舰艇防御变革:应对无人机与无人艇新威胁之路

2024-11-08 17:16:33

2024年11月7日,European Security & Defence网站发布文章称,无人机(UAV)和无人艇(USV)已成为对军用舰艇的新威胁。这就需要重新评估舰艇防御技术和战术。

 

图:2024年3月9日,法国军舰阿尔萨斯号使用76毫米OTO甲板炮击落三架胡塞武装无人机。

几十年来,反舰导弹(ASM)可以说是水面舰艇的主要威胁。然而,2000年10月,一艘满载炸药的小艇在亚丁港袭击了美国海军驱逐舰“科尔”号(DDG-67),造成17名船员死亡,舰艇严重受损。虽然“科尔”号的袭击是由自杀式恐怖分子所为,但同样的战术现在也可以由遥控甚至自主的无人艇来实施,这些无人艇装满炸药或携带反舰导弹或反坦克导弹。无人机——包括可从事实上的无人驾驶飞行器过渡到攻击导弹的所谓“巡飞弹”——也为不太先进的作战人员提供了一种可行的工具,使高度先进的战舰也面临危险。它们成本低,易于获取或生产,可以大规模发射,以压垮防御。无人机和无人艇体积小、速度快、机动性好,因此很难被发现或瞄准。即使无人艇不太可能击沉一艘驱逐舰,但一艘或多艘无人艇可能会损坏或摧毁传感器和通信阵列,从而使驱逐舰“失去战斗力”。

西方海军部队与胡塞叛军在红海的持续对峙说明了这些事态的发展。胡塞叛军部署了包括反舰巡航导弹、无人机和满载爆炸物的无人艇在内的各种武器,攻击民用和军用航运。蜂群式攻击一次包括多达28架无人机,需要多艘战舰联手才能阻止来袭威胁。虽然迄今为止,这些攻击未能穿透军用舰艇的防御系统,但却损坏了几艘商船。其中包括悬挂利比里亚国旗的“MV Tutor”号散货船,该船在2024年6月12日被一艘无人艇和“不明空中发射物”击中后沉没。原则上,军舰仍然容易受到此类攻击,2017年1月胡塞武装在曼德海峡南部对一艘沙特护卫舰的袭击就证明了这一点。虽然受损舰艇能够依靠自身动力返回港口,但有两名船员丧生。

 

图:2024年6月12日,“MV Tutor”号商船在红海被一艘装满炸药的无人艇撞击后,美国海军直升机从该商船中救出了24名平民海员。

美国领导的“繁荣卫士行动”和欧盟领导的“阿斯皮德斯行动”这两个多国特派团已经启动,以确保曼德海峡和红海的航运安全。联军被迫调整战术,以防被大量袭击淹没。行动概念正在修订和优化。在某种程度上,红海危机提供了一个学习和准备的机会,以应对伊朗等规模更大、更复杂的国家对手未来的无人作战行动。很明显,基于无人机和无人艇的战役将需要采用联合兵种方法,利用各种武器系统,包括一些仍在开发中的武器系统。

动能武器

联军舰艇最初的反应是部署精确制导武器,不仅打击胡塞武装的反舰导弹,而且打击所有来袭威胁。但很快就发现,这显然不是最佳策略。首先,利用高性能导弹在远距离拦截有人驾驶飞机、巡航导弹和/或弹道导弹,在对付中小型无人机时纯属“大材小用”。使用单价120万美元的SM-2导弹对付价值5000美元的无人机,这种成本比计算方法作为保护舰艇的短期措施是合理的,但作为长期战略则不可持续。最后,舰载导弹库是有限的。意志坚定的敌人可以继续发射无人系统,直到防御导弹库耗尽,迫使舰艇撤退。更有甚者,可以通过精心策划的战略来部署无人机,以耗尽防御武器库,使舰艇容易受到反舰导弹或(在国家行为者的情况下)有人驾驶飞机的攻击。

 

图:卡尼号驱逐舰(DDG-64)发射一枚标准导弹(SM) 2,击败了红海的胡塞导弹和无人机组合。

在红海,联军舰艇迅速开始使用甲板炮对付空中和水面目标,包括无人机和无人艇。76/62超级速射炮等速射炮的射速可达每分钟120发。根据弹药选择的不同,可攻击距离达40,000米的目标。一方面是雷达和光学精确制导,另一方面是高爆预碎片弹药,两者相结合,可将多发炮弹发射到距离舰艇相当远的机动目标附近。诺斯罗普·格鲁曼公司正在开发一种新型57毫米机动炮弹,该炮弹专为美国海军战舰上使用的Mk 110火炮安装而设计。在机载寻的器的辅助下,这种制导高爆弹在接近目标时将继续自主调整飞行路线,然后在近炸或点炸模式之间进行自行选择,以最大限度地提高摧毁目标的几率。它专门用于防御快速移动的地面威胁、无人机和蜂群威胁。如果水面或空中威胁躲过了这一火力,则可使用20毫米法兰克斯加特林机枪和/或重机枪等近距离武器系统与之交战。

 

图:诺斯罗普·格鲁曼公司正在开发一种可机动的57毫米炮弹,用于防御快艇和无人机。

电子战

舰载电子战(EW)系统也可用于对付无人机和无人艇,以破坏无线电控制频率或卫星导航。这在当前其他无人机密集型冲突(如乌克兰战争)中被证明是短期有效的。然而,无论是在陆地还是在海上,攻击者都可以利用各种技术(如跳频或惯性和光学制导系统)来克服电子战。因此,这并不是一个彻底的解决方案。

定向能武器

定向能武器(DEWs)越来越被认为是舰载防御无人机以及小型快速攻击艇(有人和无人驾驶)的潜在最佳解决方案。定向能系统的主要类别是激光和微波武器。

美海军激光计划:许多国家都在为其海军舰队寻求高能激光(HEL)武器技术。美国海军拥有历史最悠久、规模最大的研发计划之一,尽管其进展落后于最初的估计。海洋环境对激光武器尤其具有挑战性,因为潮湿和含盐的空气会干扰光束的凝聚力,从而加剧了保持光束与机动目标某一点接触的总体难度。

目前正在海军激光系统家族(NLFoS)下对几种不同的激光系统进行评估。近期最有希望用于打击无人机和无人艇的是海军光学炫目拦截器(ODIN)和集成光学炫目和监视功能的高能激光器(HELIOS)。迄今为止,美国海军已接收了七套ODIN系统和一套HELIOS系统,目前正安装在军舰上进行评估。

 

图:光学炫目拦截器(ODIN)

ODIN是一种纯粹的非破坏性系统,旨在通过禁用无人机的光学传感器使其失效。其目的不是摧毁无人机,而是防止无人机观察船只和收集情报,这些情报除其他目的外,可用于瞄准目标。同样,使其传感器失效可以防止装有爆炸物的无人艇获取对船只的目标定位,但仍有必要采取额外的动能措施来摧毁船只并彻底消除威胁。这凸显了ODIN系统的主要缺点:该系统在武装无人机和无人艇被认为是严重威胁之前就已开始构想,其设计目的不是为了抵御攻击。

 

图:洛克希德·马丁公司生产的HELIOS激光器目前正在驱逐舰USS Preble(DDG-88)上进行评估。

相比之下,HELIOS是一种具有双重能力的系统。它的光学眩光装置可以使无人机的传感器“致盲”,从而阻止目标瞄准,但它的60千瓦高能激光器也能从物理上摧毁无人机或无人艇。具体做法是将光束对准发动机或船体部分等关键部件,直至其起火。HELIOS目前正在USS Preble(DDG-88)驱逐舰上进行评估。据海军部长Carlos Del Toro称,测试取得了良好的进展。Del Toro在2024年1月举行的水面海军协会(SNA)研讨会上说:“我们现在处于有点超越实验点的阶段。我们将继续进行实验,但在未来一年,甚至更短的时间内,我们将完全弄清如何使用这个极具变革性系统。”

 

图:美国海军拥有历史最悠久、规模最大的研发计划之一;照片显示的是2020年5月波特兰号两栖运输舰(LPD-27)针对无人机进行的激光演示试验。

尽管如此,美国海军领导层对现状并不完全满意。美国海军水面部队司令、海军中将布伦丹·麦克莱恩在同一次SNA研讨会上表示:“我对定向能武器的发展速度并不满意。我们必须兑现这项技术给我们带来的希望。”。他敦促加快整个舰队部署激光和高功率微波武器。他表示,发展这些能力将是水面部队的一项重大工作。他说:“我真的想付出很多努力来加速这一进程,因为这会在弹匣容量、速度和(目标交战)距离方面带来巨大的(能力)。”Del Toro部长表示,在即将到来的预算申请中,将增加定向能武器发展的资金。

欧洲激光计划:其他北约国家也走上了同样的道路。2024年1月,英国“龙火”(DragonFire)激光定向能武器(LDEW)开发项目取得了一个重要里程碑,实现了英国首次对空中目标进行高功率激光武器发射。交战范围仍属机密,国防部(MoD)仅评论说,所需的精度相当于击中一公里外的一枚硬币。国防部的一份声明称,光束可以穿透金属,“如果弹头被瞄准,会导致结构损坏或更具破坏性的后果”。该系统此前已证明能够以极高的精度在远距离跟踪移动的空中和海上目标。

 

2024年4月,英国国防部宣布加快皇家海军(RN)部署“龙火”的步伐。首批舰艇将于2027年配备LDEW,比原计划提前五年。当时的英国国防大臣格兰特·沙普斯(Grant Shapps)表示:“在这个更加危险的世界,我们的采购方式也在随之转变。我们需要更加紧迫、更加关键、更加全球化。”英国将“龙火”视为导弹的长期低成本替代品,可用于摧毁攻击无人机等任务。除了作战效率之外,预期的好处还包括通过减少储存一些弹药的需求来简化后勤,以及每次交战的成本非常低;国防部估计,十秒钟射击的成本不到10英镑。如果“龙火”的性能符合承诺,那么在本世纪末之前投入使用将使英国皇家海军成为海上激光武器的先锋。

德国还在研发一种适合对抗无人机、无人机群和快艇威胁的海上激光武器。2022年6月,MBDA德国有限公司和莱茵金属公司联合开发的20千瓦HEL海军激光武器演示器(LWD)被集成到护卫舰FGS Sachsen上,并在近一年的海上进行了评估。LWD在Sachsen号上进行了一百多次试射。正如工作组所述,试验包括六次战役,在越来越复杂的场景、真实的操作条件下以及针对不同目标类型测试LWD的战斗力。这包括探测和跟踪(包括高度灵活的目标);传感器、指挥和武器交战系统以及效应器的相互作用;可能的交战规则;以及使用高能激光束成功打击目标。在2023年底从Sachsen运出后,LWD被转移到梅彭的德国联邦国防军91技术中心进行深入评估。测试结果将为作战激光武器系统的开发提供参考。

高功率微波武器:高功率微波(HPM)武器发射强电磁脉冲,可通过两种方式使无人机、巡飞弹和无人艇失效。电磁脉冲会使通信、传感器、飞行控制或导航所需的机载电子元件过载并损坏;无人机会被迫坠毁,而无人艇则会被抛入水中。此外,微波还会在目标内部产生高热,使电路板、天线和电源等敏感元件熔化或变形,也会使目标瘫痪。激光必须一次对准一个目标,并在目标上保持足够的光束时间才能造成破坏,而微波脉冲串既可以脉冲波高功率微波发射,也可以连续波高功率微波发射。脉冲波高功率微波是聚焦范围窄、功率大、持续时间短的脉冲,可在较远距离上精确瞄准目标。连续波高功率微波的能量流覆盖范围更广,但有效射程较短。它们非常适合区域拒止任务,如击败来袭的无人机或无人机蜂群。

总体而言,高功率微波武器被认为具有巨大的部队保护潜力,特别是在有利于小型无人系统作战的封闭水域的战争场景中,美国海军计划于2026年开始对METEOR高功率微波系统进行海上测试。根据2025财年的预算文件,该武器预计将“具有单发成本低、弹仓深、战术射程远、多目标短时间交战、双重诱骗和击溃能力”。

在这方面,其他国家也在做出自己的努力。2024年5月,英国国防部宣布将于2024年夏季开始对射频定向能武器(RFDEW)进行实地测试。虽然测试将由英国陆军防空人员进行,但RFDEW是为陆军和皇家海军设计的。该武器设计用于探测、跟踪和攻击陆地、海上和空中的多个目标,射程可达一千米;射程将随着时间的推移而增加。RFDEW可抵御无人机群的攻击,并采用了广泛的自动化设计,允许单人操作。RFDEW每发射一次的成本仅为10便士(约0.87元)。

 

分层防御:动能和定向能系统结合

针对无人机和无人艇的可行的长期防御战略将需要动能和定向能系统的结合,在远距离、中距离和近距离提供分层和覆盖。有关这两类武器的大量研究、开发和测试工作正在进行之中。舰炮的智能弹药将优化中远距离的精确拦截。可扩展的高能激光器将提供警告、使威胁失效或摧毁威胁的灵活性;如果出于缓和局势或尽量减少附带损害的考虑,它们还将为指挥官提供对感知到的威胁做出非破坏性反应的选择。微波武器还将提供极大的灵活性,并加强对蜂拥而至的威胁或同时来自不同方向的攻击的防御。在某些情况下,需要多个防御系统采取协调措施,以确保威胁不仅被解除,而且被摧毁。随着对手不断完善其进攻系统的能力,舰队将继续无限期地追求进化和革命性的无人机/无人艇反制措施。

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