逐渐向多功能跟踪传感器融合技术的方向转变,并日渐呈现出一体化、智能化趋势。俄罗斯新近推出的数组-21”军用反无人机系统,引入大数据理念,攻防兼备,颇具代表性。全系统由一部APU-S固定式指控站、一部APU-M机动式指控站和至少25个干扰站组成。而干扰站以固定式为主,机动式为辅。单个固定式干扰站,由一个60米高的发射塔架,以及安装于其上的一至三个无人值守式远程遥控干扰发射模块组成。各固定式干扰站间距1025千米,成网状布建,通过网络分组技术与网络中心战原理,将各干扰站整合成为一体化的分布式电子干扰云,从而构建出察、打一体的反无人机毁伤网。并且该系统可以基本实现自动化、智能化,可快速组网,自动拟制作战任务,智能分配打击目标,协同性好,适应性强。

4.技术手段向多样化迈进

无人机是特种作战人员的主要威胁。对此,美国特种作战指挥部正寻求反无人机系统的动力学和非动力学的全新选项。目前已开发出使用导弹和激光器击毁无人机的技术,以及干扰无人机系统通信中继的平台,迫使无人机转向或着陆。

此外,美国特种作战指挥部正推进一系列反无人机技术活动,并与海军陆战队特种作战部队(MARSOC)合作开发反无人机技术。包括继续开展“雷霆无人机”活动(一系列专注于无人航空技术的快速原型设计活动),重点关注反无人机系统的挑战和解决方案,以及加强无人机的进攻性,尤其是将加强与机器互相学习协调的能力。

5.防御体系逐渐向多手段、多层次发展

以俄军企公布的反无人机系统RU12M7型车为例,在8000米的最大通信范围内,其可以根据无人机来袭方向,合理布设多部(套)加装了自动化指控模块的小型反无人机武器(便携式防空导弹、反无人机电磁枪、激光炮等),组建反无人机指控网。每件反无人机武器,按照作战半径的三分之二或二分之一间隔部署(如俄式防空导弹的部署间距为1000米),并依托其上加装的自动化指控模块相互组网,形成梯次防御纵面或全覆盖防御横面。不难发现,在并不遥远的未来,多维一体、分域抗击的反无人机战法正在成为改变游戏规则的新兴理念,并不断在战争实践中得到检验。