異構無人機集群作戰編隊協同問題研究
2022-06-15 16:06:20
來源：海鷹資訊
一、美軍作戰概念對異構無人機集群空中編隊的設想
美軍“分布式空中作戰”概念提出創建一支靈活組合的異構有人/無人作戰編隊，將不同種類的無人機依據任務按需變成偵、控、擾、打、評等作戰單元。其中，隱身高價值載荷無人機如RQ-170、RQ-180等可在中低威脅空域擔負作戰任務。中等價值無人平臺如XQ-58A等在中等威脅空域活動，作為通信節點、控制節點和前方火力發射平臺，配合前方無人機和后方有人機編隊作戰。較低成本的“小精靈”無人機則搭載偵察、干擾、反輻射、戰斗部等多樣化任務載荷，在高威脅空域實施作戰。低成本巡飛彈如“彈簧刀”“郊狼”等，限于自身航程限制，擔負外圍防空壓制任務，以自身數量優勢飽和對方防空通道、消耗其防空彈藥。
這種根據不同無人機特性做出的任務分配初看是非常合理的，但是在實際運用中，大、中、小、微無人機組成異構作戰編隊要實現精確有效的時空和功能協同，面臨諸多挑戰，下文將基于作戰仿真推演進行驗證，并對發現的問題進行分析和探討。
二、異構無人機集群作戰仿真推演場景設計
（一）兵力編成
首先，以相關情報研究作為輸入，設計一個異構無人機集群執行防空壓制任務的場景切片。雙方兵力編成如下表所示。
表 1 紅藍雙方兵力編成
（二）初始態勢
紅方：遠中近三層防空系統各相距3千米部署，米波雷達配置在遠程防空系統附近。米波雷達開機提供預警信息，防空系統電磁靜默。
藍方：共3個空中編隊，在前期情報/衛星偵察情報支持下，1號編隊承擔支援掩護任務，距離紅方陣地90千米，1架RQ-180無人機執行遠距偵察任務，2架XQ-58A無人機執行壓制干擾任務。2號編隊承擔對地打擊任務，距離紅方陣地80千米，由4架F-35組成，負責投放布撒器和反輻射載荷“小精靈”。3號編隊承擔偵察引導任務，距離紅方陣地40千米，由1架XQ-58A擔任通信和控制節點，3架ISR及干擾載荷“小精靈”無人機抵近實施偵察。
圖 1 初始態勢
三、異構無人機集群作戰編隊典型問題與分析
（一）中型與小型無人機編隊電磁掩護協同問題
藍方使用兩架XQ-58A無人機對S-400遠程防空系統進行防區外壓制干擾。藍方3號編隊的3架“小精靈”無人機計劃在壓制干擾和自身靈巧干擾掩護下，抵近紅方陣地，利用光電紅外傳感器對紅方陣地實施偵察，引導后續力量打擊S-400系統。但在實際推演中，“小精靈”編隊在靈巧干擾開啟前即飛出了壓制干擾區，壓制干擾和靈巧干擾沒有形成有效銜接，導致“小精靈”編隊被S-400防空系統擊落。
究其原因，干擾型XQ-58A無人機搭載干擾載荷可將S-400雷達的探測距離壓縮至40%，即S-400對微型目標的打擊距離從85千米壓縮到34千米。但兩架XQ-58A無人機對S-400只能形成2°干擾扇區，在90千米距離上干擾扇區的寬度為3千米，在34千米距離上扇區寬度僅為1千米。“小精靈”靈巧干擾載荷計劃開啟距離為30千米，燒穿距離為10千米。
兩種干擾模式按計劃可以實現交接，在有效協同的情況下可以保證“小精靈”編隊接近至紅方陣地12千米處，使用光電紅外傳感器偵察紅方部署。但是由于遠距壓制干擾形成的扇區角度很小，可用的突防通道局限性較大，無人編隊需要在有限的空間內實施突防和回撤，在干擾時機、指控、無人機操控/自主飛行層面都面臨巨大挑戰。
（二）小型無人機編隊時空協同問題
對紅方陣地部署偵察完畢后，藍方計劃使用F-35編隊發射布撒器和反輻射載荷“小精靈”無人機，布撒器投放無人蜂群飽和防空系統通道，掩護反輻射載荷“小精靈”打擊防空系統。布撒器和反輻射載荷“小精靈”在遠距壓制干擾掩護和3號“小精靈”編隊靈巧干擾掩護下抵近紅方陣地，但是布撒器中途即被紅方防空系統攔截，導致布撒器未能開艙釋放微型無人機。
壓制干擾可掩護布撒器抵近至距離S-400系統34千米處，如果此時開艙釋放無人機，由于“彈簧刀300”的航程只有10千米，無人機將無法抵達防空陣地，所以布撒器必須在“小精靈”無人機的電磁掩護下協同突防，突進至防空陣地10千米以內再開艙。
“小精靈”無人機和布撒器飛行速度均為520節左右，均可從低空突防，因此在飛行速度和高度上具備編隊協同條件，但在實際推演中，ISR載荷“小精靈”無人機編隊需先執行抵近偵察引導任務，然后再返回接應布撒器才能協同突防，由于時空協同不精確，未能形成有效掩護，導致布撒器被擊落，凸顯出功能協同和時空協同的矛盾。當然，這個問題可以通過增加一個掩護突防的“小精靈”編隊來解決，但是“小精靈”掩護編隊和“小精靈”偵察編隊的釋放和回收是否需要協同？“小精靈”掩護編隊是否需要在空等待布撒器同時前進？又會出現一系列新的問題。
（三）微型與小型無人機異質協同問題
在“小精靈”編隊靈巧干擾掩護下，藍方布撒器和反輻射載荷“小精靈”抵近到紅方陣地10千米以內，布撒器開艙釋放微型無人機，但是紅方采取“應攔盡攔”的抗擊策略，“彈簧刀300”無人機有68架被攔截，4架反輻射載荷“小精靈”被全部攔截，沒有完成打擊任務。
“彈簧刀300”的最大飛行速度為160km/h，“小精靈”無人機的飛行速度為963 km/h，兩者速度差異較大，布撒器開艙釋放后，微型無人機先行抵近，反輻射載荷“小精靈”在空盤旋，等待微型無人機消耗紅方攔截彈藥。“彈簧刀300”飛行10千米需要將近4分鐘。在這樣的時空窗口內，“道爾-M2”近程防空系統有2次攔截機會，單發攔截概率接近100%，“道爾-M2”系統有16個導彈攔截通道，攔截了32架微型無人機，另有36架無人機被高炮攔截。
此外，微型無人機屬于“低、慢、小”目標，S-400系統和S-300VM系統并未對其進行攔截，防空通道未被占用，反輻射載荷“小精靈”開始抵近后被盡數攔截。
由于微型無人機與其他無人機性能差異較大，無法占用中遠程防空系統通道，很難實現有效掩護，導致微型無人機和小型無人機分工合作、協同打擊防空系統的想法未能實現。
綜上所述，異構無人機集群組成編隊時，不同功能無人機編隊間掩護協同、時空協同、異質協同在細節上都面臨諸多挑戰，其作戰運用可能比設想中更為復雜。
