无人机集群战例分析与作战研究*

（海军航空大学 烟台 264001）

1 引言

对俄罗斯驻叙利亚赫梅米姆空军基地进行袭击的无人机数量虽然只有十三架且制作粗糙，但此次空袭已是无人机集群作战的雏形，而多架不同种类无人机构成的无人机集群和巡航导弹协同攻击沙特油田以致全球油量锐减的典型案例，则显著地展示了无人机集群协同作战形式的多样化和高效能。随着机器学习、自主作战等为代表的人工智能技术的发展和在无人机集群项目上的大力推广应用，无人机集群作战对未来战场攻防影响越来越大，更是成为当前防空作战中日益显著的现实威胁和亟待解决的重难点问题。

2 无人机集群战例分析

2.1 俄驻叙基地遭无人机集群袭击

2.1.1 基本情况

2018年1月5日，叙利亚反对派发起了战争史上第一次无人机集群袭击。无人机起飞地点为穆扎拉村（穆扎拉村在赫迈米姆基地东北50km，距塔尔图斯基地近100km）。俄罗斯防空系统一共探测到13架无人机，其中10架的攻击目标为赫梅米姆空军基地，3架的目标是塔尔图斯海军基地的一处后勤设施［1］，俄罗斯防空系统对这13架无人机进行了电子干扰和近防武器拦截。

2.1.2 参与袭击的无人机及载荷情况分析

对两架被捕获的无人机进行拆解，可以看出无人机是自制的，不是商业现有的成品型号或业余的产品。无人机均为固定翼外形，采用GPS和高度仪装置进行导航，其动力仅由小型内燃机提供，机翼由木条加固的聚苯乙烯制造而成，每个机翼下有4枚可释放的简易炸弹，每架无人机共可携带8枚。

图1 俄军捕获的叙利亚反对派无人机

总体来说，参与袭击的无人机和载荷有以下特点。

1）无人机成本低廉。无人机是采取购买单独零件的方式进行组装，用三合板、胶带、手机GPS通信模块零件和小排量的发动机进行组合而成，只要掌握一定的航模制造能力即可完成。不过其关键部分，例如无人机的飞行控制系统，采用电磁阀控制的投放炸弹控制机构，在塑料外壳内填充钢珠的炸弹等都不是粗制滥造的。

图2 无人机的机翼结构

2）无人机续航能力相对较高。参与袭击的无人机虽然制作简易，但是其续航距离可达100km，并且配备了GPS导航和无线电操纵系统，从而降低其航行误差。无人机上携载了红外摄像机和无线高速通信装置，能够实时回传画面。如果这些无人机没有被击落，完全可能在投弹后返航再次使用。

3）载荷效能较大。无人机携带的炸弹每枚重约400g，外壳由聚合物组成，内含钢珠，对停放在机场上的飞机类目标有针对性的毁伤作用，毁伤半径可达50m。

总体来说，这次参与袭击的叙反对派的无人机群制作相对简陋、技术水平相对较低、制导精度较差，但已经展示出无人机集群战术的巨大潜力。

图3 无人机的炸弹结构

2.2 沙特油田受无人机集群重创

2.2.1 基本情况

2019年9月14日凌晨，数架无人机袭击了沙特的一家石油公司，导致世界最大原油净化工厂和沙特第二大油田两处石油设施瘫痪，沙特的原油生产因而受到重创，大约一半的原油日产量被“摧毁”。9月18日，沙特国防部阶段性调查结果显示，参与这次袭击的共有18架无人机和7枚导弹［2］。

2.2.2 多种无人机协同及任务分工协作

1）多种无人机参与袭击。本次袭击使用了3种类型的无人机，分别为Kassef-3、Samad-3和一种未公开型号的无人机［2］。

2）袭击前的精心准备

目标侦察和航路规划是这次袭击成功组织和实施的前提条件。胡塞组织利用长航时无人机对沙特境内的炼油厂和油田目标进行多次侦察，针对袭击目标对无人机和巡航导弹实施航路规划设计。

3）袭击中的任务分工

无人机集群和巡航导弹进行电子压制、协同攻击和毁伤评估协同任务分工。袭击行动过程中，3种无人机从也门不同的位置起飞，其中一架携载有电子战设备的无人机对整个行动提供保护，巡航导弹与无人机协同进行攻击，从多个方向对目标实施打击。袭击完成后，具备侦察能力的无人机还进行了目标毁伤评估。

图4 胡塞组织向外界展示的无人机、巡航导弹等

2.2.3 无人机集群与巡航导弹协同作战

无人机集群与巡航导弹协同作战是这次袭击的一大显著特点。沙特在其境内部署有严密的防空系统，尤其是从美国引进的爱国者系列防空武器系统。巡航导弹在面对全方位、多层次的防御体系时，往往突防能力不强，同时由于其飞行距离较远，如果只有卫星一种导航方式，容易受到针对性干扰从而降低精度。无人机和巡航导弹的协同可以有效弥补这些缺点，一方面可以通过电子压制干扰使防空力量预警失效或延长时间，提高巡航导弹的突防概率；另一方面通过无人机先行到达提供目标信息更新，提高巡航导弹的打击精度；通过对目标毁伤评估，可为整个行动的火力打击效果进行评估提供依据。

3 无人机集群项目发展情况

与前述战例中的无人机集群情况相比，美欧等国的无人机集群项目综合了更为先进的技术，进行了系统的论证、研究、试验，其性能水平和任务能力不可同日而语。下面主要以美国的几个典型无人机集群项目为例进行分析。

3.1 “小精灵”无人机集群项目

“小精灵”无人机集群项目的目的是开发一种小型、网络化、集群作战的无人机。该项目使用的“小精灵”无人机成本低于70万美元，其主要性能参数为最大飞行速度可达270m/s，作战半径约为900km，巡航时间可达180min。

自2015年9月由美国国防预先研究计划局（DARPA）推出以来，已经完成了空中发射和回收系统可行性、全尺寸技术验证系统设计、空中发射和回收飞行试验三个阶段［3］。该项目的回收方案是将C-130运输机作为回收平台，分别对其和无人机加装自动对接系统，其回收能力可以在30min内完成4架无人机的回收。

3.2 “灰山鹑”无人机集群项目

“灰山鹑”无人机集群项目的主要目标是将进行低空侦察和干扰任务的“灰山鹑”无人机通过有人机平台来释放。“灰山鹑”无人机的主要性能参数：长约0.16m，翼展为0.3m，质量300g，续航时间大于20min，飞行速度约为30m/s。

自2014年由美国国防战略能力办公室（SCO）启动开始，该项目已进行过多次飞行试验，在2016年就已经实现了由3架海军F/A-18F战斗机进行投放103架组成的无人机集群，创下当时军用无人机集群最大规模飞行记录［4］。

3.3 “低成本无人机集群”项目

低成本无人机集群技术（缩写LOCUST，意为蝗虫）项目研制一种管式发射装置，可将大量无人机快速连续发射至空中，其执行任务方式主要是通过预先程序设置，集群的结构调整和适应性非常好，信息共享的自主协同工作的特性使得无人机集群可在损失无人机的情况下继续完成进攻或防御任务。这种发射装置和紧凑型无人机体积较小，因此，可在舰船、战术车辆、飞机或其它无人平台上发射［5］。

自2015年4月由美国海军研究办公室（ONR）推出以来，完成了包括在陆上30s内发射30架丛林狼（Coyote）无人机的试验和演示验证［6～7］，此项目的无人机虽然自主性远超过其他遥控式无人机，首次实现了这个自主度级别的集群飞行，但在任务中会有人工全程监控。

3.4 “忠诚僚机”项目

美国空军发布的《小型无人机系统飞行规划（2016-2036）》中，特别提出了“集群作战”“忠诚僚机”概念。自2015年由美国空军实验室启动的忠诚僚机项目，采用的是中型无人机与有人机编组的集群形式［8～9］，一方面是降低成本，其目的是将老式的飞机进行改装，使其可在无人控制的情况下与新式战机后协同编队；另一方面是改装后的无人机可由新式战机对其实施指挥与控制，进一步增强了无人机集群项目的低成本规模化和自主性，使其能够进入防空态势严峻、任务条件苛刻等有人机所不能到达的区域作战，降低了人员负荷。

4 无人机集群的发展趋势

通过对无人机集群项目的分析，可以看出无人机集群的数量越来越多，其投放和回收平台多样化，可通过不同种类无人机组成集群或与其他无人/有人系统组成集群进行协同完成不同任务。总的来说，无人机集群正趋向于规模化、信息化、智能化和多元化。

4.1 规模化

从无人机集群项目研究和发展情况可以看出，无人机集群成员价格低，小精灵无人机的期望成本为70万美元，郊狼无人机成本只有1.5万美元，成本优势明显，可低成本大规模运用，损失后可快速补充；无人机投放和回收的多平台适应性强，释放速度快，可在短时间内形成成员数量规模从数十架至数百架的无人机集群，这些因素共同决定了无人机集群可在短时间内形成足够规模，凭借集群战术，快速消耗对方防空导弹等高价值武器装备。

4.2 信息化

无人机集群作战面对的往往是战场环境复杂、作战态势瞬息万变、作战时机稍纵即逝的严苛局面，为加强指控系统和作战行动的及时有效，无人机集群成员之间、地面和空中存在复杂的信息收发交换。无人机集群作战交互信息非常多，而且还随时间变化而变化，具体包含指挥控制信息、导航制导信息、通信交互信息。

在信息保障前提下，无人机集群成员之间可通过数据链路进行相互通信从而进行协同作战，包括编队队形维持、避碰和避免误击等功能的实现。无人机集群或地面指控系统可掌握和了解实时战场态势，及时决策和指挥后续作战行动。

4.3 智能化

无人机集群的智能化可从以下三个方面体现出来。

1）无中心化：即无人机集群内的单个无人机都不处于中心地位［11］。无人机集群通过自组网实现无人机集群内部的高速信息共享，使无人机集群具备高抗毁性、强自愈能力与高效信息共享能力。其中一架无人机被击毁或其任务载荷被干扰、破坏，无人机集群整体功能和任务能力基本不受影响。

2）自主化：无人机集群在飞行期间可自我管理、控制，无需人为控制，所有无人机互相之间只观察而不控制对方，但是会依据临近无人机的相对位置和状态控制其自身飞行，以保证集群队形和飞行安全性［12］。

3）自治化：无人机集群中的结构相对比较稳定，体现在两方面，一方面有任何一架无人机因为功能破坏或被摧毁，而造成缺失；另一方面因为干扰或控制等问题使得集群结构的位置发生改变，无论是同构还是异构，新的集群结构排列会快速自动形成并保持稳定［13］。

4.4 多元化

随着无人机技术的发展和任务载荷的不断更新，无人机功能得到了空前拓展，作战任务向多元化发展。不同的无人机搭载不同类型的任务载荷，可协同配合完成无人机集群成员单独所不能完成的任务，为分布式任务规划和协同任务实施提供了技术基础和有效途径［14］。在无人机多元化基础上，综合考虑集群总体任务、作战环境复杂性和时间紧迫性，只要能够解决诸多制约因素情况下的无人机集群任务分配问题，合理选择无人机种类与任务载荷匹配，就能够发挥无人机集群的最大作战效能。

5 无人机集群的作战样式

未来无人机的作战模式将必然由单平台单任务逐步向多平台多任务集群作战以及有人/无人协同作战方向发展［15］。

5.1 协同侦察与目标指示

无人机集群在高威胁地区进行侦察和目标指示任务时，可在任务区域上空进行多架协同分布实现战略和战术裕度，即使其中的一架或数架被击毁或丧失侦察能力，也不会影响侦察和目标任务的完成。另外可为多架无人机匹配携载多型传感器，这些无人机可以协同工作，如果其中某一架无人机发现目标，它可以通过协同任务规划控制系统指示其它无人机用不同的传感器对其进行更详细侦察，从而协同完成某项任务［16］。

在对重要目标进行攻击时，无人机集群可以通过对目标的协同侦察和信息比对，为打击力量提供更为精准的目标指示，尤其是在恶劣的电磁环境和防空火力威胁态势下，无人机集群的多元化和无中心化可显著解决信息碎片整合、虚假信息甄别等问题，凸显信息优势，提高作战效能。

5.2 电子干扰与诱骗佯攻

无人机集群在电子战中的应用已经在各国广泛展开，利用有人机与无人机和无人机之间的协同形式，将各平台携载的通信、电子设施等进行一体化链接组合，形成全维战场电子战体系，以集群的力量对抗作战目标，能够极大地提升电子战效能［17］。

采用大量低成本无人机充当诱饵或干扰机，引诱敌火控雷达开机，从而暴露频段及详细坐标信息，或吸引防空火力，达到消耗敌防空火力的目的［18］。也可采用佯攻方式配合主攻力量，掩护主要行动方向，达到声东击西的作战目的。

5.3 分散打击与饱和式攻击

无人机集群的打击方式可采用多型异构组成的功能分群进行分散打击，通过任务分解、任务规划和任务协同对各功能分群进行控制，这个需要进行任务与功能相匹配、功能与机型（载荷）相匹配。

另外，在无人机和飞航导弹的技术基础上，衍生出具备巡逻飞行能力的巡飞弹，可与无人机集群进行同步交战［19］，只要突破自组网通信、群体智能决策与系统控制，高级图像处理等多项前沿关键技术，则可形成区域封锁控制、分布式协同任务、网络一体化打击能力。

同时，无人机集群的规模化发展可有利于无人机集群成员数量可多于防空作战兵力火力单元通道数量，达成同一波次攻击下的通道饱和，更可多于防空导弹的火力单元导弹数量，达成消耗弹量的目的，造成防空力量耗不起的不利局面。

5.4 执行反无人机任务

目前反无人机的抗击手段虽然多样，但是现有的防空武器系统的典型目标主要为大型固定翼或速度较快的空中目标，针对低慢小目标的抗击效果相对较弱，而在研反无人机系统针对性虽然较强，但是其范围相对较窄且效果单一，而能够有效对抗无人机及无人机集群的战术很可能是无人机集群。

无人机集群可在防空区域进行围栏式的预警探测。只要解决无人机探测传感器有效距离与配置间隙、蓄能留空时间和配置数量、自动返回充能与轮值规划等方面的问题，则可在需要的空域范围内建立起多层全时预警探测围栏。如果将包括反无人机导弹和电子干扰在内的反无人机武器安装在无人机上，则使得无人机集群成为反无人机的利器［20］。

6 结语

当前世界主要军事强国均在大力发展无人机集群作战技术，不遗余力开展无人机集群作战项目开发与研究。无人机集群可多平台投放实施全方位、立体式饱和攻击，也可与有人机协同作战，提高作战灵活性，更可与巡航导弹等空中打击武器协同攻击，增强打击效果。无人机集群作战的空中突防能力越来越强，可对作战体系和要害部位进行高精度重点打击，无人机集群作战将成为未来空战和防空的重要内容。