全球聚焦反無人機之戰:挑戰與創新并行
2024年9月23日,西點現代戰爭研究所發文稱,在烏克蘭、俄羅斯、蘇丹、緬甸和紅海,各國軍隊都在爭相獲得反無人機系統。據市場分析估計,到2030年,全球反無人機市場規模可能達到105.6億美元。
無人機戰爭:創新循環中的挑戰與變革
無人機戰爭最好被理解為一個呼吁與響應的創新循環,雙方都會對對方的創新做出響應。無人機進攻或防御占主導地位將取決于技術的進步、對手采用這些技術的程度,以及支持理論、組織、培訓、領導、人員和設施。在2020年的納戈爾諾-卡拉巴赫戰爭中,無人機為阿塞拜疆帶來了顯著的軍事優勢,因為亞美尼亞的防御能力有限。與此同時,美國駐中東部隊不斷受到來自各種恐怖分子和叛亂組織的低成本無人機的轟炸。攻擊者也在改進他們的無人機——伊朗新型噴氣式沙赫德-238,例如,無人機的速度有所提高,但成本較高,而且速度越來越快。隨著無人機越來越多地用于陸地、海上和水下,這種加速的創新周期也可能在不同領域以不同的方式體現。
多樣無人機反制手段與挑戰并存
擊敗無人機的方法比以往任何時候都多——從射頻和導航系統干擾到地對空導彈、防空炮和普通的老式霰彈槍。RUSI估計,2023年烏克蘭每月損失一萬架無人機,而俄羅斯在無人機方面的支出可能與此相當。對于所有擊落無人機的方法,沒有一種是完美的。無人機對抗措施有局限性和弱點,無人機制造商可以利用這些弱點。盡管無人機的生存能力將決定其在沖突中的效用,但評論員很少關注這個話題。
在整個沖突期間,烏克蘭和俄羅斯一直使用傳統防空系統來對抗無人機。這些系統的優勢在于,它們已經被大多數軍隊部署和理解。即使是被認為過時的防空系統也在反無人機的角色中找到了第二次生命,比如Gepard高射炮,它于1980年停產。不足之處在于,眾多傳統防空系統在應對小型無人機時,尤其是在遠距離情況下,顯得不夠經濟實惠。中程和遠程防空系統,如愛國者、NASAMS或S-400,其操作和補給成本比除最昂貴的無人機之外的所有無人機都要高出一個數量級。較新的動能系統,如L3 VAMPIRE價格較低但射程較短,這意味著軍隊必須采購和使用許多此類武器才能覆蓋與更先進平臺相同的區域。攻擊者可以將這些弱點轉化為優勢。俄羅斯使用大規模無人機襲擊不斷轟炸烏克蘭的基礎設施,迫使烏克蘭防御者在低價值無人機上花費昂貴的彈藥,并將防空系統遠離前線以保護后方。
圖:美國L3Harris公司的VAMPIRE系統。
當然,雙方都在尋求更實惠、更可持續的選擇,比如定向能。無人機通常通過無線方式與操作員連接,并與全球導航衛星系統連接。干擾或誘騙會阻礙無人機的任務。這些系統的優勢在于成本低廉,只需要提供干擾電磁波所需的電力。在俄羅斯入侵烏克蘭引發的戰爭中,雙方都在他們能用到的一切東西上安裝干擾器,包括俄羅斯臭名昭著的“烏龜坦克”。
圖:“烏龜坦克”配備了反無人機電子戰系統。
防御側重于干擾,而進攻側重于技術以及對抗干擾的技巧和戰術。烏克蘭和俄羅斯都已經并正在努力融入人工智能、自主性和電子防御。無人機控制系統上的跳頻等基本對抗措施已變得司空見慣。烏克蘭戰爭雙方都開始采用終端制導系統,其中無人機飛行員識別目標,無人機將其看到的圖像或視頻與操作員選擇的目標進行匹配,以確保即使失去連接,無人機也能瞄準目標。烏克蘭和俄羅斯越來越多地還將重點關注導航系統,以適應衛星導航信號的暫時丟失,例如慣性導航裝置和地形測繪。
當然,沒有必要等到無人機在空中時才對其進行反擊。軍隊也在進行進攻性防空作戰。大量無人機被儲存或放置在機場上,通常需要大量操作員和支持人員。打擊地面上的無人機或其操作員可以減輕反無人機行動的壓力,因為威脅在出現之前就被消滅了。4月,烏克蘭使用一架改裝成無人機的輕型飛機襲擊了俄羅斯正在制造沙赫德-136變體以用于對付烏克蘭城市的設施。1月,美國襲擊了28個地點也門的胡塞叛軍導彈和無人機計劃的基地包括彈藥庫、發射系統和生產設施。隨著軍隊越來越依賴無人機穩定地運往前線,打擊地面上的無人機或生產無人機的工廠將成為反無人機行動的關鍵部分。當然,如果這些設施位于人口中心或其他關鍵資產附近,這可能會帶來意想不到的升級風險。
無人機戰爭新趨勢:定向能武器與自主性的挑戰與機遇
無人機戰爭中創新與反創新之間的反復較量有望以新的方式發展。目前,重點關注兩項技術發展:定向能武器和自主性。兩者都無法免受反創新的影響。高能武器等新型無人機防御系統將激勵人們制定新措施,以盡量減少其影響或瞄準這些系統。自主性還將迫使防御者考慮使用哪些系統以及如何利用自主系統來達到自己的目的。我們將依次討論每一項。
美國國防部對高能激光和高功率微波等定向能武器非常感興趣,因為它們是無人機防御的未來。4月,美國陸軍宣布已向國外派遣了兩套此類激光系統,以保護美國軍隊。激光和微波有望以極低的單次射擊成本擊落無人機,并通過不以動能攔截無人機來降低附帶損害的風險。微波的另一個優勢是作用范圍大,可以同時擊落多架無人機,隨著無人機襲擊規模的擴大和行動者部署無人機群,這將非常有用。
然而,定向能并非萬能藥。激光和微波各有優缺點,為適應性戰術、技術和程序創造了機會。這兩種系統的一個顯著弱點是有效射程通常較短。雖然較短的射程可能適合戰略目標的點防御,但其價值可能對區域防御有限。此外,激光通常需要幾秒鐘才能對目標造成傷害,而空氣中的顆粒物(如雨水或煙霧)會破壞這一過程。例如,美國軍隊在測試安裝在Stryker上的激光時發現該系統在惡劣條件下難以在移動車輛上運行。為了利用這些弱點,攻擊者可能會在雨天或霧天部署無人機,依靠無人機更高的環境耐受力。雖然惡劣天氣也可能抑制無人機上的視覺導航和瞄準系統,但對于已知位置的靜態目標來說,這可能無關緊要。海軍研究辦公室有幾項旨在對抗定向能武器的研究,包括材料硬化。同樣,未來的反輻射導彈可能會有能夠瞄準定向能系統的導引頭。這可能是一個巨大的挑戰。
雖然激光和微波的單次發射成本較低,但它們的單系統成本往往很高:Epirus從美國陸軍獲得了一份價值6610萬美元的合同,交付四臺“列奧尼達”原型機,每臺約1650萬美元。如果對手能夠以可承受的價格瞄準并摧毀這些系統,低成本優勢可能會變成高成本風險。此外,定向能通常需要大量電力,而這些電力可能會中斷或耗盡。攻擊者可能會使用膠合板和泡沫塑料等廉價誘餌來消耗系統存儲的電力,然后再發動更大規模的攻擊。
另一方面,自主性也帶來了一系列挑戰和機遇。美國國防部正在大力投資建造自主無人機,據報道,烏克蘭正在研究機器視覺和地形測繪解決方案,以擊敗俄羅斯大量的干擾器。隨著自主無人機變得越來越普遍和可靠,干擾等反無人機方法可能不再那么有用。自主性還為黑客或其他行為者操縱無人機以達到邪惡目的開辟了新途徑。
隨著軍方采用能夠自主通信的真正無人機群,干擾風險將會增加。創建真正的無人機群所需的通信和協作也可能為防御者創造機會,以某種方式誘騙整個群體,使錯誤傳播到每個無人機。更多的自主無人機意味著更多的潛在失敗機會,因為防御者學會了尋找和利用最薄弱的環節。
對于防御者來說,自主性可能會帶來兩難境地,即是否愿意轉向動能解決方案,尤其是在國土防御和安全方面。執法和國土安全官員通常依賴各種干擾系統,包括效果存疑的手持干擾器。但是,如果無人機依賴自主導航、指揮和控制系統,那么防御者可能會被迫使用物理效應器來擊落或捕獲它們。從捕網到地對空導彈,盡管物理效應器的風險各不相同,但對旁觀者的潛在風險預計會增加。如果一位主要的政治領袖正在發表演講,一架潛在的敵對無人機出現,特勤局會在人群上空將其擊落嗎?當然,細微差別在于,即使是自主無人機,其抗干擾能力也可能有所不同,因為某些現代無人機具有自動、難以中斷的返航功能,如果無人機與控制器失去連接。但舊款、未來款和自制款可能沒有同樣的限制。
適應無人機戰爭演變:美國決策者的挑戰與應對
決策者需要適應無人機進攻和防御之間的反復演變。在某些情況下,無人機進攻可能在制定對策時占有優勢,而在其他情況下,有效的對策可能會削弱無人機的影響。這種平衡在不同的地方會有所不同,因為參與者對各種無人機和反無人機技術和支持能力的獲取自然會有所不同。執法部門如何保護機場和體育賽事免受無人機攻擊,與軍方如何保護海外基地將有所不同。
為了應對并領先無人機和反無人機創新周期,美國政策制定者應該考慮三項廣泛建議:
首先,了解對手。情報和國防官員認真研究對手的無人機,但他們也應該同樣關注美國擊落無人機的能力,以及等式兩邊的發展速度。還應密切關注非國家行為者,因為叛亂分子、恐怖分子和有組織犯罪集團也在尋求減少無人機對其行動的影響。簡單的干擾器通常不難用現成的組件制造,在某些地區可以買到。研究對手如何進行反無人機行動應該可以為美國無人機的發展提供參考。這意味著投資和擴展無人機利用和取證等支持能力快速有效地從被擊落的敵方無人機上收集相關信息。情報官員需要與采購官員密切合作,為行業制定適當的要求。同時,平衡生存能力與成本是關鍵:加強無人機的激光防御能力對于主要采用動能防御的對手來說可能沒有什么價值。
第二,加快美國開發和部署反制措施的速度。烏克蘭軍方聲稱創新周期為三個月為與俄羅斯的戰爭帶來戰場上的改進。這表明無人機制造商需要不斷開發解決方案并修改無人機以保持其生存能力。美國的開發和采購系統并未針對如此快速的發展速度進行優化。美國正處于一個極其緩慢的轉變過程中,這種緩慢的轉變已經讓美國損失了價值數百萬美元的無人機。例如,據報道,美國在也門胡塞控制的領土上損失了多架無人機。這個問題促使官員們研究了一些模塊化解決方案,比如MQ-9的自我防御吊艙并非每架無人機都需要全套昂貴的對抗措施,尤其是那些設計為可消耗型無人機,但無人機需要比對手的對抗措施更快地進化,才能持續完成任務。
當美國及其盟友思考未來與俄羅斯和伊朗等國家的對抗需要什么時,重點應放在投資研發能夠快速識別和瞄準無人機對抗措施的武器上,例如干擾彈引導器和在微波頻譜上運行的反輻射導彈。此外,國防部和各軍種應積極研究和試驗戰術、技術和程序。白沙導彈靶場、紅沙綜合實驗中心、阿聯酋X靶場和其他試驗場已在測試和評估反無人機系統。如果尚未這樣做,試驗場應納入并擴大對反無人機系統的威脅,以及美國軍隊可能如何試圖擊敗當前和未來的敵方無人機防御。這些結果應為虛擬建模和模擬提供信息,以了解探測或擊敗無人機的概率的變化如何影響更大的戰術和作戰環境。
第三,了解反對抗措施的權衡。開發、制造和部署反對抗措施可能成本高昂,并會增加單位成本。加強無人機對抗每一種反制措施的能力很快就會導致無休止地試圖跟上每一種新型無人機防御。無人機的主要優點是重量輕,因此整合昂貴的反對抗措施可能會降低其對全球軍隊的核心價值。此外,反對抗措施可能會消耗電力、有效載荷、計算和其他有限的資源。因此,國防部需要在做出收購決策、組織戰爭演習以及部署和使用無人機時仔細考慮和權衡這些利弊。此外,國防部應支持模塊化設計,并考慮適當的無人機機隊組成,以考慮無人機防御的區域和對手差異。由于不同的對手部署不同類型的防空系統,采購官員應尋找并激勵模塊化解決方案,這些解決方案可以為不同類型的任務添加或刪除。有效的解決方案可能具有技術創新性,系統復雜性相對較低,因此國防部可能會受益于在小企業創新研究和小企業技術轉讓計劃中圍繞感興趣的特定對策開放資金額度。同樣,由于美國的盟友和合作伙伴可能在面對類似對手時面臨同樣的問題,因此可能存在國際發展工作的機會,尤其是與已經擁有美國制造的無人機的國家。
無人機創新——就像所有軍事創新一樣——過去是、現在是、將來也將是進攻和防御創新之間的不斷迭代。美國無人機和對手反制措施之間的平衡將影響未來沖突的走向,美國決策者必須確保美國無人機能夠在非許可環境下完成任務。美國必須打破無人機防御,并確保它一直處于被打破的狀態。