热点资讯全国股票配资公司排名 连载丨军用无人机设计：五个关键任务决定相关组件（中）
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摘要：2024年4月11日，英国皇家三军研究所发布报告《大规模精确打击：为陆军设计无人机综合体》。报告详细介绍了军用无人机从理论到实际运用上的设计考量。根据该报告内容，将其分为了上《军用无人机设计应考虑的七因素》、中（《军用无人机设计：五个关键任务决定相关组件》）、及下（《大规模无人机精确打击体系的部署》）三篇文章进行了介绍。本文为中篇，主要介绍了无人机任务以及其在具体任务中所需携带的有效载荷。 关键词：近距离ISR，近距离精确打击，超视距侦察，纵深打击，支持任务本文将在无人机设计取舍的基础之上，确定无人机在支持地面作战行动的过程中所要执行的关键任务以及所需的相关组件。关键任务有五个，分别是：（1）近距离情监侦（ISR）任务；（2）近距离大规模精确打击任务；（3）超视距侦察任务；（4）纵深打击任务；（5）为联合打击行动提供支持。对这些任务的分析能够帮助确定无人机的成本、复杂程度、机身尺寸以及其他各种参数。
一、近距离ISR近距离ISR任务的核心是为近距离作战单位提供持续且广泛的侦察。
态势感知能力不足对部队来说是致命的弱点。一般而言，每个排级单位至少要装备2架ISR无人机。这些无人机必须是可消耗的，因为它们需要在有限的作战空间内飞行，而且可能受到极强的电子干扰，这意味着其可能会承受巨大的损失。由于无人机的使用范围广、需求大，因此这些无人机必须尽可能低成本、好上手、且后勤工作简单。
旋翼无人机可能是最适合执行此类任务的无人机。
这类无人机需具备便携式能力、全天候作战能力和识别隐蔽目标的能力，其重量不能超过2千克，目标单价不能高于2500美元。军队可以大规模采购此类无人机，并将其用作训练和作战的一次性装备。某些部队可能需要低特征、高环境保障的无人机，但这种无人机单价可能将高达8000美元。这类无人机的续航时间需达到40分钟，航程需达到10公里。如果要将其持续投入战场，那么设计人员就需要对成本进行控制，这使得此类无人机可能无法具备抗电磁干扰能力、多种复合导航体制以及其他成本较高的能力。虽然大规模采购可能会降低价格，但也使得供应商无法进行快速设计迭代，进而导致己方难以保持相对于敌方的领先优势。在使用过程中，操作员可在每次飞行时使用不同的控制频率以提高无人机的生存能力，该方法还可使敌方的电子战攻击复杂化。
此类无人机必须具备自主能力，因为操作员可能会因人身受到威胁而分心。
实现这一目标的最佳方法可能是让此类无人机自主测量其与控制站的距离和方位，并通过任务专用的预加载密钥证明其真实性。操作员很可能会根据图像与自己地图的比对情况来确定探测到的物体的位置。鉴于此类无人机的成本需保持在最低水平，其可能不会具备物体识别以及其他与人工智能相关的功能。
二、近距离打击近距离打击任务的核心是为联合部队提供削弱敌方战斗力的手段，以在敌军进入友军直射武器射程之前就阻止其行动。
为了实现这一目标，己方部队可摧毁大量的敌方关键纵深支援力量、近距离支援火炮以及其他支援平台或机动部队。由于作战编队在数十公里范围内的移动往往依赖车辆，因此这一任务的关键目标大多是装甲车辆。执行此任务的大规模打击装备更可能需要在发现目标时发射，而非长时间在敌方上空盘旋，这是因为此任务要求大量武器在短时间内实现对敌打击，在编队前进时迅速削弱敌方防御，并压制敌方的点防御系统。此外，许多关键目标可能有装甲保护，执行此任务的装备必须携带成形装药战斗部。
为了削弱和迟滞敌军，近距离打击任务需要击毁大部分敌方车辆。
俄乌冲突中的作战经验表明，这种水平的毁伤效果可由小型、低成本且可大规模使用的单向攻击无人系统实现，例如携带5公斤成形装药战斗部的俄军“柳叶刀-3M”巡飞弹。一旦车辆的关键部件受损，其将变成固定目标，火炮或其他针对性不强的打击装备可对其进行后续打击。在与其他能力的合作下，近距离精确打击装备将在敌方连级单位进入己方直射火力射程之前，瘫痪其大多数坦克和装甲车。
“柳叶刀”巡飞弹
一个标准的俄军坦克连装备有10辆主战坦克，而一个标准的俄军摩步连装备有2-4辆主战坦克以及6-8辆步战车或装甲运兵车。因此，挫败一次连级规模的进攻可能需要瘫痪或击毁4-6辆装甲车，而这些装甲车往往装备有爆炸反应装甲。
实现这一目标所需的精确打击装备数量与此类装备的末段生存能力、战斗部杀伤力以及导航和控制系统有关。为了提高此类精确打击装备的飞行速度，缩短反应时间，并提高突防能力，其可采用小型涡轮发动机，但这有可能会使该装备的末段机动能力下降，单位成本上升，进而导致在预算一定的情况下，能采购和使用的装备数量减少。
战斗部杀伤力的优化工作也面临着类似的取舍问题。更大尺寸的战斗部或串联战斗部更有可能在一次打击中击毁一辆装甲车，但其可能需要更大的机身以及动力更强的推进配置，这可能会使其成本上升，进而使可用的装备数量下降。
一架装有反坦克手雷的穿越机（FPV）的单价约为800至1800美元。在俄乌冲突中，由于质量、可靠性、操作员技术以及电子战影响等原因，只有20%的穿越机在实战中击中了目标。
并且，由于战场长期充斥着信号干扰、穿越机本身打击能力不足及航程较短的问题（低温环境中可能更短）、频谱拥挤问题（低成本穿越机普遍使用简单且质量较差的无线电设备）以及高性能穿越机单价较高等问题，作战人员很难在战场上集中使用穿越机。
尽管如此，穿越机仍然是一种有效的装备，能够在敌方关闭干扰时发挥作用。它们还是一种有用的小队装备，能够为掩体中的作战人员提供精确打击效果。然而，其并不是一种足够可靠的系统，并且无法成为大规模精确打击体系的核心能力。
对于像“柳叶刀-3M”巡飞弹这样的装备来说，大约20枚“柳叶刀-3M”巡飞弹就能够瘫痪装备有10辆装甲车的俄军连级单位。根据公开数据，一枚“柳叶刀-3M”巡飞弹的成本大约是3万美元，那么完成此类任务的总成本大约是60万美元。
相比之下，美制FGM-148“标枪”导弹的单价大约为17万美元（射程为1200米到4000米），而英国陆军AH-64E“阿帕奇”武装直升机所装备的AGM-179联合空地导弹（JAGM）的单价高达31.9万美元（其实际单价可能接近20万美元）。这两种武器的高昂成本也反映出了其较高的速度、较远的射程、较高的末段准确性以及更高的战斗部复杂性，这使得它们的杀伤概率接近于1，即使是对重装甲目标也是如此。
设计人员也可以为“柳叶刀”巡飞弹配备空地导弹战斗部、火箭发动机以及完善的指挥链，这些在技术上是可行的。然而，这些增配可能会使“柳叶刀”巡飞弹具备与以色列“长钉”NLOS反坦克导弹相似的功能，如果再将其射程扩展到与后者相近的水平，那么其单价将高达20万美元。
明确这些成本和能力十分重要，因为大众期望以穿越机的成本获得“柳叶刀”这样的功能外加网络化的人工智能技术，这显然是不现实的。
有鉴于此，执行近距离打击任务的无人机的目标性能应包括：30公里的射程、5公斤战斗部以及低于4万美元的单价。
超视距侦察
ISR无人机在纵深区域飞行和徘徊的能力要求其采用固定翼设计，并能够在携带必要有效载荷的情况下持续飞行大约2.5小时。
如果一架无人机需要在敌方前线后70公里的目标纵深区域内进行30分钟目标识别工作，那么其就需要在120分钟内飞行90公里（无人机要在后方安全区域起飞，这里需加上后方安全区域到前线的距离）。如果该无人机要在阵风40节、平均风速25节的风力下保持这种能力（假设可能是顺风），并利用返航时的尾风以保持在目标上空徘徊，这就要求其能够在120分钟内飞越大约250公里的距离，其目标空速应达到125公里/小时。根据上述假设，此类无人机的翼展可能要达到4米，并由螺旋桨驱动，这主要是因为其必须具备在目标上空低速徘徊的能力。
在传感器方面，ISR无人机需装备光电/红外传感器。
这些传感器必须具有陀螺稳定功能，以抵消振动，从而保证在图像放大时也能保持清晰。此类无人机还必须具备向外传递探测目标信息的能力。无人机既可使用自身传感器进行目标识别，并向外传递观察到的目标的分类和位置，也可仅仅向外传递全动态视频。前者更复杂并更具韧性，而后者则将分析工作交给接收方，并需要持续不断的链接，这使其容易成为敌方预警装备的目标。
纵深ISR无人机很可能需要在GPS失效的环境中运行。
为了获得目标的精确定位，其还必须能够在导航信号失效的情况下确定已识别目标的精确位置。惯性导航系统是最有可能实现这一目标的装备，为达到理想效果，其还需要定期更新的地形识别数据。在此基础上，控制站可通过高架窄波束传输进行地形更新校准。通过卫星链路或使用软件无线电的定向天线，无人机可以最可靠地实现离机数据发送。
此外，为了精确定位目标位置以便其他装备能够对其进行打击，无人机可能需要装备激光测距仪，以计算自身位置的方位和距离并获得精确的地理网格参考。一些先进的无人机可利用高清晰度地形图、斜距计算和地形特征匹配来计算撞击点的准确位置。然而，为了达到这种效果，无人机需要装备相对复杂的组件以提供所需的机载数据点。在目标识别完成后，无人机还可将定位的目标与识别地图中视觉图像的固定位置进行比较，以进行验证。
为了保持对目标区域的持续监视，对该区域的监视任务需要多架无人机共同执行，执行该任务的侦察单位一般由三架无人机组成。
这些无人机需要携带多种高成本模块，其中包括软件无线电、存储和查询预加载地图的处理能力以及传感器球。装备这些高成本模块的无人机单价可能高达20万美元。此类无人机具备较高的生存能力，这是因为其雷达截面较小，飞行速度较慢，而且作战人员还可对其飞行路线进行细致的规划。此类无人机是唯一一种能够执行这种纵深侦察任务的装备。此外，虽然20万美元的单价听起来似乎很昂贵，但与用于拦截这类无人机的防空弹药相比，它的价格就显得微不足道。
目前在无人机行业内存在一种强烈的倾向，即通过增加无人机可提供的效果以使其复杂化。
例如，要求无人机在执行ISR任务的同时攻击目标、要求在纵深区域执行目标的无人机更自主等。因此，如果希望无人机具备小巧的机身和较低的成本，并在成本一定的情况下最大限度地提高能力，使许多敌方系统无法冒着被发现的风险优先与之交战，那么将无人机的ISR功能与打击功能分离通常是合理的。将无人机分离成任务模块是一种常见的架构方法，被称为“关注分离”（separation of concerns），这一方法提供了一种模块化程度更高、韧性更强的复合系统，并且比单体模块更具生存能力。然而，携带非动能有效载荷的无人机可能是个例外。此类无人机可使用软件无线电以及与之适配的天线，以收集电子情报和信号情报并成为电子攻击的载体。有效载荷的模块化将使电子攻击成为一种选择，而非常规任务，其效果还可根据任务要求进行专门设计。北约国家仍在不断开发新系统，因此更小的电子情报和信号情报设备不断涌现，这意味着此类能力越来越不受重量的制约。
“见证者-136”巡飞弹
三、纵深打击执行纵深打击任务的武器系统需要飞越数百公里的敌方领土，这使其需要携带大量的燃料、完善的自主导航系统以及较大的战斗部，以便其能够产生与其成本相称的打击效果。
这意味着，即使是那些在速度或成熟度方面经过优化以取得更好成本效益的系统也可能面临重量较大且成本较高的问题。例如，伊朗生产的“见证者-136”巡飞弹的成本就高达3万美元，重量达到了200千克。俄罗斯对该系统进行了多次迭代，新版本得到了显著加强和升级，但其成本也上升到了8万美元。
因此，纵深打击任务的目标往往需要由一个集中化流程进行专门选定，而不是临时选定的。此外，纵深打击的效果对敌方国家作战能力的决定性影响可能需要数周、数月甚至数年才会显现。
在此期间，敌方的防御系统和战术将出现调整，这使得简单地大规模使用一种远程打击装备可能无法在敌方防御战术变化前取得决定性的打击效果。大规模远程打击系统的导航、指挥和末段机动组件需要不断迭代，以使其在战争中保持相对于敌方不断调整的防御系统的优势。
在俄乌冲突中，俄乌两军使用了2种纵深打击方式：（1）使用单一系统进行分布式打击以及（2）实施大规模齐射以压制关键防御区域的防御系统。
第一种打击方式的任务要求较为简单，因此低成本的打击武器就能够达到这些要求。
一般情况下，该任务需要由螺旋桨推进的低成本系统携带50千克的战斗部以误差在几米之内的精度对特定设施或固定装置进行打击，并产生可靠的毁伤效果。部队可使用低成本精确打击装备对某些目标进行打击，以加强大规模远程打击作战的毁伤效果，这些低成本装备将用于打击那些价值不高的目标，比如敌方国家战力或后勤能力的一部分。这将迫使敌方部队分散部署防空系统，减少在关键地点的覆盖范围，或者接受长时间的大量损耗和/或后勤效率低下。
第二种打击方式需要聚集大量的纵深打击装备，作战人员需要对装备发射和任务规划进行协调，以使这些装备能够同时击中更高价值且防御更完善的目标。
这种打击方式需要复杂的任务规划、导航以及可能的数据链能力，以使打击装备在飞行过程中能够以集群的方式相互协调。这些要求使得此类打击的单位成本直线上升，并且在资源量及时间范围一定的情况下，此类打击行动的实际实施次数可能有所减少。
然而，如果结合传统装备，对低成本远程精确打击装备进行大规模使用，那么这将使敌方面临末段杀伤问题以及长期拦截弹消耗问题。可大规模使用的低成本打击装备可能不具备较低的雷达可探测性，不会装备突防辅助装置，也不具备复杂的末段机动能力或高速末段机动能力。这使得其很容易被传统的近程防空系统击落。但是，一旦让此类装备突破防御体系，其就会对固定后勤基础设施、空军基地、维修站或其他固定节点造成威胁，这又使得防空部队必须对此进行拦截。在此类装备数量足够的情况下，其中部分可能可以突破防御体系，因为防御系统可能会因为处于饱和状态或缺乏拦截弹等原因而未能将所有威胁拦截下来。如果将此类装备用于对防御系统的直接打击或者与诱饵弹结合使用，那么成本更高、数量更少的巡航导弹或空袭战机的任务成功率将得到有效提升。
如果大规模远程精确打击装备能够主动瞄准防空和导弹防御系统，那么这些装备被用于支持更大范围的战略空袭和导弹袭击的潜力将显著增加。
然而，这就要求此类装备需要携带主动导引头，因为大多数现代防空系统至少具备一定程度的机动能力，并且可能会在为一个固定站点提供防御时频繁地在多个预设阵地之间进行移动。
从技术角度来看，此类打击装备可加装具备足够处理能力的光电/红外导引头、反辐射导引头以及毫米波雷达导引头。不过，加装这些导引头可能会显著提升此类打击装备的成本。此外，高效的螺旋桨发动机或者小型涡轮发动机能够为相对紧凑且低成本的打击装备提供足够的航程，但这也会限制其末段突防能力。因此，鉴于俄军的大多数防空系统能够拦截更为强大的目标（例如：AGM-88 HARM导弹），由螺旋桨发动机或涡轮喷气式发动机驱动的打击装备的大规模使用将能够提高针对防空系统的打击成功率。
就成本而言，将资金用于采购更多空射弹药，以摧毁敌方的防空系统，这样的策略可能性价比较低，而将ISR无人机用于末段制导可能是成本更低的选择。
有鉴于此，远程精确打击装备的价值似乎最明显地体现在以下两个方面：（1）此类装备能够打击那些低价值目标（不值得使用能力更强的装备对其进行打击），或者（2）此类装备可以为复杂的打击行动提供支持。
总而言之，远程精确打击装备应是低成本且简单的。部队应设计和采购单价低于10万美元的点攻击装备，此类装备需采用模块化设计，可以改变和调整其导航逻辑，从而保持相对于对手反制措施的优势。
AGM-88 HARM导弹
四、支持任务支持任务也是由无人机组成的大规模精确打击体系所需执行的任务中的一部分。用于执行此类任务的最常见装备当属通信和数据链中继无人机、电子战无人机以及诱饵无人机。在执行此类任务的过程中，系统需要携带复杂的电子有效载荷、这些载荷运行所需的相关能源和冷却系统以及足够的电量或燃料，以使该系统能够在目标上空停留较长的一段时间。
因此，相比近距离作战所使用的精确打击装备或者超视距ISR装备，执行此类任务的装备可能具有较大的机身和较高的成本。此外，此类装备可能采用固定翼设计并由螺旋桨发动机提供动力，这使其能够低速、高效地飞行数千英尺，以此为多种系统提供良好的视距内侦察信息。
对于为其他系统提供数据链/通信中继支持的无人机来说，其有几个关键的参数：固定位置续航时间、信号传输距离、机载处理器的带宽容量以及具有频率灵活性的现代数字软件无线电套件。
此类无人机的有效载荷成本可能会比其机身和发动机的总成本还高，其可能会面临成本和制造瓶颈，进而制约此类装备的可部署数量。然而，由于中继无人机可在目标战区之后的安全区域运作，因此其可能不会经常成为敌方动能武器的目标，而其损失数量也可能不会太大。不过，此类无人机可能需要完善的自主导航以及安全着陆/回收功能，以提高其抗电子干扰的能力。所需的中继无人机数量以及其在大规模精确打击体系中所发挥的核心作用，最终将取决于作战体系内其他装备的自动化程度。在不同的作战深度中，系统探测和打击功能的自动化程度越高，对极低延迟数据链路的依赖程度就越低。
作为大规模精确打击体系的一部分，电子战无人机的尺寸和功率受到了限制，这使其需要采取防区内作战方式而非防区外作战方式。鉴于电磁波的传播方式，电子战发射器距离其需要干扰的接收器越近，其所需的功率就越小。因此，对于小型无人机平台来说，防区内干扰可能是使敌方关键系统降级的唯一可行方式。这意味着，电子战无人机不仅需要复杂的电子战有效载荷、足够的能源以及冷却设备以在要求的时间范围内提供电子战效果，其还需要带着这些载荷飞行一段距离以深入敌方空域。
在航程、推进以及导航配置相同的情况下，此类电子战无人机往往比动能打击装备更复杂且成本更高。此外，此类电子战无人机的效果还需要进行细致的量身定制和测试，以避免其干扰友军所需的传感器和通信设备。
诱饵无人机通常会携带特殊的电子战有效载荷，此类载荷能够向敌方雷达发送信号以使其产生虚假目标全国股票配资公司排名，进而使得敌方作战人员更难以识别和打击真实目标。与电子攻击载荷一样，此类载荷往往复杂且成本高昂，并且还需要依赖于成熟的国家电子情报收集体系、数据分析和任务数据生成能力以发挥作用。如果此类诱饵无人机要模拟更大型的作战飞机或者巡航导弹目标，那么其可能需要成本更高的喷气式发动机和专业的机身，以使其能够以特定的速度和高度飞行，进而迷惑敌方雷达操作员。
成本装备战斗部无人机任务发布于：福建省声明：该文观点仅代表作者本人，搜狐号系信息发布平台，搜狐仅提供信息存储空间服务。