1 引言
俄乌冲突不仅标志着欧洲常规战争的回归,也标志着战场上的技术革新。这场冲突已成为新军事系统的试验场。
乌克兰率先使用军用和商业现货无人机来执行战术侦察和监视、收集实时情报、引导炮兵火力、提供通信中继、进行近程到远程攻击和战损评估。最终效果是,乌克兰军队使用无人机作为推动者和力量倍增器,缩短和简化了“杀伤链”,并实现了更好更快的军事决策。
无人机的普及赋予了国家和非国家行为者新的能力,结束了西方对无人机的垄断,并威胁到其技术优势。未来,人工智能、数据相关技术和应用、量子传感、下一代通信、蜂群技术和人机编队能力的进步有望增强无人机系统的泛在性、多功能性、杀伤力和有效性。无人机威胁特征的变化可能会重塑攻防平衡,使得反无人机系统同样重要。与此同时,对抗日益激烈的战场(空中、陆地和海上)对无人机的使用提出了条令和作战上的挑战。
为此,欧洲政策分析中心(CEPA)发布了《无人机之紧迫问题》报告,对俄乌冲突中双方对无人机系统使用进行了分析,总结了北约可从中得到的启示教训,并针对北约未来无人机和反无人机发展提出了建议。以下为该报告的部分内容。
2 俄乌冲突中无人机系统的运用
俄乌冲突中,俄乌双方广泛使用了多种类型的无人机。
2.1 中大型无人机
中大型无人机提供了最先进传感器、打击能力、续航时间、作战范围和有效载荷的最佳组合。能力更强、更先进的传感器以及远程精确弹药的逐步集成正在为这些平台的新角色和任务集铺平道路。
土耳其制造的Bayraktar TB2等热门型号现已在多个国家服役,并在中东和非洲的作战中发挥了重要作用。在乌克兰,俄乌冲突双方都部署了中空长航时无人机系统(MALE UAS)来执行情报、监视、目标捕获和侦察(ISTAR)和打击任务,而乌方对这些系统的使用比俄方更广泛、更熟练。
(1)乌克兰对TB2的使用
冲突开始时,乌军拥有大约20余架土耳其TB2无人机,这些无人机携带4枚智能激光制导炸弹,续航时间为27小时。TB2还配备了用于信息收集和目标瞄准的功能强大的多光谱传感器有效载荷,其中包括一部昼夜光电/红外(EO/IR)摄像机。其他有效载荷包括多功能激光目标瞄准装置和多用途有源电扫阵(AESA)雷达。
由于TB2雷达信号特征相对较小,地面雷达很难探测。鉴于其多功能特性,TB2通常被用于发现并照射火炮目标,提供深入黑海的远程ISR,攻击后勤部队和时间关键目标,以及进行战损评估。
在冲突的前几周,乌克兰的TB2在摧毁敌方防空系统方面也发挥了重要作用。根据战争最初几周乌克兰目视确认损失的开源数据,TB2摧毁了15个防空系统,包括俄罗斯先进的Pantsir-S1(SA-22 Greyhound)和Buk-M2(SA-17 Grizzly)——以及几门火炮和后勤设备。
TB2的成功部分原因在于俄罗斯在冲突初期移动近程和中程防空系统部署的动作过于缓慢。然而,俄罗斯对抗乌克兰无人机的能力正在提高。就在俄罗斯发动首次攻击几周后,俄军开始全面投入其防空和电子战能力,使其得以大量击落乌克兰的TB2。
图1 土耳其TB2无人机
(2)俄罗斯对中大型无人机的使用
目前为止,俄罗斯使用MALE UAS的影响较小。首先,俄罗斯的平台数量有限。事实上,在2022年进攻开始时,其作战MALE UAS机群包括一些国产的“海盗”(Korsar)和“猎户座”(Inokhodets)系统,以及更多的“前哨”(Forpost-R)无人机——以色列IAI Searcher Mk II的授权复制版。2022年下半年,俄罗斯还从伊朗接收了数量不详的“迁徙者”(Mohajer)-6多用途无人机,但其作战影响仍难以量化。
与TB2类似,这些俄罗斯和伊朗平台的运行范围为200至300公里,并配有配套地面中继设备。它们还可以携带一系列制导和非制导弹药,包括Kab-20和Qaem-5轻型精确制导弹药(PGM)、“短号”9M113FM-3导弹的空射版Kh-BPLA、以及更重的Kab-50制导/非制导炸弹。
阻碍俄罗斯成功使用MALE UAS的第二个因素是缺乏在高强度环境下使用中大型无人机的作战经验,这在一定程度上是无人机数量有限的“副产品”。事实上,尽管俄罗斯至少从2008年起就对无人机技术进行了大量投资,但从未实现大规模MALE UAS生产。由此造成MALE UAS数量有限,进而造成这些系统与俄罗斯军队的整合度极低,部队训练和熟悉这些系统的机会很少,也无法制定建制条令或成熟的作战概念。
第三,直到最近,俄军高层一直对无人机系统持怀疑态度,这可能阻碍了这些具有打击能力的无人机的整合。这种怀疑很大程度上源于制度上的忽视,而不是技术上的差距。俄罗斯军方过分强调ISR系统而忽视了武装无人机系统的发展,但也在根据近期冲突中关于无人机系统火力价值的经验教训缓慢进行调整。
2.2 小型军用和商用无人机
廉价的小型商用无人机已成为乌克兰和俄罗斯在持续冲突中的主要装备。双方都部署了小型商用旋翼无人机,其中大部分是通过众筹采购的。这些无人机在前线随处可见,并凭借全动态视频馈送和夜间作战热成像功能,为炮兵部队提供重要的实时ISR、战损评估和火力修正能力。
使用大量小型廉价无人机通常可以弥补其续航能力有限以及易受电子战和轻武器火力攻击的弱点。俄罗斯和乌克兰已将这些无人机武器化,利用它们投掷各种尾翼稳定弹药或将它们作为简易第一人称视角(FPV)自杀式无人机来攻击设备和人员,效果显著。
FPV无人机使用手持控制器和头戴式装置进行操控,头戴式装置可显示无人机机头摄像头的实时视频,与其他商用四轴飞行器相比,这种无人机更便宜、更快,操作更容易,并且能进行超视距攻击(例如在掩体后和隐蔽处、战壕中、建筑物中)。
例如,乌克兰制造的“野黄蜂”(Wild Hornet)FPV无人机价格仅为400美元,该无人机具有较大有效载荷,并且其航程和信号频率可以定制。这意味着该无人机系统对电子战的抵抗能力更强,并且可以配备更多弹药,包括用于特定反坦克任务的火箭推进式榴弹。由于成本效益高和航程远,它们已迅速成为关键武器,甚至能以数百美元的代价摧毁俄罗斯T90等最现代化的主战坦克。
最近几个月,乌克兰FPV无人机对俄罗斯部队和关键系统(例如装甲、战车、火炮)的攻击激增,并取得了重大成果。此外,乌克兰现在正在推出一种新型人工智能驱动的FPV攻击无人机(称为“猎隼侦察兵”(Saker Scout))。据报道,无论白天还是晚上,即使是隐蔽的情况下,它都能自主检测并精确定位敌方装备坐标,并且还可以以集群方式运行。如果得到证实,这将是在冲突中部署自主系统的一个重要里程碑。
俄罗斯军队正在模仿他们的对手,通过众筹和私人捐赠来增加FPV无人机的使用和生产。近几个月来,俄罗斯在前线部署了更多无人机,以改善态势感知及其炮火的准确性和速度。
总体而言,在乌克兰战场,商用无人机补充并通常取代了俄罗斯“海鹰”-10(Orlan-10)、乌克兰“鲨鱼”(Shark)和“莱莱卡”-100(Leleka-100)等其他小型军用级无人机的工作,尽管它们缺乏激光标记和测距等关键瞄准能力。然而,这些商用无人机在高度拒止和电子战饱和环境中的脆弱性意味着其平均寿命很少超过几天。
(1)乌克兰对小型商用无人机的使用
乌克兰战场上,乌方利用了众多私营部门的技术和支持。例如SpaceX的“星链”系统成为GPS严重受限环境中使用无人机系统的关键要素。此外,无人机还与基于云的综合态势感知数字地图Delta、炮兵GIS Arta和基于安卓的Kropyva等多种工具结合使用,这些工具极大加快了乌克兰的目标确定过程,提高了及时性和有效性。在政府共享的战场技术数据的支持下,乌克兰制造商和程序员还在开发人工智能解决方案,使小型无人机即使在失去通信的情况下也能攻击其识别的目标。
由于小型商用无人机的出现,乌克兰下至排级部队都可以获得持续战术ISR支持,这意味着更好的态势感知、与附近部队更好的协调以及更准确的炮兵支援等优势。更好的态势感知可以用来抓住机会,而建制ISR能力可以让小型部队即使在通信中断时也能保持相当程度的作战灵活性。也许最重要的是,小型无人机发挥的巨大作用正在促使乌克兰军事力量结构进行前所未有的改革,包括:
· 创建一支成熟的“无人机大军”,它由60个新型攻击无人机中队组成,每个旅至少组建一个,由不同的参谋和指挥官领导;
· 对国家军事条令进行更新,充分利用无人机的军事潜力;
· 建立新机构,例如在乌克兰国防部内部成立了一个新委员会,负责协调无人机系统采购和供应。
(2)俄罗斯在商用无人机方面的经验
相比之下,俄罗斯对商用无人机技术的态度似乎更加被动,并且适应缓慢,这也是导致其无人机领域相对于竞争对手发展迟缓的原因。尽管俄罗斯军队已普遍使用小型商用四轴飞行器,并在采取措施解决部队长期缺乏军用级战术无人机的问题,但其整合新型无人机的热情和行动仍然有限,特别是在高级军官层面。
俄罗斯军队在商业无人机参与作战方面的试验经常受阻,其重要性往往被忽视。一个值得注意的例外是斯巴达营,它采用了商业无人机技术并在其行动中广泛使用无人机。尽管俄罗斯在过去几个月大幅扩大了无人机生产规模,但士兵们往往会购买自己的无人机,而不是依赖军用供给。
2.3 巡飞弹
巡飞弹是在俄乌和其他近期冲突中出现的另一种突出的空中能力。它是将导弹的可消耗性与无人机的先进瞄准和传感器能力以及更长续航时间结合起来。
巡飞弹可被看做是一种智能导弹,它不像传统对地攻击导弹那样通过预先计划的路线瞄准预定目标,而是利用多光谱传感器和节能推进装置在广阔区域内巡航搜索目标。
巡飞弹的一个关键优势是它们能够通过将传感和打击能力整合在一个平台上来压缩和简化传感器到射手周期。这确保了目标捕获和交战之间的时间循环最短,从而使这些平台成为打击时间关键目标和机会目标的理想资产,同时还能提供持久ISR。
可用弹头的多样性和巡飞弹的低电磁及声学特征使其能够执行广泛的任务,包括压制和摧毁敌方防空系统。目前为止,现有证据表明这些系统主要采用“人在环路中”控制方式,尽管一些平台包含人工智能目标选择和导航等自主功能。自主性(包括集群能力)将在不久的将来成为这些武器一个更加突出的特征。
(1)俄罗斯对巡飞弹的使用
俄罗斯迄今为止已展示了卓越的巡飞弹能力,他们使用了自己的Kub和“柳叶刀”-3(Lancet-3)、伊朗制造的“沙希德”-136(Shahed-136)和131等巡飞弹。现有证据显示,短程、轻装的Kub战果好坏参半,而作战范围40公里、续航时间40分钟的“柳叶刀”-3已成为对乌军、特别是乌克兰炮兵部队的极大威胁。俄罗斯部署“柳叶刀”执行反炮兵火力任务以及打击前线沿线和战术纵深的时间关键目标。
图2 “柳叶刀”-3巡飞弹
尽管“柳叶刀”-3具有光电制导和巡飞特性,俄罗斯军队通常还是将其与“海鹰”-10和Zala ISR无人机一起使用,可能是想最大限度提高发现机会,并在“柳叶刀”攻击后进行独立、准确的战损评估。据生产商称,“柳叶刀”-3可以作为一个完全自主系统运行,具有人工智能导航以及自主目标捕获和攻击能力。这减少了与操作员之间的数据和导航链接需求,并使“柳叶刀”-3对某些电子战技术(例如干扰、欺骗)更具韧性,这也是这种武器取得巨大成功的原因。
俄罗斯还部署了大量伊朗三角翼“沙希德”-136和轻型“沙希德”-131。这些平台更像是螺旋桨动力低速导弹而不是巡飞弹,因为它们缺乏光电传感器,并且依赖全球导航卫星系统(GNSS)和惯性导航系统(INS)组合制导套件来打击预先选定的固定目标。俄罗斯军队使用“沙希德”攻击电力基础设施和军事设施,取得了良好效果。“沙希德”的雷达截面较小且速度较慢,使其更难以被远距离探测,特别是对于地面雷达而言。同时,由于比较廉价,并且集成了抗干扰防欺骗GNSS接收方向图受控天线,“沙希德”能够在GNSS拒止环境中使用。
(2)乌克兰正在缩小巡飞弹差距
乌克兰正在迅速缩小与俄罗斯在巡飞弹方面的差距。到目前为止,乌军主要依赖外国系统,包括美国制造的“凤凰幽灵”(Phoenix Ghost)、“阿特斯”-600(Altius-600)、“弹簧刀”-300(Switchblade-300)和600,以及波兰公司WB Group的“战友”(Warmate)。乌克兰部队现在正在接收其国产平台,例如由乌克兰CDET公司生产的RAM II,该平台基于“莱莱卡”-100无人机系统,运行范围30公里,并使用一种3公斤的多型弹头。RAM II与“柳叶刀”-3大致相当,已在对抗俄罗斯移动防空系统和其他军用设备方面取得了一些成功。
3 对北约的启示
俄乌冲突中无人机的使用,在有关无人机技术可能发展轨迹以及无人机在未来军事行动中将发挥的作用方面为北约提供了重要经验教训。
透明战场上存在着生存挑战和突然性因素。无人机对战场的广泛监视及其与精确火力的结合对从前线到后方所有作战人员的生存能力带来了前所未有的挑战。这对于机动作战、部队生存能力和设计、以及与对等对手的陆地作战的整体实施都有巨大影响。
基于无人机系统的新型目标瞄准网络已经出现。将无人机和精确火力融合到全数字化C4ISR架构中,将实时态势感知与精确火力能力相结合,可大大加快目标瞄准周期,从而得以对具有破坏性影响的目标实施快速、准确的打击。如前所述,在乌克兰,小型商业和军用级无人机向GIS Arta和Kropyva等用户友好的态势感知软件提供数据,将目标识别和距离最近的炮兵部队实施打击之间的时间缩短到几分钟。分布式、韧性、可扩展的C4ISR架构将多个ISR源与指控和火力平台相融合,对于保持制信息权和缩短杀伤链至关重要。
无处不在的小型军用和商用无人机构成严重威胁。无人机的使用超出了传统的情报、监视、目标捕获和侦察(ISTAR)任务范围,涵盖小型弹药打击、巡飞弹、战损评估和战术范围内的自杀式任务。小型无人机造成的普遍威胁会增加前线部队的压力(需要极大提高警惕性以及针对来自上空或任何所暴露侧翼的威胁进行防护),并随着时间的推移降低准备不足部队的战斗力。正如俄乌冲突所证明的那样,武器化商业现货无人机在人员伤亡和设备毁坏方面累积性的、极具成本效益的影响可能巨大,不应被低估。
数量本身就具有质量。各类无人机在对抗环境中的高损耗率说明需要将大量无人机(尽可能是廉价且可消耗的)纳入所有梯队的战术和作战ISR,并拥有对其进行大规模替换的工业能力和资源。无人机近期发展的是应对各种动能和非动能威胁的自我防护能力,并且很可能会被用于提高更昂贵和能力更强的无人机的生存能力。对消耗性中小型无人机以及高端中高空长航时无人机组合的平衡投资对于解决它们对现代分层防空系统的脆弱性非常重要。
随着民用技术和创新不断外溢到军事领域,私营部门已成为国防和国家安全事务中的重要参与者和关键利益相关者。大规模利用创新以及快速获取、集成和熟练运用新技术的能力是现代战争取得成功的关键。除了充足的资源,这种能力和敏捷性还取决于制度和官僚体制是否足以灵活应对新技术的试验和快速适应、获取和整合。
无人机本身并不能改变游戏规则。尽管无人机系统被大肆宣传,但它们的有效性取决于其能否融入更广泛的军事生态系统,该生态系统以相互支持和赋能的能力为中心,包括联合兵种编队,电子战、网络和太空能力,C4ISR(包括多学科情报),以及海军和空军能力(取决于相关无人机类型)。
无人机系统成群部署时会构成更大威胁,包括与其他类型的无人机系统和有人系统一起部署。通过采用纯粹大规模、协作或蜂群战术,无人机系统可以压倒传统防空系统并迅速改变其成本效益比,暴露其位置,并为使用更多武器和资产铺平道路。对无人机群和蜂群进行防御不仅需要经济有效的对抗措施,还需要对无数威胁同时进行快速检测、跟踪和拦截所需的计算和处理能力。
有人和无人系统组合使用尚未在战斗中进行测试,军方正在从概念和能力开发方面对人机编队进行广泛试验。人机编队有望显著增强部队的进攻和防御能力,但其潜力的充分发挥也需要推进数据和网络架构、培训和领导层的发展。
反无人机系统对于所有域和所有梯队都至关重要。随着战场上的无人机(包括巡飞弹)变得更便宜、可消耗性更强、能力更强、数量更多,使用传统防空系统对抗它们在技术上越来越不可行,成本效益也越来越低。因此,被动(隐蔽、严守电磁纪律、分散、布网)和主动对抗措施相结合对于应对无人机和其他智能弹药十分重要。理想情况下,主动对抗措施必须包括传统动能武器(包括高射炮)和非动能手段(如电子战、定向能武器和其他无人机)的分层组合。另外,反无人机迫切需要更具成本效益的解决方案。用价值百万美元的导弹拦截价值数百美元的武器化四轴飞行器甚至价值4万美元的“沙希德”,即不高效也不可持续。因此,未来反无人机能力面临双重挑战:1)使拦截成本曲线有利于防御者;2)在击败大量不同类型无人机同时攻击时保持高成功率。
无人机的作用和任务正在不断扩展。除了传统的ISR、目标瞄准和打击功能外,作战无人机还扩展了对敌防空压制/对敌防空摧毁(SEAD/DEAD)、近距离空中支援、空对空交战,甚至空战等任务选项。配备远程空对空和空对地弹药、隐身性能更强的下一代无人机将能够单独或与有人驾驶飞机密切合作,穿透敌方空域并执行反空袭、电子战支援、护航和纵深拦截任务。此外,无人机系统还将执行补给和空中加油任务,提供先进的战术数据链中继,改进反潜战,并释放其他无人机和巡飞弹。最后,传感、计算(机载和云)、人工智能、激光和下一代网络等其他技术进步将进一步扩大无人机在C4ISR、防空和导弹防御以及目标瞄准中的作用。
4 北约无人机发展面临的挑战
当前,北约面临的一些挑战阻碍了其无人机能力的发展,其中包括互操作性有限、关键能力差距、平台生存能力不足、情报处理限制等。
(1)互操作性
从军事角度来看,互操作性可以说是北约面临的最大挑战。互操作性影响整个无人机系统架构,包括人员培训、通信协议、数据交换格式、作战概念,并最终影响情报和目标瞄准数据在多国联合部队中的快速分发。
为了解决互操作性问题,北约已批准了标准化协议(STANAG)4586,旨在实现地面部分(即地面控制站)、空中部分(无人飞行器)以及在北约合成/联合环境中运行的传统和未来无人机的C4I部分。STANAG 4586还确定了无人机和操作员之间不同级别的互操作性,并规定了无人机中需要符合特定要求才能与各种其他无人机、其有效载荷及不同C4I系统进行交互的部分。
此STANAG虽然很重要,但仅遵守它并不能确保不同无人机之间完全互操作,因为它“没有解决平台和/或传感器操作员的熟练程度,也没有定义必要的作战概念。”事实上,北约使用不同的专利平台和传感器意味着需要定制培训和特定人员技能,这使得北约协调无人机系统能力和提高互操作性的工作进一步复杂化。
在现阶段,缺乏充分的互操作性对无人机在北约联合行动中的使用产生了巨大影响。不同成员国的操作员和特定无人机无法以高强度环境下所需的速度和熟练程度与C4I节点交互和通信。为此,北约开发了一些技术来避免这一问题。例如,通用原子公司和西班牙Sener Aerospace公司开发了一种可定制且可国际出口的“北约吊舱”,允许操作国在MQ-9系列无人机上即插即用主权、跨域传感器和有效载荷,该型无人机从中期来看可能会成为北约国家中空长航时无人机机群的主力。
北约无人机系统联合能力小组(JCG-UAS)目前正在为地面控制站与其他域中多种无人系统之间的数据链路制定新标准(STANAG 4817),以实现多域作战。此外,JCG-UAS正在支持实施远程驾驶飞机战备计划(R2i),这是一项以作战为重点的战略,旨在根据北约无人机政策,促进各国自有与北约共有无人机的整合及作战效果。
最后,互操作性依赖于实现共同条令和概念。北约没有专门针对无人机和反无人机应用的联合出版物,也很少有国家拥有此类联合条令出版物。随着无人机技术的成熟以及北约重点转向多域作战,需要进一步采取行动定义北约联合无人机和反无人机条令和概念。
(2)无人机系统能力差距
尽管北约将自主性作为新兴和颠覆性技术的优先重点,但北约各国在提高无人机能力上所做的工作差异很大,并且主要由国家优先事项驱动。
北约无人机能力目前存在数量缺陷和一些特定能力的缺乏。数量缺陷主要是指北约目前拥有的无人机数量不足,特别是一类和二类无人机。特定能力的缺乏主要指缺乏具有作战能力的系统、远程全天候情报、监视、目标捕获和雷达(ISTAR)传感器及电子战有效载荷等。
· 数量缺陷
从数量上看,北约盟国的三类无人机能力正在增强,但结构分布仍不平衡。虽然美国和土耳其拥有大量三类无人机,但大多数盟国仅拥有数量有限的中空和高空长航时无人机,主要是MQ-9。许多国家没有这方面的能力。如果北约在可预见的未来卷入冲突,这些国家将无法向北约提供三类无人机,而必须依赖集体资产或其他国家的平台。
考虑到目前服役的大多数大型无人机在现代防空系统中的脆弱性及其潜在高损耗率,目前在北约盟国服役的无人机数量未达到高强度冲突的实际基线。
数量缺陷尤其体现在一类和二类无人机上。正如俄乌冲突所证明的那样,高强度场景对用于ISR的中小型无人机的可用性要求和高损耗率表明,大多数北约盟国的库存不足。数千架一类和数百架二类无人机似乎是维持仅仅几周战斗的最低基线。
· 特定能力缺乏
目前整个北约都存在武装无人机的结构性缺乏。少数例外是美国、英国、法国、意大利和土耳其。德国、波兰和荷兰等其他国家也将很快开展其中空长航时无人机的武器化工作。更多盟友可能会效仿。正如最近的许多冲突所表明的那样,武装无人机在增强或补充直接和间接火力方面提供了很大灵活性。随着无人机系统能力的提高,其任务范围也可能会扩大。
随着北约逐渐采用以数据和信息优势为中心、以更短杀伤链和极快节奏作战为特征的多域作战方法,武装无人机对于作战的重要性将进一步增强。
在类似场景中,需要的关键能力包括配备超视距冗余通信和数据链、以及综合传感器和能力的超长航时低可观测性无人机平台。具体来说,这些能力有:远程ISTAR有效载荷,包括SAR、海上广域搜索雷达和地面移动目标指示器(GMTI)功能,以提供高质量实时情报和监视;远程电子战;针对空中和地面目标的精确打击弹药。北约目前的无人机系统在这些能力上有所欠缺。
例如,目前北约“联盟地面监视”(AGS)系统无人机没有光电/红外传感器功能。添加此类功能将显着提高无人机的任务多样性和收集能力。考虑到综合传感器有效载荷在尺寸、重量和性能方面的特点,中大型无人机仍然是其首选集成平台。因此,二类和三类无人机的缺乏大大缩小了在高强度场景中部署类似能力的选择范围。
(3)自主性
无人机纳入机载自主性,可以抵消敌方电子战造成的通信和数据传输等问题,这是北约面临的另一关键挑战。虽然北约致力于进一步完善其最近发布的自主技术利用和开发政策框架,但并非所有北约盟国都理解这样做的优势或紧迫性。
事实上,自主性的关键挑战不仅在于技术本身,还在于建立必要的机制,使北约能够比竞争对手更快测试、采用和推出新解决方案。在这方面,新技术的横向传播可以由自下而上(包括来自民用领域)的创新项目来推动,但需要一个具有渗透性和灵活性的顶层结构,以使此类创新能够被所有北约联盟部队吸收和共享。
(4)感知与规避
除了自主性之外,标准化感知与规避(SAA)技术在无人机上的大规模集成也是北约面临的一项重大挑战。由于驾驶舱内没有飞行员,无人机在飞行过程中必须满足SAA规定和要求。整个北约使用的不同无人机和专有传感器使实现这一目标异常复杂。
事实上,SAA能力以及机载防撞系统(ACAS)等补充技术对于在北约成员国空域和责任区内使用无人机系统至关重要。
2018年,北约批准了第一份无人机感知与规避标准文件。该文件为开发SAA技术的共同方法奠定了基础,目的是进一步改善军用无人机与民用空域的融合,并实现北约目标,即在多国、非隔离空域进行与现有有人驾驶飞机行动相当的、不受限制的无人机行动。
(5)太空域
北约太空域的严重缺陷也值得注意。鉴于空间技术的先进性和高成本特性,只有少数北约国家拥有自己的空间能力。这意味着并不是所有成员国都能为无人机行动提供必要支持的天基情报产品——从地理情报到通信情报。例如,目前有11个北约国家没有专用在轨军事资产,即卫星。
要使天基ISR能够迅速为无人机系统作战提供支持,需要高速和安全的连接。缺乏这种连接可能会限制无人机行动的整体有效性,特别是在对抗环境中,快速提供全面情报对于成功至关重要。
北约正在通过“联盟空间持续监视”计划使各成员国能够访问和共享天基情报,这将极大改善北约空间能力和整体C4ISR架构。然而,空间域的集体差距还需要各国在政策改革方面共同努力,以消除情报共享的国家障碍,并建立必要的基础设施来消化北约联盟提供的新情报产品,同时有效促进北约的联合处理、利用、分发(PED)进程。
(6)反无人机能力
北约反无人机政策、概念和能力发展主要集中在低强度冲突中小型无人机(一类微型无人机)对抗上。北约长期以来一直将反无人机作为关键的反恐或恐怖主义防御能力,以保护人员、资产和关键基础设施。
随着最近冲突中无人机使用规模(在数量和尺寸方面)不断扩大,以及潜在竞争对手无人机技术的进步,北约意识到必须提高针对无人机的防御能力。
在这一方面,北约必须应对与反无人机系统相关的多项挑战:
首先,北约尚未批准反无人机作战的联合条令,繁琐的采购流程也阻碍了北约和各盟国获取反无人机能力。
其次,技术和操作问题阻碍了通用反无人机架构的发展。技术问题包括反无人机技术与快速发展的威胁(尤其是大规模集群攻击)之间的差距。演习证明,要击败大规模协同攻击,即使不是不可能,也是非常困难的。操作问题包括将反无人机纳入防空生态系统,定义适当的作战概念和交战规则,以及明确定义反无人机规则以解决其防空和部队防护双重功能的问题。北约正在努力定义一个通用反无人机架构,旨在为指挥控制、传感器和效应器之间的通信提供明确的指导方针,并将这些信息有效整合到更广泛的联盟防空和导弹防御网络以及民用空中交通管理系统中。
为此,英国开发的一项通信标准可以为北约提供解决方案。英国开发的SAPIENT接口可用于反无人机内部通信(即指挥控制、传感器和效应器之间)以及Link-16和Asterix等其他加密系统(这两种系统分别用于与防空和民用空中交通管理进行交互)。该架构已经在北约技术互操作性演习(TIE)中进行了测试。
目前,自动化和自主能力的大规模集成受到北约成员数据整理、共享、存储和分析能力的限制。基于人工智能的多传感器融合能力可以组合和分析大量数据并可实现自主检测,从而减轻人类操作员负担。人工智能可能会改变游戏规则,尤其是针对集群攻击。例如,美国Anduril公司率先推出了一种分层的人工智能驱动反无人机能力,它将多个传感器和效应器组合成一个可扩展的开放式操作系统,以极高的速度进行自主检测、跟踪和威胁指示。最近,美国陆军第39特遣部队测试了一款名为“CARPE Dronvm”的人工智能驱动手机应用程序,该应用程序使用图片来识别近距离无人机并确定其飞行路径,向附近友军发送实时通知并提高其态势感知能力。
鉴于廉价、可消耗无人机和巡飞弹的激增,单次拦截成本曲线可以说是反无人机系统面临的主要挑战之一。无人机抵御电子战攻击能力的不断增强使这种不利的成本曲线变得更加复杂,通常不得不使用相对昂贵的动能拦截器。
定向能武器(即激光和高功率微波)的逐步引入有望彻底改变反无人机系统并使其更具性价比。由于其后勤需求极小,因此每次射击成本更低,系统生命周期成本更便宜。然而,定向能武器只是反无人机解决方案的一部分,成熟度还处于初期,并受到大气因素的挑战。此外,它们冷却需求相当高,需要在功率和紧凑性之间进行权衡。
(7)生存性
由于在设计上牺牲了机动性和速度来换取最大续航时间、航程和能效,目前北约国家服役的大多数大中型无人机都易被敌防空系统发现和跟踪,在面对对等和近对等对手时可能会遭受巨大损失。
通用原子公司为MQ-9系列开发的自我保护吊舱(SPP)包括雷达和红外导弹威胁探测装置以及箔条和曳光弹投放器,可提供全谱感知和对抗措施,从而提高系统在对抗环境中的生存能力。然而,SPP技术受相关政策制约,目前北约盟国无法使用。随着MQ-9成为许多北约成员国无人机队的核心,可能会出口类似技术,或者放宽相关政策。
图3 MQ-9无人机
与大型系统一样,小型无人机的数据链和操作员分别易受电子战和动能攻击的影响。小型无人机通常在战术和作战范围内运行,其自我保护能力仅限于安装抗干扰和抗电子战部件,没有反导弹对抗措施。但由于成本较低,在数量和可消耗性上的限制较少,从而抵消了上述局限性。
总体而言,模块化和内置自我保护功能对于当前和未来无人机在高强度场景下运行至关重要。其中包括针对网络威胁的整体网络安全解决方案,以及为确保可靠性和防止来自有问题供应链的潜在修改部件而设置的冗余层。
地面部分和控制单元的脆弱性也同样重要。网络节点、不同传输链路和软件组件易受电子战和网络域攻击,而靠近或位于作战区域的地面控制站和支持基础设施也是动能打击的潜在目标。这些漏洞需要在冗余和安全通信协议、电磁频谱纪律、分散性和隐蔽性方面采取适当对策来应对。
(8)任务分配、收集、处理、利用和分发(TCPED)周期
北约认为,未来战争中,随着数据数量和复杂性的稳步上升,必须能够通过联合TCPED流程快速、大规模收集、分析、利用和共享联合情报。然而这一流程目前的运行水平低于其潜力,并且缺乏战略和作战需求。
为充分发挥北约TCPED的潜力,需要解决两方面的问题:一是各盟国分享情报的意愿,二是北约处理和利用情报的能力。
为促进盟国之间的情报共享,北约AGS部队正在加强与国家ISR实体合作,开发一个强大的联合数据共享和通信网络,以弥合各盟国的情报差距。
在情报处理方面,北约已认识到,人工智能作为以数据为中心的流程中的战斗倍增器十分重要。人工智能使北约分析人员能够实时或近实时对相关无人机数据进行筛选和排序,根据无人机数据馈送或共享方式以及人工智能工具在数据架构中的位置进行提示、融合和处理。人工智能还可以被引入北约或国家无人机系统,以改善战术边缘的实时态势感知、决策和行动。
数字化、网络带宽和延迟相关技术缺陷也限制了北约和国家TCPED流程的速度和容量。这些问题不可避免与单个成员国及整个北约的数字化工作(或缺乏数字化工作)相关。北约正在进行的数字化转型运动将解决这些技术缺陷,但成功需要时间、资源和持续的政治承诺。
就北约AGS部队(NAGSF)而言,从RQ-4D“凤凰”无人机(RQ-4B“全球鹰”的北约版)传感器到PED分队的作战数据实时传输是另一技术限制,其通信能力和安全保障不到位。图像分析只能在作战结束后将图像下载下来进行。从其他平台获取ISR产品的速度也可能很慢。
例如,在北约最近一次演习中,NAGSF PED分队花了两个半小时从U2侦察机接收图像并识别潜在目标,而目标是在45分钟内完成。据NAGSF指挥官称,这一时间现已降至30分钟。在与对等对手的冲突中,需要进一步压缩(如果无法近实时实现)TCPED流程,才能从战略到战术层面保持对对手的决定性优势。
5 对北约增强无人机和反无人机能力的建议
为使北约及盟国充分利用未来无人机战的潜力并做好准备,该报告提出以下建议:
首先,北约必须根据最近冲突的经验教训、正在进行的技术发展以及预期的未来威胁和挑战,明确评估无人机和反无人机能力要求。
其次,无人机和反无人机能力开发和政策制定必须以规模和互操作性需求以及多域作战的必要要求为指导。
第三,必须增强人工智能工具、数据架构、通信网络、以及网络和空间能力及服务等赋能能力。
第四,北约和各个盟国应利用正在进行的重大创新,同时改进作战实验和采购流程。
第五,北约应完善或建立联合联盟条令、作战概念以及技术、战术和程序(TTP),以涵盖无人机系统的新用途和扩展用途、以及反无人机系统日益增长的重要性。
第六,无人机和反无人机能力融入北约和各国部队都需要特别关注人力资源开发。
6 结语
俄乌冲突和最近的其他冲突已经证实,无人机系统及其防御能力是从和平时期到危机和冲突期间多兵种联合作战、多域作战和国防能力的重要组成部分。
无人机和反无人机系统的作用将在未来军事行动中呈指数级扩展。这一趋势的推动因素包括成本下降、航程、续航能力、传感器和武器方面性能的提升、人工智能、数据和网络架构、网络和空间相关赋能能力的提高,以及私营部门前所未有的关注和支持。
近期或未来出现的新能力可使无人机实现新应用和新任务,例如与有人系统编队、以协作群体或蜂群的形式运行以及执行历史上由有人系统执行的空中任务(近距离空中支援、武装侦察、拦截、电子战攻击、对敌防空压制、通信中继、甚至补给和加油)。
北约现在拥有一个难得的机会来重新调整其无人机和反无人机技术方法,纳入增强的无人机和反无人机能力、更好的互操作性、新条令和新概念,以实现多域作战。这将有助于确保北约在面对未来威胁和挑战时具有决定性的军事优势和技术优势。
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