摘 要
从2020年纳戈尔诺-卡拉巴赫战争到2022年俄乌战争,无人机系统(UAS)对陆地作战的影响一直是广泛讨论的主题。陆军部署无人机系统旨在表明:有效、分层和高效的反无人机系统(C-UAS)能力既不是“奢侈品”,也不是作为抽象的“未来部队”的一部分进行探索的概念。部署反无人机系统是陆军适应现代战场作战的基本要求。没有反无人机能力,一支部队将被第一时间发现,最终被成功大规模部署无人机和反无人机系统的敌方部队所击败。对于北约成员国来说,北约高级领导层设定的目标是在2028年前做好威慑俄罗斯的准备。因此,部署反无人机系统能力对于英国陆军以及大多数其他北约陆上部队元素而言(在结构意义上)都是迫切的作战需求。
为填补这一关键空白,北约成员国可能会购买一系列反无人机系统,这些系统若过于专业化,将无法有效地整合到整个部队中,并无法抵御持续发展的无人机系统威胁。本文概述了提供连贯、分层的反无人机系统防护所需的核心任务和能力。然后,本文探讨了如何在不给部队带来过重负担、从而妨碍其执行主要任务的情况下,将分层反无人机系统防护整合到陆上部队中。
基于此,本报告提出以下建议:
•软件解决方案与硬件一样重要,可实现对无人机系统的精确探测、分类和识别,并给出适当的作战效果以有效击败无人机系统。软件还可以降低传感器联网的带宽要求。在大多数情况下,乌克兰已经有了实施稳健的机器过滤所需的数据,因此在获取特征数据库方面应该没有什么困难。
•目前存在多种主动和被动传感器技术以及各种各样的软杀伤和硬杀伤技术可用于攻击或物理摧毁无人机系统,但没有一种是普遍适用的解决方案,必须在整个部队中一起使用,以提供有效和高效的范围覆盖。
•所有排必须具备探测无人机的能力,并采取电子反制措施保护其免受无人机威胁。
•在整个部队中,远程武器站和其他现有平台应进行更新,以便能够与无人机直接交战。
•在连队层面,有必要拥有能够探测、分类和识别无人机的专用被动传感器阵列。
•各营队应具备专门的反侦察能力,配备硬杀伤反无人机系统,部署自行高射炮和无人机系统拦截器。包括设立一个电子战分队,以更新和协调下属梯队的电子保护套件,这些套件将提供一个攻击无人机指挥链和导航系统的软杀伤层。
•旅应拥有独立的反无人机系统排,可以推动其支持连队的工作,或关闭敌方无人机系统的关键轴线。
•该旅应部署定向能系统,以有效摧毁飞越其责任区的中型ISTAR(情报、监视、目标捕获和侦察)无人机系统。
•旅应负责电磁谱指挥控制(C2)和消除冲突。
•师应将下级反无人机系统能力与共同防空图融合在一起,并在空域深处组织分布式防御,以避免关键地点的反无人机系统局部饱和。
•空军基地等关键地点的点防御作用应将反无人机系统能力整合到国家、战区和联盟层面的更广泛的综合防空和导弹防御系统中。
•至关重要的是,训练区应允许这些能力(软杀伤和硬杀伤)与部队的其他通信和指挥控制系统结合使用。这是为了让指挥官熟悉反无人机系统能力的使用和必要的冲突消除程序,并确保系统不会误伤友军。如果在实际演习中无法使用这些能力进行训练,则应在模拟训练环境中提供这些能力。
介 绍
自2022年以来的俄乌战争、2020年的纳戈尔诺-卡拉巴赫战争以及2015年以来的叙利亚战争,无不凸显着无人机系统(UAS)在现代战场上的威胁性,这意味着保护陆军和关键设施免受其带来的持续性威胁至关重要。然而,反无人机系统(C-UAS)任务对传统防空和导弹防御系统提出了挑战。这种能力不匹配的一个案例是,使用价值数百万美元的防空拦截器相对频繁地击落小型无人机,例如2017年以色列被迫用爱国者导弹击落一架无人机,又或是2023年底在红海使用海蛇/阿斯特15导弹击落胡塞无人机。
在任何特定的作战区域,友军和敌军混合的无人机数量及其形式和任务集的多样性意味着,获取能够应对各种威胁类型的反无人机系统并将其部署在所有战术梯队的成本过高。然而,陆军的每一梯队都必须得到有效保护。随着乌克兰防空拦截器的耗尽,乌克兰武装部队(AFU)再也无法常规使用它们来对抗俄罗斯的侦察无人机系统。
俄罗斯在乌克兰整个作战深度的侦察打击活动大幅增加,这反映出所有梯队无法得到有效保护所带来的沉重代价。这造成俄罗斯能够用弹道导弹和火炮对乌克兰的关键资产进行广泛打击,从航空到火炮和(具有讽刺意味的是)防空系统,导致这些资产的不可持续消耗,并严重恶化乌克兰的作战地位。本文旨在解决的西方陆军部队的问题是,如何在可管理的成本和人员负担内,在短时间内将反无人机系统覆盖范围扩展到相关战术梯队。反无人机防御是当今战场上可持续作战的最低要求;这是一个不能作为抽象的“未来力量”概念的一部分来处理的问题。
本文旨在提出一种在部署的地面部队中提供反无人机系统能力的方法。需要采用全部队方法并不是因为摧毁任何特定的无人机系统十分困难,而是因为针对这项任务进行优化会影响战术编队内其他任务的效率。例如,如果一个排必须部署硬杀伤和软杀伤反无人机系统能力,它必须扩大规模,否则其核心车辆成本将变得更加昂贵和复杂。本文概述了各种可用的探测、分类和交战工具,以及一种允许反无人机系统任务在适当的梯队进行联合的方法,以便在针对对等对手的作战中有效地整合部队的所有能力。
在提出下文概述的反无人机系统方法时,本文借鉴了作者直接观察所有类别的无人机系统在演习条件下的操作所得的经验,以及在乌克兰和其他地方操作条件下相当大比例的无人机系统类型。作者还花时间对无人机及其对电子战(EW)和其他反无人机系统技术的能力进行了物理测试。另外,还观察了一系列防空系统的运作和操作,并采访了在乌克兰、以色列和伊拉克等一系列冲突地区拥有无人机作战经验的防空兵。同时,作者还采访了在演习和操作中使用新武器技术(如定向能武器)的团队,讨论了使用这些工具的局限性和挑战,以及它们提供的机会。
本文是研究无人机系统对现代操作影响的三篇论文中的第二篇。第一篇论文研究考虑了陆军如何有效地利用无人机系统进行大规模精确打击(2024年4月11日,英国皇家联合军种国防研究所“RUSI”发布的题为《大规模精确打击:为陆军部队设计无人机综合体》的报告)。本文主要探讨如何应对这些能力所带来的威胁。第三篇则将研究无人机系统对联合空地相互作用的影响。
本文共分为三章。第一章探讨了探测和分类无人机系统以及根据需要在各要素之间共享这些信息所面临的挑战。第二章探讨了无人机系统各种可用交战和摧毁机制的优缺点,概述了潜在的方法。第三章研究了在各个军事梯队部署反无人机系统综合体可能需要什么,以确定哪些梯队的能力可以最好地整合。本文在分析的基础上,对英军队这个典型的北约武装力量提出了建议。
在此,有必要简要讨论一下定义。无人机系统(UAS)通常也被称为drones、UAVs、遥控飞行系统(RPAS)、第一人称视角(FPVs)、单向攻击/自杀式(OWAs)以及用于指代相同或子类别能力的各种其他缩写和名称。FPV涉及一种导航技术,特别是需要人类主动控制的。OWA偏向于指任务类型。无人机(UAV)是指飞机。RPAS和UAS都是指系统:飞机及其相关的指挥和控制(C2)系统和其他使能功能。在这些术语中,无人机系统(UAS)是最广为人知的,因此本文使用了这个术语。
尽管本文得出的结论是,既定的无人机“组”类别在操作上没有帮助,但本文主要关注的是介于第1组和第3组之间的无人机系统,即从FPV和小型四/多旋翼无人机到轻型固定翼无人机,如俄罗斯Orlan-10(见表1),或更重的三角翼Shahed-136无人机。本文不涉及更大的中高空长航时(MALE)第4-5组无人机系统,如MQ-9“收割者”/“捕食者”或RQ-4“全球鹰”。这是因为,凭借其速度、任务和作战高度,这些是传统防空系统的作战目标,而非专用的反无人机系统。中高空长航时无人机系统的成本使传统防空系统的使用在任何情况下都具有成本竞争力,因此对它们的研究与本文探讨的问题无关。
图表:无人机系统分组(注:1磅=0.45公斤/ 1英尺=0.3米 )
本文主要关注陆军,在一定程度上也包括空军关注的设施的防御。无人驾驶作战飞行器和其他专门为空战设计的此类能力没有涵盖在内,而海上作战背景下的无人系统则提出了一个截然不同的问题,因此本文也没有涵盖。
最后,乌克兰武装部队发现,在反无人机系统方面,对部队防御和领土防御进行明确的理论区分是有益的。部分原因是,空军部队倾向于将对抗敌方侦察无人机视为与对抗远程单向攻击无人机完全不同的功能。这些区别与乌克兰面临的问题有关。然而,对于像英国这样的国家来说,它必须假设自己是以远征能力运作的,这支部队必须能够应对所有这些威胁。此外,还有一些关键的领土,使远征军能够建立起来,模糊了乌克兰对部队和领土的保护之间的区别。最后,用于这些任务的无人机之间的区别可能会随着时间的推移而趋同,就像中东已经发生的那样。由于这些原因,本文将这些问题视为一个问题集,尽管这并不能反映当前的实践。
一、探测与识别
无人机系统给传统地对空导弹(SAM)系统带来的主要挑战是,作为目标,它们体积小,通常速度慢,数量多,相对便宜,而且通常在低空运行。此外,对于传统的目标捕获或火控雷达,使用多普勒观察雷达截面较小的缓慢移动的无人机,会导致显示非常混乱,出现大量误报,大大增加了防空机组人员的工作量。此外,由于许多小型低空无人机系统的捕获范围较短,在任何重要前沿提供反无人机系统覆盖所需的传统雷达系统的数量使得依赖传统有源雷达系统的成本过高,而靠近敌人可能会看到这些发射器被摧毁。因此,本章重点介绍摧毁无人机系统的第一组挑战:如何经济高效地识别和分类它们,如何区分友方无人机和敌方无人机,以及如何分发这些信息。
1、探测
反无人机系统能力的首要要求是确保陆军中的多个梯队和固定基地的部队有能力探测和跟踪无人机系统。具体表现在以下四个方面:
(1)专为反无人机系统探测和跟踪而定制的主动和被动雷达系统;
(2)被动声学系统经过优化,可探测无人机推进系统及其飞行的声音特征;
(3)无源射频(RF)分析仪,用于搜索无线电控制信号,并在隔离后对其进行分析,以提供无人机系统以及无人机系统控制站天线的识别和位置;
(4)无源光电(EO)/红外(IR)搜索和跟踪系统,扫描天空以寻找无人机系统的可见形状和对比度特征。
这些探测和跟踪方法各有优缺点,因此部队需要将它们结合起来才能可靠地探测无人机系统。为了使其中任何一个有效,还需要有能够处理相关传感器返回的软件。
为反无人机系统探测和跟踪而设计的有源雷达系统通常在雷达频谱的相对高频部分运行,如X、Ku甚至Ka波段,以确保高分辨率和快速捕获小目标,但在某些情况下,可能会在较低频率的S波段运行,以提高给定功率输出水平的距离性能。探测距离性能的另一面是敌军能够探测到反无人机系统雷达位置并对其进行三角测量的距离,大多数有源雷达系统在比其自身功能探测距离大50%的距离处被敌方传感器探测到。设计用于在高频段工作的非常短程覆盖的系统将难以被本身不靠近所讨论的反无人机系统雷达的敌方系统探测到。然而,对于长距离系统,有源雷达作为反无人机系统探测和跟踪能力的主要传感器的一个核心限制是发射以执行其功能的内在要求。至关重要的是,这通常与保持排放控制(EMCON)的要求不一致,以避免泄露部队的位置,并招致敌方电子战测向和测距系统的攻击。为了保护远离前线的空军基地等固定地点,EMCON将更关注与其他系统的电磁冲突,而不是避免敌方探测和三角测量。然而,作战经验教训是,对于反无人机系统作战,有源雷达在火控方面比在目标捕获方面更好,因为前者需要短时间的照明。
无源雷达系统依赖于探测从背景电磁辐射源(如电视、WiFi或第三方有源雷达)反射的目标能量。为生效,他们依赖于对作业环境进行精确的电磁谱(EMS)调查。被动相干定位等现代技术允许收集相对高分辨率的测距和跟踪信息,同时保持完全被动,从而覆盖。事实上,在电磁环境复杂的情况下,无源系统往往能提供比有源系统更可靠的回波。在电磁辐射背景相对较少的环境中,如人口密度极低的北极地区,这些系统的能力可能会受到限制。然而,在大多数情况下,正如在演习和作战中所展示的,有足够的背景辐射活动可以确保被动雷达系统能够成为反无人机系统(C-UAS)探测和跟踪套件的重要组成部分。
被动声学传感器依赖于识别无人机推进系统产生的独特声音特征及其表面与空气之间的相互作用。虽然可以使用廉价的麦克风获得可用的数据,但使用这些数据需要过滤掉误报探测和其他背景噪声。现代声音软件使处理变得简单,但拥有一个声学特征库和一个可以区分它们的算法相当于拥有一种宝贵的知识产权,更难生成和获得。近年来,机器学习后处理能力的重大改进推动了被动声学探测和有限跟踪能力的相应提高。声传感器的主要局限性是缺乏测距能力,因为单个麦克风只能为目标提供方位;并且它们与雷达和射频检测相比具有相对较短的距离,主要针对的是具有显著特征还原功能的目标。与射频功能一样,测距可以通过多静态三角测量来实现。声传感器通常提供2D跟踪,延迟太大,无法引导火控,但对于目标捕获来说,其成本效益和可靠性令人难以置信。声传感器的主要优点是它们完全被动且隐蔽,需要相对较少的电力和冷却能力来运行,并且它们还可以为地面部队提供额外的功能,如射击探测和为地面部队提供方位信息。
无源射频分析仪在探测大多数侦察和战术无人机系统的存在方面非常有效,因为大多数类型的无人机系统在一个方向上接收或传输数据以执行其功能。例如,自动导航和目标识别算法可能使无人机系统能够进行ISTAR飞行,而不需要操作员的实时指挥和控制信号,但无人机系统仍必须进行传输,将其ISTAR数据传回地面站,否则它无法提供实时或接近实时的ISTAR功能。借助现代机器学习支持的信号处理和分析技术,有许多射频分析传感器解决方案可以为部队提供可靠的手段,至少可以探测战术区域内无人机的存在,甚至可能识别甚至定位无人机。
光电/红外(EO/IR)扫描和跟踪系统依赖于在天空中搜索小型无人机产生的对比点的摄像头。与声学传感器一样,它们通常依靠强大的后处理技术来过滤掉来自照明伪影和其他飞行物体(如鸟类)的误报。它们也依赖于直接视线,尽管这里的大多数其他技术也是如此。光学扫描和跟踪传感器的主要缺点是它们的距离相对较短,并且在恶劣的天气条件下(如雾、雨或灰尘)容易受到影响,尽管无人机在这些条件下也表现不佳。其优点是它们是被动的,消耗的功率和冷却能力有限,还可以将测距功能与内置激光器相结合,一旦探测到目标,就可以旋转。它们还可以支持武器系统旋转以攻击目标并提供被动火力控制。
2、分类
探测到无人机的存在是采取对策的先决条件,但不足以确保所采取的对策是适当的。对探测到正在进行观测的四轴无人机的适当反应不同于探测到Lancet-3M等短程巡飞弹时所需的反应。对探测到远程侦察无人机(如Orlan-10,)飞越的适当反应也与探测到远程自杀式无人机(例如Shahed-136)飞越的反应不同。对正在进行的活动进行分类,从而对所构成的威胁进行分类,是任何反无人机系统能力的重要一步。
对于敌方飞机,传统的主要防空方法包括首先确定飞机的类型,以推断所构成的威胁。一架Su-35“超侧卫”, Su-34“后卫”或伊尔-22战斗机可以相对安全地假设它们正在执行某些任务集,基于它们固有能力、局限性和在敌方理论结构中的作用。其次,对飞机探测到的航向、高度和航线的分析也可能很好地表明其当前的任务。例如,一对苏-35“侧卫-M”在其领空内高空飞行,可能正在进行防御性防空巡逻。
相比之下,在寻求对无人机系统构成的威胁进行分类时,这种基于类型和飞行模式的方法几乎不可靠,而且随着其使用的激增,这种方法可能会变得不那么可靠。这是因为许多类型的无人机执行的任务是可变的,取决于它们携带的模块,而它们的外部形状因素通常都是相对通用的,也经常变化。目前军队内部的分类方法往往侧重于无人机的大小、速度和高度,但这是有问题的,因为仅凭这些变量不一定能区分它们的任务,也不一定能区别它们构成的威胁。在某些情况下,很容易将机身与任务联系起来,但对于许多类别的无人机来说,这并不是一个安全的假设。因此,分类需要通过比较更广泛的特征来确定,包括无人机的电子发射、飞行剖面和轮廓。最重要的分类标准之一是确定无人机系统确定其位置的方法,即“自我定位”。这是一个特别有用的评估特征,因为它不仅提供了对无人机可能任务的洞察分析,还提供了关于如何中断该任务的数据。
发射包括从地面控制站接收信号、向地面控制站发送信号或向指挥所发送数据,或发射包括雷达、激光、光探测和测距(LIDAR)以及其他传感器类型的传感器。在大多数情况下,可以用光谱分析仪监测排放。结合飞行剖面,这种排放可以确认特定无人机系统正在做什么。例如,一架持续发射并在中等高度飞行或在原地盘旋一段时间的无人机可能正在进行ISR。一架持续发射但在低空按既定路线飞行的无人机可能是一架朝向已识别目标飞行的FPV无人机。如果无人机不稳定地发射,并在中低高度以稳定的航向快速飞行,则可能是飞往预先指定位置的自杀式无人机。某些类别,如自主制导的巡飞弹,可能不会以这种方式发射,但在这些情况下,它们通常会直线飞行,在编程的航路点转弯,从而将其与短程侦察无人机区分开来,它们可能会从自主运行所需的传感器发射。飞行剖面可以通过光学观测或声学或雷达跟踪来确定,以建立高度、方位和速度随时间变化的图像。机器学习算法可用于构建识别档案库,并加速精确分类。
目标轮廓最好通过光电/红外观察来确定。在许多情况下,无人机的确切轮廓可以与之前观察到的无人机数据库进行比较,以确定其类型。在无法确定无人机确切类型的情况下,机身和机翼的形状通常可以揭示其任务。例如,俄罗斯的Lancet 3或伊朗的358导弹等设计具有类似导弹的圆柱形机身,具有多个控制面,也可以代替标准机翼提供升力。这意味着它们可以(事实上,必须)以相对较高的速度巡航,并且非常敏捷,但这种配置会产生相当大的阻力,这限制了它们在给定尺寸下的航程和续航力。
因此,这些设计通常与具有一定游荡时间的短程打击任务相关联,而不是需要耐力的任务,如ISR。相比之下,长而高展弦比的机翼更适合ISR,因为其在较低速度下具有较高的巡航效率。三角翼在某种程度上是一种中间地带,可以产生足够的升力,在给定的机身尺寸下携带更多的燃料和更重的弹头,但代价是巡航期间阻力更大。这使得它成为许多自杀式无人机(如Shahed 136)的首选配置。就它们可能执行的任务而言,四旋翼和多旋翼设计稍微模糊一些,尽管它们的有效载荷轮廓通常在外部携带时是清晰的,因此它们构成的威胁可以通过观察推断出来。
声音特征也是对特定无人机进行分类的一种手段。动力装置、推进系统以及无人机机身与其排出的空气的相互作用的组合都会产生不同的声音,当这些声音组合在一起时,可以产生足够独特的模式,从而对无人机进行准确的分类。虽然分类的自动化需要一个广泛的库和有效的算法,但人类操作员通常可以通过有限的训练来区分特定的无人机类型。事实证明,按声音分类非常可靠。当探测到无人机系统的新类别或构造变化时,这些特征还可以提供关于其任务的明确信号,从而暴露出潜在威胁。
无人机用于自我定位的方法包括射频视线、配对全球定位和惯性(GNSS/Inertial))以及超视距无线电和光学导航,包括同时定位和测绘、光流或视觉里程计。这些导航方法中的每一种都针对不同的范围和功能进行了优化,并与不同的任务兼容,有助于分类,但也是无人机系统执行任务的关键依赖,这意味着如果导航逻辑得到确认,就可以与目标配合有效的摧毁机制。
确定这些考虑因素所需的传感器通常与探测无人机存在所需的那些传感器相同。然而,与探测不同,分类通常需要比较两个或三个传感器的返回结果,并由操作员进行判断,或者如果是自动化的,则需要一个逻辑引擎,该引擎能够根据物体的任务对物体对部队的威胁进行优先级排序。这些信息是必要的,以便能够对每种威胁应用适当的摧毁机制,并在适当的梯队和正确的顺序中应对威胁。在可能缺乏足够的防御机制的情况下,分类还提供了信息,以评估哪些来自敌方无人机的威胁可以通过被动措施来干扰,以及哪些敌方无人机必须被摧毁,因为它们构成的威胁无法被有效干扰。
3、识别
反无人机系统操作中最普遍的挑战之一是误伤友军的风险。例如,在作者观察到的一次演习中,反无人机系统将友军在其认为的区域内佩戴的所有个人无线电归类为无人机系统,并迅速破坏了所有中队的通信(2024年3月,作者于美国观察的大型野外演习)。反无人机系统的能力也很容易摧毁友军的无人机系统。在作者观察到的一次行动中,无人机系统的电子保护功能同样破坏了蓝军在师前线的跟踪,迫使部队不得不长时间恢复使用地图导航。在以色列,一位作者观察到以色列国防军是如何击落飞越其部队的友军和敌军无人机的。与此同时,乌克兰和俄罗斯的防空系统也对其自身无人机系统进行了误伤,损失极大。相反,伊斯兰革命卫队(Islamic Revolutionary Guard Corps)利用美国无人机返回约旦基地的飞行路线,驾驶一架攻击机攻击该基地,美国空中防御人员将其错认为友军,使胡塞武装得以在特拉维夫发动无人机袭击。这一系列问题的潜在原因是未正确识别无人机系统。造成该问题有以下三个原因:
(1)多个独立部队发射了多架无人机,无法对其进行精确的敌军跟踪。这使得集中消除冲突变得不切实际。
(2)无人机系统在形状和功能上变化很大,同时在轮廓和飞行剖面上也十分相似,因此很难区分发射方。
(3)无人机系统可能通过直接打击或精确炮击对其下方的人员造成威胁,几乎没有时间有效区分。
这个问题的解决方案应该根据高度和所讨论的无人机类型来确定。对于打算在中等高度运行的固定翼ISR无人机,它们在大多数低梯队有机反无人机系统效应器的射程之上飞行的事实意味着它们不需要被这些梯队区分开来。与此同时,这些无人机系统足够大,有足够的功率携带加密的应答器,当它收到预编程的询问消息时,应答器会发出预编程的信号。这样,一个为摧毁这些目标而优化的系统应该能够携带询问目标的能力,并在收到适当的电子握手后停止瞄准系统。一旦无人机在敌方领土上空被击落,应答器就有被捕获的重大风险。因此,IFF(敌我识别)特征需要更新,以防止敌方无人机复制它,从而避免被拦截,时间可能需要24小时。这种方法与载人飞机的典型做法是一致的。
这种解决方案对于四轴飞行器和战术无人机来说是不可行的,因为大多数无人机都缺乏配备敌我识别应答器的有效载荷和/或储能装置,而且大多数被动探测和瞄准它们的能力都无法询问应答器。在这里,必须使用战术、技术和程序(TTP)来避免友军误伤。对于连队来说,通过承载其战术通信的连队移动自组网(MANET)进行控制,可以保护有机连接的无人机系统。因此,连队内部的无人机将出现在敌军跟踪中。由于这些无人机将往返于连队责任区,因此这不会造成什么问题。当一个营或附属于营或支持武器的无人机在连作战空间上空飞行时,就会出现问题,因为这些能力将不是连MANET的一部分,如果试图集成,将使网络容量饱和。
对于OWA能力,向友军指示其前进路线的时间和路线,应使反无人机系统团队能够准确区分。对于ISR无人机系统,这种方法的问题在于,它们在从任务返回途中还必须飞越友军阵地,如果受到干扰,可能会试图在计划外的路线上自主返回基站。对于这些能力,飞行计划中列出一个穿越己方部队前线(FLOT)/敌军前线的点可能是有意义的。在飞离部分,可以通过向占据作战空间的部队发出警告来避免冲突。对于返回部分,无人机系统在越过FLOT后可发出信号——适当的信号由反无人机系统可用的传感器确定——以表明它是友好的。由于这些释放特征可能被敌人探测到,因此需要定期更新,可能是每天给出一次预先分配的释放时间表,每小时发出一个新信号。由于无人机系统没有时间表,但会有与飞行时间相关的信号,如果敌人捕捉到或监测到信号,他们就不能在信号相关的时间内在自己的无人机上使用它。这不是一个完全可靠的系统,但它会减少友军误伤概率。
4、分发
一旦探测到无人机系统并确定其为敌方,任何反无人机系统下一阶段任务都是将该信息“分发”给受影响行动区内和可能超出该区域的其他资产。如果需要获得武器级跟踪,那么将反无人机系统效应器和/或额外的传感器引导到探测到的威胁上非常重要。将信息“分发”给附近的其他部队也很重要,以便他们根据探测到的无人机威胁类别调整活动。这是将部队风险降至最低并为反无人机系统效应器争取时间的关键要求。
根据反无人机系统能力整合到部队中的方式,向效应器传达信息以进行提示可以是简单的,也可以是复杂的。如果传感器和效应器集中在专用车辆上,则初始探测、跟踪和辨别传感器和系统与效应器之间的切换可能会在同一车辆上发生,或者至少在给定单元内的一小部分车辆内发生。另一方面,如果探测依赖于分布式传感器阵列,如安装在整个单元中多辆车上的多静态无源雷达阵列或声学传感器阵列,那么它们与任何效应器之间的通信链路都需要复杂、有弹性和低延迟。
对于不能产生高分辨率轨迹数据的被动传感器,包括声学、一些被动雷达和大多数射频分析仪,产生适合武器制导的轨迹将需要在能够产生所需轨迹分辨率的辅助传感器上给出提示。对于大多数相对短程的反无人机任务,最简单的解决方案是使用被动传感器提供的方位数据,通过高分辨率EO/IR相机和集成激光测距仪提示传感器球。非专用的反无人机系统光学器件,如远程武器站(RWS)上的传感器球或炮塔安装的光学套件中的光学器件,一旦提供了精确的搜索方位,最好是大概的行程和速度,就应该能够相对容易地捕获几公里内的无人机系统。
或者,主动火控雷达系统,如为自行高射炮(SPAAG)或SAM系统的导弹提示和制导提供测距、速度和方位数据的系统,可以提示广域系统探测到的目标。提示此类系统所需“分发”的信息不需要是跟踪质量的高分辨率数据,而只需要足以使这些SPAAG和SAM系统能够以最小的雷达照射时间进行交战,只需搜索有限的扫描体积即可捕获目标。
二、交战与摧毁
一旦无人机系统被探测、分类和识别,部队必须采取适当的对策来摧毁它。了解这些方法及其各种优势和依赖关系,使部队能够部署一系列适当的方案来保护自己免受无人机系统的攻击。因此,本章探讨了如何通过瞄准无人机系统的传感器、通信和导航及其使能器,或通过物理摧毁它们,最终摧毁无人机系统。
1、传感器摧毁
除了全球定位系统制导的单向攻击系统外,几乎所有无人机系统都需要功能传感器才能对部队或设施构成威胁。因此,作为反无人机系统防御的一部分,可以采取的核心方法之一是暂时或永久地降低在友军资产附近运行的无人机系统使用的传感器。
成功在很大程度上取决于能否准确确定给定无人机系统正在进行的活动,从而确定它可能依赖的传感器。如第一章所述,有多种潜在的方法可供使用,但任何使传感器失效的效应器成功的关键在于,所选定的效应器能够尽快接收数据。
由于相当一部分敌方无人机活动是ISTAR(情报、监视、目标捕获和侦察)任务或FPV(第一视角)攻击任务,因此使光学传感器套件失明的能力对于依赖传感器失效的反无人机系统方法至关重要。使用激光检测镜片反射回来的后向反射器技术在最近的冲突中得到了广泛的应用,包括在乌克兰,并有可能快速定位,然后致盲甚至永久损坏敌方光学系统。虽然直到最近,这主要用于对抗狙击手和反坦克导弹小组,并在适当的探测系统的提示下降低地面车辆的光学性能,但这种技术可以用反无人机系统。此外,能够使敏感光学元件眼花缭乱的激光器的功率要求远低于旨在击落无人机的激光反无人机系统。这意味着具有后向反射器和激光眩光能力的系统可以更小、相对便宜,并且在给定的空间、重量和功率安装下具有更大的弹匣深度。这反过来意味着,光学传感器摧毁能力比许多其他反无人机系统效应器解决方案更可行,可供靠近前线的低梯队的前方部队使用。这种方法在载人平台的防御性反援助套件方面证明有效。然而,如果一个系统没有足够的功率来永久损坏敌方无人机的光学系统,那么它的传感器失效能力只会持续到操作员能够保持对目标的直接视线为止。因此,对于功率较低的系统,有必要在一个单元的正面安装多个效应器,以确保有效的覆盖,而对于功率更大的系统,较少的效应器可能足已够有效。单独依赖这种能力的另一个问题是,可以保护相机免受逆向反射探测。
被动式摧毁方法也很重要。例如,对于FPV型直接攻击无人机或巡飞弹,如Lancet-3M,使用光电或红外传感器进行终端制导,如果能够及时警告目标部队存在和可能的威胁类别,使用烟雾作为遮蔽物可能非常有效。即使对于未来可能使用人工智能和/或机器学习,并启用自动目标选择和终端引导以避免与人类操作员建立脆弱连接的系统,如果及时触发,模糊剂的使用也应保持高效。“热烟”化合物具有足够的热特征,可以有效地使红外传感器和光电传感器失明,这是一个明显的选择,因为它们可以对抗多种类型的敌方无人机/弹药。烟雾发射器已经是大多数主战坦克防御系统的核心组成部分,鉴于无人机系统和巡航弹药威胁的日益普遍,可以而且可能应该安装在大多数编队中更广泛的车辆上。此类系统能否成为使传感器失效的反无人机方法,其可靠组成部分的关键决定因素将是通信架构,以使传感器和处理层的探测、跟踪和分类功能能够以足够低的误判率向受攻击的前方部队传递实时和准确的警告。最后,无人机系统在战斗阵地上使用多光谱伪装和头顶保护会降低其有效性,因此需要更长的时间才能定位部队和区分目标。
2、软杀伤干扰
对于ISR无人机系统,无论是遥控还是自主系统,都需要非机载传感器数据才能完成任务。通常还要求它们接收间歇命令,以飞向或将传感器定向到感兴趣的点并绕其轨道运行。飞行中可能会有相当程度的自动化,但通常需要定期接收数据。在许多情况下,阻止ISR无人机系统接收此类指令会极大地限制其效用。如果它正在收集的数据不能被卸载,这就更成问题了,因为如果数据只能在着陆时恢复,则会引入延迟,这意味着它的价值大大降低。因此,防止ISR无人机系统完成任务的最简单方法就是对接收器施加干扰,切断其接收指令的能力。在许多情况下,这将导致无人机返回其基站,从而结束其任务。类似的方法可以有效地对抗短程FPV无人机系统。然而,干扰机容易受到测向和打击的影响,因此干扰机不能连续使用,除非效果在已分布的几个干扰机之间传递。
自主导航的无人机,无论是因为它们与控制站失去了联系,还是因为它们是遵循预编程路线的打击系统,都必须有一种在飞行过程中准确跟踪自身位置的方法。未来的无人机系统也是如此,利用人工智能实现更高水平的自主性。这可以通过GNSS、激光雷达等传感器或光学地形轮廓匹配、惯性导航、同步定位和测绘、光流或视觉里程计来实现。通常,将以组合的形式。GNSS信号的局部干扰或欺骗通常可以实现对更简单系统的软杀伤,也可以通过电子攻击损坏或干扰无人机的机载传感器。例如,如果无人机的导航系统可以被欺骗,表明它正在实际高度以上飞行,那么它就可以被诱导飞到地面。如果无人机因GNSS的拒绝而被迫在一段持续的时间内依赖惯性导航,那么随着时间的推移,它可能会通过漂移而严重偏离目标。特别是在敌方ISTAR无人机中引起的相对有限的位置误差,也可能导致它们将错误的目标坐标传递给远程打击系统,以此保护观察到的编队,浪费敌方的精确弹药。
还有更专业的软杀伤形式。如果无人机系统的加密密钥已被识别,无论是从捕获的无人机系统中还是从敌人对密钥分发的糟糕演练中,或者如果无人机通过某些渠道接收数据,就有可能对系统进行基于协议的电子攻击或网络攻击。例如,这可以改变视频馈送上显示的内容,将虚假信息推回基站。或者,它可以劫持无人机系统,迫使其降落在无害的地方,从而实现恢复和利用。这些能力比常规干扰更专业,需要专门的操作员来获取情报。
上述各种形式的软杀伤都不是摧毁无人机系统的绝对方法。例如,影响干扰数据传输的一种方法是,无人机在两个不相邻的频率上进行通信,并对每个频率上接收到的消息进行比较。如果一个频率与另一个频率不同,则使用第三个频率并将其与现有频率进行比较,以确定真实频率,同时关闭错误频率。若频率可以快速跳变,则需要一个非常强大的干扰机来可靠地跟踪和摧毁信号。同样,具有GNSS八元件天线的无人机可以接收多个导航频率上的信号并对其进行比较,还可以比较接收信号的对齐情况,因此有效地拒绝GNSS需要专门的设备和操作员。虽然可以部署这种专门的能力,但它们不能在所有梯队中都可用,因此必须谨慎地优先考虑这种定制干扰的位置。
这种软杀伤方案可以在大部分前线被有效抵御,但这并不意味着它缺乏效用。软杀伤能力的激增显著提高了敌方无人机系统的复杂性和质量要求,使其能够成功执行任务。这降低了威胁的频率和规模,并使得敌人更加小心,避免失去无人机系统。无人机系统被设计成具有更昂贵和更强大的功能,使其能够抵抗软杀伤技术,但不一定能抵抗硬杀伤方法。通过减少必须拦截的数量,软杀伤能力使进行硬杀伤防御更加经济,并降低了硬杀伤系统饱和的风险。软杀伤防御也可以更容易地持久化,并可以产生广域效应。从历史上看,需要专用的电子战系统来提供软杀伤,这使得很难在所有梯队中都有这种能力。然而,如今,软件定义系统的出现意味着,通过正确的编程和正确的天线,大多数战术通信系统都可以重新用于提供电子战效果。因此,它可以被描述为一个机会,而不是机会成本,为部队配备有用的软杀伤反无人机系统能力。
3、硬杀伤破坏
无人机系统的物理破坏可以通过各种方式实现,每种方式都会对效率、成本和可行性产生影响。三种主要的破坏手段是枪击、机动拦截器和定向能。
枪击
对于大多数军队来说,安装在车辆上的现有中小型火炮是最明显的潜在分布式反无人机系统效应器。虽然反制无人机系统的部队几乎普遍会用任何可用的武器向目标无人机系统射击,但事实是,无人机系统是一个难以瞄准的目标。它们大多数都很小,可以在三维空间中不规则地移动,很难从视觉上准确估计它们的射程。即使使用标准步枪,也可以通过为一些士兵提供专业的反无人机系统瞄准器来提高效率,这些瞄准器可以帮助计算距离和速度,并为射击者提供瞄准提示。霰弹枪在乌克兰作为抵御俄罗斯Lancet“柳叶刀”系列巡飞弹和FPV无人机袭击的最后一道防线也取得了有限的成功。然而,依靠士兵作无人机系统防御的重要一层并非一种有效的策略,因为其固有的杀伤概率较低,而且士兵还有其他重要任务需要执行。
通常,对更有效的基于炮火的反无人机系统效果的基本要求是——该系统具有包含激光测距仪的光学元件或火控雷达系统,可为精确的射击解决方案提供精确的斜距和速度估计。(遥控武器站)RWS可以而且应该用于此任务。专用防空系统,如德国制造的“猎豹”Gepard自行高射炮,也有能力对每枚炮弹进行编程,使其在到达目标附近时引爆。这使得专业防空火炮弹药能够提供爆炸破碎效果,从而大大增加了对无人机系统甚至巡航导弹造成严重损坏的可能性,只需短时间射击即可。.50 BMG和12.7毫米或14.5毫米系统的有效性也可以通过专用弹药来提高,尽管即使使用标准球,经过适当修改的RWS也可以通过单次射击摧毁无人机系统。专用自行高射炮作为反无人机系统效应器的主要缺点是,它们成本相对昂贵,这意味着其获取的机会成本较高,并且给部署部队带来了额外的后勤负担。
然而,它们也具备一定的作战优势。它们不仅可以配备比其他中型装甲车更大口径、更高射速的加农炮,而且通常还配备了自己的专用探测/分类/鉴别传感器套件,以辅助其武器。此外,它们还可以对地面支援中的徒步敌方步兵和轻型装甲车提供毁灭性的火力支持,并且比许多其他专用的反无人机系统效应器更能对抗敌方飞机、导弹和攻击航空。
大多数现代通用装甲战斗车(AFV)设计还包括安装在炮塔或RWS中的陀螺稳定25-40mm速射加农炮,配备EO/IR光学元件、激光测距和可编程弹药。因此,如果配备合适的空爆弹药,并为枪支指定必要的高度,那么很明显有可能相对容易地调整常规AFV,为地面编队提供相当程度的反无人机系统效应器能力,否则将保留其作为常规AFV的全部效用。如果没有专门的传感器套件来探测和分类无人机本身,具有适当指定炮塔/RWS武器的常规AFV仍然需要通过非机载探测系统将其光学元件引导到粗略的目标方位上。
基于加农炮的反无人机系统效应器的两个显著缺点是弹药消耗和射程有限。两者都与所选系统的口径有关。大口径火炮将能够在更远的距离和更高的高度与无人机交战,但也将能够在每辆车内携带更少的现成弹药,从维持的角度来看,弹药运输将变得更加昂贵和笨重。即使是相对大口径的速射加农炮,如英国陆军的40毫米卡塞德望远镜武器系统,也无法在16000英尺的最大巡航高度有效地与ISR无人机(如俄罗斯的Orlan-10)交战。换句话说,虽然基于加农炮的效应器配备了正确的提示、专用弹药和传感器,可提供大量有效的近距离反无人机系统能力,但同时仍需要一个导弹、定向能或拦截无人机系统来覆盖无人机威胁谱的中高空ISTAR部分。
拦截器
目前用于反无人机系统任务的最常见的机动式拦截武器形式是肩扛发射的单兵防空系统(便携式防空系统),如FIM-92毒刺,该系统使用IR/UV(热搜索)无源头来获取武器并将其引导到更大的无人机的较热发动机部件上。这种反无人机防御系统有三个主要缺点。首先,它们的有效射程有限,这使得它们无法与Orlan-1等中高空ISTAR无人机交战。其次,它们的成本比小型无人机甚至许多中型无人机更高,因此不一定是应对大规模威胁的可持续利用武器。第三,它们不适合与小型无人机和FPV自杀式无人机交战,因为其电动系统太小,不能产生可行的热信号来锁定目标。
为防空或导弹防御任务设计的传统地对空导弹系统也不太适合反无人机任务,主要是因为相对于防空和导弹防御要求,它们通常体积大、价格高、超负荷,无法可持续地用于对抗中型无人机。其次,雷达制导地对空导弹系统使用多普勒门过滤掉静态或慢速移动物体的回波,以减少杂波,这也意味着许多系统难以可靠地探测和跟踪悬停或低速移动的无人机。然而,与加农炮或基于电子战的效应器相比,地对空导弹系统的优势在于射程,因此其具有防御覆盖潜力。如果受到连接传感器的提示,发射器也可能与视线之外的无人机交战,进一步扩大了给定数量的发射系统有待保护的区域。
由于无人机的飞行速度远低于地对空导弹系统通常设计用于对抗的飞机和导弹,因此反无人机地对空导弹的理想尺寸要小得多,因此价格更便宜,并能在给定体积内携带更多数量。更适合与ISTAR无人机交战的地对空导弹系统的一个可利用的方向是,将为空军视距内作战提供地面发射功能。例如英国AIM-132先进短程空对空导弹(ASRAAM),专为英国皇家空军“台风”战斗机设计,该导弹已成功适应乌克兰反无人机任务中的地面车辆的提示和发射。虽然可实现的射程将比从战斗机发射短得多,但在中等高度拦截慢速飞行的无人机时,它仍然有效。
反无人机系统任务中一种新兴的拦截器子类型是伊朗-胡塞358 Saqr防空导弹或俄乌军队中大规模部署无人机反无人机等系统。358 Saqr是一种两级地对空导弹,它使用初始火箭助推器将主涡轮喷气发动机动力部分发射到高空和高亚音速,可实现徘徊,拦截MQ-9“捕食者”无人机等。Anduril公司的Roadrunner无人机拦截器由双微型涡轮喷气发动机驱动的单级罐式发射系统,可垂直发射,若失败,可垂直着陆,该系统旨在通过直接撞击方式拦截敌方无人机,并用整体弹头实现摧毁。Roadrunner能力范围有限,但乌克兰部队已经通过该系统实验版本取得了重大成果,尽管仍使用了螺旋桨驱动的解决方案。使这种能力具有成本效益的关键因素是让非机载传感器提供制导,最好是电光或激光,这样无人机机头的传感器可以进行捕捉。或者,拦截器由雷达制导。如果得到适当的传感器层的提示,这种系统可以对ISTAR无人机提供巨大的潜在区域覆盖。由于对直升机和潜在的地面目标具有有效作战效能,这类系统未来很可能会激增。
定向能
反无人机系统定向能效应器主要有两类:高功率微波(HPM)系统和高能激光(HEL)系统。HPM系统以狭窄的锥形光束发射能量,因此,如果多个无人机系统彼此靠近运行,则可能会同时对它们产生影响。另一方面,与HEL系统相比,由于武器的影响范围更广,因此更难控制潜在的电子“误伤”和附带损害。由于聚焦激光束的固有特性,HEL系统具有精确性,但因此一次只能与单个无人机系统交战,可能需要在每个目标上停留很长时间才能达到破坏性效果。这种能量也可能远远超出目标范围,在某些大气条件下也可能发生不可预测的折射,使得清除电弧可能比基于大炮或导弹的系统更复杂。HEL系统的功率输出越高,在给定目标上所需的停留时间就越短,其有效范围就越大,特别是在恶劣天气条件下。然而,更高的功率输出还需要更多的发电量容量、更大的电容器组来存储“快照”的电荷,以及更大的冷却容量,因此移动式安装很难,成本也会显著增加。
阻碍为更广泛的短程防空任务开发和部署实用HEL系统的问题之一是,大多数系统都需要潜在地应对各种威胁,包括来袭的迫击炮弹炮弹和导弹,以使其能够取代传统的火炮系统,如Phalanx近防系统。要想成功抵御来袭弹药,这些弹药以高亚音速或超音速飞行,交战窗口很短,则要求高功率水平。然而,如果HEL系统是专门为反无人机任务采购的,那么它们可以以更适中的功率输出运行。
HPM和HEL系统的采购成本也往往比类似的导弹或加农炮系统高得多,但每次交战的成本要低得多,并且具有更大的潜在弹匣深度。由于大气折射干扰和衰减的增加,HEL系统的有效性在大雨、雾或多尘的环境条件下也会大幅下降。然而,由于机身或传感器的限制,许多无人机系统在这种情况下也不是特别有效。
4、主动性攻击
上述措施涉及旨在摧毁飞行中的敌方无人机的硬杀伤或软杀伤效应器。然而,反无人机系统效应也可以通过瞄准地面控制站和敌方地面部队中嵌入的其他使能资产来实现。即使是未来可能在很大程度上自主运行的打击无人机,也仍需要由地面部队发射和监测,而ISTAR无人机必须将数据传输回地面控制站,在许多情况下,在飞行中接收地面操作员团队的指令或任务更新。这些地面小组和控制站是一个重要的潜在攻击面,反无人机系统的探测和效应器能力可以而且应该得到优化。在第一章中,讨论了射频分析仪的广泛分布作为探测敌方无人机系统的关键方法之一。这些分析仪不仅能够探测无人机,而且由于它们会分布在部队的前线,还可以用于通过三角测量确定敌方无人机地面控制站的信号发射位置。
利用获取的信息可以通过多种方式进行。若三角测量或原始数据共享给营或旅总部,则可以使用各种方法来降低正在进行的敌对无人机作战的有效性。首先,一个旅可能会分配电子攻击能力来干扰控制站上的频率,从而实现与直接对每个无人机系统进行软杀伤类似的效果。如前几节所述,对于具有双频通信链路的系统,基站和无人机系统的同时干扰可能特别有效。虽然干扰敌方前线后面的地面控制站所需的范围将需要大量的电力,需要一个专用的电子战系统,限制这种效果的持续时间,但有针对性地使用这种能力可能足以破坏如大规模的游荡弹药打击波等。
地面控制站可能遭受火灾。这可能会导致无人机操作员死亡或受伤,从而不仅摧毁他们当时控制的无人机,还能削弱敌方专业人员的技能。然而,即使未能伤害到操作员,也可能损坏用于发送信号的天线,从而切断重新控制无人机的能力。其有效性在于,与软杀伤方法不同,对操作员或控制设备的动能损伤不仅能使无人机在执行任务时被摧毁,还能造成持久而非时间限制的破坏。
除了对敌方地面控制站点进行测向定位外,分布在前线的频谱分析仪的另一个功能是收集大量信号流量。对这些信号进行解密和/或持续收集以进行生命模式分析,可以识别发射点、敌人何时向其移动的指标,以及绘制敌方无人机系统的支援结构图。然后,然后,可以预先锁定这些目标,试图在无人机及其机组人员准备发射时对其进行地面打击。
三、整合与协调
在探索了探测、分类、识别和跟踪无人机系统的可用方法以及如何摧毁无人机系统后,本章将研究部队如何整合这些能力,以提供相应的保护,使其能够成功运用。本章分三个小节,第一节是探讨如何在部队中分配反无人机系统能力以保护自己。第二节分析对关键目标的保护。第三节讨论协调这些能力所需的指挥控制。
1、梯队需求定义
如第一章所述,反无人机系统的基本能力是通过探测无人机系统实现态势感知。所有梯队都需要这种能力,因为没有它,就无法采取任何对策。在己方部队前线探测无人机系统的最简单方法是利用光谱分析仪。添加声学传感器(如今可以安装在车辆上或单兵携带)对于被动感知无人机系统和其他威胁也非常有用。车辆上的声学传感器还允许在无人机系统飞越机组时对其进行跟踪。
在排级层面,进行无人机防御可通过在车辆上安装一个带有适当天线的软件定义无线电,并对其进行电子攻击编程来实现。在一排车辆中安装这样的干扰机则不允许车辆乘员进行其他复杂的干扰,他们可能缺乏针对攻击的专业知识。然而,随着电子战专家为特定类别的无人机系统构建针对性攻击类型,相关资料库有可能被推送到这些无线电上,这样如果对发射模式进行了分类,就可以有效地参与其中。该排电子战也可用于阻止GNSS越过其位置,以保护其免受精确打击。虽然无法制造攻击,但排需要熟悉何时以及如何使用这种能力,类似于排如何运用电子对抗措施来保护自己免受简易爆炸装置的攻击。此外,随着乌克兰“非合作集群”的出现,以及“合作集群”的到来,增加对反无人机系统周期“探测/识别/跟踪”阶段的投资至关重要。提高能力和分配传感器可确保昂贵和定制的反无人机系统能力不会不堪重负。
排的自卫能力将受到限制,因为它们缺乏足够的平台专门用于反无人机任务。然而,可以修改一些平台的功能以使其具有反无人机能力。例如,如第二章所述,如果车辆上的激光测距仪可以向上旋转,则可以对其进行编程以扰乱无人机。RWS还可以编程为光电跟踪无人机系统,并使其以显著的效率击败单向攻击无人机系统和低级侦察无人机系统。
一个连队可能缺乏在其建制作战秩序内支持大量专用于反无人机任务的车辆的能力。然而,对一组车辆来说,具有专门的搜索和分类能力是很重要的。这可以通过携带带有被动传感器的桅杆的轻型车辆来实现,该桅杆会提示电光传感器。结合在排级分配传感器的流程,这将使连指挥官能够对其分配的作战空间进行详细的探测和分类。由于大多数战术行动最终都是连组的行动,因此需要更专用的反无人机系统能力来支持连的行动。
营可能是拥有足够后勤和维持能力以支持专用的反无人机系统平台的最低梯队,这些平台需要分配给下属连。至关重要的是,在这个梯队,反无人机不应简单地被视为一种防御活动,而应被视为反侦察任务:通过狩猎和摧毁敌方的无人机系统来攻击性地降低敌方的传感器图像。反侦察具有防御优势,但在为营部队分配任务时,这些部队应具有进攻性。
营需要建立两个必须的分队:一个电子战分队和一个反无人机排。电子战分队可以运行自己的基线,但随着软件定义无线电的普及,这些人员的专业知识可能会更好地用于首先收集、监测和解释从整个营连的分布式天线恢复的数据。其次,该分队可以使用软件更新,推送到整个营的专用软件定义无线电,以提供更专业的电子战效果,并更新效果,使其与对手保持同步。第三,这些人员提供营责任区内电磁谱的图片,为电磁作战空间管理提供信息,从而减少友军误伤。
反无人机排将作为营级支援连的增援。该排最直接相关的能力是自行高射炮系统,由下级传感器提供信息,但具有与目标交战的能力。这种能力可以分配给支援连的战线,以便在防御时在整个营的前线实现联锁覆盖。若是进攻行动,可以在旅内增加额外的自行高射炮排来支持该营。自行高射炮的炮塔也可容纳发射罐。首先,这些发射罐可以容纳肩扛式导弹,允许直升机、巡航导弹和某些类别的无人机交战。然而,在自行高射炮的电光传感器的引导下,罐子也可以容纳拦截无人机。这些能力可以与航空业合作,但针对中等高度的经济打击无人机系统进行了优化。如果自行高射炮的炮塔上有四个发射罐,那么它就没有技术上的理由不能同时准备发射肩扛式导弹和拦截无人机。对于轻型部队,拦截无人机可以安装在轻型车辆上的罐中,并通过电光或安装在车辆上的雷达进行引导。
旅是具备独立反无人机能力的梯队。作为电子战反制和管理的最佳梯队,该旅应该有能力使用具有大型和专用天线的电子战连进行定制和专门的电子攻击。关于硬杀伤,旅可以拥有独立的自行高射炮行动单位来保护关键地点,并分配增援营的战线。但旅作为一个梯队,需要能够在持续的一段时间内提供针对中程ISR无人机的区域防御,并能充分获取共同的空中图像来发挥这些能力。在可使用反无人机系统中,最有效的系统可能是车载定向能武器,但鉴于这些系统具有环境、天气局限性,旅也可以选择能够在中等高度攻击目标的导弹或拦截无人机,这些系统可被用作次要反无人机系统。
正如旅应该拥有独立的自行高射炮排以分配给其下属营一样,师也应该有独立的反无人机炮连,可用于保卫关键地点,或为旅提供支援。然而,这些旨在保护场地免受游荡弹药和自杀式无人机影响的师级行动单位的考虑因素应针对与旨在击落ISR无人机的目标略有不同的目标集进行优化。最终,师级反无人机分队必须能够摧毁无人机群,因此这是下一步考虑的问题。
2、关键目标防御
反无人机系统在后勤枢纽、空军基地和港口等固定地点周围的防御要求与在战场上防御陆上部队的要求在几个重要方面有所不同。首先,除非它们靠近前线,否则对这些基地和设施的主要威胁可能来自巡航和弹道导弹袭击,但会因自杀式无人机的齐射攻击而加剧。这意味着反无人机系统的任务不仅是保护目标设施,还要保护地对空导弹系统,如Sky Sabre(天剑)或Patriot(爱国者)导弹,它们是应对敌人上方攻击的主要手段。任何在特定国家(更不用说整个北约)可能受到攻击的每个地点提供反无人机系统防御的尝试,都将顾及到成本和人员因素。然而,鉴于大多数类型的无人机的航程有限且运输速度较慢,反无人机系统对点防御任务的覆盖范围可以优先考虑靠近可能冲突地区的设施,例如东地中海的阿克罗提利皇家空军基地或爱沙尼亚的塔林机场。
在这里,敌方的自杀式系统,如Shahed-136,可能会在相对较短的时间内造成重大威胁,特别是如果其配备了反辐射导引头,可能威胁到传统的防空雷达,这些雷达发射以防御巡航和/或弹道导弹的同时袭击。尽管Sky Sabre、NASAMS(国家先进地对空导弹系统)或Patriot等系统可对抗飞行数百公里的无人机系统,但这将有可能迅速且不可持续地耗尽其弹药。换言之,反无人机系统防御能力对于确保高端综合防空和导弹防御系统能够在敌方无人机系统攻击范围内的位置可持续运行可能变得越来越重要。
避免一个地点的点防御饱和的最佳方法是使用分散的能力在相当长的距离内击败无人机群。这种方法的有效性可以从以色列击败伊朗的大规模复杂袭击中看出,在这次攻击中,大多数无人机和巡航导弹在到达以色列之前就被飞机摧毁了。这也是乌克兰机动防御小组采取的方法。点防御系统不能对分散的一组效应器进行指挥,但应该强调的是,如果陆军拥有本章前一节所述的效应器的射程和深度,那么在到达关键目标之前,主要的袭击无人机群应该被大大消耗,因为后方的预备役和陆军部队可以操纵其反无人机系统能力,提供分布式纵深防御。在乌克兰,这种纵深防御方法依赖于约5万名人员,他们使用SHORAD武器组成机动小组,以实现高截获率。与此同时,这种分散的防御虽然降低了点防御饱和的风险,但并不排除对点防御或保护关键地对空导弹系统的需要,这些系统负责保护场地免受无法纵深袭击的弹道导弹的攻击。
与反无人机系统探测、分类和作战系统相比,专门为点防御设计的系统可能更大、更重,消耗的功率也更大。反无人机系统探测、分类和作战系统可能适合整合到机动陆军中,用于不同梯队的防御或进攻任务。反无人机系统操作员需要能够参与用于协调IAMD(一体化防空反导)活动的公认空中图像,这除了专用的有机反无人机系统传感器层外,还有助于将火控系统和效应器调整到即将到来的威胁上。在某些方面,点防御任务可以被认为是HEL或HPM型定向能效应器的理想选择,因为更高的功率输出和足够的电容器以及深弹匣的冷却比移动装置更容易。然而,根据所讨论的基地或设施的位置以及其上和周围使用的设备,防止附带损害可能仍然是一项复杂的任务,特别是对于HPM效应器。对于基于加农炮或导弹的防御系统,可能更强调对抗无人机群齐射攻击的有效性,而不是应对许多小型系统持续攻击的能力,与前线的巨大距离意味着,除非秘密插入进行单次齐射,否则大多数极小和廉价的敌方系统将无法成功达到目的地。
也就是说,例如,在空军基地周围使用任何类型的动能或电子战效应器,都可能需要与军事和民用交通进行仔细协调。因此,任何为设施和基地的点防御而设计的基于导弹、大炮或电子战的效应器,都需要在它们、军事和民用空中交通管制以及任何一体化防空反导认可的空中图像之间建立强大的通信链路和协调TTP。然而,鉴于本章第一节讨论的许多反无人机系统探测和威胁分类传感器的相对专业性效能,这些传感器可能值得部署和操作,包括那些旨在为更大的一体化防空反导系统供电的传感器,而非试图依赖后者来提示部署的反无人机系统效应器。就部队规划假设而言,尽管对任何给定地形的实际要求都是定制的,但提供最低可行的点防御可能需要一个排(3到4个平台)和一个连(9-12个平台)之间的某个地方。
3、战斗指挥控制
为了使相对短程的分布式系统阵列有效,有必要对它们进行有效的协调。此外,由于所描述的一系列反无人机系统技术可能会干扰其他指挥控制系统,因此战场管理架构的正确性至关重要。基于本章前面描述的各梯队功能,可以勾勒出一系列合理的指挥控制关系。
首先,在连队内部,如果能够通过连队移动自组织网络(MANET)发出并传播无人机存在的警告指示,那么所有人员都可以根据这一信息对自己的隐蔽和伪装工作做出明智的判断,或者确定威胁是否足以让他们采取行动。这只需要在与连队网络相关联的连队平台上探测到公认的无人机的声音特征、轮廓或无线电控制频率,并将这一检测事实进行共享。这可以自主完成,同时有人参与监督,以加速过程并释放排内人员在监控系统上的认知负荷。
其次,检测到无人机的传感器应收集评估后的特征、检测到的方向和方位角,并将这些数据保留下来,以供任何请求者提取。最可能需要这些数据的是排长和连长,他们需要决定是否应用或保留电子对抗措施,以及专门的C-UAS侦察能力——它应在连队移动自组织网络(MANET)上发出警报后自动提取数据——旨在比较来自多个传感器的回波,或用自己的设备询问,以对无人机进行分类。另一个相关方将是营级电子战小组,他们将希望从多个点收集方向数据以实现三角定位,并可能开始使用自己的基线或其他传感器来寻找敌方控制站。同样,其中许多操作都可以自动化,电子战专家可以在必要时介入进行监督。
从这一点开始,几个额外的指挥控制(C2)链路变得相关。首先,如果排或连指挥官决定应用对抗措施,那么拥有这种能力的车辆上的人员需要被指示激活其电子防护能力。其次,需要向营级电子战小组通报这一行动,然后再向旅司令部通报,以便进行电磁作战空间管理。这可以通过在打开电子防护套件时发送警报来自动化实现。
另一条通信线路需要将反无人机系统侦察团队收集的遥测数据和分类数据传递给营级反无人机系统和旅级指挥所。这是因为无人机可能对连队责任区以外的目标感兴趣,因此需要更高层级的部队获取提示,以便调整方向和位置进行拦截。通过这种方式,下属连队将构成一个分布式传感器网络,使有限的反无人机系统资产能够定位到能够在威胁进入战斗部队后方时实现硬杀伤的位置。由于每个层级都会有作为预备队的连队,这些连队也将部署被动传感器,这将形成一条密集的传感器带,不仅可以报告与无人机的首次接触,而且实际上还可以随着时间的推移提供其飞行轨迹,而无需像防空指挥与控制基础设施那样设置专门的通信架构,因为那种架构在排级部队中维护起来过于昂贵和繁重。然而,这样的反无人机系统指挥控制结构将需要专门的硬杀伤反无人机系统能力能够获取无人机飞行的大致轨迹,然后使用自身传感器实现跟踪质量的解决方案,以及询问目标的能力。旅级的自行高炮和专用反无人机系统需要隶属于防空指挥所,或者至少能够访问通用空中态势图,以避免友军误伤,因为这些系统虽然具备但不应主要承担打击更广泛威胁的任务。
如果这样的系统要在标准战术通信信道上运行,重要的是原始数据不应常规地从传感器传输到中央节点,而应在平台上进行询问,以便将事实以小的文本数据包形式分发。使用结构化语言进行报告将使这些报告能够被其他指挥控制系统使用。这需要在支持传感器的软件定义无线电上配置一定的分析能力。原则上,这是相当直接的。对于分类而言,专用反无人机系统情报、监视与侦察(ISR)车辆传感器桅杆底部的车载处理将至关重要,因为这些车辆将搭载多个传感器,因此具备对目标进行高置信度分类的能力,然后可以将分类结果以文本形式分发。如果需要原始数据,可以通过偏移卫星通信链路或其他方法将其路由,然后上传到一个通用门户,供更高层级的系统拉取以进行分析。这种数据汇总的一个功能是随着时间的推移创建一个特征库,然后可用于完善提供分类的软件和编程到分布式电子攻击天线中的电子战效果。因此,这将允许旅级的电子战专家也将软件更新上传到同一门户,以便在战术情况允许时下载,并分发到连队的传感器上。
四、总结
有效、分层和高效的反无人机系统(C-UAS)能力既不是“奢侈品”,也不是作为抽象的“未来部队”的一部分进行探索的概念。部署反无人机系统是陆军适应现代战场作战的基本要求。没有反无人机能力,一支部队将被第一时间发现,最终被成功大规模部署无人机和反无人机系统的敌方部队所击败。对于北约成员国来说,北约高级领导层设定的目标是在2028年前做好威慑俄罗斯的准备。因此,部署反无人机系统能力对于英国陆军以及大多数其他北约陆上部队元素而言(在结构意义上)都是迫切的作战需求。
与此同时,仅仅采购价格昂贵、功能独立的反无人机系统并不能有效保护部队。充其量,它只对特定类别的无人机系统提供有限的防御,但随着威胁的演变,这些反无人机系统将迅速过时。本文试图概述各梯队应提供的有效和持久防御所需的能力。下文提出了几点建议,旨在将这些原则转化为英国陆军所需的具体能力。所阐述的能力组合可以说对所有北约国家的军队都具有普遍适用性,但就其针对特定系统和项目的具体阐述而言,需要参考特定的部队,因此本文在此以英国陆军为参照部队。
建议
首先,英国陆军需要在其车队中安装电子战天线和软件定义的电子防护套件、无源雷达和声学传感。电子保护套件应能够进行定向射频和全球导航卫星系统干扰。在已经存在系统的地方——比如Ajax上的声学传感器——软件更新必须允许它们可利用乌克兰的可用数据库来准确探测无人机。软件解决方案应在整个部队中通用,而不是针对每种平台或传感器类型单独使用。
其次,英国陆军应开发一种被动多传感器桅杆,并配备一种软件解决方案,允许对其传感器返回进行交叉检查,以对物体进行分类。这些传感器应作为模块化单元安装在现有车队上,针对Jackal和Cayote,侦察车进行优化,并以足够的密度采购,确保每个连组至少配备两个。徒步轻步兵应配备可部署的桅杆套件,因为传感器本身大多便于人员携带,并且可以连接到地下发电机或轻型战术车辆上供电。如果要在2028年前完成这一部署,陆军需要冒一定的风险,改变现有的车辆集成试验流程。当前的保障流程将导致延误和成本上升,甚至可能导致任务失败。
第三,英国陆军必须具备硬杀伤反无人机系统能力。应对英国车辆上现有的遥控武器站(RWS)进行软件更新,使其能够攻击无人机。更重要的是,在乌克兰开发和部署的有效的反无人机系统拦截器应该通过英国领导的国际无人机联盟来扩大生产规模。此举目前对乌克兰十分有利。不过生产规模也应参照乌克兰军队单价装备于英军队,这些拦截器应配备给英国的支援武器连。
为英国采购自行高射炮系统,以在营级提供专用的硬杀伤反无人机系统覆盖范围,确实需要一个更深思熟虑的采购计划。然而,工党新政府此前曾表示,加强英德国防和工业合作是优先事项。鉴于德国在自行高射炮设计方面的成熟专业知识,为英德Boxer“拳师犬”装甲车购买自行高射炮炮塔模块将是相关合作的一个潜在领域。英国的一个重要考虑因素是,使用轮式“拳师犬”装甲车与装甲部队一起执行地面机动活动将需要部队下车并步行前进,而不是像履带式步兵战车那样,与目标作战。然而,在这种情况下,一门具有高仰角的合适加农炮可以让“拳师犬”装甲车对地面目标进行压制,并为前进的部队提供反无人机保护。这可能是在相关时间范围内将其转换成反无人机/近程防空系统的最快、最合理的途径,并且完全符合“拳师犬”的固有能力和局限性。
对于旅和点防御反无人机系统能力而言,部署定向能武器似乎是一个越来越实际的选择。将诸如“龙火”(Dragonfire)这样的能力转移到陆基平台上应被优先考虑。然而,集成这样一个系统可能需要时间。与此同时,一个更直接的解决方案是为英国军队采购携带ASRAAM(AIM-132)导弹的Supacat HMT车辆。该系统在乌克兰进行了测试,经济效益突出,与其说是因为ASRAAM导弹的成本,不如说是因为增加这些导弹的库存对英国皇家空军有直接的好处,皇家空军将ASRAAM作为“台风”战斗机和F-35B战斗机的主要近距空空导弹。因此,当英国陆军最终从这一平台转向更成熟的未来短程防空(SHORAD)和中程防空(MRAD)能力时,作为反无人机系统临时解决方案而额外采购导弹批次的投资将不会白费。Supacat HMT越野车除了使用特定的武器系统外,它还可以在军队中发挥一系列有效作用。另外,开发一种低成本拦截器,以增强未来可部署的中程防空系统上的高性能防空导弹能力,也可作为一个长期的优先事项。
对于更高层次的电子战(EW),收益最高的优先领域很可能是定位击败,即确定无人机(UAS)的自主定位过程并对其进行干扰的能力。涉及此领域的设备和效果并非主要瓶颈。最主要的瓶颈将是具备适当培训和专业知识的人员。因此,当务之急应该是扩大该领域的人员数量。
最后,部署任何重要的反无人机系统能力,特别是保护部队所需的电子战能力,都取决于现实的训练。无法在演习区域使用电子战能力是军队战备的主要障碍。国防部应致力于建立在现场演习中可以试验电子战能力的场地,如果无法做到这一点,则应考虑模拟训练环境。尤其重要的是,编队要练习并了解如何在影响自身频率的情况下使用和消除其传感器、通信和电子战的冲突。尽管在某种程度上可以在模拟器中对指挥官进行电磁谱冲突消除和连接与电子保护之间风险判断平衡的培训,但梯队中所有相关系统的实际测试都需要现场演习。
在整个部队中具备有效的反无人机系统(C-UAS)能力是能够在现代战场上持续作战的非选择性要求。一支没有为这一挑战做好准备的部队可能会发现自己陷入2020年亚美尼亚军队的境地——在不遭受无法承受的伤亡的情况下,无法补给、轮换部队、集中兵力进行机动或实现作战突然性。击败当前以及未来可能出现的各类战场无人机,包括那些高度自主的无人机,本质上并不复杂,与研发弹道导弹防御系统或太空能力相比也不难;所需的传感器、效应器和战术、技术和程序(TTPs)都已存在,且大多可以现成获得。没有理由自满或拖延。