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校场:看起来low到不行的无人机为什么这么难打?

2020-11-12 07:27 性质:转载 作者:新浪军事 来源:新浪军事
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在最近的亚阿冲突中,无人机毫无疑问是最具话题性的一件武器。阿塞拜疆军队在这次冲突中大量使用无人机对亚美尼亚地面目标进行打击,取得了相当不错的战果。同时...

在最近的亚阿冲突中,无人机毫无疑问是最具话题性的一件武器。阿塞拜疆军队在这次冲突中大量使用无人机对亚美尼亚地面目标进行打击,取得了相当不错的战果。同时,无人机在这场军事冲突中的活跃也使很多人不解:无人机不如有人战机昂贵、复杂,随便买一些民品零件在手工作坊里就能做出来,但这么low的武器,为什么却这么难打?

作为一种刚刚迈入战场不久的武器,无人机不应被简单视为有人作战飞机的无人版本。有人作战飞机作为一种高精尖的作战平台,需要装备大量精密的航空电子装备和武器装备,为了保证在安装这些装备的同时,战术飞机能有优秀的机动性和续航力,又需要安装强大的发动机携带大量燃油。这些因素导致了自二战结束以来,战术飞机一天比一天更大,一天比一天更重。

而飞机愈发庞大、沉重带来的直接后果就是,翼载变低,失速速度增加。现代陆基战术飞机的降落速度一般多在150节(约277公里/小时)上下,舰载机出于特殊的需求会略低一些,比如美军F/A-18正常着舰重量下的进近速度通常为135节(约250公里/小时)上下。此时,较大的机身尺寸会使飞机的RCS增加,而较高的失速速度使飞机在作战时必须维持一个比较高的飞行速度以避免失速或者尾旋。而飞行速度越高,飞机的表面就会因为摩擦生热而变得更热,红外特征也就更明显了。这些都是现代有人作战战术飞机的基本特性。

由于传统防空武器系统大多数都是针对现代有人作战飞机来设计的,自然也就免不了专门为了有人作战飞机的作战特性进行优化。你RCS高对吧,那我就用雷达作为主要的搜索手段。你飞得快对吧,那我就用对速度最敏感的脉冲多普勒雷达对你进行跟踪。你热对吧,那我就用红外手段对你锁定。所以我们今天看到的大部分野战防空武器系统基本都是同质化的,一般都背了一个巨大的脉冲多普勒搜索雷达,前面是一个有好多大大小小的镜片的红外设备外加一个火控雷达。导弹要么是雷达指令制导,要么是雷达制导,在不就是红外制导。

然而这些针对有人作战飞机研发的传统防空武器系统却并不适合拿来打(常见的)无人机,原因是这些无人机的设计逻辑完全是和现代有人战术飞机背道而驰的。相对于高、快、大的有人作战飞机,常见无人机的基本特点是低、慢、小。虽然学术界至今仍没有给出低慢小的严格定义,但是常见的察打一体无人机,或者更小的多轴无人机、自杀无人机基本都可以归类到这个领域中。

昨天的文章《歼-10CE将如何帮助巴基斯坦制衡印度阵风?》中我们已经说过,脉冲多普勒雷达是通过检测雷达波打在目标上后产生的多普勒频移来区分杂波和目标的。然而现代察打一体无人机的飞行速度通常都在200公里/小时上下,雷达波打在目标上产生的多普勒频移很小,加上这些无人机大多数都不是使用金属制造而是使用更加轻便容易透波的复合材料制成,RCS本身就非常小,因此雷达在探测到这类目标后很容易将其当作杂波过滤掉。这样一来,防空系统“看不见”无人机自然也就“打不了”。

这种以慢为美,钻防空系统漏洞的设计思路最早被以色列人发扬光大,这就是大名鼎鼎的哈比反辐射自杀无人机。在哈比诞生之前,反辐射弹药通常都是飞行速度非常快的导弹,比如美国的哈姆(HARM,High-speed Anti-Radiation Missile)直接就把“高速”写在了名字里,飞行速度可达1.8马赫。苏联的Kh-31虽然没有在名字里注明“高速”,但其飞行速度却高达3.5马赫。

与这些反辐射导弹相比,哈比反辐射无人机的飞行速度只有185公里/小时,设计思路就是“天下武功,为慢不破”,只要你把我当做杂波滤除掉,我就能慢悠悠的炸了你的雷达。虽然这种突防思路多少有赌的成分,但相比于那些动辄2马赫3马赫的高速导弹,慢速突防的成本只有前者的毫末。在性价比方面几乎无可挑剔。

除了“看不见”以外,“打不着”也是一个实打实存在的问题。指令制导需要火控雷达“看得到”目标暂且按下不表。无人机较慢的飞行速度以及多由螺旋桨而非喷气发动机提供动力的特点也让其红外特征非常不明显。因此像毒刺、红眼、针这样的单兵红外制导导弹很容易因为无法锁定这些无人机而难以对其进行攻击。

在新的威胁下,防空武器系统也开始革新。为了应对“看不见”的问题,现代防空系统首先改进的就是脉冲多普勒雷达的算法,这提升了雷达在地面杂波中分辨出慢速移动目标的能力。除了更新算法以外,防空雷达的AESA化也是一个很重要的升级。传统机扫雷达往往要在馈线系统上损失大量的功率,一般典型的大功率发射机馈线系统损耗大约有5dB,相当于功率的三分之二损耗在了馈线的各个环节上,而AESA消除了馈线系统的损耗,功率的利用效率获得了极大提高。在车载电源供电功率有限的前提下,AESA雷达的实际收发功率远远高于机扫雷达和PESA雷达。雷达的功率提高了,对相同RCS目标的探测能力自然也会变强。此外,AESA雷达在原理上可以实现数字波束的形成,这也使其更容易在杂波中分辨出低慢小目标。

在解决了“看不见”的问题后,打不到的问题也就迎刃而解了。之前,因为地面杂波的干扰等问题,野战防空系统最常使用的制导方式就是指令制导。比如法国的响尾蛇、罗兰-1/3,苏联的通古斯卡、道尔,俄罗斯的铠甲等。而对于红外制导的导弹来说,则可以使用精度更高的红外成像,使用红外/紫外或红外/SAR双模制导等方式提升其对低慢小无人机的锁定能力。

此外,对于现代防空系统来说,如何降低防空武器系统的使用成本也是一个需要研究的课题。因为这些低慢小无人机通常都非常便宜,如果能够逼迫防守方使用昂贵的高精尖的防空系统予以反制,就可以通过消耗战建立对敌方的优势。就比如这次的亚阿冲突,亚美尼亚因为缺乏足够现代的防空武器,只能把原本设计用来进行区域防空的S-300拉出来应对廉价无人机,因为这是他们仅有的电扫雷达了。而哪怕是拉来了S-300,好像也没怎么打到阿塞拜疆的无人机(毕竟S-300主要是用来进行高空远程防空的)。

为了降低无人机的拦截成本,各种新型拦截手段开始百花齐放。其中比较有特色的是我国的天网一号低慢小拦截器。从原理上来说,这是一种无坐力炮,弹丸完全由发射药推动,单发的发射成本比之自带火箭发动机的火箭弹、导弹更低。同时其拦截弹且没有任何制导系统,也不能对自己的飞行姿态进行控制,纯靠火控系统的暴力解算算出发射提前角,之后弹丸通过尾翼和自旋稳定来进行直线飞行。最后,其拦截弹也不是传统的靠爆炸进行硬杀伤的弹丸,而是在接近目标时使用压缩空气喷出一张巨大的网,通过动能碰撞或缠住飞行器的螺旋桨使其失稳或失去动力坠毁。从成本角度来看,这样做的好处是完全不会破坏弹丸结构,等弹丸在降落伞的保护下落地后,捡回来还能接着用。

不过天网一号的使用成本虽然低廉,但毕竟无制导武器拦截效率较低;无坐力炮型武器拦截距离也较短,对于中大型察打一体无人机还是没什么作用。因此,最有希望的低成本无人机拦截武器还是激光武器。不同于体型较大,金属用量较多的有人作战飞机,无人机多以塑料、泡沫、复合材料制成,对激光的耐受能力较低。以德国莱茵金属公司的说法,20kW的激光武器就完全可以在正常交战距离摧毁无人机,而想要摧毁战斗机级别的目标则需要约120kW(也是因为战斗机太快太远)。目前莱茵金属公司20kW等级的的激光武器已经开始装车使用。而考虑到激光武器便宜到几乎没有的单发成本,这也将成为低慢小无人机最大的克星。

还有一种较为传统的应对手段——干扰。对于土耳其这种在国际市场上采购货架产品自行组装的无人机来说,通过干扰其控制指令夺取无人机的控制权也不算什么难事。就算是美制的先进无人机也曾经被伊朗通过干扰手段“骗”的降落在了伊朗的机场。而就算是面对更先进,抗干扰能力更强,不容易干扰其控制指令的无人机,也可以通过干扰其图像回传来破坏敌方对于无人机的控制。毕竟无人机的控制指令和图像传输两者的信息量差别非常巨大。

最后,世界上从没有攻无不克的矛,也没有坚不可摧的盾,两者总是在动态发展的。最近的亚阿冲突虽然看起来像是亚美尼亚在被阿塞拜疆的无人机单方面吊打,但这主要还是亚美尼亚防空体系过于老旧的问题。此番俄罗斯调停亚阿矛盾,不排除是在等亚美尼亚的亲西方政府因为冲突失利而倒台,借机扶植亲俄势力上台执政。到那时,若停战到期,冲突再起,在俄罗斯支援下的亚美尼亚军队在面对阿塞拜疆无人机时,肯定会有完全不同的表现。

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