异构无人机集群作战编队协同问题研究
2022-06-15 16:06:20
来源：海鹰资讯
一、美军作战概念对异构无人机集群空中编队的设想
美军“分布式空中作战”概念提出创建一支灵活组合的异构有人/无人作战编队，将不同种类的无人机依据任务按需变成侦、控、扰、打、评等作战单元。其中，隐身高价值载荷无人机如RQ-170、RQ-180等可在中低威胁空域担负作战任务。中等价值无人平台如XQ-58A等在中等威胁空域活动，作为通信节点、控制节点和前方火力发射平台，配合前方无人机和后方有人机编队作战。较低成本的“小精灵”无人机则搭载侦察、干扰、反辐射、战斗部等多样化任务载荷，在高威胁空域实施作战。低成本巡飞弹如“弹簧刀”“郊狼”等，限于自身航程限制，担负外围防空压制任务，以自身数量优势饱和对方防空通道、消耗其防空弹药。
这种根据不同无人机特性做出的任务分配初看是非常合理的，但是在实际运用中，大、中、小、微无人机组成异构作战编队要实现精确有效的时空和功能协同，面临诸多挑战，下文将基于作战仿真推演进行验证，并对发现的问题进行分析和探讨。
二、异构无人机集群作战仿真推演场景设计
（一）兵力编成
首先，以相关情报研究作为输入，设计一个异构无人机集群执行防空压制任务的场景切片。双方兵力编成如下表所示。
表 1 红蓝双方兵力编成
（二）初始态势
红方：远中近三层防空系统各相距3千米部署，米波雷达配置在远程防空系统附近。米波雷达开机提供预警信息，防空系统电磁静默。
蓝方：共3个空中编队，在前期情报/卫星侦察情报支持下，1号编队承担支援掩护任务，距离红方阵地90千米，1架RQ-180无人机执行远距侦察任务，2架XQ-58A无人机执行压制干扰任务。2号编队承担对地打击任务，距离红方阵地80千米，由4架F-35组成，负责投放布撒器和反辐射载荷“小精灵”。3号编队承担侦察引导任务，距离红方阵地40千米，由1架XQ-58A担任通信和控制节点，3架ISR及干扰载荷“小精灵”无人机抵近实施侦察。
图 1 初始态势
三、异构无人机集群作战编队典型问题与分析
（一）中型与小型无人机编队电磁掩护协同问题
蓝方使用两架XQ-58A无人机对S-400远程防空系统进行防区外压制干扰。蓝方3号编队的3架“小精灵”无人机计划在压制干扰和自身灵巧干扰掩护下，抵近红方阵地，利用光电红外传感器对红方阵地实施侦察，引导后续力量打击S-400系统。但在实际推演中，“小精灵”编队在灵巧干扰开启前即飞出了压制干扰区，压制干扰和灵巧干扰没有形成有效衔接，导致“小精灵”编队被S-400防空系统击落。
究其原因，干扰型XQ-58A无人机搭载干扰载荷可将S-400雷达的探测距离压缩至40%，即S-400对微型目标的打击距离从85千米压缩到34千米。但两架XQ-58A无人机对S-400只能形成2°干扰扇区，在90千米距离上干扰扇区的宽度为3千米，在34千米距离上扇区宽度仅为1千米。“小精灵”灵巧干扰载荷计划开启距离为30千米，烧穿距离为10千米。
两种干扰模式按计划可以实现交接，在有效协同的情况下可以保证“小精灵”编队接近至红方阵地12千米处，使用光电红外传感器侦察红方部署。但是由于远距压制干扰形成的扇区角度很小，可用的突防通道局限性较大，无人编队需要在有限的空间内实施突防和回撤，在干扰时机、指控、无人机操控/自主飞行层面都面临巨大挑战。
（二）小型无人机编队时空协同问题
对红方阵地部署侦察完毕后，蓝方计划使用F-35编队发射布撒器和反辐射载荷“小精灵”无人机，布撒器投放无人蜂群饱和防空系统通道，掩护反辐射载荷“小精灵”打击防空系统。布撒器和反辐射载荷“小精灵”在远距压制干扰掩护和3号“小精灵”编队灵巧干扰掩护下抵近红方阵地，但是布撒器中途即被红方防空系统拦截，导致布撒器未能开舱释放微型无人机。
压制干扰可掩护布撒器抵近至距离S-400系统34千米处，如果此时开舱释放无人机，由于“弹簧刀300”的航程只有10千米，无人机将无法抵达防空阵地，所以布撒器必须在“小精灵”无人机的电磁掩护下协同突防，突进至防空阵地10千米以内再开舱。
“小精灵”无人机和布撒器飞行速度均为520节左右，均可从低空突防，因此在飞行速度和高度上具备编队协同条件，但在实际推演中，ISR载荷“小精灵”无人机编队需先执行抵近侦察引导任务，然后再返回接应布撒器才能协同突防，由于时空协同不精确，未能形成有效掩护，导致布撒器被击落，凸显出功能协同和时空协同的矛盾。当然，这个问题可以通过增加一个掩护突防的“小精灵”编队来解决，但是“小精灵”掩护编队和“小精灵”侦察编队的释放和回收是否需要协同？“小精灵”掩护编队是否需要在空等待布撒器同时前进？又会出现一系列新的问题。
（三）微型与小型无人机异质协同问题
在“小精灵”编队灵巧干扰掩护下，蓝方布撒器和反辐射载荷“小精灵”抵近到红方阵地10千米以内，布撒器开舱释放微型无人机，但是红方采取“应拦尽拦”的抗击策略，“弹簧刀300”无人机有68架被拦截，4架反辐射载荷“小精灵”被全部拦截，没有完成打击任务。
“弹簧刀300”的最大飞行速度为160km/h，“小精灵”无人机的飞行速度为963 km/h，两者速度差异较大，布撒器开舱释放后，微型无人机先行抵近，反辐射载荷“小精灵”在空盘旋，等待微型无人机消耗红方拦截弹药。“弹簧刀300”飞行10千米需要将近4分钟。在这样的时空窗口内，“道尔-M2”近程防空系统有2次拦截机会，单发拦截概率接近100%，“道尔-M2”系统有16个导弹拦截通道，拦截了32架微型无人机，另有36架无人机被高炮拦截。
此外，微型无人机属于“低、慢、小”目标，S-400系统和S-300VM系统并未对其进行拦截，防空通道未被占用，反辐射载荷“小精灵”开始抵近后被尽数拦截。
由于微型无人机与其他无人机性能差异较大，无法占用中远程防空系统通道，很难实现有效掩护，导致微型无人机和小型无人机分工合作、协同打击防空系统的想法未能实现。
综上所述，异构无人机集群组成编队时，不同功能无人机编队间掩护协同、时空协同、异质协同在细节上都面临诸多挑战，其作战运用可能比设想中更为复杂。
