海战场无人机集群与反舰导弹协同作战样式与反制策略研究

2024-03-07 11:51:25

来源:空御科技

引言
随着无人化、智能化、体系化作战概念和技术快速发展,无人机集群分布式协同与反舰导弹联合突防在军事领域中已从试验验证进入实战应用阶段。2021年4月,在美海军举行的“无人综合作战”军事演习中,“约翰•芬恩号”驱逐舰通过接收前出MQ-9ABlock5无人机集群提供的目标位置,成功发射“标准-6”导弹完成打击,验证了“无人机引导-反舰导弹跟随打击”的作战概念。
2022年2月24日“俄乌战争”爆发,据开源情报显示,俄乌双方共投入十余型、数百架无人机参与作战。其中俄“莫斯科”号导弹巡洋舰被击沉,乌军通过TB2无人机集群进行抵近侦察与战术袭扰,并为部署在岸边的“海王星”岸舰导弹提供初始目指信息,一举命中,“莫斯科”号受到重创,引发了舰上弹药殉爆,最终沉没。由此可见,具备多种功能的无人机集群与反舰导弹协同作战将成为海战场中舰艇面临的重大威胁。
本文以此为背景,开展无人机集群与反舰导弹协同作战样式和特点研究,并从多个角度提出对应的反制策略和发展建议,为现代化战争中海战场的防空反导能力提升提供参考。
无人机集群与反舰导弹的发展路线及典型作战样式
无人机集群
无人机集群发展路线
21世纪以来,无人机集群作战概念在美国空军、美国国防部、美国国防预先研究计划局(DARPA)等组织机构中被反复提及,制定了一系列的发展战略,总体来看可分为概念提出、理论研究、成果验证三个阶段,如图1所示。
      
       
典型无人机集群项目及其作战样式
美国已率先开展多项无人机集群作战研究,其中的小精灵(Gremlins)项目、低成本无人机蜂群技术(LOCUST)项目和山鹑(Perdix)项目颇具代表性[4-7]。典型无人机集群项目所使用无人机的主要战术指标如表1所示。
      
通过携带不同任务功能的载荷,无人机集群可实现不同作战目的[8-10],主要包括协同探测、抵近侦察、电子干扰、电磁诱骗、成像识别以及饱和攻击。
反舰导弹
反舰导弹发展路线
从20世纪50年代至今,反舰导弹已历经四代,目前第五代正处于研制阶段。反舰导弹发展路线如图2所示。
      
典型反舰导弹及其作战样式
在现代化海战中,反舰导弹发挥着关键性的作用,在现役反舰导弹中,法国的“飞鱼”、美国的“捕鲸叉”和AGM-158C远程反舰导弹(LRASM)比较有代表性。典型反舰导弹的主要参数如表2所示。
     
常规反舰导弹典型作战样式主要包括防区外超远程打击、超低空超音速超隐身突防、智能化精确打击等,以LRASM为代表的下一代反舰导弹,还可在末端突防阶段,通过采用被动雷达/红外双制导模式,融合识别,增加其目标识别准确率和精准打击能力。
无人机集群与反舰导弹协同突防典型作战样式
无人机集群定位引导,反舰导弹静默突防
无人机集群可通过协同探测或协同侦察定位,初步得到敌方的位置信息,利用卫星中继或空中战机组网通信,将敌方的位置信息共享给视距外的反舰导弹,引导反舰导弹朝着敌方所在位置方向进行静默突防。采用这种作战方式,反舰导弹在突防过程中无需跃起寻的,减小暴露风险的同时,可进一步压缩敌方预警探测系统和武器拦截系统的反应时间,增大反舰导弹的突防成功率。
典型地,以携带探干侦通多种任务载荷的无人机集群与LRASM类隐身反舰导弹联合突防攻击为例,通过具体作战场景体现此种作战方式的特点。
(1)概念背景及体系构成
为有效打击敌方海上高价值目标,美军一架F-18战斗机伪装成民航飞机从太平洋某空军基地起飞,沿民航线路向敌方海上目标平台靠近,在接近目标位置后,F-18战斗机发射一枚隐身反舰弹后迅速离开。无人机集群则通过事先预置在敌方周围的无人水面舰艇、无人潜航器发射,共4组无人机集群。作战场景如图3所示。
       
(2)主要行动及敌方反制
放飞后的无人机集群按照预设的分工,其中一组无人机集群启动机上搭载的诱饵系统,使敌方雷达屏幕上显示为正在进攻的战斗机编队。敌方立刻通过无线电向上级汇报情况,并将雷达由搜索模式变为跟踪模式,同时请求其他目标平台协同跟踪和目标识别。此时另外两组无人机集群,前往预设位置对敌方目标开展协同侦察定位,分别将侦察到的目标角度信息及自身位置实时向后方传输。最后一组无人机集群充当通信和指挥节点,一方面接收前方无人机传来的侦察信息,并对敌方目标平台位置进行实时解算;另一方面将解算出的位置信息通过无线电传输给中继卫星或空中战机,最终传输给视距外掠海飞行的隐身反舰弹,从而无需跃起寻的,大幅压缩敌方预警探测时间。
(3)指挥控制及交互关系
可由空中有人战机担任指挥,首先指挥4组无人机集群各司其职,将敌方目标位置实时侦察、解算、传输给指挥中心,并在合适的时机发射隐身反舰弹,将敌方目标位置实时向隐身反舰导弹传输,实现两者信息共享,最终对敌方高价值目标实现隐蔽猝发打击。
无人机集群干扰掩护,反舰导弹协同突防
在反舰导弹突防攻击过程中,无人机集群可在反舰导弹突防攻击方向附近对敌方预警探测系统进行电子干扰,以“主瓣干扰”的方式达到“致盲”的目的,减弱敌方的探测感知能力。反舰导弹在突防攻击过程中,即使被敌方预警探测系统锁定,武器拦截系统进行火力打击,无人机集群仍可通过对拦截导弹实施有源、无源协同干扰,破坏其对反舰导弹的跟踪,使其拦截无效。
典型地,以携带探干侦通多种任务载荷的无人机集群与LRASM类隐身反舰导弹联合突防攻击为例,通过具体作战场景体现此种作战方式的特点。
(1)概念背景及体系构成
为干扰压制敌方某一区域的综合防空系统,为后续有人作战飞机开辟一条安全航道,通过发射反舰导弹有效打击敌方海上高价值目标,美军派出一架伪装成民航飞机的C-130运输机,在抵达敌防区外释放3组无人机集群,这些无人机利用体积小、飞行速度快、红外及雷达特征不明显等优势,径直向目标飞行。作战场景如图4所示。
        
(2)主要行动及敌方反制
无人机集群分工明确,其中一组无人机集群通过协同组网,确保时间同步,以严格的顺序对敌防空系统的主战雷达进行干扰,通过空间功率合成使敌雷达受到大功率压制,难以进行目标探测。另外一组无人机集群采用类似手段,对敌方的指挥中心进行大功率压制干扰,使其难以进行信息传输。最后一组无人机集群向网络发送特定代码,激活预先安装在敌方综合防空系统里的病毒程序,致瘫其信息传输网络,此后这组无人机集群立即启动侦察系统,密切监视敌方响应,对电子干扰的效果进行评估,并实时将侦察情报与执行干扰任务的无人机共享,调整干扰参数和干扰策略。同时,实时向后方有人平台反馈战场态势,以便有人战机适时发射隐身反舰导弹,对敌防空系统发起攻击。
(3)指挥控制及交互关系
可由空中有人战机担任指挥,通过指挥3组无人机集群,对敌方综合防空系统进行干扰压制和通信系统致瘫,并在合适的时机发射反舰导弹,最终实现对敌方综合防空系统的有效打击。
无人机集群饱和攻击,反舰导弹快速突防
为提高反舰导弹的突防成功率,可率先发射大量无人机集群目标,通过对敌方高价值目标的饱和攻击,达到阻塞敌方预警探测通道的目的,同时也可大量占用敌方的防空武器拦截通道,将敌方的火力拦截能力致瘫。
典型地,以携带探干侦通多种任务载荷的无人机集群与LRASM类反舰导弹联合突防攻击为例,通过具体作战场景体现此种作战方式的特点。
(1)概念背景及体系构成
为有效打击敌方海上高价值目标,美军一架F-18战斗机伪装成民航飞机从太平洋某空军基地起飞,沿民航线路向敌方海上目标平台靠近,在接近目标位置后,F-18战斗机先后抛洒了大量无人机,并在合适时机发射一枚隐身反舰弹。作战场景如图5所示。
       
(2)主要行动及敌方反制
抛洒至空中的大量无人机通过自组网技术,快速组成集群编队,径直朝向敌方海面高价值目标飞行,在同一方向上,隐身反舰弹紧随其后。敌方主战雷达突然探测到大量目标集群涌来,随即对近距离的无人机目标进行跟踪,并使用软硬武器结合进行打击。但无人机集群具有较强的集群决策能力和集群自愈性,敌方的探测通道和武器通道被逐渐占用,难以应对随即而来的隐身反舰弹,最终被击中。
(3)指挥控制及交互关系
可由空中有人战机担任指挥,通过指挥无人机集群进行饱和攻击,并在敌方探测和拦截通道饱和时,发射隐身反舰弹,给敌方致命打击。同时,无人机集群可采用无中心自组网的方式,具有较强的集群自愈性。
无人机集群与反舰导弹协同突防主要作战特点
主要优点
(1)作战经济效益好
无人机集群具有数量多、价值低的特点。例如美郊狼无人机造价约1.5万美元,而一枚常规反舰导弹的成本大约在数百万美元,即使是密集阵武器,在拦截无人机集群时也要消耗数千发炮弹。因此,无人机集群的低成本优势明显。
结合反舰导弹这类高价值、高破坏性的武器,通过合理战术运用,实现较好的作战经济效益。
(2)抗战损能力强
无人机集群可通过去中心化设计,实现分布式作战,具备较强的自组织和自愈能力。而反舰导弹作为单体目标,在突防攻击过程中通常依靠“单打独斗”,一旦被跟踪拦截,突防攻击的任务完成度会进一步降低。通过两者的有机整合,可顺利实现目标定位、航路规划、打击评估等功能,提升双方在战场中的抗毁顽存能力。
(3)协同突防成功率高
无人机集群通过携带不同任务载荷,可实现探测、侦察、识别、干扰、成像、打击等诸多功能,但其破坏能力有限。而反舰导弹功能相对单一,但破坏性极高。通过两者有机结合,可大幅提高协同突防成功率。
主要缺点
(1)过度依赖通信导航
无论是无人机集群还是反舰导弹,良好的通信和导航是实现分布式协同作战的基础。为实现无人机集群与反舰导弹的协同作战,需要确保两者之间保持畅通的数据通信,能够将无人机集群的情报信息及时准确传送至反舰导弹,并结合导航系统,规划出反舰导弹的最优攻击线路。因此,两者协同作战深度依赖通信导航,一旦通信网络被干扰,两者的协同作战将会受到较大影响。
(2)协作能力要求较高
为配合反舰导弹作战,在反舰导弹突防前,无人机集群需要按照分工要求,携带不同的任务载荷,按照预先制定的作战计划,到达指定区域为反舰导弹提供有价值的情报信息;在反舰导弹攻击过程中,无人机集群要通过干扰、诱骗、饱和攻击等手段掩护反舰导弹突防;在反舰导弹攻击后,无人机集群要进行成像识别、打击评估等,并将结果回传至指挥中心,以便指挥员做出决策。因此,在整个作战过程中,要求两者高度协作,一旦某个环节出现问题,会降低协同作战效能,甚至导致任务失败。
(3)群体作战智能有限
近年来,虽然智能化技术发展较快,但无人机集群与反舰导弹的智能化水平仍处于发展阶段。无人机蜂群通常只能按照预先设定的功能和路线执行简单的作战任务,尚不具备自主作战的能力。同时,高度依赖“人在回路”的作战模式,无法根据战场环境的复杂性快速做出调整。而反舰导弹的智能航路规划、智能规避与主动突防、自主目标识别等功能尚处于初级阶段,智能化水平有待提升,部分功能仍需要人工辅助。因此,两者的协同作战智能化程度有限,尚无法满足战场态势瞬息万变的要求。
反制策略及发展建议
根据无人机集群与反舰导弹典型的协同作战样式,针对性分析两者协同作战的优缺点,并据此提出应对策略及发展建议,对应关系如图6所示:
         
提升信息感知能力
无人集群目标及新型隐身反舰导弹作为两种具有隐身特性的作战对象,还可通过携带有源诱饵、干扰机等实现对探测系统的压制和欺骗。当前,在海战场环境下,目标飞行高度低,海杂波和多路径效应严重[17]。并且两者的RCS小,速度差异大。其中反舰导弹的飞行速度高,预警探测反应时间有限;部分小型无人机集群目标的飞行速度低,容易受到杂波影响,导致目标的跟踪质量下降,探测距离进一步缩短。必须突出抗干扰和目标识别能力,以提高对战场信息的感知能力,确保战场态势清晰、准确。
在单舰层面,一是建议专门设计特定的探测、跟踪模式,以避免对无人机集群饱和攻击时,目标跟踪不稳定以及过度消耗预警探测资源。二是建议通过提高舰船雷达的安装位置、采用“舰机协同”等方式,提升对反舰导弹的探测距离,为武器系统的拦截打击预留足够的时间,增加舰船自防御拦截次数。
在体系层面,一是发展包括天基卫星平台、机载有人/无人平台、舰船平台等在内的侦察预警探测装备,通过高低搭配、远近结合形成全方位侦察探测能力,提高情报信息获取效率;二是通过整合优势探测资源,将空中平台、舰船平台的雷达、光电、红外等传感器设备构建成一个信息共享、优势互补的侦察探测网络,提高对弱小目标的态势感知能力。
提升有源/无源干扰能力
针对无人机与反舰导弹协同突防时,过度依赖通信导航的特点,需要重点提升有源/无源干扰能力,一方面破坏敌方的通信关键节点,另一方面可实施干扰软杀伤,迫使敌方反舰导弹无法降高突防,为拦截打击提供更多机会。
在有源干扰方面,一是实施雷达干扰,通过对反舰导弹末制导雷达发射雷达干扰,阻塞反舰导弹用频范围,使其无法锁定舰船目标,实现角度诱偏;通过对无人机集群目标实施雷达干扰,可压制其探测距离,当其距离较近时,或可造成无人机上的电子元器件突然失效,使其丧失飞行能力。二是对两者高度依赖的通信链路实施通信干扰,可大面积破坏其分布式作战节点,破坏其协同作战,达到孤立分散敌人、各个击破的目的。同时,为了有效压制无人机集群,应更加重视机间定位、机间链路压制和破解。
在无源干扰方面,通过释放箔条、烟幕、诱饵弹等无源干扰,可进一步使反舰导弹跟踪到假目标上,导致其攻击落空。而无源干扰同样可实现对无人机集群的欺骗,使其丢失真实目标位置。
提升拦截打击能力
针对无人机与反舰导弹协同作战经济效益好的特点,建议发展新式拦截武器。同时,由美海军研究院针对无人机集群突防“宙斯盾”系统进行的多次模拟试验可知,当8架无人机集群同时攻击“宙斯盾”防空系统时,至少有2.8架能突防成功;如果目标数量超过10架,则该系统只能拦截前面的7架左右[18]。因此,在新形势战场环境下,“全向式”集群突防是舰艇编队面临的主要威胁,需要进一步增加武器拦截次数。
在发展新式拦截武器方面,对无人机集群类目标,发展以激光、高功率微波武器(HPM)为代表的定向能武器[19,20]以及幕型拦截武器,可抵消无人机集群作战的低成本优势,并且可大量节省舰船武器系统中的舰空导弹、密集阵、干扰弹等主要防空武器的消耗,避免武器系统的过度消耗。以美国海军研究生院Christopher研究团队研究的一款拦网式舰射集束导弹[21,22]为例,该弹药作为一种面杀伤武器,同时具备覆盖面积广、火力密集高、毁伤效能大等特点,非常适合对无人机集群目标的毁伤和拦截。
在增加武器拦截次数方面,对于反舰导弹类目标,一方面可通过增加预警探测距离,为武器拦截打击预留足够的时间;另一方面可通过构建多层次、立体化末端拦截防御圈,综合运用中近程舰空导弹、近防炮等武器系统,增加火力打击次数,提高武器拦截成功率。
提升体系协同作战效能
由于无人机集群与反舰导弹协同作战具有较强的隐蔽性和猝发性的特点,对防空反导作战过程中敌情的尽早发现时间提出了更高的要求,建议通过构建高效指挥体系,充分发挥体系要素与聚合优势,达到大幅提升体系协同作战效能的目的。
在构建高效指挥体系方面,建议根据不同的战场形式,选择合适的指挥方式;同时可提前利用红蓝对抗博弈平台进行仿真推演,预先生成多个方案,并具备一定的智能化自动选择能力,可快速精准匹配战场态势,缩短指挥决策时间。
在发挥体系要素与聚合优势方面,统筹空中平台、海面平台和水下平台,充分发挥不同要素的特点,例如发挥空中预警平台不受视距限制的因素,可大幅扩大预警探测范围;发挥无人平台低成本优势,可执行前出隐蔽探测的任务等。此外,应充分利用不同作战要素的特点,构建全方位、多层次、立体化的预警探测与武器拦截防护圈,实现预警探测体系多平台的信息融合验证、协同抗干扰等能力提升,实现武器拦截体系多平台的梯次覆盖等优势。
结束语
在海战场中,无人机蜂群与反舰导弹协同作战对防空反导提出了新的挑战。本文研究了典型无人机集群作战样式、典型反舰导弹作战样式以及两者联合典型的作战样式,分析了两者协同作战的优缺点,针对其作战特点,结合现状分析,提出了应对措施和发展建议,对构建海战场反制无人机集群与反舰导弹协同作战探测拦截防御一体化体系具有借鉴价值。
来源:《战术导弹技术》网络首发论文
作者:杨广超,周传睿,邢文革
转自:空御科技 

  • 关键词:
  • 无人机集群与反舰导弹协同作战
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