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如今,部署在戰場上的部隊不僅由人組成,還由人工智能(AI)系統組成,將沖突提升到了新的技術水平。機器人,尤其是無人機,在烏克蘭抵御俄羅斯的持續進攻中發揮了核心作用。

一種新的攻擊方式:無人機

烏克蘭正在使用土耳其的Bayraktar TB2無人機,配備有火箭或導彈,可以在沒有人類干預的情況下起飛、降落和導航(Walker-Munro, 2022)。然而,在這種情況下,武器系統并不是完全自主的:人類操作員必須跟蹤操作,并決定何時釋放無人機攜帶的激光制導火箭彈。

盡管土耳其也是STM Kargu-2的生產國,這是2020年在利比亞殺死士兵的第一架無人機,但烏克蘭部隊仍然沒有。俄羅斯總統弗拉基米爾-普京在2017年說,誰成為人工智能發展的領導者,誰就會成為世界的統治者"(Fierro, 2022)。事實上,在這場沖突之前,關于俄羅斯發展無人駕駛航空、地面和海上系統,有很多有用的分析和評論可供查閱。就在它入侵烏克蘭之后,俄羅斯的軍事自主和無人駕駛性能很弱或完全沒有。

今天,俄羅斯士兵使用Orlan-10飛機直接打擊或識別烏克蘭軍隊,或者只是使用商業的DJI模型。這表明這種技術的持續存在,在這場戰爭中已經成為任何軍事編隊的普通技術(Bendett, 2022)。這些無人駕駛儀器應該是可消耗的和可負擔的,因為它們對識別目標和充當炮兵偵察員等重要任務至關重要。雖然,我們從戰場上的灰燼中得知,俄羅斯已經實施了Lantset無人機,旨在自主地攻擊軍車或部隊集結地。這種武器可以識別地理區域(geofence)內預選的目標類型,產生導彈爆炸(Fierro, 2022)。另一種無人機類型是卡拉什尼科夫公司的子公司ZALA Aero開發的KUB-BLA,在撞擊目標時引爆。KUB-BLA上有一個人工智能系統,用于識別物體,不需要在基地發送和處理圖像,能夠識別1000種物體。

這些系統之所以在機上實施,是因為它們可以更直接地識別某些東西,以利于當場作出決定(估計是由人工智能作出的),而不必依賴可能隨時被敵人打斷的不穩定的無線電信號。然而,現在沒有任何跡象表明KUB-BLA有一個決策系統,可以獨立選擇俯沖目標并爆炸的選項。不過,在未來,這種可能性還是可以輕易實現的(Sambucci,2022)。

俄羅斯軍方可能低估了烏克蘭的防空力量,并訓練其空中無人機部隊來對付他們認為像在敘利亞面臨的部隊。早期俄羅斯在烏克蘭上空的多次損失可能造成了這樣的印象:俄羅斯軍方高估了其無人機部隊和技術的成功。

戰場機器人

無疑可以說,無人機在這場沖突中一直存在,而遙控操作的機器人(無人駕駛地面車輛-UGVs)卻沒有出現。

俄羅斯也有軍用機器人,但到目前為止,在烏克蘭看到的唯一單位是Uran-6排雷機器人,而Uran-9機器人坦克似乎沒有在這場戰爭中使用。烏克蘭部隊現在有一個新的幫手。GNOM("Gnome"),一種機器人戰場偵察兵。它是由位于扎波羅熱的 "Temerland "公司制造的,這種小型機器將識別俄羅斯的陣地,并用機槍提供火力支援。GNOM有四個大輪子,采用4x4驅動和一個安靜的5馬力電動馬達,重量為50公斤,配備7.62毫米機槍,具有很強的機動性。雖然大多數UGV是由無線電控制的,但GNOM在它身后卷出一卷光纖電纜。"特梅爾蘭公司負責人特羅岑科說:"在敵人的電子戰設備運行期間,在最惡劣的環境下也能控制GNOM。另外,由于操作者沒有使用無線電,他們不能被大炮探測和瞄準,而且電纜不會產生熱成像儀可以看到的熱輻射。

GNOM的電纜使其射程達到2000米(1.25英里),如果斷裂,車輛會自動返回到預定的位置(Hambling,2022)。這種機器人可以在伸縮桿上配備一個360度的攝像頭,以便詳細了解周圍的情況,而且它幾乎是無聲的,外形很低。由于機槍的存在,GNOM可以在對士兵來說可能太危險的情況下進行自衛并提供火力支援。同時,GNOM已被用于偵察任務。

另一個自動機將在首都投入行動:機器狗Spot。它是由美國波士頓動力公司創造的最先進的模型之一。它有四條腿可以移動,還有一個機械臂,通過利用人工智能,教它獨立行動而不需要人類的命令,它可以舉起和清除地雷和未爆裝置。它能看到地雷,在不觸動扳機的情況下抓住它,并把它帶到將被解除的地方。戰術機器人長期以來一直被推廣,以減少傷亡,并使士兵在與敵人保持接觸的同時遠離火線。

所有現代軍事力量都涉及到對下屬服從命令的信任和對指揮官發出合法命令的信任。當代替人操作一臺機器時,上級應該像信任人一樣信任這臺機器。

這就產生了重大問題。研究人員總是談論 "機器偏見",因為我們相信機器會做出決定,僅僅是因為它們是機器(Walker-Munro,2022)。然而,對機器決策的錯誤信任可能會產生災難性的結果,尤其是當它們做出生死攸關的決定時。新的現代軍隊系統 "無人機神風 "就是這種情況,它結合了無人機的機動性和毀滅性的導彈能力。能夠自動駕駛飛行到交戰區,如果有必要,在沒有人類操作員輸入的情況下識別并擊中目標(Valesini, 2022)。限制軍用無人機的一種方法是讓它們做一些簡單的角色,比如充當空中攝像機。而無人機掃描視頻錄像來識別目標,則更有可能犯致命的錯誤。2007年,海軍水面作戰中心的研究員約翰-坎寧建議,未來的自主武器可能會攻擊步槍或彈藥,而不是攻擊持有它們的人類(Walker-Munro, 2022)。

另一個問題是,沒有關于這些武器的立法,所以當一輛汽車決定殺人時,誰的責任呢?這似乎是一個非常理論性的問題,但事實并非如此:正如人權專家詹姆斯-道斯在《對話》雜志上發表的一篇文章中回顧的那樣,自《日內瓦公約》以來,戰爭法的基礎是,即使在戰爭中也要為自己的行為負責。犯有戰爭罪的士兵可以被國際法庭審判和判刑(Dawes, 2021)。

2016年,生命的未來研究所--一個為防止新技術的生存風險而奮斗的組織--推動了一封公開信,呼吁暫停進攻性自主武器。在超過31000名簽名者中,還有霍金、伊隆-馬斯克和杰克-多爾西,以及許多最重要的人工智能研究人員(Sambucci,2022)。最后,去年12月在《聯合國特定常規武器公約》期間討論了這個問題,遺憾的是沒有達成最終決定。

聯合國秘書長安東尼奧-古特雷斯曾呼吁各國為新規則制定一個 "雄心勃勃的計劃"。

美國、俄羅斯、以色列、印度和其他許多國家都反對禁止自主武器,將談判推遲到以后。美國提議用一個約束力較小的自愿行為準則來規范這一事項。這種解決方案很難對這些技術的發展形成具體的威懾,而且不可能確定無人機和智能導彈何時以自主方式使用。

因此,烏克蘭的沖突有可能成為新一代武器的正式洗禮,這將使對此類問題的回答越來越緊迫,并對其使用采取國際立場。

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人工智能在軍事中可用于多項任務,例如目標識別、大數據處理、作戰系統、網絡安全、后勤運輸、戰爭醫療、威脅和安全監測以及戰斗模擬和訓練。

幾十年來,俄羅斯軍方一直面臨著同樣的問題:在戰略核平等的時代,如何克服北約(NATO)的戰略深度。在蘇聯時代后期,這是通過建立大量的地面部隊來克服準備好的防御措施。2008年,俄羅斯大幅削減其陸地部隊,希望遠程打擊能夠彌補區域戰爭中地面部隊的不足。此后,俄羅斯的戰略家們將注意力集中在如何在沒有大量地面部隊的情況下,在北約的整個縱深范圍內開展進攻行動。

截至2021年,俄羅斯仍然在一定程度上依賴非戰略性核武器(NSNW)進行區域作戰。最近的證據表明,俄羅斯對區域戰爭的規劃正趨向于統一的戰略行動。這一概念旨在更有效地組織和分配俄羅斯的常規打擊和非動能攻擊能力,因為它填補了俄羅斯NSNW在未來幾十年的區域戰爭中的作用。

為了了解為什么會出現這種趨勢,本報告研究了俄羅斯向統一戰略行動和相關能力發展的演變,重點是四個領域:針對關鍵軍事和民用目標的遠程常規打擊;破壞北約指揮、控制、通信、計算機、情報、監視和偵察的電子戰(EW);反空間行動;以及針對關鍵基礎設施的網絡攻擊

本報告的主要研究是在2022年1月完成的,在俄羅斯2022年2月入侵烏克蘭之前。少數提到烏克蘭戰爭的內容是在出版前添加的。

研究問題

  • 自冷戰后期以來,影響俄羅斯作戰概念發展的關鍵軍事問題有哪些?
  • 什么是統一戰略行動,它是如何與這段歷史結合起來的?
  • 什么是可能與該行動相關的關鍵軍事任務,以及俄羅斯如何發展其部隊以執行這些任務?

主要研究結果

  • 在后冷戰時期,北約的擴大和俄羅斯陸軍的減少在俄羅斯作戰概念的發展中起到了關鍵作用
    • 這些因素將軍事負擔放在俄羅斯的遠程打擊能力上,以克服部隊的地理分隔。
    • 俄羅斯區域戰爭的作戰概念發展是由如何在可能升級為核使用的常規戰斗中協調、分配和使用遠程、動能和非動能攻擊資產所驅動的。
    • 目前,俄羅斯有限的常規遠程打擊能力,加上北約的戰略縱深,表明在俄羅斯國家的生存受到威脅時,將繼續依賴核武器進行威懾和大規模行動。
  • 統一戰略行動是一個擬議的解決方案,即協調部隊參與區域級目標,并削弱北約向俄羅斯縱深發動航空攻擊的能力
    • 這一概念是對未來俄羅斯常規能力不斷增強的部隊結構的一種組織構建。它包括核與非核部分,并涉及聯合戰略指揮部的協調行動。
  • 統一戰略行動的關鍵軍事任務都與吸引俄羅斯地面部隊和火炮射程以外的目標有關。
    • 俄羅斯已經裝備了能夠打擊北約火炮射程以外目標的常規系統,并計劃擴大多種系統的射程。
    • 俄羅斯已經在EW資產上進行了大量投資,并重振了其軍事空間和反空間能力。
    • 俄羅斯軍事戰略家認為,網絡行動有助于實現對關鍵基礎設施的影響,但俄羅斯的網絡能力仍然是未知的。

目錄

第一章

簡介

第二章

俄羅斯向統一戰略行動的演變

第三章

統一戰略行動中俄羅斯的常規精確打擊資產

第四章

俄羅斯對抗北約C4ISR和大規模航空航天攻擊的電子戰能力

第五章

俄羅斯對天基資產進行功能性壓制和摧毀的能力

第六章

俄羅斯攻擊關鍵基礎設施的網絡行動

第七章

結語

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作者:Tamir Eshel,專知防務編譯

1 無人機蜂群的優勢

2 對抗無人機蜂群

3 攻擊蜂群網絡

4 理解態勢圖

5 態勢感知:生存的關鍵

6 擊敗無人機

7 蜂群信息

8 LEONIDAS

9 無人機與無人機蜂群

10 高功率激光器

11 總結

前言

集群無人駕駛系統代表了無人作戰的顛覆性演化階段。在本文中,將蜂群視為一組以協調方式自主運行以執行任務的無人駕駛系統(UXS)。UXS組件可以是空中、陸基、水面或水下機器人平臺,執行的任務包括:

  • 情報、監視和偵察(ISR);
  • 目標獲取與攻擊;
  • 壓制和摧毀敵人防空系統(SEAD/DEAD);
  • 攔截高優先級目標,如指揮所、通信設備和雷達。

在海上,成群的無人船或游蕩的武器和無人潛航器可以用來摧毀敵方艦隊的脆弱資產,如雷達和通信或聲納。蜂群也可用于先發制人地壓制敵人在特定區域的活動,如機場、降落區或彈道導彈發射場。

單個無人機或巡航武器的攻擊需要有人類控制者參與,而無人機蜂群攻擊與此不同,蜂群收到簡報并自主執行任務,根據任務階段不斷協調其行為以最有效地實現目標。例如,它們可以計劃和機動從不同方向攻擊目標,或同時攻擊多個目標,或者犧牲蜂群中的一些元素以觸發目標在被擊中之前做出反應暴露自己。人類控制員主要發揮監督作用,只有在需要或蜂群要求時才會干預和指導無人機。

1 無人機蜂群的優勢

群體行動的無人機可以由人類單獨控制,也可以作為一個群體完全自主運行。其他操作方法遵循羊群行為,其中一些成員充當領導者,而其他成員充當追隨者。UXS蜂群通常由一個多發射器和地面控制站控制,從而簡化和加速部署。一旦啟動,單無人機的運行主要是自主的,使一個操作員能夠管理整個蜂群,而不是指導每架無人機飛行。

蜂群可能包括同一平臺的許多同類元素(被稱為同質蜂群)或不同的參與者形成的異質蜂群。每架無人機可能發揮類似的作用,或者專有功能,如信息收集、武器部署或通信中繼。其行為的關鍵是連接所有成員的網絡。通常情況下,這樣的網絡能夠通過不斷地轉發信息、位置和導航,使蜂群連接所有成員。特定的成員可以在不同的時間對整個編隊進行控制,以協調和確定行動的優先次序,分配任務,對障礙或威脅發出警報,或將權力移交給其他成員。如果一個控制節點被消滅,其他成員將根據網絡的自我形成、自我修復算法來重新控制。

大多數商用遙控無人機是通過跳頻擴頻(FHSS)控制的,使用先進的頻率敏捷波形,或通過無線局域網(WLAN)。從無人機發射的信號也使用FHSS、寬頻或WLAN信號。其他無人機可能依靠射頻(RF)、蜂窩或衛星通信(SATCOM)。蜂群經常利用臨時網絡技術(MESH網絡)在蜂群成員之間進行通信。這種方法在視線之外和在現有連接沒有保障的廣泛地區運行時特別有利。單個無人機可以隨時連接和斷開網絡,使得分散的自組織網絡結構非常適合它們的運行。

2 對抗無人機蜂群

盡管無人機和機器人是自主運行的,但在被派往執行任務之前需要進行全面的準備。路線規劃、飛行前網絡設置、GNSS鏈接建立、與控制器和其他小組成員的協調都要在起飛前完成,以啟動一個自主任務。這種活動大多有明顯的電子特征,可以被信號情報(SIGINT)活動探測到。但有些準備工作比其他工作更不明顯。例如,在其載體上打包準備發射的游蕩無人機經常在無線電靜默中進行這種準備,沒有任何信號發送,測試和設置都在載體上進行。

一旦蜂群被發射并分組,其成員可以機動成編隊,使單個目標的探測更加困難。對目標的導航可以采用全球導航衛星(GNSS、GPS)、慣性導航、基于圖像的場景匹配,或幾種方法的組合,使其更難被擊敗。編隊成員可以相互依靠來確定他們的位置,從而保持傳感器的冗余度,以克服特定的對抗措施,如GPS干擾。

與可以完全孤立執行任務的單一自主無人機不同,蜂群有一個重要的弱點——它所依賴的網絡。蜂群成員必須不斷通信,以分享信息、狀態和任務。由于這些網絡使用特定的波形,它們的活動可以被SIGINT檢測到,以提供該地區蜂群活動的第一個警報。因此,SIGINT被認為是對抗蜂群(或反蜂群)的第一道防線,作為整個分層防御系統的核心。

3 攻擊蜂群網絡

隨著網絡信號的采集和跟蹤,以及信號情報(SIGINT)對網絡脆弱性的評估,防御者可能對威脅采取電子或網絡攻擊。考慮到這種探測的延伸范圍,依靠戰略性機載或天基SIGINT資產,防御者可以通過準備和執行應對威脅的通盤計劃來避免意外。對單個蜂群成員的探測和跟蹤構成了另一個重大挑戰,因為雷達和電子光學傳感器探測小型、低速和低空飛行目標的能力有限,特別是遠距離目標。對水下移動的目標探測幾乎是不可能的。此外,由于傳感器遇到的噪音和雜波,對移動中的目標探測也很有限。

C-UAS探測和對抗系統,如羅德與施瓦茨公司(R&S)開發的ARDRONIS,針對無人機的射頻信號活動,使用敏感的監測接收器收集和破壞無人機控制。據R&S稱,該監測器可以從5公里外探測到大疆Phantom 4迷你無人機。當使用FHSS與無人機接觸時,ARDRONIS將檢測到的信號與廣泛的無人機配置文件庫進行比較。這種“監測和匹配”過程為覆蓋區域內的任何威脅提供了可靠的早期警告。該系統還提供無人機遙測、視頻下行鏈路和控制單元的測向(DF),顯示操作員的位置。該系統還有一個集成的干擾器,可破壞目標無人機或無人機與控制器之間的通信,而對同一頻段的其他信號干擾最小。

羅德與施瓦茨公司和OpenWorks公司合作,在反無人駕駛航空系統(C-UAS)任務中建立了一個自主的三維探測和跟蹤系統。該系統已經通過北約新的“即插即用”協議集成,稱為“集成電子網絡技術的資產保護傳感”(SAPIENT),并在荷蘭德皮爾空軍基地的北約技術互操作性演習(TIE)活動中進行了測試。

ARDRONIS無人機探測解決方案與OpenWorks公司的SkyAI自主光學技術相結合,并與指揮和控制系統以及決策引擎相結合,以應對不斷升級的無人機威脅。ARDRONIS提供了一個主要的檢測能力,使用頻譜分析方法定位無人機和遠程控制器。SkyAI采用二維數據,并將其與通過SAPIENT網絡從遠程傳感器收到的信息相結合。然后,它控制與系統相關的EO/IR相機,自主地搜索無人機系統。利用實時先進的人工智能目標分類,EO/IR傳感器鎖定目標,并將高質量的視頻流傳給系統操作員,以進一步分析威脅。然后,對SkyAI ARDRONIS傳感器的數據進行融合,以提供被追蹤無人機系統的完整3D位置。

4 理解態勢圖

IAI的無人機衛士代表了另一種探測和攔截無人機和無人機蜂群的多層次解決方案。它由幾種被動和主動傳感器組成,通過一個統一的C2系統與軟、硬殺傷效應器集成。探測和分類層依賴于一個多任務三維X波段AESA雷達和SIGINT系統,該系統探測并對UAS數據鏈通信進行威脅探測和分類。一個日/夜EO/IR傳感器支持目標分類和獲取。無人機衛士使用各種攔截手段,包括干擾或接管作為軟殺傷措施和硬殺傷措施,如精確步槍瞄準器、火箭彈或無人機-殺傷-無人機(DKD)解決方案。

該系統的核心是指揮和控制元件,它從傳感器收集數據,自動關聯信息,定義優先級,并創建一個統一的態勢感知圖,以便及時部署針對威脅的對抗措施。該系統通過機器學習(ML)不斷學習和適應新的威脅類型,并配備了內置的先進決策和人工智能(AI)算法,用于威脅分析和手動、半自動或完全自主響應。

拉斐爾公司的Drone Dome是另一個“端到端”C-UAS解決方案,具有反蜂群能力,在一個多層架構中整合了各種傳感器。該系統采用了RADA的RPS-82雷達,采用靜態或車載配置,使用四個AESA雷達面板,覆蓋360度。除了目標探測和跟蹤外,RPS-82還采用了微多普勒算法進行目標分類。SIGINT元素覆蓋70兆赫到6千兆赫的頻譜,以定位無人機的位置及其操作者,并處理探測到的信號到達時間差(DTOA),以提高態勢感知。另一個自動化層是系統的EO/IR傳感器,支持視頻運動檢測(VMD),能夠根據無人機模式庫自動檢測、識別和跟蹤多個目標。

該系統生成了一個基于地圖的全面態勢圖,允許單個操作員進行可擴展的威脅緩解,采用響應性干擾(RJ)和GNSS反制措施,甚至使用高功率激光,這可對蜂群編隊進行有效打擊,快速連續擊敗多架無人機。

5 態勢感知:生存的關鍵

因此,態勢理解是盡可能早地擊敗蜂群的關鍵,通過目標定位網絡,將蜂群無人機解析轉化為先進的、幾乎堅不可摧的機器。將許多傳感器和信息源融合到態勢感知(SA)圖中,使防御者能夠針對蜂群的弱點,采取最有效的行動。根據行動策略,這些弱點可能是數據鏈、網絡或領導蜂群的“牧民”。行動可以采用軟殺傷,如進攻性網絡、電子戰斗(干擾、GPS拒止)。動能措施的范圍包括部署尼龍流和碎片堵塞無人機的螺旋槳和轉子,以及由C-UAS系統自主指揮和控制的高功率微波或高能激光器、空爆彈藥和火器的定向能量效應。

為C-UAS開發的最復雜的指揮和控制系統之一是Anduril的LATTICE。該系統通過自主解析來自數以千計的傳感器和數據源的數據,并將其轉化為一個智能的共同作戰圖,實時創建對戰斗空間的共享理解。使用傳感器融合、計算機視覺、邊緣計算、機器學習和人工智能,LATTICE可以檢測、跟蹤和分類操作員附近任何一個感興趣的目標。這個系統將SA從戰術層面擴展到戰略視角。Anduril的目標是將LATTICE作為一個全領域的任務引擎部署在陸地、海洋、空中和太空。它采用其網狀網絡來確保信息流,即使在偏遠和有爭議的地區,即使在帶寬有限的情況下,也能實現彈性的信息流和協作編隊。

6 擊敗無人機

其他C-UAS系統,如D-Fend的EnforceAir、DroneShield的DroneSentry-X支持戰術單位保護:

  • 重要人員;
  • 特種部隊;
  • 下馬隊;
  • 單個車輛;
  • 車隊;

EnforceAir自動識別附近的無人機,然后利用網絡攻擊自動控制它們,并將其降落在一個安全的指定區域。據D-Fend公司稱,這種緩解方法采用了針對目標的協議,不會對友軍通信或授權無人機的運行造成干擾。該系統可以作為一個便攜式戰術套件使用,或安裝在車輛上,以支持靜態或移動操作,形成一個移動的保護“氣泡”。

在探測和識別階段,該系統保持被動,使秘密部隊能夠保持無線電靜默。由于無人機被迫降落在被保衛單位附近,軍事情報部門可以利用捕獲的無人機數據來了解使用的是哪種類型的無人機,它們從哪里發出,以及它們的攝像機記錄了什么。無人機接管只需要幾秒鐘,使該系統能夠有效地控制無人機小型蜂群。

DroneSentry-X是一個不同的移動C-UAS系統,因為它的擊敗能力依賴于干擾,不涉及協議操縱或“網絡”戰術。該系統可以在獨立模式下運行,并集成了傳感器和一個緩解器,以破壞其附近的無人機系統操作,并在360度范圍內保護平臺。

7 蜂群信息

DroneShield和D-Fend都采用“外科手術”行動來對付單個或小群無人機,在它們到達目標之前將其擊落。其他使用電磁脈沖(EMP)和高功率微波(HPM)發射器——更強大的手段,來根除該地區的所有電子系統和活動。這種行動可以一次擊落許多無人機,但也會損壞其他沒有受到這種“電子沖擊治療”保護的系統。這種類型的系統已經在市場上出現,表明該技術已經成熟,可以集成到無人機和C-UAV系統中。

這種武器被設計為“犧牲型”,這意味著它們在激活期間被摧毀或“可重復使用”。美海軍水面作戰中心的工程師們構思了一種爆炸形成的電磁脈沖,可以作為彈頭裝在導彈或無人機內,成為一種能夠攔截和擊敗無人機的武器。 這種EMP裝置被稱為“通量壓縮發生器”,由一個線圈編織成一個密閉的圓柱體構成。 圓筒中充滿了電離的鋰氣,在啟動時建立了一個強磁場。圓筒被炸藥壓縮,通過增加的磁場加速電離氣體分子,產生太瓦級的強大電磁波。球形EMP摧毀攔截的無人機,并使其附近的任何電子系統失效。

可重復使用的高功率電磁效應器采用不同設計的微波發射器來提供能量爆發,可以從遠處使電子電路失效。最初,這些都是大型(卡車大小)系統,需要強大的發電機和冷卻裝置來產生預期的效果。大多數陸基系統是定向的,而更緊湊的系統則根據爆炸產生的能量爆發覆蓋一個球形模式。最近,大功率固態HPM的進步使新的HPM效應器更加成熟,更適合于戰術使用。

8 LEONIDAS

其中之一是LEONIDAS,基于Epirus公司開發的SmartPower技術。它使用固態放大器,以極高的功率傳輸定向能量,造成反電子效應。Epirus公司利用人工智能支持的氮化鎵(GaN)半導體陣列來產生HPM傳輸所需的極端功率密度,而無需特殊冷卻。頻率敏捷系統可迅速發射一連串獨特的波形,以利用無人機系統目標最容易受到的特定頻率。這使得戰術上相關的反蜂群范圍超過了小武器打擊,即使是針對各種蜂群。

一個全尺寸的地面LEONIDAS效應器使用非常高的能量從遠處作業,而裝在吊艙中的較小版本則可由無人機攜帶,更接近目標。由于該系統使用電力,LEONIDAS有很深的彈倉,可以連續快速發射,以達到精確或區域火力的效果,而不會過熱或需重新裝彈。

這項技術已經與美國陸軍的一些防空能力相結合。2020年,諾斯羅普-格魯曼公司宣布與Epirus公司達成戰略供應商協議,提供LEONIDAS作為其反無人機系統(C-UAS)系統解決方案的一個組成部分。諾斯羅普-格魯曼公司的C-UAS解決方案已經提供了一個分層結構,具有完整的動能和非動能效應、空中和地面傳感器的前線防空指揮和控制(FAAD-C2)系統,該系統被美國陸軍選定為反小型無人機系統能力的臨時C2系統。該協議增強了系統的非動能能力,以擊敗無人機系統蜂群。在另一項協議中,Epirus公司在2021年底宣布,該公司已與通用動力公司合作,在美陸軍的IM-SHORAD系統上集成LEONIDAS,該系統已經在移動中為戰斗人員提供C-UAS保護,使陸軍能夠與無人機蜂群作戰。

9 無人機與無人機蜂群

目前LEONIDAS尺寸也被縮小,以適應無人機攜帶的小吊艙。該吊艙與現有的機載系統集成,去到最終用戶希望它去的地方,直接飛向威脅區。當與地面的LEONIDAS裝置一起部署時,兩個系統協同工作,以實現更大的功率和范圍,并創建一個分層防御力場。

其他運行HPM的C-UAS系統包括洛克希德-馬丁公司的MORFIUS C-UAS無人機。該公司使用Dynetics Area-I公司的Altius 600無人機,裝上洛克希德-馬丁公司的HPM效應器MORFIUS,在距離和速度上對付無人機蜂群。這種管狀發射的無人機攜帶一個HPM效應器有效載荷和一個尋的器,使其能夠從遠距離對目標進行定位。兩者都是可回收和可重復使用的。管狀發射無人機平臺可以從空中、地面或移動的車輛上部署,支持分層防御方法。

雷神公司最近用其COYOTE Block 3渦輪動力C-UAS導彈展示了一個類似的概念。在這次演示中,COYOTE使用一種未指定的非動能效應器擊落了一組10架無人機。目標組包括在尺寸、復雜性、機動性和范圍方面不同的無人機。該測試還證明了COYOTE可以在交戰后被回收和重新部署,可以在車輛、飛機、直升飛機和無人機上部署。

10 高功率激光器

高功率激光器也提供了有效的反蜂群能力,它能夠通過摧毀無人機的機身、能源、光學器件或電子電路來迅速擊敗小型和機動目標。以低成本快速“發射”多發子彈的能力使激光器適用于極短距離防空(VSHORAD)任務和對抗無人機小型蜂群。這種激光器已經被集成到一些C-UAS平臺上,如 Stryker的DE M-SHORAD、雷神公司的HELWS2和拉斐爾公司的激光無人機穹頂激光效應器,它們已經展示了擊敗小型無人機蜂群的能力。激光和HPM效應器都為操作者提供了一種低成本的單次射擊選擇,只需要電能就能操作。然而,激光器受到天氣的限制,因為它們不能穿透厚厚的云層,而HPM可能在其區域內造成附帶損害。

11 總結

自主的、由人工智能驅動的和聯網的無人機蜂群正在成為一種顛覆性的軍事能力,它們執行任務的能力遠遠超過單一無人機的規模和能力。沒有打敗無人機蜂群的銀彈,因為對抗措施需要一個至少與無人機本身一樣先進、復雜和不斷發展的系統,利用無人機使用的一些技術。

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當特斯拉和SpaceX創始人埃隆-馬斯克在一個滿是美國空軍人員的房間里斷言,自主無人機戰爭是未來,將取代戰斗機,這引發了一場有爭議但關鍵的辯論。9/11之后的十年里,無人機在軍事領域激增。在阿富汗、敘利亞、伊拉克、也門、利比亞和烏克蘭,無人機和無人駕駛飛行器(UAVs)已被廣泛用于禁用常規武器系統。因此,常規戰爭與無人機戰爭的可替代性和破壞性的難題就出現了。無人機是 "技術和信息系統深度融合的產物"。 此外,云計算、大數據、網絡和人工智能的快速發展推動了使用無人機的愿望,因為它們具有卓越的監視和打擊能力。

最近亞美尼亞和阿塞拜疆之間的沖突(2020年7月12日至16日)期間,無人機被用來摧毀坦克,這進一步點燃了關于無人機戰爭未來的長期辯論。無人機將只是軍事武器庫的一部分,還是將取代現有的軍事武器庫?納戈爾諾-卡拉巴赫沖突點燃了對無人駕駛獵殺系統的研究,如Harop和Orbiter 1K蜂群,可以破壞被攻擊國家的防空系統。中國和美國人尤其有多項計劃來開發無人機群技術。 雖然使用無人機的優勢是壓倒性的(減少士兵的風險,減少錯誤,減少平民傷亡),但依靠無人機的局限性也是不容反駁的。在未來的戰爭中,尤其是無人機戰爭中,"人的因素"應該被去除到什么程度,將取決于各國如何制定政策來適應這些新興技術,而不是由這些技術來塑造戰爭的方式。

無人機戰爭歷史

第一架無人機是由英國在1916-17年開發的,并被命名為 "魯斯頓-普羅克特空中目標"。從那時起,無人機已成為偵察和監視的必要工具,并被美國、以色列和俄羅斯廣泛使用。在20世紀60年代的越南戰爭中,瑞安147型偵察無人機被用于密林中,而以色列在20世紀70年代和80年代的各種阿以沖突中擅長使用無人機作為游蕩彈藥作為反雷達解決方案。在20世紀90年代,海灣戰爭改變了戰爭的概念,特別是美國對信息和通信技術的使用,促進了無人機的使用。20世紀90年代,無人機在海灣戰爭、阿富汗戰爭、科索沃戰爭、阿拉伯-以色列戰爭和伊拉克戰爭中得到了使用。無人機最初被用作監視平臺,但其精確打擊的潛力很快就被意識到。例如,通用原子公司的MQ-1 "捕食者 "無人機被設計為偵察平臺,當從其上發射 "地獄火 "導彈時,它被改裝成了打擊型無人機。從那時起,美國軍方一直在使用MQ-1和MQ(其年輕版本)作為監視和攻擊平臺,其計時飛行時間超過了美國空軍所有戰斗機的總和。

在無人機戰爭方面,亞美尼亞-阿塞拜疆沖突迫使戰略界關注無人機蜂群技術的發展空間。美國海軍在2016年測試了130架微型無人機在加利福尼亞的中國湖周圍成群結隊的效果。這次測試展示了發展反無人機能力的迫切需求。美國有兩個研究無人機群技術的計劃--國防高級研究計劃局的Gremlins計劃,"從飛機上發射一些小型無人機,進行協調和分布式行動";以及海軍研究辦公室的Locust(低成本無人機群技術)計劃,"從船上發射小型無人機群"。俄羅斯和中國也進行了一些蜂群實驗,無人機在戰場上徘徊,自主或通過操作者進行獵殺、指定和瞄準。

非國家行為者對無人機戰爭的可承受性和效力并非一無所知。恐怖分子、武裝分子和叛亂分子等非國家行為者利用無人機制造混亂以實現其政治目的的例子有很多。從1994年到2018年,大約發生了14次非國家無人機襲擊。第一次無人機襲擊,雖然沒有成功,但在1994年,日本的末日邪教組織奧姆真理教使用遙控直升機噴灑化學劑沙林毒氣。2013年,"基地 "組織曾計劃對巴基斯坦進行無人機暖氣襲擊,但被情報機構制止。自2014年以來,ISIS一直在使用 "自制和現成的 "無人機來攻擊伊拉克和敘利亞軍隊。2018年,非國家行為者發生了兩起襲擊事件,一是通過GPS制導的無人機對委內瑞拉總統馬杜羅進行暗殺未果,二是13架無人機對俄羅斯在敘利亞的軍事基地進行了群攻。

在無人機戰爭領域涌現出的另一個討論領域是網絡力量在對抗無人機的擴散和使用方面的作用。除了防空火炮系統,網絡和電子攻擊也被用來阻止無人機攻擊。這方面的第一個例子可能是在2011年,美國RQ-170 "哨兵"無人機在伊朗丟失,可能是由于GPS欺騙。此外,愛德華-斯諾登泄露的數據顯示,英國信號收集裝置在塞浦路斯截獲了以色列無人機的錄像。反擊烏克蘭無人機的最活躍的網絡/電子攻擊是由俄羅斯人完成的。

無人機的優勢

談到安全問題,無人機可以有多種應用。就軍事用途而言,無人機可用于 "情報、監視、偵察(ISR)和目標獲取 "以及 "夜視行動、導航輔助和后勤運輸",也可用于 "邊境控制、監測、執法、搜索和救援、新聞和運輸 "等民用目的。在安全領域接受無人機的最相關的原因是,它們被認為是 "人道主義技術的一個進步",似乎很容易適應 "正義戰爭 "的原則,同時又是負擔得起的和安全的。

使用無人機的優勢可以根據它們的三種功能進行分析:監視、致命的武力使用和壓倒敵人的防空系統。說到ISR能力,無人機更容易在國際邊界上移動。它們的閑逛能力提供了持續的情報,而不會使人類面臨風險。此外,無人機可以在不同的氣候和地形下運行,因此是滿足ISR要求的理想選擇。無人機對于需要大量情報投入的反叛亂行動特別有用。

在打擊目標方面,無人機表現出深刻的準確性和空襲性,與其他武器系統相比,這大大減少了附帶和平民傷亡。在戰場上,指揮官獲得常規防空系統的反應時間相對高于他們獲得無人機的能力。這大大節省了戰爭期間采取行動的關鍵時間。

鞏固無人機案例的另一個領域是其壓倒和摧毀敵人防空系統的能力。神風特攻隊式的無人機群是壓倒高度復雜防空系統的關鍵。例如,高科技的俄羅斯防空系統的防御在反擊無人機攻擊方面是徒勞的。土耳其和以色列通過使用攜帶精確制導彈藥的無人機成功地摧毀/防御了 "俄羅斯Pantsir短程防空系統(SHORADS)、S300、S400高空防御系統(HIMADS)、Buk-M1中程地對空導彈(SAM)系統。因此,無人機的模塊化使其適用于各種軍事應用。

無人機的局限性

無人機可以根據其傳感器類型、速度、重量和成本分為三類--一類、二類或三類。但與戰斗機相比,它們的機動性較低,容易被擊落。無人機在有空軍和防空火炮系統的空域生存是很困難的。盡管正在采用無人機群技術來應對這一問題,但目前并非所有國家都具備群集能力。即使擁有空中優勢,無人機也無法到達遮蔽其視野的密集區(植被、基礎設施、人口)。雖然無人機有精確的打擊率,但總是打擊并消滅目標是不謹慎的,因為無人機剝奪了從目標處收集額外情報或從打擊地點收集其他實物證據的機會。

無人機在戰略界受到稱贊的另一個原因是其自主的 "開火和遺忘 "能力。但這些無人機的自主性的真正影響還有待商榷。例如,像RQ-4 "全球鷹 "這樣的自主無人機被美國空軍用于ISR行動,但這些無人機之所以能自主工作,是因為 "它們遵循程序化的任務軌跡,幾乎肯定地安全返回家園"。此外,無人機,無論是否自主,都有多層次的人類存在。例如,涉及MQ-1 "捕食者 "和MQ-9 "收割者 "的無人機行動,在以下方面有大量的人員存在。(1) 發射無人機的基地,(2) 控制它們的地區的遠程基地,(3) 提供戰區信息的線人,以及(4) 整理和確定目標清單的政府人員。因此,盡管飛行員的風險已經減少,但在該地點操作無人機的人員和線人仍有相當大的風險。在2009年美國在阿富汗的查普曼前進基地自殺式爆炸事件中,大約有7名中情局雇員在無人機項目中被殺。

近來,一個與依賴無人機的可持續性有關的新問題已經凸顯出來了。無人機的攻擊正通過使用網絡和電子攻擊而被積極阻止。事實證明,使用網絡技術來瓦解無人機的攻擊比傳統的防空火炮系統更有威力。非國家行為者使用網絡和電子戰入侵或控制平民用于娛樂活動的無人機,會對國家安全造成損害。雖然美國軍方的高保障網絡軍事系統(HACMS)等計劃旨在 "建立網絡彈性",以保護各種無人機系統,但這種計劃只涉及軍用無人機系統,民用無人機仍然可以被黑客攻擊(烏克蘭東部沖突中就有這種情況)。這種網絡攻擊的主要挑戰是無人機活動的歸屬問題。要確定無人機攻擊的地點是很困難的。

亞美尼亞-阿塞拜疆沖突案例研究:印度的經驗教訓

2020年納戈爾諾-卡拉巴赫沖突和阿塞拜疆使亞美尼亞裝甲部隊和步兵喪失能力的無人機戰略,重新引發了關于常規武器系統與自主武器系統的辯論。阿塞拜疆在土耳其和以色列的幫助下,用三架無人機不僅壓倒了亞美尼亞的防空系統,而且還摧毀了亞美尼亞的幾輛坦克。與MQ-9 "死神 "相同,土耳其的Bayraktar TB2(有趣的是,它采用了加拿大國防公司L3Harris提供的技術,盡管在這次沖突之后,加拿大禁止向土耳其交易這種技術)進行了紅外制導和激光制導反坦克彈藥。以色列的無人機Obiter 1K和Harop提供了神風特攻隊的攻擊和偵察支持。納入這三架無人機的出色戰略使亞美尼亞軍隊陷入癱瘓,并確保了阿塞拜疆的決定性勝利。

這場沖突不僅鞏固了無人機的案例和它們在未來戰爭中的關鍵作用,而且還展示了空軍為陸軍和海軍提供空中掩護的重要性。只關注無人機而忽視戰斗機將是災難性的。無人機應該被看作是軍事武庫的一部分,而不是軍事武庫的替代品。就印度而言,前陸軍參謀長Manoj Mukund Naravane將軍曾表示。首先在伊德利卜,然后在亞美尼亞-阿塞拜疆,對無人機的想象力和進攻性的使用,算法使用,挑戰了傳統的戰爭軍事硬件:坦克、大炮和挖好的步兵。

2021年6月27日恐怖分子對印度空軍查謨基地進行的簡易爆炸裝置(IED)無人機襲擊,以及在印度西部邊境看到的100-150架監視無人機,是印度加快無人機集結和反無人機能力的一個明顯信號。印度已經有了 "蒼鷺"(以色列航空工業公司)、"蒼鷺II"(IAI)、"搜索者"(IAI)、"海洋衛士"(美國通用原子航空系統公司)、Switch無人機(印度IdeaForged技術公司)、四旋翼飛機(DRDO)、"哈比 "和 "哈普"(IAI)等無人機。與其他無人機項目一起,印度目前有 "獵豹項目",該項目分為兩個獨立的項目--一個是為印度空軍升級 "蒼鷺 "無人機,另一個是為所有三個部門采購30架MQ-9 "死神 "B無人機。

無人機對印度的威脅是一個嚴重的問題。過去幾年中,越來越多的人使用無人機投放毒品、武器和彈藥。在多個場合,邊境安全部隊擊落了這些無人機。國防研究與發展組織(DRDO)正在積極研究無人機溫控和反無人機技術。他們已經開發了無人機的 "探測-摧毀技術",在共和國日、獨立日和美國總統唐納德-特朗普訪問艾哈邁達巴德的莫特拉體育場期間,總理的講話中都采用了這種技術。這種反無人機系統應得到進一步發展,并迅速納入所有關鍵基礎設施的保護中。盡管印度國防部正在與美國積極合作,在國防技術與貿易倡議(DTTI)下研究空射無人機(ALUAV),并與以色列(獵豹項目)合作,但謹慎的做法是也要積極合作開發反無人機技術,在矩陣中采用反雷達、網絡和炮兵防御系統。

未來

無人機必將成為未來戰爭的一個重要組成部分,但它們有戰術上的限制,因此不能完全取代傳統的武器系統。它們只是整個軍事拼圖的一個部分。基于上述分析,可以得出以下結論。

1.即使有了自主性,也很難從無人機系統中去除人的因素。

2.無人機的使用保障了飛行員的安全,但卻使在戰區操作無人機的人員面臨風險。

3.無人機有能力解散最先進的防空系統。

4.網絡和電子攻擊,如數據鏈攔截和導航欺騙是無人機戰爭的最大威脅。對這些無人機活動的歸屬是一個挑戰。

5.無人機戰爭是一個現實,因此,為了獲得戰略優勢,各國應積極關注反無人機能力。

因此,根據現有的對手參數(武器庫、地形、氣候、戰略等),以組合方式使用無人機的戰術策略應該是掌握無人機戰爭的關鍵。

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無人駕駛飛行器(UAVs)或 "無人機 "在軍事方面的使用在過去20年里急劇增加,任務范圍從監視、偵察和情報到戰斗支持。技術的進步一方面導致了無人機能力和可靠性的提高,另一方面也降低了生產成本。此外,無人機的可用性也急劇增加,曾經是少數國家專屬的設備現在可以被所有國家的武裝部隊獲得,而且,正如最近的攻擊所證明的那樣,非官方部隊也可以獲得。在這種情況下,無人機可以成為任何沖突的一部分,軍事戰略家們必須將對無人機和潛在的無人機群的反應納入其作戰方案。因此,對無人機的防御必須成為任何成熟的軍事戰略的一個組成部分。本分析探討了無人機的大規模出現給軍隊帶來的概念和行動上的變化,包括與訓練和實施具體的反無人機部隊有關的理論和實際挑戰。首先,我們確定了與無人機和無人機群有關的威脅的演變。然后,我們總結了不同的可能反措施。最后,我們提出了部署這些對策的實際解決方案,特別是通過探索發展和部署專門的反無人機部隊的可能性,以及研究與高科技無人機敵人作戰而不是在傳統戰場上與士兵作戰相關的一些挑戰。

1 簡介

無人機--無人駕駛飛行器(UAVs)的俗稱--不再只出現在科幻小說和預測性小說中。事實上,它們正成為現代城市景觀中越來越常見的組成部分。由于它們的多功能性和可及性,民用無人機在用戶數量和用途的多樣性方面都在不斷增長。無人機的使用正被推廣到研究(Coops, Goodbody & Cao 2019)或應急響應(He, Chan & Guizani 2017)等不同領域。

民用無人機的這種能見度不應掩蓋無人機最初由軍方開發、用于軍事目的的事實。無人機的軍事應用很多,從與民用無人機類似的任務(如監視和偵察,但針對軍事或情報目標)到與UCAVs--無人駕駛戰斗飛行器的戰斗情況(Lucas 2014)。在不到二十年的時間里,無人機已經在支持美國在伊拉克和阿富汗的行動中發揮了重要作用(Sharkey 2011)。2019年9月14日對沙特阿拉伯Abqaiq和Khurais的國有石油設施的襲擊,使無人機在戰爭中的使用更進一步(Hubbard, Karasz & Reed 2019)。事實上,與以往無人機的軍事用途相比,這些攻擊并非由官方武裝部隊公開發起。盡管胡塞武裝運動(一個以也門為基地的伊斯蘭武裝運動)聲稱這次襲擊,但美國當局斷言,襲擊源自伊朗(Said, Malsin & Donati 2019)。Abqaiq-Khurais襲擊事件背后的真正主謀問題在這里并不重要;重要的是,最近在沙特阿拉伯發生的事件是一個縮影,即無人機不再是僅由少數國家掌握的獨家技術。無人機現在不僅可以被合法的武裝部隊用于軍事目的,而且還可以被無數其他國家使用,包括恐怖分子或其他非國家行為者。生產成本更低、更容易和更快的無人機的擴散,不僅重塑了設計和執行監視或偵察的方式,而且還提供了困擾或恐嚇潛在對手的新方法。此外,這種廉價和容易的無人駕駛裝置的擴散顯然提高了世界各地的沖突螺旋的風險(Boyle 2015)。無人機自主程度的提高也在質疑國防軍的反應。事實上,無人機可以從非自主性(需要人類飛行員的持續控制)到完全自主性(一旦發射,被編程為執行其任務而無需任何進一步的人類干預)。值得注意的是,在這個連續體的兩端之間可以存在所有可能的中間水平的自主性。此外,自主權可以通過預編程(從而限制了無人機發射后的適應可能性)或通過使用人工智能(AI)模塊來提供,為無人機提供更多的適應性。除了通過獲得專門的無人機機隊來提高自身能力外,開發反制措施對軍隊來說也是至關重要的。因此,在不久的將來,獲得適當的反無人機反應單位可能是軍事領導人的重點之一。

對無人機的防御必須成為任何全面的、長期的軍事動態的一部分。因此,武裝部隊將不得不適應這一新興的現實。應對無人駕駛威脅所需的變化并不純粹是概念性的;它們將必須轉化為行動上的變化。這些變化不僅必須發生在防御無人機的常規部隊(特別是在陸地/海洋界面)和準備反擊無人機的無人機部署部隊層面,而且還必須發生在軍事參謀的指揮和戰略層面。此外,由于無人機防御問題影響到所有軍種,因此陸軍、海軍和空軍參謀部都需要進行反思。從這個角度來看,本文將在分析這個問題的同時牢記三個操作性挑戰:分析背景和確定威脅,實施有效的反措施,并以適當的軍事人員部署這些反措施--特別是通過探索與發展、部署和維護專門的反無人機部隊有關的可能性和挑戰

2.反制措施

2.1. 被動反制措施:保護和探測

在某種程度上,針對無人機的被動保護可以由物理基礎設施的設計和建造方式或其位置來提供。事實上,無人機是飛機。就像任何空中進攻一樣,無人機的目標需要從上面進入才能到達。地下設施和重度屏蔽的目標,用無人機可以攜帶的彈頭類型來摧毀更具挑戰性。敏感的軍事基礎設施曾經被建在偏遠地區。然而,這種被動的戰略不再那么有意義了。事實上,通過現代天基地球圖像,地球上幾乎沒有一個地方可以真正被認為是 "偏遠"。由于有了衛星圖像,如今相信一個潛在的結構性目標可以不被定位,或者軍事單位的行動可以不被注意,已經是烏托邦了。作為無人駕駛車輛,無人機嚴重依賴地理定位系統從其發射基地導航到其目標。因此,無人機很容易受到技術惡化的GPS信號,特別是GPS欺騙和GPS干擾的影響。然而,純被動的基礎設施保護所能做到的是有限的,而且在大多數情況下,這些限制已經達到了。事實上,像軍用SAASM(選擇性可用性反欺騙模塊)這樣的系統可以減輕美國軍隊產生的GPS欺騙的影響。還可以開發其他系統,使GPS接收機能夠檢測到欺騙或干擾的企圖。一旦檢測到GPS欺騙或干擾,無人機就有可能切換到其他的導航模式。事實上,無人機可以使用其他各種傳感器方法在GPS屏蔽的環境中進行導航,從視覺模式、紅外線、雷達、聲納(用于水下無人機)、電子/電磁探測到任何這些方法的組合。即使僅僅依靠衛星發出的信號,也可以開發出解決方案。事實上,使用非軍事級別的技術和算法的民間研究人員已經能夠獲得完整和動態的地理定位特征,盡管處于軍事GPS的拒絕區域,實際上打敗了美國軍隊的GPS信號改變系統(Voosen 2019)。將類似的方法應用于無人機導航,基本上可以使它們對GPS欺騙和GPS干擾免疫。

探測無人機是一項相當具有挑戰性的任務。由于大多數無人機體積小,無人機的雷達信號與鳥類的雷達信號沒有區別。此外,一些無人機具有隱身特性,要么是隱身配置(如美國制造的Kratos QX-222 Valkyrie),要么是涂層,旨在減少其雷達信號。因此,由于僅僅依靠雷達不是一個可行的選擇,必須設計出替代方法來探測接近的無人機。由于其搭載的系統和對無線或衛星信號的使用,無人機產生特定的、有時是重要的電子信號。然而,法拉第籠可以減少電子噪音。此外,如果無人機切換到其他引導模式,在接近目標時可以關閉無線或衛星通信--特別是對于不需要與人類操作員保持聯系的完全自主的無人機。視覺識別(例如,使用特定任務的人工智能或深度學習策略)可用于識別無人機。然而,它們的特征可以被設計成使模式識別具有挑戰性,特別是因為無人機通常處于運動狀態。

進行空中機動的無人機會產生噪音,它們的聲學特征因此可以暴露出來。目前正在開發各種音頻處理方法來解決無人機的定位問題(Rascon, Ruiz-Espitia & Martinez-Carranza 2019)。然而,幾個重要的問題限制了現實生活中的無人機聲學探測。事實上,無人機產生的噪聲是動態的,因為無人機通常處于運動狀態。此外,無人機產生的噪聲通常具有很低的信噪比。換句話說,在嘈雜的環境中探測無人機是相當困難的。因此,就其他探測策略而言,在聲學方法可以作為無人機探測的可靠來源之前,還必須做更多的研究。就像被動保護一樣,無人機探測也有其局限性。一旦在限制區或潛在目標附近探測到無人機,無人機防御戰略的下一步就是摧毀敵方單位。這就是接下來的章節將探討的內容。

2.2. 主動反制措施:破壞

無人機并非沒有弱點。士兵們可以使用一些策略來禁用或摧毀敵方的無人機。然而,沒有任何解決方案是完美的,而且可以開發出反措施來對付這些反措施。因此,最佳的反無人機戰略應該結合幾種方法,以確保反無人機部隊的最大效率(表1)。

  • 直接射擊 直接射擊通常是對UCAV攻擊的主要反應類型。值得注意的是,直接射擊可以由人類射手或通過自動反空防系統進行。不過,這種解決方案有幾個限制。首先,無人機可能相對較小,而目標的大小可能是一個射擊技巧的挑戰。第二,直接射擊可能會受到能見度不足的阻礙(由于日/夜周期,視線中的障礙物,或大氣條件)。第三,直接射擊很容易被無人機群的攻擊所淹沒。

  • 狩獵型無人機 防御者可以使用無人機來獵殺敵方的無人機。在這種情況下,防守方在操作無人機時有幾個主要優勢。由于防守方的無人機通常在離發射點很近的地方操作,所以自主性不是問題--與攻擊方的無人機相比,攻擊方的無人機在到達目標之前必須覆蓋更遠的距離。此外,如果配備了適當的武器,防衛型無人機可以用作飛行射擊平臺,它也可以用于 "自殺模式",旨在通過直接碰撞摧毀攻擊型無人機。最后,防御型無人機對與制導和導航有關的問題的脆弱性大大降低。事實上,一架無人機可以在大約245米的直視范圍內進行視覺操作(Li等人,2019)。這個距離--取決于人的特征而不是無人機的類型--對于對抗配備了相對較小的彈頭的無人機的攻擊仍然是合理的。不過,這種策略仍然有幾個限制。所有與直接射擊有關的限制都適用于狩獵型無人機。此外,獵殺型無人機具有無人機的通常弱點(包括其搭載的電子系統容易被破壞或被劫持)。此外,部署狩獵無人機所需的時間可能使它們在敵方UCAVs的突然襲擊中難以及時使用。

  • 導彈 導彈和其他自主彈頭可以用來摧毀無人機。導彈的速度和精度足以摧毀無人機。然而,這簡直就像用錘子打死一只蒼蠅。雖然理論上是可行的,但使用自主導彈來摧毀無人機并不是一個具有成本效益的解決方案。雖然無人機越來越便宜,但與導彈有關的成本仍然很重要。自主導彈是一次性使用的武器這一事實也有助于使這一解決方案過于昂貴,無法現實地大規模部署。

  • 激光武器 激光武器是以激光為基礎的定向能量武器,即以窄光束的形式連貫地發射電磁輻射--放大的光的系統。當到達目標時,激光束會向目標傳遞相當大的能量,使其燃燒,或以其他方式引發重大損害(Coffey 2014)。跟蹤目標運動的可能性("跟蹤 "目標)和光束達到最大強度的聚焦區域使激光武器完全適合于小型移動目標,如無人機。因此,目前全世界正在開發幾種反無人機的激光武器也就不足為奇了。然而,由于激光武器是基于光束,它們對大氣條件和煙幕非常敏感。此外,如果光被反射到遠離目標的地方,激光的影響就會大大降低。因此,在無人機上涂抹燒蝕材料或用鏡子覆蓋可以有效地對抗大多數激光武器,或至少大大降低其效率(Hambling 2016)。

  • 微波武器 無人機的運作依賴于大量的搭載系統的工作,從傳感器到自主處理系統。摧毀搭載的電子設備就等于讓無人機失效。微波武器的目的就是要做到這一點。與激光武器一樣,微波武器是定向能量武器。然而,雖然一些激光武器已經投入使用,但微波武器目前仍主要是實驗性的。此外,使用法拉第籠來保護登船的電子系統(這一點已經可以實現,甚至使用3D打印機技術)可能代表了對這種類型的武器的強有力的反制措施。

  • 電子和通信系統的弱點 與其試圖使用微波武器等手段破壞搭載的電子系統,另一種反無人機戰略是利用這些系統及其固有的連接性。即使是最自主的無人機也需要訪問外部資源,如用于導航的GPS信號。因此,無人機通過Wi-Fi、GPS、無線電波等連接。- 這些通信渠道中的每一個都是進入其內部系統的潛在入口。即使沒有軍事級別的技術,也很容易利用傳輸協議,然后利用其硬件/軟件的漏洞(Dey等人,2018)。無人機很容易受到GPS欺騙、GPS攻擊、干擾、無人機特定的惡意軟件("maldrones")和無線攻擊(Kerns等人,2014)。盡管軍用無人機系統通常比民用無人機受到更多的保護(例如,通過使用加密的GPS信號進行導航),但它們遠不是不受黑客攻擊的。對無人機的電子系統或功能的攻擊可能有各種目的。1)向無人機的導航系統提供錯誤的信息,誘發無人機的 "失明 "和迷失方向,導致改道或墜機,2)入侵無人機系統,破壞硬件/軟件系統或獲取信息或數據,或3)控制無人機。讓無人機墜毀而不是簡單地摧毀它可能有好處,例如恢復與無人機的導航、傳感器或武器系統有關的部件或信息(特別是通過反向工程)。劫持是通過斷開無人機與初始控制器的連接并替換這種連接來實現的。值得注意的是,無人機劫持可以用另一架無人機作為平臺來完成。劫持的無人機將控制附近的無人機,同時在它們之間飛行,形成一個被奴役的無人機艦隊。然而,利用無人機電子系統的弱點來破壞無人機的企圖也可以被反擊。至于基于微波的攻擊,可以通過將無人機的電子部件固定在法拉第籠(旨在阻擋電磁場的結構)中來對抗專注于電子的方法。網絡安全和基于軟件的技術也可以實施,以使無人機系統更難被黑客攻擊,包括使用加密來保護庫文件,使用混淆器來防止反編譯,檢查GPS延遲和子幀數據,保護Wi-Fi和開放端口,或改善無線電通信安全(Dey等人,2018)。

  • 防御性無人機群 上面提到的方法都不足以應對無人機群的攻擊。事實上,無論選擇何種系統,防御性能力都會被數量龐大的自主攻擊單元所淹沒。在這里,一個有趣的應對策略可能是部署另一個無人機群,即有大量的無人機準備在攻擊時起飛。防守的無人機不一定需要協調。事實上,雖然不協調的、自主的或半自主的無人機顯然會錯過一些目標,或使兄弟無人機(即屬于同一蜂群的無人機)陷入 "友軍火力",但蜂群潛在目標數量的增加,加上防御無人機數量的增加,會使相當一部分攻擊無人機被摧毀的概率足夠高,從而導致攻擊蜂群的重大破壞。盡管使用無人機群來對抗另一個無人機群是一個有效的策略,但這不會導致攻擊機群的完全毀滅。因此,這種方法很可能需要與其他方法(通常是直接射擊)相結合,以消除蜂群的殘余。然而,如果進攻的無人機數量最初被防守的蜂群大幅減少,直接開火的效率就會大大增加。也就是說,兩個蜂群的碰撞可能會產生額外的煙幕和某種程度的混亂,這反過來可能會降低射手消滅最后的攻擊者的能力。與單個防衛無人機一樣,為作戰目的部署的防衛無人機群可能面臨無人機部署速度的問題。在決定UCAV儲存區和發射平臺的位置時,應牢記這一點。

3.發展一支特殊的隊伍

從作戰的角度來看,應對軍事戰場上目前和未來無人機的增加,需要發展和部署專門的反無人機部隊。作為這些部隊成員的士兵將面臨與其他士兵不同的現實;與高科技無人駕駛的敵人作戰與在常規戰場上與士兵作戰是不同的。

3.1. 技術專長

即使反無人機部隊在武裝部隊中仍然有限,其成員的培訓也將面臨重要挑戰。事實上,反無人機部隊的成員必須展示大量的技術專長,不僅與無人機有關,而且在操作和維護特定的反無人機設備方面也是如此,這對常規部隊來說是非常規的(例如,激光武器或微波系統)。因此,從訓練的角度來看,反無人機部隊的成員必須同時接受戰斗訓練和技術訓練。雖然作戰專業知識在軍隊和軍事教育和培訓基礎設施中顯然很普遍,但科學和技術的情況并非如此。重要的是要注意到,傳統的戰斗技能和新興技術的專業知識之間的這些問題性互動--以及在這兩個領域培訓人員的相關問題--并不是作戰軍事單位所特有的。這確實是現代安全的一個更具全球性的問題,與建立一支具有生物技術專業知識、能夠應對當前國際威脅的情報和反情報工作隊伍有關的戰略和實際挑戰就是例證(Guitton 2020)。因此,確保士兵能夠獲得特定科學和技術知識的解決方案不一定在單一單位的獨家培訓中找到。相反,從本質上講,該解決方案是多學科的。因此,小型專業單位的培訓可以在不同的軍事專業中共享。就反無人機部隊而言,士兵應該掌握的一些具體技術知識可能與專門從事遠程探測的偵察部隊相似或至少有些相似。對于一個特定的國家來說,找到足夠多的專業部隊進行共享或跨學科的訓練,肯定有助于減少與組建有關的成本,有助于建立更大的人力資源基礎以進行招募,從而為反無人機部隊提供更強大的勞動力。

3.2. 隱身訓練

與任何旨在對抗特定類型敵人的特種部隊一樣,反無人機士兵的訓練需要考慮到其目標的特點。無人機的主要特征之一是其非常高的機動性。由于其小尺寸和自主性,UCAVs可以極快地部署,并在被發現之前深入到先進的防線中。因此,為了消滅UCAVs,反無人機部隊也需要具有極高的機動性。反無人機部隊必須能夠迅速與他們的目標作戰。然而,鑒于無人機的多功能性,他們也需要能夠迅速脫離,從一個戰場轉移到另一個戰場。此外,無人機在所有類型的戰場上都能發揮作用,包括高密度的城市地區,甚至是水陸交接地區。不過,反無人機部隊的機動性不應簡單理解為空間上的機動性,也應理解為概念上的機動性。事實上,反無人機部隊需要能夠從一種戰斗模式切換到另一種模式,這取決于他們所針對的UCAVs的具體阻力。

無人機的另一個特點是它們大量使用各種傳感器。因此,反無人機部隊的機動性應伴隨著一定程度的隱蔽性。反無人機部隊應該能夠快速移動,并且在這樣做的同時盡可能不被注意。這種 "隱蔽性 "也應該延伸到戰場之外。事實上,無人機戰爭是一種嚴重基于信息的戰爭。由于無人機通常是部分自主的,指揮無人機至少需要對敵人的防御系統有一定程度的了解。雖然反無人機部隊的存在可以產生有效的勸阻作用,但這種部隊應該對其確切的設備和部署信息保持盡可能的保密,因為這將使他們更難以反擊--如果面對敵人的UCAVs,這將有助于他們達到最大的效果。值得注意的是,戰場上的隱身和戰場外的謹慎之間的這種關系并不是什么新鮮事。事實上,在歷史上,它已經在信息收集至關重要的沖突中被概念化。例如,Hensōjutsu,將日本封建武士的偽裝技術組合在一起,是Jintonpō的一部分,即 "獲得隱形的方法"。在數字時代,隱身術更進了一步。反無人機部隊的成員在使用虛擬空間時應保持謹慎,避免公開明智的內容或發布可能提供直接或間接信息的項目。如果被發現,反無人機部隊的成員可能會成為外國情報機構操縱的特權目標(Guitton 2019)。

3.3. 心理支持

無人駕駛戰斗的出現為所有接觸無人機的人創造了新形式的戰斗壓力--包括士兵和平民。軍事無人機飛行員已經多次被報道在戰斗事件中經歷了重要的心理壓力(Sharkey 2011)。鑒于反無人機部隊,顧名思義,主要是向無人機而非人類開火,這似乎與防衛無人機的操作者不太相關。然而,通過UCAVs進行打擊的方式是發生心理壓力的一個突出因素(Sharkey 2011),無論目標是否為人類,這使得防衛性無人機飛行員遭受類似結果的風險成為現實。雖然創傷后應激障礙(PTSD)通常被視為無人機飛行員心理健康問題的旗幟,但UCAV操作員報告了廣泛的心理健康問題,包括危險的酒精使用、抑郁癥、中度或嚴重的焦慮,以及亞臨床PTSD癥狀(Chappelle等人,2014;Phillips等人,2019)。雖然在美國空軍UCAV飛行員通常遠程操作無人機,即從美國境內的安全地帶而不是直接在戰場上操作,但這一人群中PTSD的發生率很高,盡管低于從部署中返回的軍事人員(Chappelle等人,2014)。與其他士兵相比,UCAV操作員的心理健康問題風險不一定增加,然而,較高比例的無人機飛行員患有與心理健康有關的重大功能障礙(菲利普斯等人,2019年)。

除了與工作時間和軍事與民用領域之間的困難定位有關的因素外,基于美國空軍經驗的研究--可以說代表了最大的作戰UCAV操作員群體--表明,UCAV操作員感到對旁人的傷害或死亡負有共同責任的戰斗相關事件的數量是發生PTSD癥狀的重要預測因素(Chappelle等人,2019)。特別是在無人機群的背景下,一些無人機可能成功穿越目標的防御。因此,防衛無人機的操作者,或者,專門負責防衛無人機的士兵,很可能會暴露在關于對旁觀者(在這種情況下,他們負責保護無人機攻擊的士兵或平民)的潛在傷害的類似情況下,對他們的心理健康有潛在的類似結果。除了這種增加的風險因素外,其他因素也可能增強反無人機部隊士兵的心理脆弱性。這主要是指高度的壓力,與普通部隊相比,反無人機部隊的壓力更大,這主要是由于對無人機攻擊的反應時間(從發現無人機到做出反應的時間)比大多數常規軍事部隊要短。

最后,在無人機將發揮重要作用的戰斗背景下,反無人機部隊可能很快成為優先目標,從而為其成員帶來更多壓力。因此,希望發展反無人機部隊的軍隊必須考慮到這些因素,并實施強有力的心理健康監測計劃,以確定潛在的脆弱士兵,并在需要時部署強有力的心理和精神醫療支持。

結論

無人機曾經局限于少數國家的武裝部隊,現在已經很普及了。隨著任務范圍的擴大,從監視和情報到戰斗,無人機在城市和非城市環境中的作戰能力,以及它們越來越多的可用性,無人機在作戰領域的存在在不久的將來只會增加。新興技術正在使無人機變得越來越可靠,越來越難以對付。

隨著無人機變得越來越普遍,各國都加大了在該領域的研究力度。這場捉迷藏游戲的馬達是技術。然而,贏得與無人機開發商的軍備競賽是一場永無止境的游戲。事實上,對于我們仍然可以控制的少數元素,技術的發展可能會使目前的防御措施大量過時。然而,反無人機防御不僅僅是技術問題,也是人和組織問題。因此,解決方案不能在純粹的技術方面找到,而必須包括人的層面。反無人機的最佳戰略將依賴于小型的、專業的、在技術和戰斗技能方面具有混合專長的單位,具有高度的機動性,并能快速應對危機。這樣的單位應該能夠快速部署在戰場上。這不僅會提高反應的效率,而且還能實現重大的規模經濟--因為部署一支專門的部隊比動員一個龐大但不專業的營隊更有成本優勢。能夠部署反無人機的多模式反應,并獲得這樣做的人力專長,對任何國家來說都是至關重要的,不論其規模和相對軍事力量如何。較小的國家在這樣做時甚至可能比最大的軍事力量有更多的相對優勢。

我們在過去幾十年中所看到的只是冰山一角。我們正處于技術引起的大規模社會變革的黎明。技術將大規模地改變戰爭。人工智能和戰斗機器人很快就會出現在戰場上。在這種情況下,反無人機部隊可能是我們從作戰角度對未來戰爭的第一瞥。因此,反無人機部隊很可能成為未來戰爭部隊的組織、訓練和實施的模板。

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俄羅斯國防部在2022年3月18日報告說,俄羅斯軍隊使用了Kinzhal高超音速導彈[1],并摧毀了位于烏克蘭西部Delyatina村的一個導彈和航空彈藥地下倉庫。美國官員也證實使用了高超音速導彈[2]。根據美國官員的說法,這次發射旨在測試武器,并向西方發出有關俄羅斯軍事能力的信息。

本文討論了現有的俄羅斯高超音速導彈,并回顧了在烏克蘭軍事行動中使用的可能使用新興破壞性技術的其他俄羅斯軍事能力。

1. 俄羅斯高超音速導彈

首先,應該提到的是,高超音速武器被認為是用于戰爭的顛覆性技術之一,同時還有人工智能、自主系統、大數據、量子技術、生物技術和新型材料等技術[3]。

高超音速導彈的飛行速度至少為5馬赫或5倍音速。高超音速武器有兩類:第一類是火箭載體攜帶高超音速滑翔機,在飛行過程中與載體分離;第二類是火箭本身是高超音速的,在整個飛行過程中由高速發動機驅動。與彈道導彈不同,高超音速武器不遵循拋物線彈道軌跡,以高超音速飛行。它們在飛往目標的途中可以自由機動,這使得它們在飛行中更難被探測和摧毀[4]。

俄羅斯目前有兩種類型的高超音速導彈在使用,并正在開發第三種類型的高超音速武器,以攜帶核彈頭:阿凡格、金沙爾和3M22鋯石。阿凡格 "是一種從彈道導彈發射的高超音速滑翔機,如SS-19 "斯蒂爾托"、SS-9 "斯卡普 "和SS-X-29 "薩爾馬特"。根據俄羅斯新聞來源,Avangard在2019年12月開始執行戰斗任務。2017年12月,空中發射的高超音速火箭Kinzhal補充了俄羅斯軍隊的武器庫。Kinzhal可以從圖-22轟炸機或米格-31戰斗機上發射。同時,Zircon是一種高超音速巡航導彈,目前正在進行測試,應該在2023年投入使用[5]。

Kinzhal導彈還可以用來摧毀低地球軌道上的衛星。據估計,Kinzhal導彈的飛行距離可達2000公里,飛行高度可達1500公里。在2017年進行了密集測試并接受金沙爾導彈進入俄羅斯軍隊的武庫后,它被使用了兩次:2019年在北極地區和2021年在敘利亞。在這兩種情況下,導彈都是從米格-31戰斗機上發射的。Kinzhal導彈的總產量不詳。

(2018 年 5 月 9 日,在 2018 年莫斯科勝利日閱兵期間,一架帶有 Kinzhal 高超音速導彈有效載荷的 MiG-31 飛越莫斯科)

應該注意的是,不是每架俄羅斯MIG-31戰斗機都能攜帶Kinzhal導彈。為此已經開發了MIG-31K的專門版本[7]。俄羅斯空軍估計有多達10架現代化的戰斗機專門用于這一任務[8]。圖-22M3轟炸機可以攜帶四枚金沙爾導彈。然而,據說還沒有從這個平臺上進行過測試[9]。

俄羅斯軍隊有一個龐大的非人防空對地導彈庫,因此在烏克蘭戰爭中使用金沙爾導彈的象征意義大于實際意義。俄羅斯很可能同時使用 "阿凡格 "高超音速導彈和艦載高超音速巡航導彈Cirkon,以提高其高超音速武器的有效性的說法。

2. 在烏克蘭戰爭中使用具有顛覆性技術的其他軍事能力

俄羅斯在人工智能和自主武器系統方面取得了重大進展,一些俄羅斯研究所和軍工企業專門從事這方面的研究[10]。然而,對俄羅斯軍隊在烏克蘭使用的軍事裝備的詳細分析顯示,公開提出的創建和測試的概念中只有一小部分在實踐中使用。即使是之前在敘利亞廣泛使用的系統,在烏克蘭也沒有被密集使用。 這些顛覆性的技術并不多,也沒有達到必要的成熟度。

2.1. 使用無人駕駛飛行器(UAVs)

俄羅斯目前在烏克蘭使用了少量的無人機,這是由于幾個因素。首先,俄羅斯計劃的軍事行動將持續三天,而且沒有預期的高度抵抗,因此,由于行動的節奏非常快,無人機的部署計劃是最小的。其次,烏克蘭防空和電子戰(EW)對無人機的成功演示影響了俄軍指揮官的選擇。另外,俄羅斯攻擊的目標位于整個烏克蘭境內,所以現有的無人機的技術特點不允許它們支持如此深度和頻率的行動。在不久的將來,俄羅斯對無人機的使用可能會加強,因為戰爭正在慢慢變得靜態。這些系統在打擊陣地戰方面的重要性已經被反復證明。

俄羅斯制造的神風無人機KUB-BLA在烏克蘭基輔附近的敵對行動中被使用[11]。KUB-BLA的操作是基于人工智能算法的,所以它可以自主地識別目標并摧毀它。KUB-BLA還在敘利亞進行了測試,它在那里進行了許多成功的行動。KUB-BLA是一種難以探測的無人機,可以飛行40公里,飛行速度高達130公里/小時,可以攜帶重量達1公斤的炸藥[12]。無人機可用于摧毀非武裝或輕度裝甲目標,并產生突襲效果。

有多份報告和證據表明,在烏克蘭的俄羅斯軍隊密集使用無人機Orlan-10和Inokhodets(Orian),它們也有破壞性的技術。

Orlan-10于2010年開始在俄羅斯軍隊中服役。該無人機是模塊化的,配備了多個攝像頭和其他傳感器。2020年,Orlan-10被升級為激光指定器。奧蘭-10經常與俄羅斯遠程火炮一起使用,也適合執行ISR任務;它是一種小型無人機,翼展為1.8米,它可以在70-150公里/小時的速度下飛行18小時。到目前為止,共有14架奧蘭-10在沖突中被摧毀[13] 。此外,這些模塊可以由一個日光攝像機、一個熱成像攝像機、一個視頻攝像機和一個無線電發射器組成,裝在機身下的陀螺穩定的攝像機吊艙中。這些相機提供實時情報、3D地圖、監視和對地面目標的空中偵察。有效載荷收集的圖像、視頻和其他傳感器數據通過使用3G/4G蜂窩網絡的數據鏈接實時傳輸到地面控制站。可選擇的是,Orlan-10配備了EW能力,可以區分友方和敵方的信息傳輸方式。它可以安裝干擾發射器并設置蜂窩干擾區[14]。

(2022 年 3 月 30 日,一名俄羅斯士兵準備在俄羅斯入侵烏克蘭期間發射 Orlan-10)

同時,"伊諾霍杰茨 "是一種中等高度和長距離(MALE)的戰術無人機。到目前為止,俄羅斯軍隊在烏克蘭只損失了一架。Inokhodets的最大有效載荷重量為200公斤,它可以在7.5公里的高度飛行,最多可飛行24小時,速度可達200公里/小時。它還有一個電子光學、激光目標探測儀和紅外攝像機。該無人機被用于ISR和戰斗任務。Inokhodets可以安裝9M133 Kornet(AT-14 Spriggan),第二代便攜式反坦克導彈,用于摧毀裝甲車輛和坦克。該無人機能夠在最大96公里的范圍內探測目標,并能在距離目標4公里的范圍內發射導彈[16]。

(2020 年 8 月 29 日展出的俄羅斯獵戶座無人機(也稱為 Inokhodets))

隨著戰爭進入第二階段,意味著俄羅斯軍隊開始只關注頓涅茨克和盧甘斯克地區,無人機的使用將加強。最有可能的是,我們將看到Altius、Forpost和Volk-18無人機,它們利用人工智能執行ISR任務,探測和識別目標并進行自主操作。

到目前為止,沒有跡象表明俄羅斯海軍正在使用其無人海軍艦艇Kadet-M、洲際核動力自主魚雷Poseidon或無人水下航行器Galtel。同樣,陸軍也沒有跡象表明現有的無人駕駛地面車輛Udar[18]正在戰爭中使用。Udar是在BMP-3步兵戰車和Marker的基礎上開發的,Marker最近剛剛升級,具有與一組地面機器人自主通信的能力[19]。

很可能,無人駕駛的地面和水下系統根本沒有被使用,因為它們還沒有被完全開發,而且互動能力有限。此外,事實證明,在目前的戰爭節奏下,傳統的系統是有效的。

2.2. 具有人工智能和自主能力的其他平臺

俄羅斯聯邦旨在為海軍提供大型巡邏艦,能夠在公海和封閉海域進行巡邏、監測和保護。到目前為止,在22160項目下建造了六艘船,該項目于2014年啟動,旨在通過自動化和人工智能減少船員。瓦西里-別科夫號是黑海現有的三艘艦艇之一,在俄羅斯入侵烏克蘭的第一天,參與了2022年2月24日對蛇島的攻擊[20]。

T-14 Armata坦克是另一個能夠自主作戰的平臺,可作為無人駕駛坦克技術的試驗臺。該坦克具有完全數字化的設備,一個無人駕駛的炮塔,以及一個供乘員使用的隔離式裝甲艙。到目前為止,沒有證據表明T-14 Armata在烏克蘭被使用。此外,已經有明確的跡象表明,制裁將阻礙T-14 Armata的生產[21]。

有人試圖用人工智能增強蘇-35S和米格-35飛機的機載信息管理和目標識別。只有蘇-35S參與了戰爭。到目前為止,一架蘇-35S在烏克蘭東部的Izium附近被烏克蘭防空部隊擊中。蘇-35S飛機的特點是推力矢量、雷達吸波涂料、Irbis-E無源電子掃描陣列雷達、IRST(紅外搜索和跟蹤)、Khibiny雷達干擾系統、超遠程R-37M空對空導彈,以及Kh-31反輻射導彈[22]。

此外,俄軍正在將人工智能用于瞄準自動化火炮系統。由Rostex公司生產的MSTA-SM有一個新的數字火控系統,可以將射速提高到8-9rpm。它有一個改進的陸地導航計算機,最大限度地減少了輸入射擊坐標的時間,因此可以在30秒內從待機狀態下開炮。MSTA-SM已經在戰爭中被大量使用[23]。

人工智能也被用于殺傷人員地雷POM-3 Medallion,它有利于自主識別和啟動目標。POM-3使用地震接近引信來探測人類的腳步聲,根據地雷附近的振動,并將該數據與彈藥的機載目錄中的地震特征進行比較。如果振動與地雷記憶中的正確地震特征足夠相似,并有足夠的和不斷增加的振幅(表明向地雷移動),則觸發彈藥。俄羅斯軍隊在烏克蘭戰爭中使用殺傷人員地雷POM-3的情況已在多個地點得到證實[24]。

(2020 年 8 月 23 日在陸軍展覽會上展出的俄羅斯 POM-3地雷)

2.3. 指揮與控制要素

與美國的全域聯合指揮與控制(JADC2)概念類似,俄羅斯有自己的國防管理中心(NDMC)系統。NDMC的目標是在空中、陸地、海上、太空和網絡部隊之間實時無縫移動數據。國防管理中心被設計為接收來自最低軍事單位的信息,并在分析和評估之后,將數據直接反饋給戰略層面的單位。烏克蘭戰爭第一階段的結果表明,來自最低軍事單位的數據沒有在NDMC內處理,其產出也沒有被帶到戰略層面[26]。

此外,沒有跡象表明,以下利用人工智能的系統在戰爭中被使用。福爾摩沙系統公司開發的Aquahranitel,能夠對海洋領域進行監督;俄羅斯軍隊的ACS,由國防部開發,用作管理戰場信息的系統;RadarMMS公司開發的飛機管理系統Kasatka,用于提高飛機、直升機和無人機的自主性[27]。

在EW方面,除了傳統的和更新的系統,俄羅斯軍隊正在使用由Ruselektronics公司建造的Bylina EW系統,該系統應用AI來進行ISR、信息操作和自主EW操作。Bylina還能夠降低和干擾通信衛星的傳輸[28]。

2.4. 防空系統

Pantsir-S防空系統,是部署在烏克蘭的少數系統之一。Pantsir-S用于擊落攻擊型無人機、GRAD和Tochka-U導彈,并通過人工智能實現防空作戰的更大自主權[29]。

在烏克蘭的戰場上只觀察到少數擁有新興破壞性技術的武器平臺。最流行的類型仍然是無人機,然而,帶有人工智能的增強型傳統系統也仍然被廣泛使用。當然,人工智能帶來的適度改進并不是為了增加武器或系統本身的殺傷力,而是為了提供增強功能,以便縮小決策周期,更快地尋找和指示目標,或提供更多的自動化解決方案來處理數據。

對北約的影響

在與烏克蘭的戰爭中,俄羅斯軍隊使用的由新興顛覆性技術增強的系統相對較少。相反,俄軍在使用傳統系統的同時,還使用了一些新穎的元素,如高超音速導彈、無人機、雷達或火炮自動化系統,能夠對目標和目標的消除進行精確的監視。其原因主要是這些系統的可用性和成熟度。從長期角度來看,制裁很可能會影響到俄羅斯軍隊使用的新興破壞性技術增強的武器的發展速度。

盡管俄羅斯擁有多種電子戰能力,但由于烏克蘭軍隊有能力指揮和控制部隊,所以它的表現并不理想。分散C2要素、使用普通移動電話和利用固定電話是成功實施反擊的幾個例子。很明顯,俄羅斯人沒有對電磁波譜進行適當的管理,因為他們的一些干擾正在干擾友好的通信。

高超音速武器是目前最大的挑戰,因為它們可以容納核裝藥,并能在有限的時間內通過不可預測的軌跡到達目標。因此,監視、跟蹤和反導彈系統應得到加強或重新發明,以減少新型武器帶來的風險。諸如定向能武器、粒子束和其他非動能武器等技術為有效防御提供了最大的潛力。網絡和電子攻擊可以大大降低武器的有效性。在探測方面,將需要一個由天基衛星和分散的傳感器組成的網絡,這也將與JADC2相連。

看來,俄羅斯利用中央防御管理中心的意圖已經失敗,因此,熱衷于多領域行動的美國和北約國家在實施其JADC2概念時,必須考慮一些經驗教訓。重點應該放在首先連接所有必要的傳感器和師級甚至更低級別的效應器上。此外,該系統在和平時期的操作功能將不同于戰時所需的功能。

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總結

  • 俄羅斯航空航天部隊(VKS)在行動的頭幾天進行了比以前記錄的要廣泛得多的固定翼攻擊行動,而烏克蘭的地基防空(GBAD)能力被最初的攻擊所壓制。
  • 在此期間,烏克蘭戰斗機對VKS飛機造成了一些損失,但由于在技術上完全處于劣勢,且數量嚴重不足,也造成了嚴重的傷亡。
  • 在整個戰爭期間,俄羅斯戰斗機對前線附近的烏克蘭飛機仍然非常有效和致命,特別是配備R-77-1遠程導彈的蘇-35S,以及最近幾個月配備R-37超遠程導彈的米-31BM。
  • 從3月初開始,由于無法可靠地壓制或摧毀越來越有效的、分散的和移動的烏克蘭地對空導彈(SAM)系統,VKS失去了在烏克蘭控制的空域內作戰的能力,除非是在非常低的高度。
  • 自3月以來,俄羅斯的GBAD也非常有效,特別是由48Ya6'Podlet-K1'全高度遠程監視雷達系統支持的遠程S-400薩姆系統。
  • 提供給烏克蘭部隊和后來的機動防空隊的眾多便攜式防空系統(MANPADS)意味著在3月期間,俄羅斯固定翼和旋轉翼在前線以外的低空滲透飛行被證明成本過高,并在2022年4月之前停止了。
  • 在整個戰爭期間,大多數俄羅斯的空襲都是針對預先指定的目標,使用無制導炸彈和火箭彈。蘇-34機群也經常發射Kh-29和Kh-59等對峙導彈打擊固定目標,蘇-30SM和蘇-35S戰斗機也經常發射Kh-31P和Kh-58反輻射導彈來壓制和打擊烏克蘭的防空導彈雷達。
  • 在沒有空中優勢的情況下,俄羅斯的戰略空中攻擊嘗試僅限于昂貴的巡航導彈和彈道導彈的轟擊,而且規模更為有限。在入侵的頭七個月里,這些都沒有達到戰略上的決定性破壞。然而,最新的迭代是對烏克蘭電網進行更有針對性和可持續的轟炸,將數百枚伊朗提供的廉價Shahed-136游蕩彈藥與繼續使用巡航導彈和彈道導彈打擊更大的目標結合起來。
  • 西方必須避免對緊急加強烏克蘭防空能力的需要感到自滿。完全是由于未能摧毀烏克蘭的移動式防空系統,俄羅斯仍然無法有效地利用其固定翼轟炸機和多用途戰斗機機群潛在的重型和高效空中火力,從中空轟炸烏克蘭的戰略目標和前線陣地,就像它在敘利亞所做的那樣。
  • 由此可見,如果烏克蘭的防空導彈沒有得到彈藥補給,并最終隨著時間的推移被西方的同類產品所增強和取代,VKS將重新獲得構成重大威脅的能力。
  • 在短期內,烏克蘭還需要大量額外的便攜式防空系統和雷達制導高射炮,如Gepard,以維持和提高其攔截Shahed-136的能力,并保護其剩余的電力基礎設施和受損設施的維修。
  • 從中期來看,烏克蘭需要具有成本效益的方法來抵御Shahed-136。一個選擇可以是緊湊的雷達和/或激光測距和瞄準系統,以使現有的眾多高射炮能夠更準確和有效地對付它們。
  • 烏克蘭空軍的戰斗機部隊需要現代化的西方戰斗機和導彈來持續地對抗VKS。俄羅斯飛行員在整個戰爭中一直很謹慎,所以即使是少量的西方戰斗機也能產生重大的威懾作用。
  • 任何在中短期內提供的西方戰斗機都需要能夠使用移動維修設備和小型支援小組進行分散作戰,并在相對粗糙的跑道上飛行,以避免被俄羅斯的遠程導彈打擊所消滅。
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(2021年11月10日,在荷蘭弗里皮爾舉行的北約反無人機系統技術互操作性演習中,無人機在無人機群演示前處于起飛位置。)

美國防部(DOD)和美國政府在敵方使用小型無人駕駛飛機系統(sUAS)方面面臨著重大國家安全挑戰。創建集群能力的現有技術導致了多層次和無法管理的威脅。本文討論了如何準備和應對這一迫在眉睫的挑戰,俗稱“無人機蜂群”。傳統思維和實踐的基本挑戰推動了對無人機蜂群的關注。一些未解決的問題包括無人機蜂群對美國的潛在利益與威脅。迄今為止,沒有任何方法能充分解決美國對無人機蜂群的戰略風險。盡管美國防部戰略包括一些應對敵方無人機威脅的方法,但它并沒有完全面對挑戰,而要解決未來武裝無人機蜂群帶來的戰略問題,就必須面對這些挑戰。為了減輕這種新出現的風險,美國需要一個協調的方法來解決技術、法律和條令問題。

1 戰略環節

美國目前的戰略文件為確保和推進國家利益提供了總體要求。然而,新出現的威脅和潛在的無人機蜂群技術威脅著美國的安全態勢。例如,2017年美國國家安全戰略指出,“我們將保持一個能夠威懾并在必要時擊敗任何對手的前沿軍事存在”。隨著美國軍隊在全球范圍內的廣泛投入,對手可以利用無人機蜂群來挑戰美國在許多領域的利益;如果是這樣,美國軍隊就不能可靠地投射力量來威懾和擊敗這些同樣的對手。

此外,《美國國防戰略》認為戰爭的特點在不斷變化,行為者可以更迅速、更容易地獲得技術,包括人工智能(AI)、自主性和機器人技術。時任美國防部長詹姆斯-馬蒂斯在2018年說明了這種擔憂,他承認國土不再是一個避難所,必須預測針對“關鍵的國防、政府和經濟基礎設施”的攻擊。無人機蜂群構成了重大的國家安全戰略風險,應對這一新興威脅給美國帶來了三個關鍵領域的挑戰和機遇:技術、法律和理論。

2 奠定基礎:新興趨勢

關于作戰無人機系統使用的研究文獻揭示了以創新方式改變戰爭特征的潛力。技術革命使行為者能夠利用無人機來實現國家目標。最近發生在南高加索地區的納戈爾諾-卡拉巴赫爭議地區的戰爭說明了這一現實。阿塞拜疆對無人機系統的使用極大地幫助了它的勝利,支持了它對亞美尼亞的空中和地面作戰,而亞美尼亞擁有更多的常規空中和地面部隊,包括戰斗機和坦克。此外,這場戰爭說明了使用無人機系統來摧毀防空系統、地面部隊和裝甲車輛的優勢,包括空中能力成本相對低廉。這些系統可以憑借其相對較小的尺寸和較慢的速度避開敵人的防空系統,而且它們在常規沖突中為不太富裕的國家提供了潛在的軍事優勢。這種力量的再平衡表明,國家可能會在未來的沖突中更多地使用無人機系統來脅迫他們的敵人,促成外交上的讓步,并實現國家安全目標。遙控飛機是改變戰爭性質的工具,而小型無人機的創新使用說明了下一步的改進,其成本低,回報潛力大。

除了目前無人機系統的應用,這些航空器的未來發展趨向于更加復雜,在人工智能、自主性和機器學習方面將取得更多進展。這些術語可能會使一些人想到虛構的作品,如《天使降臨》(2019),這部電影中,小型螺旋槳驅動的無人機從地面的管道發射,攻擊美國總統和他的特勤人員。然而,在現實中主要軍事大國目前都在追求這種能力。

中國電子信息技術研究院在2020年9月測試了從地面和空中發射器發射和使用多個sUAS的蜂群編隊。此外,美國海軍研究辦公室和國防高級研究計劃局近年來進行了廣泛的測試,使用大量的無人機相互協調進行偵察,編隊飛行,或可用于向目標投放彈藥。2020年9月的一次演習顯示,俄羅斯也在繼續追求用三種型號的無人機系統進行集成編隊,打擊地面目標。雖然這本身不是無人機蜂群,但一位俄羅斯專家指出:“在這一點上,俄羅斯有很多關于UAV蜂群使用的研究,并對這種概念進行了測試和評估。”

民用無人機蜂群的發展表明,這是一項雙重用途的技術。在過去的幾年里,對無人機能力的需求不斷增加,因為各公司為編排好的展示活動編排了數以百計,有時甚至數以千計的無人機系統。例如,英特爾在2018年創造了一次展示中無人機數量最多的世界紀錄,有2066架。英特爾特定型號的無人機在眾多活動中飛行,包括2018年冬季奧運會和2017年超級碗的半場表演。最近,無人機表演為當選總統喬-拜登的特拉華州勝利慶典展示了蜂群能力。可以想象,一個邪惡的行為者可能會控制大量無人機,對涉及國家元首或大量人群的活動進行破壞。伊朗在2019年9月對沙特阿拉伯最大的原油穩定廠之一進行了無人機攻擊,顯示出不同尋常的復雜性,并且還在試驗同時對50個目標使用大量無人機。無人機蜂群的軍事和民用趨勢預示著美國的力量可能會在未來受到挑戰。盡管各行為體尚未使用真正的小型無人機蜂群來對付對手,但該技術的攻擊應用并不遙遠。

3 戰略風險及影響

各國應在仔細考慮其風險和影響后,規劃使用無人機群。一些文獻承認無人機蜂群在某些戰略軍事背景下的概念性應用。例如,一位戰略專家認為,完全自主武裝型無人機蜂群(AFADS)是蜂群應用的一個子集,可以被視為大規模殺傷性武器(WMD)。美國陸軍應用兵棋推演方法證明了無人機蜂群武器如何在平行攻擊中提供作戰優勢。美國防部關于使用自主系統的發起人之一指出:部署完全自主的武器將是一個巨大的風險,但這可能是一個軍隊值得承擔的風險。這樣做將會進入未知的領域。敵對行動者正積極試圖破壞戰時的安全行動。而且在行動時,沒有人可以干預或糾正問題。

大國可能愿意承擔這種風險;正在開發能夠獨立于人類操作者做出決策的自主武器。前美國防部長馬克-埃斯佩爾指出了美國和其他大國在自主武器發展方面的這種區別。一些評論家斷言,自動防御系統提供了軍事優勢,包括自由打擊覆蓋戰略資產的傳統防空系統或對核和支撐能力進行監視。

各國必須考慮自主武器計劃的戰略影響。一個行為者向對手使用無人機蜂群可能導致意外升級,而一個意外的人工智能決策可能無意中導致敵人反擊或外交危機。國際上的討論還沒有涉及到使用完全自主武器在“危機穩定、升級控制和戰爭終止”方面的戰略考慮。許多專家同意,自主武器系統可能在危機或武裝沖突期間提供作戰優勢,特別是在灰色地帶或混合戰爭中,但戰略風險要求決策者現在就考慮這些危險,以避免以后出現災難性的結果。完全自主的武器系統增加了誤判和/或誤解的風險,這可能導致國家和非國家競爭者之間不受控制的風險升級。這包括使用大規模毀滅性武器的威脅增加。盡管采用自主無人機蜂群存在固有的風險和后果,但這些能力為行為者提供了實現國家目標的軍事和戰略選擇。有人類參與的半自主無人機蜂群武器也會給對手帶來風險,盡管程度較低。

4 重要術語

關鍵術語和分析的范圍將澄清誤解。歐文-拉肖在《原子科學家公報》中寫道,將蜂群無人機定義為“分布式協作系統......成群的小型無人駕駛飛行器,可以作為一個群體移動和行動,只需有限的人類干預”。蜂群的另一個定義規定了軍事應用,“大量分散的個體或小團體協調在一起,作為一個連貫的整體進行戰斗”。根據美國防部指令3000.09,自主武器系統,“一旦啟動,就可以選擇和攻擊目標,而無需人類操作員進一步干預”。美國國家科學、工程和醫學研究院規定,無人機蜂群是指40個或更多的無人機系統,該群體作為一個單位,有各自的行為,所有成員都不知道任務,成員之間相互通信,每個無人機系統“會相對于其他無人機系統進行定位”。這些創新包括人工智能、自主性和機器學習的應用,以及美國防部指定為1、2和3組的sUAS進步。sUAS作為一個整體執行任務,包括情報、監視和偵察以及進攻性攻擊。在本文的其余部分,這種威脅將被稱為無人機蜂群。

5 技術可行性

對抗(或稱反制)無人機蜂群提出了三個領域,這對五角大樓和負責保衛美國國土的國家機構來說既是挑戰也是機遇。第一個領域,即技術,美國防部的工作集中在硬件解決方案上。在2021財年,美國防部最初計劃“在反無人機系統(C-UAS)的研究和開發上至少花費4.04億美元,在C-UAS的采購上至少花費8300萬美元。”所有軍種都追求各種尖端技術解決方案來探測、跟蹤、識別和擊敗目標。用于探測的硬件解決方案包括雷達以及電子光學、紅外和聲學傳感器;所有這些都因小型無人機的表面特征和相對速度而限制了其有效性。另一種技術涉及操作員可能需要控制無人機無線電指令信號的探測。擊敗機制包括干擾、欺騙、槍支、網、定向能和標準防空系統等方法。然而,目前的能力給操作者帶來的結果是好壞參半的。目前的措施主要是針對數量較少的無人機,而這些無人機并沒有表現出蜂群行為能力。其他方法,包括美國空軍和國防部在作戰環境中測試的高功率微波(HPM),可能提供更有效的能力來對付無人機蜂群,但專利方面的挑戰可能會限制其有效性。誠然,美國防部可能正在追求更先進的HPM武器,其基礎設施足跡更小,如Leonidas系統,但目前的研究僅限于非保密來源。

美國防部的反無人機系統(C-sUAS)戰略承認了無人機蜂群帶來的戰爭特征變化,但并沒有提到具體的解決技術。考慮到對抗無人機蜂群的近期要求,當前技術的重大局限性給行業帶來了挑戰。此外,美國防部可能沒有關注無人機蜂群的新威脅。相反,開發和采購工作表明,重點是傳感器和武器,以擊敗目前的無人機系統。美國防部2021財年的C-UAS預算主要針對當前設備進行開發,沒有考慮滿足未來需求的技術創新。在COVID-19大流行期間和之后美國防部預算下降的環境下,這種方法可能被證明是低效的,并造成重大風險。各國開發無人機蜂群技術的速度表明,其成熟速度比應對此類威脅的設備成熟速度更快。

觀察家們注意到需要快速創新以減輕不斷上升的威脅,但目前的國防工業基礎面臨著變革的障礙,包括軍事文化和新的商業技術測試。快速創新的一個更常見的問題源于對商業產品的收購,其中知識產權成為系統部署使用的很大障礙。當公司的設備或軟件不一定能互操作時,這個問題就會變得很嚴重,使C-sUAS操作者無法獲得擊敗目標所需的融合、及時和有用信息。軍事文化不一定會獎勵創新的思想家,并且很可能成為快速變革的障礙。雖然美國防部目前的C-sUAS戰略確定了無人機蜂群的威脅,但它沒有充分解決國防部必須如何克服高成本和創新遲緩的技術風險。

(2022年8月14日,在密歇根州格雷靈營地,分配給美陸軍第37步兵旅戰斗隊總部的上士Noah Straman 在北方打擊行動期間發射了DroneDefender)

6 合法的可接受性

C-sUAS戰略的第二個風險來源是在法律限制,特別是在國土上。現行法律為國土上的美國公民提供保護,同時也抑制了美國防部在軍事設施上保護無人機威脅的能力。鑒于無人機的威脅能力和檢測限制的多重影響,無人機蜂群加劇了這種限制所帶來的風險。C-sUAS戰略宣稱,美國防部的主要利益相關者必須與合作伙伴合作才能取得成功。這一當務之急應推動立法解決方案,以擴大這種反無人機設備運行的國內環境權限。

C-sUAS戰略強調了在國土上操作反無人機能力的重大法律挑戰,并斷言:“許多現有的法律和聯邦法規在設計時并沒有將無人機系統作為威脅來處理,而技術變化的持續速度使得法律當局很難跟上步伐。”目前的法律不允許及時發現潛在的無人機威脅,這些威脅可能來自軍事設施之外。《美國法典》(USC)第10條第130i款授權國防部長和武裝部隊指定人員采取所有動能或非動能行動,以“禁用、損壞或摧毀”對“所涉設施或資產”構成威脅的無人駕駛飛機系統。這一法律限制使操作者無法在潛在的無人機威脅到達目標之前將其擊敗。

盡管《美國法典》第10章第130i條授權國防部“在未經事先同意的情況下......通過攔截或以其他方式獲取電訊或電子通訊,探測、識別、監測和跟蹤無人駕駛飛機”,但它并沒有明確說明這一權力是否延伸到基地的邊界之外;如果可在邊界之外,就會給國防部提供戰術優勢。新的授權也不清楚美國防部是否可以在不違反情報監督指令的情況下,在其管轄范圍之外收集所需的無人機信息。此外,針對潛在的無人機蜂群威脅收集此類信息可能會擴大責任。探測目標還需要區分敵方和友方的無人機,鑒于目前的權限,處理與合法民用飛機有關的具體信息可能會有問題。

根據C-sUAS戰略,美國防部必須采取多邊行動,并與執法機構分享威脅信息,如10 USC 130i所允許的。這可能的一種方式是在國家安全特殊事件(NSSEs)期間,聯邦調查局(FBI)可以有臨時的權力來反擊無人機,而無需首先獲得授權。2018年《預防新威脅法》授權國土安全部(DHS)和司法部(DOJ)“通過基于風險的評估,減輕無人駕駛飛機......對設施或資產的安全或安保構成的威脅”。在最近的案例中,聯邦調查局與聯邦航空管理局(FAA)合作,在2020財政年度期間,包括2020年超級碗、2019年世界大賽、2020年玫瑰碗比賽、華盛頓特區的“A Capitol Fourth”和紐約市的新年慶祝活動中,成功對抗了超過200架無人機。聯邦調查局還與國土安全部以及佐治亞州的州和地方執法部門合作,在2019年超級碗比賽期間對抗54起無人機入侵事件;在體育場周圍的臨時飛行限制期間,至少有6架無人機被沒收了。

2018年《預防新威脅法》的描述內容與《美國法典》第10篇第130i條的授權非常相似,但仍不清楚國土安全部、司法部和國防部如何進行實際合作。首先,NSSEs是臨時性的,如果沒有永久性的授權,通過機構間的協調對威脅進行早期預警的優勢幾乎可以忽略不計。對手很可能不會在NSSE期間對國防部資產發動無人機蜂群攻擊。其次,如果國防部發現了其管轄范圍之外的威脅并警告國土安全部或司法部,聯邦、州或地方執法部門不太可能有時間和能力來攔截無人機蜂群威脅。

地方執法部門和私人實體有更少的權力來對抗無人機。根據國土安全部、司法部、交通部和聯邦通信委員會最近的咨詢,采用反無人機技術的非聯邦公共機構和私人可能違反聯邦法律。法律將無人機定義為飛機,任何破壞或摧毀無人機的工具都可能引發涉及《飛機破壞法》和《飛機海盜法》的責任。那些使用無線電頻率探測的人可能會涉及《竊聽/陷阱法》和《竊聽法》的訴訟負責,這取決于該能力是否記錄或攔截無人機和控制器之間的電子通訊。

最后,附帶影響可能導致當地執法部門或私人實體重新考慮采用這些能力。杰森-奈特對城市地區警察機構的考慮進行了分析,并提到了反無人機技術干擾合法地面和空中活動的例子。目前的授權并沒有為國防部對抗無人機群所需的預警能力提供全面的法律基礎。盡管在某些情況下,與東道國或在應急地點的多邊協調可能為防御者提供優勢,但鑒于美國防部的法律限制,在可能試圖使用無人機蜂群來對付關鍵基礎設施時,國土為對手提供了優勢。

(2022年3月30日,第3海軍陸戰隊第9工兵支援營沿海工兵偵察隊的戰斗工程師海軍陸戰隊下士Chance Bellas在菲律賓克拉韋里亞的Balikatan 22期間組裝了小型無人機系統VAPOR 55)

7 條令(理論)適用性

C-sUAS戰略的最后一個障礙是關于有效使用反無人機設備的一個重要但被忽視的方面。該戰略宣稱,隨著技術的成熟,需要制定條令,但僅僅承認企業的需求并沒有解決規劃誰可能操作這些設備的重大挑戰。現在確定條令上的需求將減輕未來的能力差距。美國陸軍必須在保衛空軍基地免受未來無人機蜂群威脅方面發揮更大作用。

采用反無人機能力的一個獨特方面是,它包括在所有領域的行動。具體來說,在空中瞄準和減輕對手的巨大挑戰,需要對三個主要任務領域的分工進行清晰的評估:防空、部隊保護和空域控制。從這些任務領域中提取部署原則對于規劃反無人機能力的戰略用途是有價值的。聯合條令是基于目前的部隊結構和幫助解決復雜問題的責任。規劃對抗無人機蜂群的方法需要對聯合條令中的角色和責任進行更深入的評估。

條令必須考慮到培訓未來在所有領域發揮作用的設備操作人員。在空中領域的操作需要對防空、部隊保護和空域控制有充分了解和精通的人員。設計一個與技術和設備同步發展的部隊結構并為其提供資源,將更有效地阻止和對付先進的威脅。這一發展推動了反無人機蜂群條令開發的權威指導,其也是C-sUAS聯合辦公室(JCO)作為國防部執行機構責任的一部分。此外,聯合辦公室將“協調C-UAS的聯合作戰概念和聯合條令的發展”。然而,這種責任描述沒有考慮到目前國防部各部門在空域控制、部隊保護和針對無人機蜂群威脅的防空方面的角色挑戰。專注于對抗地面威脅的部隊保護軍事人員并不具備對抗空中威脅同時避開友軍飛機的必要知識。對這些人員進行空域環境、電磁波譜、空間作業和天氣等相關培訓,將使他們更有效地運用能力來對付無人機蜂群。在防空方面重疊的責任,特別是美國陸軍和美國空軍之間的責任,可以解決此條令上的挑戰。然而,各軍種都依賴部隊保護專家,這給業務帶來了風險。

條令還包括對角色和任務的劃分,特別是在空軍基地的防空方面。越南戰爭和伊拉克戰爭迫使高級軍事指揮官和各軍種將能力分配給傳統任務,而犧牲了支持戰略和作戰目標的空軍基地防御。特別是陸軍和空軍,自二戰結束以來,一直在為地區和點狀防空任務的具體作用而爭斗。2020年蘭德公司的一項研究強調了目前的辯論:今天,美國陸軍負責為空軍基地和其他固定設施提供點式AMD(防空和導彈防御),但兩軍多年的忽視導致了能力上的不足......陸軍領導層將其機動部隊的移動式短程防空置于固定設施防御之上。

在美國陸軍對海外和國內主要作戰基地的防空資源進行優先排序之前,戰略和戰役目標很容易被無人機蜂群影響。此外,空軍可能會繼續倡導和獲得C-sUAS的能力,而沒有條令上的決議。空軍可能會實現其長期以來的愿望,即在戰術防空方面發揮更大的領導作用——這將與聯合司令部的任務相矛盾,即避免重復工作并獲得效率。同樣,其他軍種可能會繼續購買設備進行試驗,如果沒有跨領域和職能協調,這可能不是最佳或有效的。

蘭德公司的報告還詳細說明了陸軍和空軍在防空方面的角色錯位。2020年的一份國會研究報告提出了一個重要問題:“計劃中的SHORAD(短程防空)部隊結構和能力是否足以應對預測的未來挑戰?”該報告表明,陸軍計劃在現役和后備部隊之間增加18個營的防空能力,這可能不足以滿足支持歐洲威懾倡議和太平洋威懾倡議的陸軍部隊需要。這些能力包括應對無人機系統的威脅,但不包括保衛空軍關鍵資產和主要作戰基地的假定任務。盡管聯合出版物3-0《作戰》要求整合進攻和防御能力,以實現對敵方無人機的空中優勢和部隊保護,但它并沒有明確規定各軍種的角色和任務。這種理論上的模糊性增加了SHORAD資源不足的危險,以應對未來無人機蜂群的倍增效應。

新興技術的發展和使用無人機蜂群可能性的增加使得有必要對條令和軍種的作用進行重新評估。事實上,空軍參謀長已經敦促國防部長辦公室對各軍種的角色和任務進行審查,以確定聯合作戰概念的領導組織,如遠程精確射擊和攻擊下的后勤。這兩個概念都與保護戰略資產免受潛在的無人機蜂群攻擊有關。此外,美國防部缺乏條令指導可能也表明需要評估機構間的概念和方法,以便在民事管轄范圍內采用類似的能力。JCO及其國防部戰略將為持續的條令開發提供基本要素,但更多的工作必須集中在調整各部門的角色和資源上。

8 建議

美國防部對抗無人機蜂群的新方法必須解決技術快速發展的風險,對手可能利用民用和國防部保護關鍵基礎設施之間的法律縫隙,以及防空、空域控制和部隊保護方面固有的條令挑戰。正如2018年美國國防戰略所指出的,國土不再是一個避難所,而是敵人無人機蜂群的目標,這些蜂群可能具有洲際范圍的能力。

(2021年10月14日,夏威夷波哈庫洛亞訓練區,海軍陸戰隊準下士德米特里-謝潑德在布干維爾II期間進行步兵排戰斗課程時發射無人機)

敵對趨勢必須推動國防工業基地采用相對低成本、快速和人工智能的技術解決方案。最初尋求納入未來技術的“第三次抵消戰略”,為減輕這種風險提供了一個特別有用的方法。該戰略探討了蜂群式無人機、高超音速武器、人工智能和人機協作的最佳組合方式,以在戰斗中提供獨特的優勢,但它并不只關注材料和設備。相反,它考慮了如何最好地將人類的創造力與技術的精確性相結合。當應用于對抗無人機蜂群時,人機協作的概念可以為防空事業提供優勢。解決方案應該包括一系列與人工智能軟件完全整合的傳感器,以便更迅速地識別潛在目標,并提高信心水平。美國陸軍的TRADOC小冊子525-3-1《2028年多域作戰中的美國陸軍》指出,這些特征是人工智能和高速數據處理所希望的,以提高“人類決策的速度和準確性”。

值得投資的人機技術項目包括由人工智能驅動的自主蜂群無人機,以通過斗狗來減輕或摧毀敵人的蜂群。喬治亞理工大學在2017年與海軍研究生院合作進行了這種實驗。此外,美國防部的低成本開發能力包括非動能直接能量武器,如戰術高功率微波作戰響應器(THOR)和混合防御限制空域(HyDRA)計劃。THOR為對抗無人機蜂群提供了一種特別有效的能力,因為與HyDRA激光器相比,其影響范圍更大。然而,如果與綜合指揮和控制(C2)界面連接部署并協調,將人工智能與人類結合起來,該系統可比標準防空能力更有效,成本更低。

C2能力必須能夠更快地確定目標,將傳感器與擊敗機制連接起來,并允許人類操作員迅速選擇更有效的武器。最近的報告表明,聯合司令部正在追求這些能力,并可能要求各軍種開發自己的C2系統,以便最終整合到美國陸軍的前線防空指揮和控制系統。其他C2系統包括美國海軍的CORIAN(反遙控模型飛機綜合防空網絡)能力和美國空軍的多域無人系統應用指揮和控制。然而,這些具體的系統目前似乎并沒有與先進作戰管理系統(ABMS)或擬議的聯合全域指揮與控制(JADC2)架構聯系在一起。最近和剛開始的工作表明,在北大西洋公約組織中將使用JADC2概念將傳感器與射手聯系起來以對抗無人機群的倡議。未來的JADC2架構在概念上可以使人類操作員為自己的目的控制敵方的無人機蜂群網絡。無論哪種創新,“第三次抵消戰略”都為應對未來致命的自主無人機蜂群問題提供了一個潛在的寶貴方法。

在不考慮未來無人機蜂群威脅或人工智能發展活動的情況下,追求不同的和針對具體軍種的C2能力將浪費時間和納稅人的資金。相反,美國防部應更快地將2021財年開發的反無人機蜂群C2能力納入JADC2架構。國會責成國防部長評估綜合防空和導彈防御C2系統,其中包括C-UAS能力,并確定它們是否與新興的JADC2架構兼容。這個框架符合國會對自主或半自主能力的偏好,而且操作和維持成本低。盡管互操作性、知識產權、數據管理和信息保障仍然是挑戰,但將C-sUAS C2系統整合到JADC2架構中,將產生更快的殺傷鏈和潛在更低成本的項目。JCO主任肖恩-蓋尼少將最近承認,這種開放的架構方法可能會在日后帶來巨大的安全紅利。 第二,在國土的現有法律框架內運作,美國防部必須倡導在固定地點有更多的權力來保衛關鍵基礎設施。國會必須在緊急情況下和和平時期授予國防部長更多的權力。該建議必須包括授權操作者在基地邊界之外確定潛在目標。運營商也應該有法律支持,以近乎實時的方式告警當地和聯邦執法機構。

(2021年4月18日,太平洋,分配到第21直升機海戰中隊的海軍二級空勤人員(直升機)丹尼爾-艾爾斯在與兩棲攻擊艦埃塞克斯號的實彈演習中用MH-60S海鷹GAU-21.50口徑機槍向目標無人機開火)

第二,在國土的現有法律框架內運作,美國防部必須倡導在固定地點有更多的權力來保衛關鍵基礎設施。國會必須在緊急情況下和和平時期授予國防部長更多的權力。該建議必須包括授權操作者在基地邊界之外確定潛在目標。運營商也應該有法律支持,以近乎實時的方式告警當地和聯邦執法機構。

幸運的是,聯邦航空局正在推行幾項舉措來對抗敵方無人機。這些計劃包括將無人機納入國家空域系統,以區分友軍和敵軍的無人機。國防部應積極鼓勵聯邦航空局和美國國家航空航天局繼續各自的無人機行業倡議,包括無人機系統交通管理研究,以“確定服務、角色和責任、信息架構、數據交換協議、軟件功能、基礎設施和性能要求,以實現對低空無控制無人機操作的管理”。這些增加的權力,再加上增強的能力,可以縮小民事和軍事管轄權之間的法律差距,以保護國家基礎設施和國防部的關鍵資產。

最后,美國防部必須通過兵棋推演和演習積極磨練理論,以確定空軍基地防空中最合適的角色和職能。隨著無人機技術的成熟和向友軍提出更復雜的問題,盡早建立正確的部隊結構將更有效地應對挑戰。這將需要進行必要的培訓和適當的資源配置,以滿足國會對有效和低成本設備的需求。正如蘭德公司的研究報告所指出的那樣,沒有單一的行動方案,而是通過組合來提供解決方案。然而,角色和職能的重新調整對于成功至關重要。追求適當的聯合討論將為未來對抗無人機蜂群的強大和基于風險的模式提供基礎,并避免過去的戰略錯誤。

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本專著的目的是從防空歷史和空中力量穿透這些防御的工作中提煉出教訓。它從第一次世界大戰、第二次世界大戰、越南、"沙漠風暴 "以及俄羅斯和中國的現代發展中確定了六條經驗。這六條經驗為空軍和地面部隊在未來進行壓制敵方防空(SEAD)和滲透行動的努力提供參考。本專著探討了聯合部隊應如何對待SEAD任務的問題,以及來自陸地領域的部隊是否應在穿透地基防空系統方面發揮更重要的作用。

T.R. Fehrenbach提醒我們注意戰爭的一個持久特征。無論我們的技術變得多么復雜和先進,武裝沖突仍然需要士兵參與。空中力量理論家認為,在未來的戰爭中,人類可能不再需要近距離的暴力對抗,僅靠空中手段就能達到目的。雖然純粹的空戰仍然是一個遙遠的想象,但地面部隊將繼續奮勇向前,與泥濘中的人們一起奪取目標。本專論并不是說空中力量是不必要的;相反,它是至關重要的。空軍的覆蓋面和影響力已經與地面機動密不可分,在最近的戰爭中,空軍已經成為軍隊進攻的必要先導。然而,空中優勢作為地面進展的先決條件的模式可能不再成立了。移動式和便攜式防空系統的擴散,加上危害地面部隊的遠程打擊能力,無論其位置如何,都可能迫使地面作戰先于其空中補充。

本專著討論了聯合部隊在未來應如何進行壓制敵方防空(SEAD)。它考慮了攻擊性空軍和地面防御者之間的斗爭。具體來說,它討論了防空系統的進步已經發展到了美國空軍無法繼續承擔壓制和穿透它們的主要份額的程度。在未來,美國陸軍可能不得不對綜合防空系統(IADS)進行第一輪打擊,為美國空軍開始空中優勢的戰斗打開大門。

海上防空對于地面部隊的機動自由至關重要。在減少對手的防空資產之前,敵人的空軍可以隨意攻擊機動編隊。自從20世紀初早期的飛行者從飛機上投下第一件武器以來,空中力量對現代機動作戰一直是至關重要的。空中和地面防御系統已經發展到這樣的程度,即一支軍隊如果不首先擊敗其競爭對手的空軍就進行攻擊是不可想象的。迅速而徹底地擊敗伊拉克的防空系統并隨后摧毀其空軍,對于聯軍在 "沙漠風暴 "行動中的快速機動和壓倒性勝利至關重要。 以美國空軍為先導,然后是地面機動的SEAD模式是如此強大,以至于美國和北約的競爭對手注意到并進行了調整。今天的綜合防空系統(IADS)是高度網絡化的,相互支持的,并且是分層深入的。 這些防御網絡,再加上遠程彈藥的出現,造成了一個多層面的問題。國際防空系統迷惑了敵方空軍為其地面部隊建立機動空間的能力,同時遠程火力也使這些攻擊部隊受到威脅。先進的IADS與遠程彈藥的雙重困境,要求我們考慮我們目前的SEAD方法是否足夠。

所提出的假設是,聯合部隊應該作為一個密切協調的地面和空中團隊進行未來的SEAD。美國陸軍應該為反應靈敏、強大和機動的防空和導彈防御系統、遠程精確火力、地面發射的反輻射制導導彈(ARGM)和游動彈藥提供資源。

所采用的方法是對SEAD的歷史、理論和學說的研究。它考慮了SEAD從第一次世界大戰到現在的歷史。反擊空中和導彈威脅(聯合出版物3-01)將SEAD歸類為主要的進攻性反空(OCA)任務。其目的是 "通過破壞性或擾亂性的手段使敵方的地表防空系統失效、摧毀或暫時退化。" 美國部隊發展SEAD是為了應對日益復雜和有效的地基防空系統,它與防空的進步有效地共同發展。本專著中的防空歷史有五個主要部分。第一部分討論了第一次世界大戰中的空中力量發展,以及早期空軍能力的提高如何為地面機動提供了機會。一戰中對空襲的反應導致了二戰期間為防止滲透而對空中武裝進行牽制的武器的產生。二戰的戰斗人員完善了一戰中創造的技術,為進攻的空軍和地面的防御者開發了更致命的瞄準系統和改進的彈藥。在越南戰爭期間,越南人民軍(PAVN)采用了密集的防空武器組合,這需要美國裝備和訓練專門的飛機來壓制北越的防御;這是SEAD能力的第一個例子。接下來,該專著回顧了美國在 "沙漠風暴 "行動中對空地戰的運用,以顯示SEAD的有效性,以及它如何為其他世界大國進一步調整以對抗FM100-5中的理論提供了基礎。 第五章考慮了俄羅斯新一代戰爭(RNGW)、中國遠程導彈以及防空武器的擴散以防止滲透。作者將SEAD理論和學說的演變與歷史實例結合起來,說明空軍與IADS之間的競爭是如何發展到今天的高精尖系統的。最后,該專著提出了一個地面部分未來在對抗現代IADS的戰斗中的貢獻模式。

聯合部隊如何進行未來的海空防務行動,對于各軍種在面對未來的國際防空系統時如何整合和合作至關重要。現代國際防空系統對未來的空中行動,以及暗示的地面行動構成了一個重大障礙。國家和非國家行為者對地對空武器的使用加劇了國際防空系統的瓦解問題。它極大地提高了進行海空導彈和滲透敵占區所需的戰斗力水平。阿富汗圣戰者組織在蘇聯-阿富汗戰爭中使用 "毒刺 "導彈,以及最近在烏克蘭上空擊落馬來西亞航空公司MH17航班,都是這些系統的擴散已經超出既定軍隊嚴格使用的例子。在未來的戰爭中,雙方都可能面臨一個連續的國際防空系統和非正規部隊采用的未聯網的防空。聯合部隊必須開發多種方案來擊敗這些系統,并擴大他們的方法,以最大限度地提高靈活性,使空中和地面部隊能夠對由國際防空系統和獨立的地對空武器防御的對手構成眾多威脅。

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本報告認為,相互作用的地緣政治和技術趨勢提高了歐洲國家面臨的來自彈道導彈或巡航導彈、有人和無人駕駛飛機或其他武器系統的威脅類型和水平。這使得歐洲國家對更好和更綜合的防空和導彈防御(IAMD)的需求變得非常緊迫。目前歐洲的防空和導彈防御能力不能滿足有效抵御全方位威脅的任務。

由于改進的天基傳感器和基于無人系統的傳感器,戰場的透明度正在增加。同時,更精確、更快速、更集成的空中和導彈武器系統的技術正被更多的行為者所掌握。因此,不僅是大國,而且是地區大國和非國家行為者,都比以前更有能力使用或威脅使用這些武器。歐洲的軍事基礎設施和部隊以及民用目標特別容易受到攻擊,這些攻擊使用廣泛的復雜和不復雜的武器組合來壓倒和迷惑防御者。

主動防空和導彈防御系統由傳感器、攔截器和指揮與控制(C2)節點組成。防御者面臨的挑戰是盡可能早地發現威脅,跟蹤它們,并用攔截器阻止它們。在不同的階段需要一系列不同類型的傳感器,雖然攔截器通常是導彈,但也有其他選擇。這個復雜的系統是通過C2單元聯系在一起的。人工操作和自動裝置都會處理來自傳感器的信息,并向發射器發出指令。這些防御系統通常是針對各種類型的威脅而設計的,但對某些威脅的抵抗力往往比其他的強。防御系統可以基于陸地、海洋、空中或太空,并在這些領域內進行組合。它們可以抵御一切威脅,從我們本土的城市和民用基礎設施,到遠離家鄉的軍事基礎設施和部署部隊。因此,防空和導彈防御在戰略、戰區和戰術層面都很重要。

簡而言之,主動防空和導彈防御是一項高要求和高風險的任務。攻擊者和防御者為爭奪優勢而進行著高度競爭的斗爭。因此,防御者不僅要依靠主動防御,還要依靠被動防御措施:隱蔽性、分散性、流動性和硬化。此外,威懾和軍備控制措施應高度降低對手事實上使用這些武器的風險。防御者也可以采用先發制人的措施,試圖在敵方發動(另一次)攻擊之前,利用空中力量或網絡武器摧毀其能力。

報告重點介紹了主動防御措施,并強調這些措施又變得新的重要。最近的例子很容易找到,從2021年的以色列-哈馬斯沖突,2020年的納戈爾諾-卡拉巴赫沖突,到2019年的沙特油田襲擊。所有這些都表明小國和非國家行為者如何創造性地、有效地使用導彈和無人駕駛車輛來尋找和摧毀目標,繞過防御系統或使其飽和。

更令人擔憂的是可能在更大范圍內發生的事情。俄羅斯已經投資于導彈庫,將港口、空軍基地、C2節點和主要軍事力量置于危險之中。這些所謂的反介入區域拒止(A2/AD)能力可以阻止或提高在其附近行動的部隊的成本,或勸阻他們向受到直接威脅的盟友和伙伴提供援助。俄羅斯,與美國和其他主要國家一樣,也在投資高超音速武器,這為大國政治增加了另一個層面的速度和不可預測性。

因此,對歐洲國家來說,改進空中和導彈防御不僅是一個在國家基礎上保護其人民和軍隊的問題:聯盟承諾、地理范圍和威脅的復雜性也要求采取多國辦法。威脅環境的發展速度,以及在戰略、戰區和戰術層面的影響,要求歐洲各國首都有更大的政治緊迫感。

美國在多個地區可能(或成為)軍事上的過度投入,這一概念意味著可行的防空和導彈防御對歐洲的戰略自主權和歐洲對北約的承諾具有強烈的影響。如果美國沒有能力在歐洲迅速采取行動,歐洲國家需要解決方案,既要保護自己的安全,又要維護整個北約的信譽。這也為美國在多個地區的危機中創造了回旋空間,并能抑制大國在危機中迅速升級到并包括核級別的途徑。不斷變化的空中和導彈威脅環境說明了對歐洲工業解決方案的需求。空中和導彈防御對歐洲人口、基礎設施和部隊的威脅是歐洲人應該能夠掌握的最低限度的能力,而不需要依賴他人。但這也是一個加強跨大西洋關系的問題,因為如果各個成員國的核心資產沒有得到適當的保護,聯盟就不能有效地遏制威脅。報告的具體部分可以細分為以下幾點:

  • 威脅

由于地緣政治和技術發展的相互作用,威脅環境正在發生變化。報告發現三個地緣政治的發展,共同直接和間接地影響著歐洲的安全:(1)美國與俄羅斯和中國之間的競爭加劇,為(2)在歐洲和亞洲投資軍事技術,特別是導彈相關技術創造了新的動力。這一趨勢因(3)有關歐洲周邊地區的小國和非國家行為者的動態而得到加強。

這種威脅的常規性質尤其突出。自冷戰結束以來,導彈防御的重點一直是防御來自歐洲周邊所謂無賴國家的少量核武但相當不先進的彈道導彈。然而,常規導彈的質量和數量不斷增加,應該成為重新考慮這一重點的理由。特別是因為這些導彈能力現在得到了無人駕駛飛行器的補充,這些飛行器有助于提高戰場的透明度和精確攻擊,并可用于摧毀關鍵節點,為更先進的武器鋪平道路。2020年在納戈爾諾-卡拉巴赫的戰爭說明了使用這類資產的新的創造性方式;然而,雖然具有高度的破壞性,但與大國之間的潛在沖突相比,它仍然是小規模的。

為了抵消美國在其附近投射力量的能力,同行競爭者俄羅斯等國家正在增加其對軍事基礎設施和陸上、海上和空中力量的打擊能力。他們的武器庫包括短程和中程彈道導彈和巡航導彈、有人和無人駕駛飛機,以及可能在不久的將來的高超音速武器。通過這些能力,俄羅斯可以提高美國和西歐部隊增援北約東翼的難度。雖然可能不是對歐洲東北部安全的最直接威脅,但這些能力仍然使排除俄羅斯制造既成事實變得更加困難。此外,這些導彈技術中的大多數都可以用來瞄準帶有核彈頭或其他非常規彈頭的城市。俄羅斯有可能利用這些能力來勒索歐洲盟友和美國,使其放棄對盟友的援助。

在海洋領域,像伊朗這樣的地區大國可以威脅離海岸越來越遠的船只,也可以利用非國家代理人,從而破壞歐洲船只進出印度洋和通過波斯灣的安全通道。此外,小國和非國家行為者越來越有效地利用無人駕駛飛行器傳感、游蕩彈藥以及火箭和火炮相結合的可能性。這尤其對戰術層面上的陸上軍事單位構成了威脅。例如,這使得歐洲陸軍的穩定任務比以前更有風險。

技術發展也很重要。該報告確認了四個趨勢和發展。(1)由于成本下降,更容易獲得;(2)精度和透明度的提高;(3)時間和空間的壓縮減少了反應時間;(4)在攻擊中結合不同的武器,迷惑和壓倒防御者的能力。

無人駕駛飛行器將在各個層面和陸、海、空領域產生影響。具體來說,無人駕駛飛行器可以使其他能力的效果得到加強或倍增。它們可以為提高戰場的透明度提供持久的感應,或者以其更復雜的形式,提高更復雜的武器的精度。作為游蕩彈藥,它們可以被用來摧毀關鍵的C2或雷達設施,并通過消除這些關鍵節點,為更大規模和更復雜的攻擊掃清道路。雖然更先進的模型可能停留在許多國家和非國家行為者無法企及的地方,但總的來說,它們正迅速成為更多行為者可以獲得的東西。

高超音速武器在短期內構成威脅的程度還不確定。然而,從中長期來看,它們可能會破壞穩定。鑒于可能獲得這些武器的國家數量有限,它們的影響在戰略層面上可能感覺不到,因為大多數核武國家已經擁有充足的能力。可以說被低估的是高超音速武器快速消除關鍵軍事基礎設施--港口、空軍基地、C2節點--的潛在能力,從而在戰區層面重塑沖突的參數。它們的速度、機動性和從多個平臺部署的能力可以在常規戰區級沖突中取得重大影響。

報告的核心信息之一是,關于空中和導彈威脅,真正的新危險在于正在出現的將不同類型的武器結合在一起的能力,這些武器的質量大不相同,可以壓倒和迷惑防御者的系統,或者通過打擊特定的節點來蒙蔽他們。冷戰后,歐洲國家已經習慣于將大部分空中和導彈威脅的危險作為戰略和戰術層面的不同問題來處理,同時能夠在很大程度上忽視大國的戰區級威脅。在新出現的威脅環境中,高端和低端武器的組合構成了一個重大的挑戰,而戰區級的防御措施具體來說是不發達的,不一定是在技術上,而是在概念和理論的運用上,以及攔截器的數量上。我們的研究強調,在戰區一級對軍事基礎設施,如港口、機場、節點以及高價值海軍艦艇的常規威脅被低估了。

總之,技術發展、概念和理論創新以及對數量的投資使潛在的侵略者具有明顯的優勢。在攻擊中結合各種武器系統的能力,以及更多不同的傳感器,已經創造了一個360度的威脅環境。具有不同復雜程度的武器系統可以結合在一起,使防御者的系統達到飽和、混亂并被壓倒。無論是彈道導彈還是高超音速武器、戰斗轟炸機、巡航導彈或無人駕駛飛行器,每種武器系統在速度、彈道、機動性、消耗性和成本方面都有明顯的優勢,可以用來對付防御者的系統。威脅不再主要來自所謂的無賴國家的少量彈道導彈,以及來自非國家行為者。它不僅是一個新的或正在出現的尖端技術如高超音速武器的問題,也是一個具有不同種類的尖端武器的原始數量的問題,特別是對這些武器的創造性使用。歐洲在國防方面的答案也應該在技術、數量以及概念和理論的創新中尋找。簡而言之,在本報告中,我們沒有探討具體防御系統與具體武器的相對質量,而是通過一個全面的戰略視角來具體審視防空和導彈防御問題。

  • 解決方案

該研究提出了一些改善歐洲主動防空和導彈防御的解決方案。

不要再忽視中低級別的威脅了。在過去的幾十年里,對空中和導彈防御的關注主要集中在更高層次的戰略威脅上。但是,隨著在戰區一級結合武器系統進行常規攻擊的可能性越來越大,投資應該轉向那里。無人駕駛飛行器在每個威脅級別上的使用,盡管目的不同,而且往往是為更具破壞性或更復雜的武器鋪路,強調了投資于更好的針對無人駕駛飛行器的點防御是必要的和具有成本效益的。風險在于,組合攻擊將迅速耗盡有限的高端攔截器庫存。

結合防御性解決方案。為了成功的防空和導彈防御,歐洲國家不僅應該為高端威脅投資高端技術,如針對高超音速武器的高能武器,還應該刺激新興和現有技術的創造性應用。畢竟,新出現的威脅環境主要不是技術快速發展的結果,而是注意將現有武器與較新的系統有效結合,以及對武器數量的投資。因此,改進的被動防御措施,如分散性、隱蔽性、機動性和加固性,應與主動防御措施相結合。需要這些措施來抵消精度和戰場透明度的提高。在改進主動和被動防御措施的同時,預防性的解決方案,如空中力量、特種部隊和網絡行動,應被視為有效的解決方案。

投資于庫存。歐洲國家應繼續投資攔截器的數量,無論是陸基、海基還是空基系統。數量很重要,特別是當對手依靠武器組合的飽和攻擊來迷惑和壓倒防御系統時。如果攔截器庫存中沒有內置的冗余,整個防御系統將變得脆弱。雖然這代價很高,但與失去被防御的目標的代價相比,這個代價就顯得微不足道了。但歐洲國家可以對其采購過程更加明智,并協調其采購過程,以確保從生產商那里獲得更好的交易。向工業企業施壓以提高系統之間的互操作性,將有助于陸基和海基系統之間以及歐洲國家和美國之間共享攔截器。

整合武器、技術和投資。歐洲國家應該在國內和國際上更好地整合他們的防空和導彈防御系統,在歐洲內部以及與美國之間。對技術的進一步投資,以更好地整合構成主動防空和導彈防御的各種空基系統的傳感器、攔截器和C2節點,將獲得高額回報。這是一個從已有的東西中獲得更多的東西的問題,而不是一個節約成本的措施。作為永久結構化合作和歐洲防務基金的一部分,正在進行的歐洲項目具有很大的前景。然而,這不僅是一個技術解決方案和智能采購政策的問題,也是一個通過模擬、測試和演習使就業實踐同步的問題。荷蘭可以發揮作用,特別是它的海基傳感能力,這為它提供了一個移動和靈活的利基能力。

強調政治-戰略的緊迫性。如果沒有歐洲對防空和導彈防御投資的共同政治緊迫性,作為爭取更多戰略自主權的一個組成部分,這些解決方案都無法實施。這些是政治選擇,而不僅僅是技術問題。在目前的格局中,歐洲國家在戰略導彈防御和戰區級防御方面高度依賴美國。歐洲在綜合防空和導彈防御方面的改進將大大有助于建立歐洲通過自己的反介入區域拒止能力進行常規威懾的能力。鑒于歐洲無法再確保美國能夠迅速增援歐洲-大西洋和印度-太平洋戰區,因此需要加強歐洲保護關鍵民用和軍事基礎設施的能力,以保護高價值的歐洲資產,以及提高侵略歐洲的成本,同時也為盟友爭取時間,以防美國無法迅速增援歐洲戰區。

總之,在歐洲范圍內加強防空和導彈防御是必要的,并應在公眾辯論中得到更多的關注,盡管它具有技術性。它不能成為個別政府在國家基礎上的事情。鑒于新出現的威脅環境的復雜性,有必要以更聰明和更有效的方式結合歐洲的防御資產。

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世界各地的軍隊現在正在開發和構想無人機群。蜂群由多個無人駕駛飛行器(UAV)組成,具有一定的自主性,可以導航和感知周圍區域。與 "捕食者 "或 "死神 "相比,它們更聰明、更自主,被設計為自行起飛和降落,自行飛行任務集,自行在空中加油,并自行穿透敵人的防空設施。

在最近和正在進行的敘利亞、也門和納戈爾諾-卡拉巴赫的沖突中,無人機的使用凸顯了大規模應用無人駕駛和自主平臺的意義和效用。這種蜂群也迫使對手消耗彈藥和其他軍事資源,從而以一種能夠進一步精確攻擊或電子反制的方式發出陣地信號。

無人機群的發展和該技術在各國的進一步發展將在后面的段落中介紹。

美國:美國蜂群計劃

為了保持領先地位,美國一直在大力投資于無人機群的研究和開發。美國蜂群計劃中的三項發展特別令人感興趣:Perdix無人機蜂群、低成本無人機蜂群技術(LOCUST)、機器人智能體指揮和傳感的控制架構,即CARACaS系統

Perdix無人機群。2016年10月,美國戰略能力辦公室(SCO)在加利福尼亞發射了一個由103架Perdix無人機組成的蜂群。這些無人機是從三架F/A-18 "超級大黃蜂 "戰斗機上發射的,表明美國空軍有能力結合其先進的空中優勢和 "尖端創新 "來使用蜂群技術的發展。

Perdix無人機是一種微型無人機,因為它的翼展不到30厘米--使它成為在城市環境中運行的理想選擇。它有兩組機翼,一個小型電池組,以及一個內置攝像頭。這是一個簡單的設計,起源于2011年麻省理工學院的林肯實驗室,后來被SCO拿去做實驗。無人機被裝在一個小盒子里,可以從戰斗機上的照明彈分配器中彈出,這是一個重要的解決方案,因為它意味著這些系統可以輕松地安裝在現有的飛機上。該蜂群展示了先進的行為,"如集體決策、自適應編隊飛行和自我修復"。它被比喻為一個集體有機體,共享一個分布式大腦進行決策,并像自然界中的蜂群一樣相互適應。

Perdix系統相互連接并自行形成蜂群,不需要操作員的微觀管理。即使一些系統死亡,蜂群也能做出反應,重新制定模式或完成任務,這意味著一架Perdix無人機的失敗不會導致其他無人機放棄任務。Perdix微型無人機演示如上所示。

LOCUST計劃。Perdix無人機表明向自主運作的硬件邁進,而LOCUST計劃是指所使用的軟件。LOCUST目前正被用于Coyote(叢林狼)無人機,該無人機從一個平臺上發射--與目前美國海軍艦艇上的反艦導彈發射器一致。被認為是獲得攻擊能力的一種更便宜的方式,LOCUST計劃有可能取代單一的、昂貴的反艦導彈。LOCUST系統在40秒內至少發射30個 "叢林狼 "無人機,然后在飛行過程中進行同步,形成蜂群。30架無人機群的價格約為50萬美元,單機價格僅為1.5萬美元,LOCUST的成本不到目前部署的價值百萬美元的魚叉反艦導彈的一半。LOCUST的具體目的是利用低成本的無人機,如Coyote--無人機是可消耗的,因此如果一個被摧毀,"其他的無人機會自主地改變其行為以完成任務"--進入進攻層面。

CARACaS計劃。最后,美國蜂群計劃的第三個發展可以在CARACaS計劃中找到。CARACaS開發的軟件和硬件都可以安裝在美國海軍的任何船只上,這說明走向自主系統的過程正在多個戰場上發生。CARACaS目前用于小型無人船--但也可用于任何船只--并使用群集技術進行操作,使船只能夠相互溝通。這個項目背后的想法是,昂貴但重要的日常任務,如港口巡邏,可以委托給一個無人監督的系統。海軍的CARACaS系統正在消除 "水手生活中枯燥、骯臟和危險的任務"。

小精靈計劃。美國國防高級研究計劃局(DARPA)也展示了X-61A Gremlin空中發射無人機。DARPA的 "小精靈 "計劃背后的想法是將像C-130這樣的貨運飛機變成母艦,能夠在遠離敵人防線的地方發射和回收成群的小型無人機。小精靈 "飛行器長約14英尺,加滿燃料后重約1,600磅。這比Perdix微型無人機大得多。

最初展示的是回收四個Gremlins,從長遠來看,一個C-130可以回收多達16個這樣的飛行器,這取決于操作要求。從概念上講,"小精靈 "也可以從F-16戰斗機、B-52戰斗機和其他飛機上發射,只需對飛機進行少量改裝。這可以大大改變蜂群中的系統數量。

這將為軍方開辟一個可能性的世界,允許部署小型、廉價、可重復使用的無人機群,其傳感器和有效載荷與傳統的飛機不同。

俄羅斯

俄羅斯軍方正在努力開發空中、地面和海上的機器人系統群,其中一些項目已經接近于現實。

早在2017年,在關于 "俄羅斯武裝部隊機器人化 "的年度會議上,就審議了機器人群的概念。

2018年,俄羅斯國防部MOD的 "ERA軍事創新技術城"與高級研究基金會--一個類似于美國 "國防DARPA "的組織--以及莫斯科物理技術學院的科學家一起主辦了無人機群試驗。

同年,關注無線電電子技術公司,一家國有企業集團,聲稱到2025年,它將開發一種能夠控制無人機群的直升機。

2020年,俄羅斯國防部還用三種不同的無人機類型進行了首次空中蜂群試驗,這些無人機在敘利亞被廣泛使用,使俄羅斯軍隊的分層覆蓋范圍擴大到250公里。

Staya-93計劃。俄羅斯國防部的茹科夫斯基和加加林航空學院的科學研究中心目前正在研究Staya-93提案--Staya在俄語中是 "flock"的意思--專注于領導者和跟隨者無人機之間的連接和通信,特別是當無人機可能受到對手的廣泛反制。

Molniya計劃。Kronshtadt設計局最近提出的另一個名為Molniya的蜂群概念涉及從有人和無人的平臺上發射多個噴氣動力的隱形無人機,進行空中和地面打擊,并提供電子戰和偵察能力。

到2021年底,俄羅斯軍隊將獲得多功能遠程無人機,以提供精確打擊,可與有人駕駛飛機以及地面和海基機器人系統一起群起而攻之。這些無人機包括Okhotnik S-70重型戰斗無人機和Altius無人機

俄羅斯國防部對軍用無人機開發的優先事項包括將人工智能元素引入無人機控制系統,同時進行無人機群開發

2021年4月,俄羅斯國防部宣布,它正在進行一個項目,以創建一個專門的無人駕駛飛行器來識別和打擊敵人的潛艇。按照設想,這些無人機將能夠利用人工智能的元素在群中運行。俄羅斯國防部暗示,為了容納必要的設備和武器,可以使用具有大型有效載荷的無人機模型,如S70 Okhotnik或Altius。另一項建議涉及俄羅斯未來的遠程隱形PAK-DA轟炸機發射和指揮無人機群。

高級研究基金會正在開發Marker UGV,作為多種技術的試驗臺,包括地面和空中機器人的人工智能和群集控制。

另一種UGV,即重型Udar,以BMP-3裝甲車底盤為基礎,設想與無人機和UGV編隊協同作戰。

正在接受俄羅斯國防部評估的新Kungas概念涉及一組不同大小的UGV,用于情報、監視和偵察以及戰斗任務。

俄國防部還在設計一個水下微型機器人群,可以在北極條件下連續工作數小時,同時還在為北極探索設計一個巨大的冰山水下概念,將涉及多個有人和無人的平臺。

當談到利用人工智能進行蜂群 "指揮和控制 "時,俄羅斯軍事機構及其專家承認,在開發關鍵算法方面還有很多工作要做。

中國

中國是最接近美國高密度無人機群能力的國家,開發人工智能授權的自主無人機群。最近,中國電子信息研究院(CAEIT)測試了一個由CH-901無人機組成的48×管狀發射無人機群。CAEIT過去曾在2017年展示了一個200個單位的無人機群。中國公司還展示了令人印象深刻的1000多架無人機群,使用四旋翼無人機進行大型公開展示,然而這些無人機是由地面控制的,不具備分布式智能。

中國正在進行現有無人機機群的整合,與軍方進行強有力的協作自主作用。它還有一個忠誠的僚機AVIC 601-S '暗劍'正在開發中,它將與第四代和第五代PLAAF戰斗機平臺一起運行。中國已經保持了一項吉尼斯世界紀錄,即同時飛行3,051架預設程序的無人機。

英國

英國可能在2021年中期擁有世界上第一支可操作的蜂群無人機部隊,以執行包括在敵方防線內執行自殺式任務和壓倒對手防空的任務。皇家空軍的№216中隊已被賦予測試和部署未來無人機群能力的任務。英國還宣布了 "蚊子項目",這是英國皇家空軍的輕量級廉價新型作戰飛機(LANCA)無人駕駛忠誠僚機計劃的一部分。這旨在到2023年飛出一個聯網的無人駕駛僚機。

英國還測試了一個自主的無人機群,每個無人機都攜帶萊昂納多的BriteCloud消耗性主動誘餌的變種,作為電子戰有效載荷。使用含有電子戰干擾器的BriteClouds,無人機能夠對作為假想敵綜合防空網絡代理的雷達發動模擬的非動能攻擊。

法國

法國空中客車公司首次為未來戰斗航空系統(FCAS)/Systeme de Combat Arien du Futur(SCAF)計劃展示了協作式遠程載具(RC)群和僚機技術。

其他國家

以色列正在開發蜂群技術,關于這種舉措的細節被嚴密保護。有趣的是,IAI提供了一個基于智能手機的蜂群指揮和控制應用程序,在全球范圍內銷售。

土耳其已經通過TB-2等國產平臺在敘利亞和利比亞證明了成熟的MALE無人機能力,它也有各種蜂群無人機計劃。其中最主要的是 "卡爾古(Kargu)"四旋翼飛機,它可以在戰術戰場上發揮動能攻擊作用。在未來的日子里,土耳其正在努力成為一個全球無人機大國。

伊朗是另一個在行動上使用無人機的中東國家。伊朗當局將無人機用于兩個主要目的--監視和攻擊,伊朗有能力在地平線上和大多數天氣條件下執行任務。這些無人機包括有能力投擲炸彈或發射導彈并返回基地的無人機和尋找機會目標的 "神風 "無人機。伊朗當局在后者方面取得了更大的成功,這在2019年沙特油田襲擊事件中可見一斑,據稱當時使用了伊朗制造的無人機和巡航導彈。雖然在車輛群方面可能有基本的協作自主權,但伊朗和土耳其都沒有在其無人機群中展示真正的分布式情報能力。但他們的努力清楚地表明了該技術是如何成熟和擴散的。

印度:無人機群發展

印度陸軍展示了一種成熟的進攻能力,由75架具有分布式智能和邊緣計算的自主無人機群組成,在2021年1月新德里的印度建軍節閱兵期間用神風攻擊摧毀了各種模擬目標。在演示中,偵察無人機調查了目標,然后攻擊和母艦無人機釋放有效載荷和裝有炸藥的神風特攻隊無人機,進行攻擊。西方評論家注意到印度陸軍演示的幾個重要特點,并將其與美國圍繞無人機所做的努力相比較,后者往往強調一個大型同質化的蜂群。有人指出,印度的原創工作,在世界上第一次公開展示了異質蜂群的努力,是這一領域可能的發展方向。一家印度初創公司NewSpace Research & Technologies與印度陸軍的蜂群開發項目有關。

印度斯坦航空有限公司(HAL)已經公布了空中發射靈活資產(ALFA -S)空中發射蜂群無人機系統,作為其下一代戰斗空中編隊系統(CATS)的一部分。這是一個獨特的計劃,它利用空中發射的遠程載體和蜂群單位的網絡來滲透到有爭議的空域。美國空軍的空軍研究實驗室正在與印度就ALFA-S的各個方面進行合作。新空間研究與技術有限公司也是HAL的ALFA計劃的合作伙伴。

HAL的CATS計劃的另一個組成部分是 "勇士 "忠誠翼人資產。這是為防空和進攻性打擊任務準備的,將與印度的Tejas LCA和即將到來的AMCA第五代作戰飛機一起以載人和無人機組隊(MUM-T)的方式使用。值得注意的是,印度被本土研究的力量和政府的 "印度制造 "所推動,以擁抱顛覆性技術,這在某些領域與世界各地發生的類似努力不相上下。HAL在班加羅爾舉行的2021年印度航空展上公布了勇士號的第一個1:1模擬模型。

三家印度初創公司在印度空軍組織的為期三年的蜂群無人機競賽中獲勝。"蜂群架構"獎由前印度空軍軍官Sameer Joshi經營的新空間研究與技術私人有限公司獲得。順便說一下,新空間公司最近從印度陸軍贏得了1500萬美元的蜂群無人機訂單。"通信架構"獎由德里科技大學團隊與阿達尼防御公司合作獲得,"無人機架構"獎由Dhaksha無人系統公司獲得。

IAF構思了2018年10月3日啟動的 "梅哈爾-巴巴蜂群無人機競賽",以鼓勵開發蜂群無人機,在不同領域中使用。該競賽的名稱是為了紀念已故空軍準將梅哈爾-辛格,他在IAF的同事和崇拜者親切地稱為 "Baba"梅哈爾-辛格。它的概念是為蜂群無人機技術發展專有的設計、開發、制造和生產的 "低成本-高影響 "解決方案。該競賽只對本地人才和本地初創企業開放。

無人機群的特性

美國戰略能力辦公室(SCO)實際上并沒有創造出蜂群;麻省理工學院(MIT)的工程學生采用了 "全商業組件設計"。因此,如果無人機蜂群技術足夠容易獲得,以至于學生可以開發它,全球擴散幾乎是不可避免的。因此,新的無人機技術正在被各個國家迅速部署。

創建任務分配算法。創建無人機群從根本上說是一個規劃問題。無人機可以很容易地在電子商店買到,或者就像伊拉克和敘利亞伊斯蘭國那樣用膠帶和膠合板建造。無人機群的挑戰是讓各個單元一起工作。這意味著開發通信協議,以便它們能夠共享信息,管理無人機之間的沖突,并共同決定哪些無人機應該完成哪些任務。要做到這一點,研究人員必須創建任務分配算法。這些算法允許蜂群將特定的任務分配給特定的無人機。一旦創建了算法,它們就可以隨時共享,只需要在無人機上進行編碼。

人工智能(AI)的利用。國家安全和人工智能方面的專家爭論的是,單一的自主武器是否能夠充分區分民用和軍用目標,更不用說數千或數萬架無人機。據美國的人工智能專家稱,在某些狹窄的環境中,這種武器可能在50年內就能做出這種區分。他們認為,人工智能還不能管理戰場上的復雜情況。

先進的蜂群能力。先進的蜂群能力,如異質性(不同大小的無人機或在不同領域運行的無人機)和靈活性(輕松增減無人機的能力)仍然相當新穎。然而,讓無人機協作并投擲炸彈是可以實現的。

涉及的風險量。無人機群惡化了致命的自主武器所帶來的風險。即使一個精心設計、測試和驗證的自主武器擊中錯誤目標的風險只有0.1%,但如果乘以數千架無人機,仍然意味著巨大的風險。

無人機通信。無人機通信意味著一架無人機的錯誤可能會傳播到整個蜂群。

涌現行為。這是一個術語,指的是由單個單元的行為導致的復雜的集體行為,是蜂群的一個強大的優勢,允許像自我修復這樣的行為,在這種情況下,蜂群會改革以適應無人機的損失。但是,涌現行為也意味著每個無人機共享的不準確信息可能導致集體錯誤。

無人機群未來發展路徑

武裝的、完全自主的無人機群是未來的大規模毀滅性武器。蜂群可以造成與在長崎和廣島使用的核武器同樣程度的破壞、死亡和傷害--即數萬人死亡。這是因為無人機群結合了傳統大規模殺傷性武器特有的兩個特性:大規模傷害和缺乏控制以確保武器不傷害平民。

各國已經在把非常大的無人機群放在一起。美國海軍研究生院也在探索在海上、水下和空中運行的100萬架無人機群的潛力。要達到長崎的潛在傷害水平,無人機群只需要39,000架武裝無人機,如果無人機上有能夠傷害多人的爆炸物,也許會更少。

繼2021年1月在新德里建軍節閱兵式上展示了75架無人機群后,印度已表示有意將無人機群規模擴大到1000架以上。

無人機群也可以作為沒有核武器的國家的戰略威懾武器,以及作為恐怖分子的暗殺武器而發揮作用。

消耗性微型無人機。佩迪克斯微型無人機能夠進行低空情報、監視和偵察以及其他短期任務。它們可以從空中、海上或地面發射,并以小群和大群的方式運行,以執行其任務。

DARPA的Gremlins計劃,如這個藝術家的概念所示,設想從轟炸機、運輸機和戰斗機上發射無人駕駛飛機群,在主機仍在射程之外的時候攻擊目標。

在飛行中改變。DARPA的 "拒止環境中的協作行動"(CODE)計劃將使多個配備CODE的無人駕駛飛機能夠協作地感知、適應和應對意外的威脅和新目標。這些系統可以共享信息,計劃和分配任務目標,做出協調的戰術決策,并在高威脅環境中做出反應。

俄羅斯S-70 Okhotnik忠實僚機與蘇-57戰斗機

2021年建軍節,印度軍隊在新德里展示了75架無人機的異構蜂群

土耳其軍隊已經部署了500多個卡爾古群集無人機系統進行動力攻擊

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