小型无人机在战术空中控制中的应用分析
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转自：防务快讯
作者：李晓文
伴随着小型无人机（SUAS，其起飞重量低于600千克）技术的突飞猛进，现有空域及空域控制将被彻底改变。2016年，美国空军发布了首个专门针对小型无人机系统的飞行规划《小型无人机系统飞行规划：2016－2036年》，明确表明了利用小型无人机提供高端空战能力的设想。未来二十年里，小型无人机将不断补充并支撑传统飞机在近距离空中支援（CAS）、侦察、防空、通信以及补给任务方面的能力。空中平台的小型化趋势将使指挥官能够以更佳的费效比拆分和分配空中力量，通过在低级别梯队实行控制并加强对能力的拆分来缓解空中力量不足的问题。日益增多的小型空中系统将使空中力量更加充足，然而，达成持续的空域控制也将比以往任何时候都更加困难。
小型无人机与第四代和第五代飞机之间的能力差距可能会导致两种截然不同的争夺空中控制的对抗：传统的空中优势战斗机和防空系统之间的对抗，以及在低海拔高度上廉价无人机和近程防空系统（TAC）之间的对抗。
美军认为，对手将利用美国目前在高端空战能力上的差距，发展小型无人系统能力，危及美国实现空中控制的能力。因此，美国需要增加对小型无人机开发的投资，防止竞争对手利用能够执行大量常规空中任务的小型无人系统制造与美军之间的能力差距。美军应加大对反无人机（C-UAS）技术和近程防空（SHORAD）的投资。此外，如果小型无人机继续增强其有效执行各种传统空中任务的能力，美军将需要投资专门用于针对小型无人机的防空机载平台和空对空弹药系统。
（一）空中力量不足
美军及全世界军队始终面临空中力量稀缺的问题，造成这一问题的主要原因有空中资产持续作战能力有限、联合部队对空中力量的需求远大于目前已有能力、建设与维护空中力量代价高昂、机场及跑道等专用支持能力受限等。
1、空中资产持续作战能力有限
如果没有空中加油，大多数第四代和第五代战斗机的作战半径都不到700英里。即使通过空中加油实现了更长的飞行时间，战斗机和攻击机可携带的弹药也相对较少；此外，飞机操作非常复杂，除特殊情况外，美国空军要求飞行员每次执行任务前都要保证12个小时的休息时间，这些都限制了飞机的持续作战时间。历史记载的最长空袭持续了44个小时，远远落后于海上和路地任务的持续时间。
2、部队对空中力量的需求远超现有能力
空中力量的天然优势，决定了联合部队对其始终保持着旺盛的需求。伊拉克或阿富汗的每个步兵连都需要空中力量的掩护，每个海军远征打击群都希望P-8“海神”侦察机来防御敌方潜艇。空中力量的观测范围广泛，扩大了武器系统和传感器的作用范围。这些优势使得地面和海军部队对近距离空中支援、进攻性防空（OCA）、机动性和机载侦察有大量需求，现有的传统飞机难以满足。
P-8多任务海上巡逻机
3、建设与维护空中力量代价高昂
现代飞机的建造和维护费用昂贵，飞行员需要经过长时间、耗资不菲的培训才能有效地操作空中平台。这限制了部队在作战中能够提供的飞机数量以及飞机更换的速度。采购一支由12架F-35A“闪电”II战斗机组成的中队需要向美国政府支付超过11亿美元的费用。每架喷气式战斗机的装配需要超过20个工作人员工作一年，将来自1100家供应商的近30万个零部件组装起来，总计需耗费4万3千工时。据统计，2011年，每位美国空军飞行员需要进行一到两年的培训，根据他们驾驶的不同飞行平台，培训费用高达60万至260万美元不等。最近，美国空军副总参谋长Gina M. Grosso中将表示，培训一名第五代战斗机飞行员的费用可能高达1100万美元。现代军用飞机还需要巨大的维护和燃料费用。每小时飞行成本（CPFH）从A-10C Warthog的约5千美元到B-2A Spirit的近6万美元不等，F-35A的每小时飞行成本超过1万7千美元。全世界每年只有大约15个国家在国防上的支出超过200亿美元，建立和维护一支现代化空中力量只能是极少数富有国家的特权。
高昂的造价、较长的生产周期和漫长的训练周期迫使联合部队指挥官（JFC）在分配空中力量时只能确保它支持最高优先级的任务，特别是在最初尝试建立空中霸权或优势时。
4、受限的专用支持
不同于陆军和海军，空战人员无法在其作战领域内获得补给，飞机必须经常返回机场加油、重整军备、换员和维修。可供空中作业的机场数目有限，而作用在飞机上的重力和飞行过程中的机械故障使飞机的维护需求比其他平台更加频繁，这进一步限制了空中力量的可用性。
（二）高端空中资产欠缺灵活性
尽管五代机如F-35的隐身特性、先进的传感器组件和电子战/通信套件在空对空作战或涉及穿透复杂防空的打击任务中提供了必要的优势，但它们在低威胁环境中用处不大。一架F-35A可以携带大约1.8万磅的空对地武器完成一次近距离空中支援请求。但以同样的成本，5架F-4可以携带7.5万磅的火药同时支持五个不同战场上的交战。这种高精尖飞机上高度能力集成使得指挥官无法在需要时将其能力拆分至不同的战场。步兵连提供的战斗力可以细分为排和班，但现代飞机提供的情报、近距离空中支援、打击或运输能力都与不可拆分的昂贵平台紧密耦合，造成了巨大的任务成本。
未来的小型无人机平台能够满足相当一部分的小型空中力量的需求。营级及以下的部队将不再依赖少量的高精尖装备来支持对地作战，而是直接控制成本较低的小型无人机平台以补充传统飞机的能力。未来10年，计算机感知和认知能力的改善将使小型无人机系统在没有人类控制和引导的情况下独立执行更多任务。计算机视觉等新兴技术使自治装备能够实现战场上的自我导航和目标识别，并根据人类设定的规则与这些目标交互。廉价的商用无人机已经可以使用卫星导航在没有人工控制的情况下在不同地点之间穿梭，无人机爱好者们已经开始使用YOLO（You Only Look Once）这样的免费计算机视觉算法，以不到1000美元的投入实现了无人机的物体识别能力。随着小型无人机传感器算法的不断改进，再加上训练算法的数据由于无人机的扩散而变得更易获取和积累，无人机开源算法的效率将会大幅提高。国家级别的投资也将进一步加快小型无人机计算机视觉领域的成熟。2017年，美国国防部通过启动Maven项目已经迈出了第一步，该项目将实现情报、监视与侦察（ISR）平台的计算机视觉能力。
2017年4月，美国防部副部长签发了关于成立“算法战跨职能小组”（MAVEN）的备忘录
政府资助的私营部门和大学研究人员正在努力改进空中平台的机-机器通信。2015年7月，美国海军研究生院开展了一项研究，由一名控制员同时发射50架小型无人机，这些无人机能够通过Wi-Fi通信，进而协同行动。2018年，英特尔公司为超级碗中场秀（Super Bowl halftime show）开发了300架小型无人机协作飞行的程序。此类技术一旦应用于军事任务，就能够减少所需飞行员的人数，减少飞行员培训时间。
由于预计小型无人机将在战场上发挥越来越大的作用，国防承包商已经开始将武器、情报和电子战有效载荷小型化以用于小型无人机。雷声公司的Pyros是一种6公斤重的滑翔式炸弹，具有GPS惯性激光制导能力，能够配备在小型无人机上。洛克希德·马丁公司的“阴影鹰”（Shadow Hawk），也是一种类似的微型精确制导弹药（PGM），重量仅11磅。商业无人机如DJI MG-1能够轻松携带这两种武器系统。地面部队可以携带配备精确制导弹药的商用无人机进入战场，并迅速部署以用于动态空中支援。
情报和电子战有效载荷的体量也在持续减小。小型无人机如载荷能力为40磅的Insitu “扫描鹰”，携带光电或红外传感器来支持情报收集。除了图像传感器，无人机还可以携带额外的情报载荷。美国V-Star系统公司研制出一种信号情报组件，重量仅为2磅，耗电量仅为25瓦。许多商业小型无人机能够携带这些有效载荷，以较低成本构建空中情报平台。
精确制导弹药、情报传感器的小型化和认知使能的自主性领域的进步使小型无人机系统能够承担目前由大型无人机或有人装备承担的战术近距离空中支援、ISR、战术补给、电子攻击和通信任务，极大地缓解了空中力量不足的问题。小型无人机的采购和维护成本仅为现代载人飞机的一小部分。
小型无人机几乎可以在任何地点发射和回收，重量轻且没有搭载飞行员可以让它们在空中停留更长时间。美国海军已经研制出了能够在几秒钟内部署大量小型无人机系统的气动发射器。这种技术可以被用来根据需要快速输出空中力量。
由于系统部署的成本低，小型无人机能够覆盖更多的空间。陆军、海军、空军和海军陆战队甚至可以通过部署的3D打印机在本地近实时地打印小型无人机系统以满足需求。低级别梯队可以对小型无人飞行系统进行控制以更好地实现ISR、近距离空中支援和补给。
如果小型无人机继续按照《小型无人机系统飞行规划：2016－2036年》中描述的那样迅速发展，进入航空领域的成本将不断降低，空域参与者的数量将持续增加。以前无法与美军争夺空域或利用空袭、侦察和电子攻击能力的敌人，将能够以较低的成本通过小型无人机来达成目的。敌方对小型无人机的广泛使用将继续刺激美国加大对反无人机（C-UAS）技术和近程防空（SHORAD）的投资。此外，如果小型无人机继续增强其有效执行各种传统空中任务的能力，美军将需要投资专门用于针对小型无人机的防空机载平台和空对空弹药系统。美军认为，敌人对小型无人系统能力的发展将利用美国目前在高端空战能力上的差距，危及美国实现空中控制的能力。
（一）争夺空中控制的两级对抗形成
2000年，只有不到17个国家将无人机用于军事目的；到2015年，75个国家拥有军用无人机。随着无人机平台变得更廉价、能力更强，可以预想未来几乎所有军队都将使用小型无人机来扩大其作用。非国家行为体如伊斯兰国已经展示了用40毫米手榴弹武装大疆无人机的能力。
大疆“精灵”无人机，据称是极端组织伊斯兰国最常使用的机型
随着各国在小型无人机平台上改进情报传感器和微型精确制导弹药，美军认为自身需要加快发展反无人机和近程防空能力，以保护其地面部队免受敌方小型无人机近距离空中支援和监视的威胁。美国甚至可能需要投资基于小型无人机的进攻性防空，以保护在机动过程中脆弱的地面部队，并克服敌方空中平台相对于己方地面资产固有的射程优势。此外，随着情报传感器载荷的改进，战术无人机将具有地基反无人机系统防御范围以外的情报收集能力，因此需要部署防空无人机。
目前，反无人机系统为固定地点提供了强大的保护，但地面机动部队可能更容易受到无人机攻击。F-22“猛禽”、F-35、F-15“鹰”、F-16“猎鹰”和F/ A -18“大黄蜂”等高端系统是专门用来对抗其他有人驾驶飞机的，应对大规模小型无人机的能力有限。AIM-7“麻雀”空对空导弹、AIM 9X“响尾蛇”空对空导弹和AIM-120先进中程空对空导弹对小型无人机效用有限。使用价值12万5千美元的AIM-7导弹应对造价仅为1万5千美元的无人机的机会成本过大，特别是当敌方部署的无人机数量巨大，远超固定翼飞机携带的弹药数量可应对的范围。第四代和第五代飞机的飞行时间十分宝贵，不能用于与小型无人机系统的交战上。目前，美国的防空系统，如价值300万美元的MM-104爱国者空对地导弹系统如用于拦截无人机，则费效比太低。
事实上，小型无人机与第四代和第五代飞机之间的这种能力差距可能会导致两种截然不同的争夺空中控制的对抗：传统的空中优势战斗机和防空系统之间的对抗，以及在较低的海拔高度上廉价无人机和近程防空系统（TAC）之间的对抗（参见下图）。
2个层级上的空中控制竞争
（二）通过小型无人机分散作战能力
小型无人机蜂群能够为在联部队执行紧急近距离空中支援，通过分散化的补给投放为被敌方包围的部队提供补给，在大规模陆地或海上进攻开始前为部队执行侦察任务，形成备份空中通信网络，或参与大规模电子战或赛博战。在更加战术化的层面上，小型无人机组成的小型群组能够迅速部署以促进本地突袭或在对决定性机动进行支持的火力和威慑行动中获取暂时的优势。总体来说，小型无人机不能取代大型空中平台，但它们能够通过支持不在指挥官优先级范围之内的战术空中任务对大型平台的能力进行补充，或者为小型机动部队提供持续空中掩护。
通过小型无人机分散作战能力
廉价的小型无人机即使是被旅、营或连一次性使用，其成本仍然低于第五代战斗机的制造成本。美国海军的低成本无人机集群技术（LOCUST）项目中，每架无人机的成本约为1.5万美元。一架F-35A就能买到近6000架LOCUST小型无人机。联合部队指挥官可以将6000架小型无人机在上百个地点进行分组，执行打击、情报收集或电子攻击任务——直接对所支持部队的战术结果造成影响。另外,指挥官可以在小范围区域内垂直堆栈成百上千的小型无人机，使战斗力量在该区域内高度集中，而载人平台出于飞行员安全和飞机尺寸的考虑是绝对做不到这一点的。
美国海军的低成本无人机集群技术（LOCUST）项目
小型无人机能够在战术层面发挥传统空中力量的作用，其发展和大量使用将降低空战成本，使空中控制权的争夺更加复杂。没有能力购买第五代战斗机的国家可能会越来越多地转向较小的无人平台，以阻止对手完全控制空域。
随着小型无人机技术的发展，美军认为自身不仅要调整近程防空以应对这些新兴威胁，还要在近距离空中支援、侦察、战术补给、电子战、防空和通信等领域率先扩大小型无人机的作用。美军不能简单地对抗对手的无人机，而是需要巧妙地应用小型无人机技术，为地面和海上部队提供决定性的战术优势，同时防止敌人攫取战术空中控制。美军认为，其一直在小型无人机发展方面引领世界，现在必须扩大小型无人机的实际应用范围，以确保美军保持在战术层面上控制空域的能力。
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