2023年国外军用无人机领域发展综述

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发布时间:2024-08-08 19:12

2023年,大国竞争愈演愈烈,局部冲突持续升级。在经历过俄乌冲突和巴以冲突的实战检验后,无人机进一步加快了向主战装备迈进的步伐。在智能化无人协同作战趋势引领下,依托美国防部提出的“复制者”计划和美空军的“协同作战飞机”(CCA)项目,美军在2023年加速推进无人作战装备大规模部署应用和有人无人协同作战能力发展。美军在2023年更加重视无人机系统的自主能力建设,加强利用人工智能技术提升无人蜂群和无人僚机的自主作战能力,以此构建可应对未来强对抗环境的智能化无人作战体系,同时积极推动对现有可执行作战任务的无人机与中低轨卫星通信系统的融合,构建无人机高带宽、低延迟韧性抗干扰通信网络。与此同时,更多国家在2023年开始利用无人装备与“巡飞弹”组成的新型组合,探索未来无人多域协同作战模式。

1 美国防部推出“复制者”计划,发力推动无人作战装备大规模部署应用

当前美军作战仍然以传统的大型、精密和昂贵装备平台为主力,但在未来战争中,对手装备规模与质量可能接近或者超过美军。美军计划推动装备创新式运用,加速传统装备向小型化、智能化、低成本化转变。为此,美国国防部副部长凯瑟琳•希克斯在2023年8月举行的国防工业协会新兴技术会议上首次披露了“复制者”(Replicator)计划。该计划将在18至24个月内生产并部署数千个具有“小型、智能、低成本和多样化”特点的可消耗型无人自主平台,利用人工智能算法提升其性能,目的是以大量小型智能低成本自主平台来应对大国竞争对手的规模化和多样化反介入/区域拒止(A2/AD)能力,强化在亚太地区的军事优势。“复制者”计划将形成一种快速装备无人作战平台的决策机制,借助成熟的技术与产品,降低成本,缩短开发周期,实现快速生产与部署。

“复制者”计划中的自主系统装备包括但不限于高空长航时无人机、无人车、蜂群无人机等。可消耗自主系统的发展目前已涵盖多个领域,从“无人机到自主水面舰艇”。“复制者”计划将继续推动这种发展趋势,“复制者”计划不仅局限于空战领域,而是包含了所有军种和作战域。“复制者”计划除了降低成本外,还有其他重要优势。这些自主平台可以更接近战术前沿生产,并可以以非常规方式使用。它们具备韧性分布式系统能力,在拒止、降级、间歇或者带宽有限(DDIL)环境仍能使用。

美国防部各分支机构也纷纷采取行动,积极推进这一计划的实施。美国海军部长宣布将成立“颠覆性能力办公室”,加速推进“复制者”计划。美国防创新单元(DIU)计划在未来几个月内举办一次技术峰会,以加强与美国防部“复制者”计划候选供应商的接触。峰会定于2024年初举行,旨在向业界介绍“复制者”计划流程的最新情况,并就美国防部的计划征求反馈意见。美国防部高级研究计划局(DARPA)则针对“复制者”计划时间周期短,研发生产任务紧迫,现有及在研军用无人机难以满足其快速部署要求的情况,发布了“快速实验性任务自主”(REMA)项目招标书,计划将通过技术创新,使商用无人机能快速响应作战需求变化,实现动态战场环境中的灵活性和速度优势,此项目将开发一种通用自主软件,使商用无人机在电磁干扰和通信中断条件下仍能自主执行预定任务。

“复制者”计划是对美军无人作战系统发展进行的一次重大突破与创新。美军当前的无人作战系统还存在着诸多问题,例如缺乏统一标准和接口、缺乏有效的协同和互操作能力、缺乏足够的自主性和灵活性等。这些问题导致美军无人作战系统的性能和效率不高,也增加了美军指挥员和操作员的负担和风险。通过“复制者”计划,美军希望能够打造一种全新的无人作战系统架构,使得美军无人作战系统具有更高水平的自主性、协同性、适应性和可信性,这将极大提升美军无人作战系统的能力和效果,并为其未来多域联合作战奠定坚实的基础。

2 低成本智能化无人蜂群作战概念备受关注,重点聚焦蜂群自主控制技术开发和蜂群系统演示验证

无人蜂群作战概念是在美国国防预算受限的大背景下提出的,旨在将高价值、高性能的空中作战系统分解成数量庞大的小型低成本无人机作战系统,通过信息网络技术和人工智能技术,使这些无人机作战平台具备自主决策和群体智能行为能力,以整体作战能力遂行各种任务。美军近年来提出了多个无人蜂群项目,如进攻性蜂群战术(OFFSET)项目和“小精灵”项目,并开展了大量演示验证活动,在蜂群作战上已经取得了诸多成果。2023年,在明确了近期作战需求后并受俄乌冲突中无人机作战应用的启发,美军期望推动美军无人系统装备的创新运用,使无人系统装备向小型化、智能化、低成本化转变,最终促成无人蜂群的大规模部署。蜂群自主控制技术是实现蜂群作战的关键和前提。2023年,美国和英国将蜂群作战的重要研究方向放在研发能够实现蜂群自主控制的软件产品,法国和澳大利亚则选择独立或者与英美联合开展无人蜂群作战能力的演示验证工作,促进无人蜂群的作战运用模式不断创新。

2.1

美英聚焦无人蜂群自主能力发展,演示多款蜂群自主控制产品

根据无人蜂群作战概念的设想,未来无人机蜂群将在人工智能技术的辅助下,拥有高度自主控制、自主决策能力,具备完成战场态势的自主分析、作战任务的自主规划、自动化的指挥控制及集群智能。2023年,美英两国推出多款无人蜂群自主控制软件产品,以应对低成本可消耗无人蜂群在强对抗环境中运行时其数据链可能易受敌方干扰和其他反制措施影响的情况。

(1)美空军演示V-BAT无人机蜂群自主控制技术,推动多智能体自主协同系统部署

2023年8月,美空军创新中心(AFWERX)利用3架配备“蜂巢思维”(Hivemind)人工智能系统的V-Bat 128垂直起降无人机,成功演示了对模拟野火场景的自主监测、识别、定位与报告。此次演示展示了多智能体自主协同能力,将推动2024年美空军对该人工智能系统的部署。

演示中,“蜂巢思维”人工智能系统控制V-Bat 128无人机前往指定区域侦察监测模拟野火情况,进行野火地点的识别、定位,侦察火灾周围情况并回报。“蜂巢思维”人工智能系统由美国防初创企业Shield AI公司开发,可在通信或GPS拒止环境下,通过融合传感器数据创建战场态势图,利用智能算法进行任务规划,了解战场态势并做出反应,实现自主执行任务,具备高度边缘自主能力;采用模块化开放系统架构,可快速集成到不同平台并接受训练,执行一体化防空系统突防、区域侦察、制空、超视距打击、海域感知和通信对抗等众多任务。该系统由3个核心模块组成:1)在战场边缘环境中运行的软件模块,实现感知、理解和行动功能;2)交互式人机界面,支持作战人员输入行动意图,以及进行任务重新分配;3)配置和测试工具,以支持在各种异构平台部署和分析。

利用人工智能软件,V-BAT无人机将在2024年初具备蜂群能力,由3到4架V-BAT无人机组成的机群将投入使用。2024年底,蜂群中无人机数量将由6架增至10架,到2025年,由15架以上无人机组成的蜂群可作为“高度协调的智能团队,在GPS和通信拒止的边缘地区执行作战任务”。

(2)英国推出“蜂群核心”无人机蜂群自主控制技术

英国国防部目前正在联合多家公司共同开发无人机蜂群技术研究,提升英军在日益复杂战场环境下的无人蜂群作战能力。英国巴布科克公司2023年在英国国防部位于多塞特郡的作战实验室成功演示“蜂群核心”(SwarmCore)自主控制软件系统。SwarmCore是一个用于控制无人蜂群和其他无人平台的先进软件系统。搭载SwarmCore系统的无人蜂群可以完全自主控制,也可以在远离战场的安全距离上远程人工控制。借助此项新技术,即使蜂群中的一架无人机受到攻击,蜂群中的其他无人机也能继续执行预先编程的任务,不会出现任何单点故障。SwarmCore项目由巴布科克公司与Arqit量子安全加密公司联合开发,集成了后者的对称密钥协议平台,能够以去中心化且安全可靠的方式收发数据。此外,Arqit先进加密技术还提供了针对网络威胁的数据保护,保证了资产之间交换数据的完整性。

2.2

多国积极开展无人机蜂群系统演示验证,推进无人蜂群作战应用落地

欧美等军事强国近年来一直在积极开展无人机蜂群系统的演示验证工作,对其关键技术进行验证,提升技术成熟度,实现技术迭代升级发展。2023年,法国和澳大利亚选择独立或者与英美联合开展无人蜂群作战能力的演示验证工作,促进无人蜂群的作战运用模式不断创新,进而推动无人蜂群作战应用落地。

(1)美英澳等国联合测试AI赋能无人机蜂群系统

美国、英国以及澳大利亚在2023年5月成功进行首届“奥库斯人工智能和自主系统”作战试验,并实现了飞行中的无人机目标算法实时更新和“奥库斯”(AUKUS)国家之间的AI模型交换和使用。“奥库斯”是澳大利亚(AU)、英国(UK)、美国(US)三国组成的军事合作联盟,旨在加强三国在军事、情报和技术领域的合作。此次试验是奥库斯“先进能力支柱-2”项目的一部分,“先进能力支柱-2”项目旨在加快人工智能、自主系统等关键军事技术的协同发展,并将其应用于军事能力。

此次试验由英国国防科学技术实验室组织,在英国空军基地进行,试验使用了多种无人机和无人地面车来测试目标识别和跟踪能力。参试无人机包括英国蓝熊系统公司的无人机和澳大利亚Insitu CT220无人机。试验过程中,奥库斯团队对机器学习模型进行了应用测试和评估,并将其应用于不同国家的无人机。在机器学习模型和人工智能技术的驱动下,试验中的蜂群能够自动融合并快速处理收集到的传感器数据,无人机蜂群抵达指定区域后,开始识别、分类和定位威胁,然后将数据传输至其他节点,包括附近的友军单位和后方的指挥中心。后方指挥中心专家通过将此类数据与其他情报融合,及时掌握敌方动向,并预测敌方下一步行动。此外,无人机与地面车辆在此次试验中可以实时共享交换数据。

传统自动目标识别系统的性能取决于数据库,它们可能难以应对未知威胁或由于各种干扰因素以异常方式出现在传感器上的已知威胁,而奥库斯联合开发的机器学习模型,使蜂群无人机可在飞行过程中实时更新算法并正确识别目标。

(2)澳大利亚举行数百架无人机多批次蜂群协同演习

2023年6月,澳大利亚陆军机器人与自主系统实施与协调办公室(RICO)在澳普卡普尼亚尔军事区域举行了一场名为“人机编组”的演示。参与演习的作战单元包括一支坦克部队和一个机械化排,以及遥控战车、自主机器人和数百架无人机。演习中,数百架无人机被分为三个蜂群:第一个蜂群包括数十架无人机,它们在敌方阵地上空飞行且不会被探测到,将实时监视信息传送给指挥官,帮助指挥官生成作战指令;随后指挥官部署了第二个无人机蜂群,它们干扰切断了敌方通信;最后,指挥官部署第三个无人机蜂群,共计200多架携带模拟弹药的无人机实施对敌方的攻击。完成攻击后,坦克部队和机械化排前进,消灭敌方残存力量。此次演习的目的是将该办公室若干项目的成果融合到一个模拟的未来战争环境中进行演示。此次演习将改变澳陆军的训练和作战方式,生成大规模和可扩展的无人作战效果,降低澳士兵面临的风险。

(3)法国开展无人机“蜂群”能力演示

2023年10月,法国Nexter公司在法国陆军技术部门的支持下组织了无人机“蜂群”演示,成功展示了100架旋翼无人机组成的“蜂群”。Nexter集团表示,这种“蜂群”可以以较低成本造成巨大杀伤。演示中,Nexter公司利用车载微型无人机编队执行侦察任务,其可以携带实时测绘、光电、激光指示器等设备,还可搭载电子战模块,实施电子干扰。此次演示没有透露更多消息,但考虑到Nexter集团先前接下“海鸥”巡飞弹合同,本轮测试或许是在探索无人机编组和车载起飞方式。

3 美军大力推进有人无人协同作战能力建设,重点发展无人僚机自主飞控能力和演练有人无人协同作战实操能力

为了充分利用无人机获取作战优势,美军近年来正试图利用有人无人机协同作战来弥补传统作战力量在信息化作战上的劣势。美军正在对有人无人协同作战概念不断进行探索验证,发展有人机控制无人机进行协同探测、协同防御、协同攻击的作战样式。美空军、海军以及海军陆战队是有人无人协同作战能力发展的主力军,正在通过对现役有人与无人平台进行智能化改造升级或者重新研制,增强有人与无人作战平台的适配性,形成更为紧密和有效配合的协同作战能力。美空军在2023年着力提升无人僚机智能自主飞控能力,加速推进“协同作战飞机”项目,而美海军和海军陆战队则继续利用演习训练提升有人无人协同作战实操能力,加速无人系统融入现有作战体系。

3.1

美空军紧密围绕“协同作战飞机”(CCA)项目多举措提升无人僚机自主飞控能力

美空军近年来积极探索有人-无人装备协同作战模式,陆续提出了“天空博格”项目(验证有人-无人协同作战自主控制系统(ACS))、低成本可消耗打击验证机(LCASD)项目、机外感知站(OBSS)项目以及“协同作战飞机”项目,探索热情持续高涨。美空军要求“协同作战飞机”无人机可与有人机协同作战,为有人机担当护航僚机,平均每架有人战机或轰炸机至少可搭配2架CCA,执行防空压制(SEAD)、ISR、电子战(EW)、安全通信、战斗管理等任务。未来美空军200架“下一代空中优势”(NGAD)战斗机和300架F-35战机能与1000~1500架“协同作战飞机”搭配,构成美空军空战的基础。

美空军目前尚未宣布发布“协同作战飞机”项目提案或确定承包商的时间表和机制。在选择承包商之前,将保持持续竞争循环,选择能够提供更优能力的方案。2023年,美空军和业界公司采取了多种措施推进“协同作战飞机”项目发展,包括利用XQ-58A“女武神”无人机、MQ-20无人机以及F-16战斗机对“协同作战飞机”的自主飞控技术进行测试,以使无人僚机能够在拒止/降级环境中自主执行作战任务。

(1)美空军首次成功利用AI程序驾驶XQ-58A“女武神”无人机

美空军研究实验室2023年8月宣布,在一架F-15E战斗机的伴飞下,由AI程序控制的XQ-58A“女武神”无人战斗机在美国佛罗里达州埃格林测试和训练场成功进行了3小时试飞。此次试飞是美空军“天空博格”计划历经两年研究的成果。此次试飞标志着人工智能代替驾驶员执行现代空对空和空对地任务成为可能,这些技术可以立即应用于“协同作战飞机”(CCA)项目。

此次测试被视为实现CCA项目目标的关键一步。CCA的目标是开发自主AI和机器学习驱动的无人机,它可以与人类飞行员一起飞行,并帮助人类飞行员更快作出作战决策。美空军实验室自主空中作战行动团队为此次飞行测试开发了算法,并在高保真度的模拟环境中进行了上万次飞行训练。

XQ-58A无人机被美空军赋予担当美军第五代战斗机的“忠诚僚机”任务。根据美军设想,未来有人驾驶隐形战斗机将在多架XQ-58A无人机伴飞下抵达可执行目标打击任务的安全区域,然后由有人战斗机飞行员远程控制XQ-58A无人机深入敌方高风险地区,搜索目标并进行攻击。同时,该无人机必要时还可充当诱饵,引诱敌方防空雷达开机,从而暴露防空阵地目标。

(2)美空军将利用F-16战斗机测试自主技术

美空军在2023年发布了“蝰蛇计划实验和下一代作战模式”(“毒液”,VENOM)计划,目的是为美空军的“协同作战飞机”项目测试关键技术。“毒液”计划将探索战术人机协同概念,美空军将为选定的F-16“蝰蛇”战斗机配备自主系统,实现自主飞行能力。美空军计划在2024财年提供近5000万美元启动“毒液”计划,利用F-16战斗机作为“协同作战飞机”的替代品进行先期试验研究,以降低无人“协同作战飞机”早期研发风险。

该项目将为佛罗里达州埃格林空军基地的六架F-16配备自主系统,由人类飞行员进行测试。飞行员驾驶F-16战斗机起飞后,由搭载的自主系统接管,随后飞行员验证其自主飞行能力,并建立对自主无人系统的信任。试验获得的数据将用于评估有人/无人编队协同作战能力,并将用于训练人工智能软件,以更好地满足“下一代空中优势”战斗机需求。从2025财年至2028财年,美空军计划每年投资1700万至1900万美元用于“毒液”计划,这意味着在未来5年,美空军将在该项目耗资约1.2亿美元,持续推动“协同作战飞机”的研发和试验。

(3)进行MQ-20无人机自主飞行试验

美国通用原子航空系统公司2023年4月使用一架MQ-20“复仇者”无人机进行了自主实时空战机动演示,利用“实时-虚拟-构造”(LVC)技术创建联合训练环境,开展“协同作战飞机”能力验证。此次试飞是通用原子航空系统公司利用内部研发资金开展自主飞行和技术验证的系列试验之一,将推动未来美空军“协同作战飞机”能力建设。

此次试验将MQ-20无人机接入低轨(LEO)卫星通信数据链,使地面控制站上的人类操作员与无人机机载自主控制系统能基于超视距任务数据链路进行通信,展示了人机交互协同作战能力。

试验中,地面无人机操作员通过在控制台上人工操作发布任务指令,然后通过低轨卫星将指令发送至运行了增强学习算法的自主控制系统;自主控制系统完成自主跟踪和动态机动任务,并通过反馈系统将飞机最新状态同步更新至地面操作员。同时,操作员可以通过驾驶舱平视显示屏从自主控制系统处实时获得最新信息,并通过控制台动态重新调整任务。此外,试验中还收集了AI智能体性能数据,这些数据被发送到地面并用于重新训练AI智能体以提高其性能。重新训练过的AI智能体可通过卫星通信系统传输至无人机以进行更新升级,升级过程仅需几分钟。

此次MQ-20无人机的自主飞行试验验证了基于AI算法的自主飞行能力与平台的开放系统架构,将有力支撑未来“协同作战飞机”能力发展。

3.2

美海军和海军陆战队利用演习训练提升有人无人协同作战实操能力,加速无人系统融入作战体系

美海军和海军陆战队认为无人机执行空中任务的最佳方案是与有人机组成编队,将有人机与无人机混合编组来执行战斗任务,不仅突破了当前无人机智能化水平不足以独自完成复杂作战任务的限制,而且可以做到优势互补,发挥二者最大的综合作战效能,以实现美海军可应对未来高端战争的“分布式杀伤”作战概念。2023年,美海军在“综合作战问题2023”演习和“海王星打击行动23.1”演习中分别开展了MQ-9无人机与MH-60R直升机和E-2D预警机的有人无人协同作战实操演练;美海军陆战队则完成了XQ-58A“女武神”无人机首飞测试,验证了利用XQ-58A成为美海军陆战队空中有人无人协同作战任务平台的巨大潜力。

(1)美海军开展MQ-9B无人机与MH-60R直升机有人-无人编队训练

在2023年5月举行的美海军“综合作战问题2023”演习(IBP-23)期间,美海军第38、49、71和75直升机海上打击中队(HSM)与通用原子航空系统公司(GA-ASI)合作在加利福尼亚州附近海域进行了一系列反潜战(ASW)演习。此次演习的重点是有人-无人编队(MUM-T)。这是通用原子航空系统公司的MQ-9B第三次参与“综合作战问题”演习。

在为期两天的演习活动中,MH-60“海鹰”直升机投掷了声纳浮标,以探测移动目标。参演人员利用MQ-9B无人机和MH-60直升机快速完成了对目标的关联和定位,然后通过MQ-9B将战术报告(TACREP)传输给珍珠港海军基地34战区反潜作战中心特遣部队指挥官。随后,反潜作战中心特遣部队指挥用MH-60投掷的鱼雷训练弹摧毁了模拟潜艇。这架MQ-9B上的反潜作战有效载荷配装了通用动力任务系统公司的新型声纳浮标处理器。这些利用有人-无人编队的先进战术、技术和程序进一步加强了无人机在作战中的优势,降低了作战风险,加速了无人系统融入作战体系,拓展了有人装备任务能力。

(2)美海军使用E-2D预警机和MQ-9无人机实施模拟协同反舰打击

美海军在2023年3月举行的“海王星打击行动23.1”演习期间演示了MQ-9无人机、E-2D“鹰眼”预警机、F/A-18“大黄蜂”战斗机和AV-8B鹞式攻击机之间共享数据的能力,并对一艘假想敌对舰艇实施远程导弹打击。演习期间,北约空军司令部利用远程合成孔径雷达在爱奥尼亚海南部探测到该舰,将信息提供给MQ-9无人机,MQ-9将目标舰的位置发送给E-2D预警机,E-2D预警机随后将信息传输给攻击部队(由F/A-18战斗机和西班牙AV-8B攻击机组成),并将攻击部队引导到没有假想敌方防空系统的安全区域,然后攻击部队利用无人机提供的情报开始攻击。攻击完成后,无人机使用其强大的全动态摄像机完成攻击后评估。整个攻击过程中,MQ-9保持对敌舰的识别,并对其周围进行扫描,以确保攻击部队武器只针对目标船只,避免对该地区民用船只的附带损害。

(3)美海军陆战队完成XQ-58A“女武神”无人机首飞测试

为满足美海军陆战队无人航空系统远距离作战需求,该军种正在全力推进经济型穿透式自主协同杀手组合(PAACK-P)计划,验证利用XQ-58A成为美海军陆战队空中有人无人协同作战任务平台的巨大潜力。PAACK-P项目寻求一种兼具远程隐身性、低成本、穿透性、高度自主化,并且能够与其他平台(特别是美军下一代空中优势(NGAD)战斗机)协同作战的无人平台。

美海军陆战队2023年10月宣布在佛罗里达州埃格林空军基地成功完成XQ-58A“女武神”无人机的首次试飞。此次试飞标志着海军/海军陆战队经济型穿透式自主协同杀手组合(PAACK-P)计划达到了一个重要里程碑。美海军陆战队主要测试了XQ-58A能否满足其对高度自主、低成本战术无人机,乃至敏捷、远征和杀伤能力的需求,有助于保障海军陆战队和联合部队在严峻环境中的作战能力。此次试飞展现出的XQ-58A性能符合海军陆战队的预期。搜集到的数据不仅能够帮助海军陆战队更好地了解未来作战需求,更有助于推动持续的联合创新和实验,并展示通过合作伙伴关系可以实现的敏捷性。

美海军陆战队计划对XQ-58A进行6次飞行试验,目标包括评估该平台支持各种情报、监视和侦察(ISR)任务的能力;人工智能平台增强战斗空中巡逻的潜力,以及其他有人-无人编队(MUM-T)能力目标。此外,美海军陆战队目前还正在对XQ-58A无人机进行电子战能力测试,以使其充当增强F-35机队突击能力的支援平台作战。

4 开发测试无人装备+巡飞弹组合,探索新型无人协同作战模式

从2020年爆发的纳卡冲突到2022年开始的俄乌冲突,巡飞弹在城市战、高价值目标猎杀等作战任务中发挥了重要作用。尤其是在俄乌冲突中,“弹簧刀”、“立方体”等巡飞弹系统屡建奇功,在战场上表现优异,成为世界各国关注的焦点。2023年,外军正在探索将巡飞弹与无人机、无人车以及无人水面艇等无人装备进行整合,增强这些平台的情报侦察能力和精确打击能力,并扩大其作战半径,以此构建多域、立体侦察监视与杀伤网络。

(1)以色列推出新型无人机-巡飞弹组合察打系统

以色列埃尔比特系统公司在2023年推出了一种名为“快速察打胶囊”(FAST Capsule)的无人机-巡飞弹组合察打系统。该系统基于协同高效作战概念设计,将“云雀-3”无人机和“天击者”巡飞弹进行组合,依托埃尔比特系统公司新一代指挥控制系统支撑运行。“云雀-3”无人机可实现完全自主起降,集成有高分辨率电动光学云台、信号情报传感器、激光指示器、蜂窝通信情报等载荷。“天击者”是一种全自主巡飞弹,允许在低空执行作战行动,续航时间达2小时。该巡飞弹利用特定算法在无GPS、无通信环境中也可精确打击目标,同时保持“人在回路中”。

该察打系统具有可快速部署的特点,旨在为师、旅级作战部队和特种部队服务,尤其适用于战场前沿部队区域控制。通过无人机的自主飞行与巡飞弹的目标打击能力的优势组合,可大幅提升无人自主攻击效能,减轻操作员压力,配合快速部署,对敌形成非对称作战优势。

(2)德国推出“无人机+巡飞弹”战场新组合

德国莱茵金属公司在2023年推出一款名为“战斗”的轻型侦察无人机,该无人机可搭载巡飞弹执行作战任务。“战斗”无人机采用坚固的玻璃纤维复合材料制成,起飞重量40千克左右,飞行高度可达5000米,续航时间12小时,无需起飞跑道,通过弹射器弹射起飞,借助GPS和降落伞自主返航降落,具有低噪音、低信号特征等隐身特性。其数据链通信距离约100千米,采用卫星通信能进一步增加通信距离。一架“战斗”无人机最多能搭载8枚巡飞弹。无人机抵达目标上空后,8枚巡飞弹在目标上空同时发射,可突破现役多数防空系统。无人机搭载巡飞弹这一作战方式充分发挥了无人机隐蔽性强、巡飞弹齐发难以拦截等优势,提高了打击效果。随着人工智能和无线网络技术的发展,“无人机+巡飞弹”这一组合将成为战场上的新型作战样式之一。

(3)爱沙尼亚推出携带战术蜂群无人机的战斗无人地面车(UGV)

由于不受复杂地面环境和恶劣天气的影响,由地面无人车与巡飞弹构成的联合侦察网络将增强作战部队的全天候任务执行能力和战场态势感知能力,进而提升战场生存能力。爱沙尼亚Milrem robotics公司在2023年推出了一种可携带巡飞弹的新型THeMIS战斗无人地面车(UGV),可以在敌后更远的地方与目标交战。

THeMIS无人地面车旨在通过作为运输平台、远程武器站、IED探测和处置单元等为徒步部队提供支持。作战部队可以操纵THeMIS战斗无人车携带“猎人”2-S巡飞弹更接近敌人防线。这使得其能够更快地攻击更近的目标,或者冒险到更远的后方寻找合适的目标。“猎人”2-S巡飞弹可为前线部队提供在具有挑战性的战场条件下从安全距离定位、跟踪和准确打击目标的能力。

(4)美海军完成装备无人艇+“弹簧刀”巡飞弹测试

2023年,美海军在波斯湾进行了装备“弹簧刀”巡飞弹的无人快艇测试。此次测试是美海军第59特遣队领导的一次名为“数字利爪”大型演习的一部分。测试中,一艘装备了“弹簧刀”300巡飞弹的T38“魔鬼射线”无人艇(USV)成功摧毁了多个海上模拟目标。测试图片和视频显示,无人艇上有可能配备了SpaceX公司的“星链”卫星通信天线设备,以及小型商用导航雷达和光电/红外传感器。“弹簧刀”巡飞弹可以自主导航到指定区域攻击指定目标,甚至是移动目标。飞机操控者也可以调整航向,甚至取消攻击行动。

无人艇相比有人平台能以更低风险接近目标,从而弥补了“弹簧刀”300射程和续航时间相对较短的缺陷。尽管“弹簧刀”300的弹头较小,但它仍能对较大目标(如敌方军舰)造成杀伤,摧毁雷达和通信天线阵列等关键系统。在狭窄封闭的沿岸地区,这种巡飞弹还可能对海上目标造成特别大的威胁。此次测试也反映出美军对多层次的水面和空射巡飞弹的重视。美海军陆战队与海军目前还在合作研制一种装备Hero-120巡飞弹的小型无人艇。Hero-120体积更大,各方面性能都比“弹簧刀”300更强。

5 美军升级改造现有无人机系统,赋能无人机低延迟、多轨道、多模式、韧性抗干扰通信

2023年,美军和业界公司在联手全力推进新型无人机作战概念落地的同时,也在对现有无人机系统进行升级改造,加速与中低轨卫星通信系统、“移动用户目标系统”(MUOS)卫星通信系统以及5G通信融合,以使其在未来高对抗环境中获得低延迟、多模式、抗干扰通信能力,有效提升无人机系统的军事作战效能。其主要举措包括开展MQ-9系列无人机低轨卫星通信能力飞行测试,开发可支持中低轨卫星通信的机载相控阵天线,测试MQ-25“黄貂鱼”无人机MUOS卫星通信能力以及推出无人机5G-卫星通信多模超视距通信系统。

(1)MQ-9A“死神”无人机进行低轨卫星通信能力飞行测试,低延迟、高速率、高可用性卫星通信能力即将实现

MQ-9系列无人机是美军装备数量最多、应用最广泛的中空长航时无人机系统,也是美国及其盟国重要的战场情报、监视与侦察(ISR)和打击平台。美军长期以来持续对该无人机开展型号升级和改装工作,不断提升现有任务水平,拓展新任务能力,融合新型前沿技术,使MQ-9无人机系统ISR能力、通信能力以及可靠性不断提高。2023年,在美空军和美海军陆战队的联合支持下,通用原子航空系统公司(GA-ASI)和美空军国民警卫队(ANG)对一架搭载有低轨卫星通信指挥控制系统的MQ-9A无人机进行了飞行测试。此系统所提供的突破性能力实现了MQ-9A无人机的全球覆盖、高速低延迟连接能力,将使GA-ASI公司的无人机系列(包括MQ-9B“天空卫士”/“海上卫士”、MQ-9A“死神”和“灰鹰”25M等型号)能够在地球两极间执行任务。

低轨卫星通信不仅可保持MQ-9A无人机在地球两极间的连接,允许其在最恶劣环境下运行,而且还可以提供韧性连接能力,使操作员能够在飞机与地面之间传输更多数据。早期测试表明,低轨卫星通信可大大降低延迟,可用于无人机飞行的所有阶段。对于MQ-9系列无人机用户而言,采用低轨卫星通信将降低运行成本,其硬件尺寸缩小将增加灵活性并降低未来有效载荷集成成本。

(2)美军开发可用于中轨/低轨(MEO/LEO)卫星通信的无人机机载相控阵天线

实现军用无人机与中/低轨道卫星通信,需要解决对在轨道上高速运动的卫星的连续跟踪问题。现有军用无人机使用的抛物面天线难以在不造成通信中断的情况下连续跟踪卫星。相控阵天线无需机械转动,只通过遥控信号相位,就可以调整信号的方向来对准卫星,并可以实现一副天线支持多颗星同时工作,且具有更窄的波束和更低的探测概率(LPD),非常有利于中/低轨卫星通信。鉴于此,2023年6月,美空军授予卫星和机载通信技术初创公司CesiumAstro一份价值360万美元的无人机相控阵天线开发合同。该公司将开发一种能够搭载到通用原子公司MQ-9“死神”无人机上的有源相控阵(AESA)天线,实现无人机与中/低轨Ka波段商用宽带卫星的通信连接。通用原子公司将在原来用于Ku波段终端的外壳后面加装了一个单独的Ka波段天线罩,实现天线即插即用。

CesiumAstro公司计划在2025年使用SES公司的mPower MEO卫星进行演示。演示中一架配备低剖面AESA天线的“死神”无人机将依靠商业卫星网络飞行并传输实时动态视频。Ka波段LEO轨道服务预计不会用于首次演示,但会在可用时进行测试。该终端未来还将实现无人机与美太空军太空发展局运行的未来军事星座(传输层LEO通信网络)的连接,而美空军预计未来10年将需要500~2000部新型无人机卫星通信终端。

(3)美海军测试MQ-25无人机MUOS卫星通信能力

MQ-25“黄貂鱼”无人加油机作为美军首款舰载无人加油机,是美军航母编队未来重要的标准配置之一,其将对提升美航母编队作战能力、完善舰载无人机装备体系、适应多样化海上作战任务需要产生重要影响。除执行空中加油任务外,美海军还在探索MQ-25与有人直升机利用“移动用户目标系统”(MUOS)卫星通信系统进行数据传输的能力,为后续两者执行协同作战任务做准备。美海军陆战队在2023年5月利用UH-1Y“毒液”直升机和MQ-25无人机在马里兰州帕图森特河海军航空站完成了MUOS卫星通信系统的数据传输能力测试。测试中,MQ-25无人机在飞行过程中向UH-1Y直升机传输数据,验证了MUOS系统为直升机和无人机建立空中通信的能力。

MUOS系统所具有的可靠动中通超视距通信能力,能够帮助MQ-25无人机在全球范围内进行可靠通信,这将大大提高MQ-25无人机态势感知和信息共享能力,实现其与航母编队内其他作战单元间的协作,从而增强航母舰载机群和航母打击群作战效能。

(4)美企推出无人机5G-卫星通信多模式超视距通信系统

美国霍尼韦尔公司早在2020年就推出了重量仅为1千克的轻小型无人机专用卫星通信系统,改变了以往小型无人机无法配备卫星通信设备的局面。该公司在2023年推出了其体积更小,重量仅为0.99千克的卫星通信系统。这款称为VersaWave的卫星通信系统将卫星通信、蜂窝连接(包括5G、4G和3G)、Wi-Fi和蓝牙功能集成在一个极其小巧轻便的封装中。通过集成这些不同连接选项,VersaWave可实现超视距通信,使其成为无人机系统的理想解决方案。

VersaWave卫星通信系统能够在蜂窝网络和卫星通信之间无缝自动转换,从而在蜂窝网络覆盖范围之外提供可靠的Inmarsat卫星通信连接。该系统的蜂窝功能包括高速5G连接,无论在公共网络还是专用网络上,都支持以低成本实现低延迟和高数据传输。它还具有机载全球导航卫星系统(GNSS)报告能力,可用于实时位置跟踪。

VersaWave可显著增强其于2020年推出的小型卫星通信系统,并且预计它还会被国防用户采用。通过增加蜂窝连接,这种新型卫星通信系统将为国防用户提供安全可靠的连接解决方案,而无需安装多个系统。

6 结语

2023年,美军无人机领域发展的最大亮点就是美国防部出面提出了“复制者”计划。此举是美军开始借助政策行政手段,试图推进“低成本”、“可消耗”、“智能化”无人平台的大规模部署应用的一项重要举措,以期在与势均力敌对手的未来军事冲突中占据优势。2023年,美军各军种、国防创新研究机构以及业界公司则继续推进无人蜂群、有人无人协同作战能力关键技术研发和项目演示验证,重点加速人工智能技术与无人机作战平台的深度融合,提升无人系统的自主作战能力。欧洲军事强国也在加紧发展无人机蜂群作战能力,并在积极开展无人装备与“巡飞弹”的协同作战能力演示验证工作。在新兴技术和军事作战需求的共同驱动下,新型无人机作战平台、无人协同作战模式不断创新,更加强调智能自主、低成本可消耗以及战法创新,无人机系统与装备将迎来关键发展阶段。

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