舰载无人直升机作战应用模式及关键技术

2022-02-21孙盛智孙小婷郑卫娟赵雪洋

兵器装备工程学报 2022年1期

孙盛智，孙小婷，郑卫娟，赵雪洋，苗壮

(1.武警海警学院，浙江宁波 315801；2.浙江德塔森特数据技术有限公司，浙江宁波 315048； 3.军事科学信息研究中心，北京 100142)

1 引言

随着各国经济发展对海洋的依赖，海上作战必将成为一种重要作战样式，利用飞行器从空中发射空舰或空空导弹对敌方目标进行精准打击，成为提高海上精准打击的关键。固定翼飞机虽然攻击范围大，但是起飞距离较长，一般需要从岸基跑道起飞，这样很难与海上舰艇精准协同行动，而舰载有人直升机虽然能够克服固定翼飞机的缺点，但为了获得较大的攻击范围，往往需要前出较远的距离，脱离水面舰艇的保护，容易遭受敌方精准打击，造成机毁人亡。很明显，舰载无人直升机在一定程度上弥补了固定翼飞机和舰载有人机的缺陷，成为未来海上作战进行战场远程攻击的利器，其前出进入敌方打击范围之内，对敌方目标进行攻击的空中移动平台，不但可以快速抵达，实现对敌方目标的精准打击，还大幅降低己方有生力量的伤亡，保证海上作战的持续进行。舰载无人直升机如图1所示。

图1 舰载无人直升机

2 舰载无人直升机发展分析

随着科学技术进步和海战场需求拉动，舰载无人直升机以成本较低、使用灵活、效费比高等优势，受到各海上强国的广泛关注。近年来，各海上强国加快了舰载无人直升机的研发进度，美国海军2019年定购了38架MQ-8C“火力侦察兵”无人直升机，计划将其部署在濒海战斗舰上。俄罗斯紧锣密鼓建造的23900型直升机航母上，计划部署4架舰载无人直升机。法国海军已经组建首个舰载无人直升机中队，该中队将配备S-100无人直升机。2020年英国在“威尔士亲王”号航空母舰上进行了舰载无人直升机测试。世界各军事强国对舰载无人直升机的“垂青”并非偶然，这是由于舰载无人直升机与军舰和有人驾驶战机相比，具有机动灵活、飞行速度快、使用成本低、条件限制少等独特优势。

3 舰载无人直升机作战运用需求

人工智能技术的进步会推动海上作战从数字化、网络化向智能化加速跃升，凸显机械化信息化智能化融合发展态势。从争夺“制智权”的角度出发，加快海空作战力量高度耦合，充分发挥舰载无人直升机作战能力，全面保障海上作战需求，是快速提升海上体系作战能力的重要保障。

1) 保障高空侦察的需要

侦察监视贯穿整个海上作战的全过程，能够为指挥员提供及时、准确的战场情报。受地球曲率的制约，舰载侦察设备难以远距离准确捕获海上动态目标，从而影响海上作战效能的发挥。而舰载无人直升机有效弥补了这一缺陷，其能够深入敌阵地前沿甚至敌后，依靠机载的可见光照相机、摄像机、扫描仪等侦察设备，对敌主要部署和重要目标进行实时跟踪监视。“沙漠风暴”行动中，美军曾出动307架次舰载“先锋式”无人机，在空中逗留1 011 h，对伊拉克军队的调动实施全天候侦察监视；同时，还为美军特种部队发现了“蚕”式反舰导弹发射阵地指挥所和防空兵器。现在国外正在大力发展高空长航时舰载无人直升机，以克服滞空时间短、飞行速度低、侦察面积小的缺点，保障高空侦察的需要，为海上作战提供精准情报支持。

2) 满足灵活攻击的需要

灵活攻击是海上作战的一种重要方式，是海上高强度火力攻击的重要补充。水面舰艇作为海上作战的核心装备，会遭受敌方抵近侦察、特种作战等近距离、全方位的干扰，而水面舰艇的高强度火力杀伤在抵近侦察、特种作战方面受到极大限制，无法对敌产生有效毁伤。舰载无人直升机正好满足了近距离、轻强度的火力毁伤，解除了水面舰艇面临的近距离干扰，有效保障了海上作战能力的发挥。美国海军研究局开展了“低成本无人机蜂群技术”项目，该项目采用舰基多管发射装置，可以每秒一架的速度发射上百架小型无人机，无人机群利用搭载的低强度攻击火力或采用自杀式攻击方式，对近距离小型目标实施有效摧毁。灵活攻击不但能够有效解除水面舰艇周边的近距离威胁，而且还能够最大程度降低作战消耗，保障海上作战的可持续性。

3) 实现诱导欺骗的需要

海上高价值目标通常情况下都处于隐蔽状态，很难利用传统的侦察手段识别出来，诱导欺骗成为发现敌方重要目标的一种主要方式。舰载无人直升机可以利用自身信号进行放大来模拟作战飞机，给敌方防空系统造成严重的信息污染和过量载荷，诱导其暴露目标，为己方作战飞机形成可利用的火力空隙。海湾战争中，多国部队把无人机作为假目标安装在运载飞机的外挂上，在运载飞机抵达敌雷达搜索空域时，投放大量无人机模拟攻击机群，迫使伊军操作人员提早启动各种雷达，机载反雷达导弹立即对它们实施突击，该战争中首次使用的大型ADM-141型“空中战术诱饵”，1架飞机搭载20架无人机，诱导发现敌方多处重要目标。诱导欺骗纯属战术问题，对其技术上没有太高的要求，所以未来海上作战中舰载无人直升机必然会成为诱敌的重要装备，这也必将成为其最基本作战方式。

4 舰载无人直升机作战应用模式

技术进步是军事发展中最活跃、最具革命性的因素，每一次重大技术进步和创新都会引起战争形态的深刻变革。随着人工智能、大数据等技术的进步，舰载无人直升机会沿着机械化、信息化和智能化的方向不断发展，这必将改变海上作战应用模式，颠覆传统海上作战制胜机理。

4.1 被动机械化作战应用模式

被动机械化作战应用模式是受舰载无人直升机信息化程度制约所造成的，是过去机械式舰载无人直升机作战应用的主要模式，从实战化角度来看，被动机械化作战应用模式很难产生较好的作战效能，并未应用到实际作战行动中。受信息化技术发展限制，舰载无人直升机在过去很长一段时间内，是以手工单向遥控为主，水面舰艇是舰载无人直升机的指挥控制中心，全程遥控指挥舰载无人直升机实施海上作战行动，舰载无人直升机作为受控主体，被动接受水面舰艇的作战指令。在海上作战行动过程中，舰载无人直升机无法根据战场态势的局部改变而自主调整作战计划，仅仅是将战场态势信息传输到水面舰艇指控中心，待指控中心评估判断，形成新的作战计划，遥控指挥空中待命的舰载无人直升机实施作战计划，这样不仅使作战计划远远滞后于实时战场态势的变化，还无法满足对敌方动态目标实时跟踪监视的作战需求，基本上丧失海上作战的主动权。同时，舰载无人直升机之间难以实现信息交互，无法快速共享战场各类信息，舰载无人直升机之间只能通过水面舰艇指控中心实现信息交互，严重限制和制约了各类战场信息的共享效率。被动机械化作战应用模式如图2所示。

图2 被动机械化作战应用模式示意图

被动机械化作战应用模式的指控主体是水面舰艇，其全程控制海上作战的所有战术行动，而受控主体是舰载无人直升机，其被全程控制且仅能被动的参与各类海上作战行动。被动机械化作战应用模式的指控主体和受控主体有着明显的界限，而且两者在整个海上作战过程中的指控关系是全程不变的。指控主体全程控制受控主体的所有海上战术行为，且指控主体受到毁灭性攻击后，将对整个海上作战体系造成致命性影响。同时，受控主体之间无法进行信息传输，只能通过指控主体进行信息交互，严重制约海上作战行动的时效性。被动机械化作战应用模式仅仅成为前期海上作战理论研究的基础，而受舰载无人机装备性能发展的制约，该模式其实并未实际运用到真实的海上作战行动中。

4.2 半自主信息化作战应用模式

半自主信息化作战应用模式是随着信息化技术的发展，是目前信息化舰载无人直升机作战应用的主要模式，从实战化角度来看，半自主信息化作战应用模式能产生一定的作战效能，因此开始逐渐应用到实际作战行动中。随着信息化技术的发展，克服了手工单向遥控指挥难题，实现了舰载无人直升机与水面舰艇以及舰载无人直升机之间的信息交互，为海上作战行动战场态势信息共享、作战指令传输提供了保障。水面舰艇作为海上作战的指控中心，全程控制海上作战的重要进程，较少干涉舰载无人直升机的具体战术行为，而舰载无人直升机在接受水面舰艇指挥控制的基础上，在一定作战权限内，自主识别和跟踪敌方海上动态目标的变化，自主筹划和实施精准打击，这样不但满足了对敌方动态目标实时跟踪监视的作战需求，还较好实现了对敌方动态目标的精准打击，避免因信息传输和错位筹划而错过最佳打击窗口。同时，随着海上作战强度的提升和作战节奏的加快，舰载无人直升机编队作战必将成为常态，为实现编队作战有序进行，舰载无人直升机之间必须共享战场态势、飞行姿态等有效信息，信息交互也为舰载无人直升机编队有效避碰、科学筹划、合理打击提供了关键支撑。半自主信息化作战应用模式如图3所示。

图3 半自主信息化作战应用模式示意图

半自主信息化作战应用模式的指控主体是水面舰艇，其仅能控制海上作战的主要进程，较少约束受控主体的具体战术行为，而作为受控主体的舰载无人直升机，在一定权限内能够自主实施部分海上战术行为。半自主信息化作战应用模式与被动机械化作战应用模式类似，指控主体和受控主体有着明显的界限，且两者在整个海上作战过程中的指挥控制关系是一成不变的。指控主体并未全程控制受控主体的所有海上战术行为，在一定权限范围内，某些受控主体会拥有部分指挥权限，与其他受控主体共同完成部分海上作战行为，但是指控主体作为海上作战体系的中心节点，受到敌方毁灭性攻击后，将严重影响海上作战的整体效能，该模式已经发展成为目前海上作战运用的主要模式之一。

4.3 全自主智能化作战应用模式

全自主智能化作战应用模式是随着智能化技术的发展，是未来智能化舰载无人直升机作战应用的主要模式，从实战化角度来看，全自主智能化作战应用模式能产生较好的作战效能，成为未来重点研究的关键方向之一。随着人工智能、大数据、5G等核心技术的发展，为未来实现舰载无人直升机编队与水面舰艇编队实时共享战场态势、整体筹划远程机动、火力打击联合实施等提供可能。水面舰艇和舰载无人直升机不再固定为指控主体或受控主体，而是根据海上战场态势变化需要，以提升海上作战杀伤力和灵活力为基本出发点，水面舰艇或舰载无人直升机以等同身份不断变换角色主导海上作战行动，这样不但提升了海上作战的灵活性，还强化了海上作战的杀伤力。同时，随着海上作战智能化的实现，水面舰艇和舰载无人直升机将以等同身份出现在海上作战行动中，每个作战单元必将成为海上作战体系的任意智能节点，形成指控主体和受控主体智能转换的柔性作战集群，其随着作战节奏的不断加快，科学筹划不同作战阶段的指控和受控主体，整体规划作战计划，并伴随作战进程快速演化不断变换角色，为实现海上作战效能最优化奠定基础。全自主智能化作战应用模式如图4所示。

图4 全自主智能化作战应用模式示意图

全自主智能化作战应用模式模糊了水面舰艇和舰载无人直升机指控主体和受控主体的界限，形成张弛有度的柔性作战集群，其不但增强了主动攻击的张力，还拓展了被动防御的弹力。从实现海上智能化作战的角度出发，任一作战单元都可以作为指控主体，主导其他作战单元参与海上作战行动，同时也可以作为受控主体，被动的参与其他作战单元主导的海上作战行动。全自主智能化作战应用模式支持柔性作战集群的网状互联和智能控制，保证指控主体能够在所有作战节点之间瞬时智能转移，实现柔性作战集群指控主体的全时全域存在，基于此，任一作战节点遭受敌方毁灭性攻击，都不会对整个柔性作战集群造成致命性的影响，因此，该作战模式将成为未来海上智能化作战研究的核心领域，成为主导海上作战行动的重要研究方向。

5 舰载无人直升机关键技术

随着舰载无人直升机的发展，其必将会越来越多的应用于海上作战行动中，全自主智能化作战应用模式也将成为舰载无人直升机海上作战的主要模式，为支撑舰载无人直升机海上智能化作战，全自主着舰、全自主编队飞行和全自主任务规划将成为未来必须攻克的关键技术。

1) 全自主着舰技术

全自主着舰技术是舰载无人直升机实施海上作战的重要基础技术。舰载无人直升机着舰方式不同于有人直升机，其无法依靠飞行员与舰上指挥人员的协同合作，必须依靠自身完成一系列战术动作。当舰艇运动到合适位置时，为避免舰载无人直升机着舰受到舰艇尾涡流的影响，无人直升机必须在着舰点上方稍加停留，之后选择合适时机快速实施着舰。在此过程中，舰艇存在升沉、横荡、纵荡、纵摇、摇首和横摇6个运动自由度，舰载无人直升机必须保持足够的稳定性，准确识别出舰艇横向运动，大幅降低舰艇运动对无人直升机着舰的影响，以免造成舰载无人直升机着舰方式简单粗暴。全自主着舰技术是舰载无人直升机实施海上作战的基础技术，其支撑了舰载无人直升机顺利回收，重复运用的战术动作。

2) 全自主编队飞行技术

全自主编队飞行技术是舰载无人直升机实施海上作战的重要支撑技术，主要从编队集结控制、编队队形变换和编队队形重构3个方面总结全自主编队飞行控制技术。编队集结控制是通过调整各舰载无人直升机的飞行控制参数，使各舰载无人直升机到达集结点时，满足位置、速度和时间的要求，实现编队集结；编队队形变换实质上是带有终端约束的协同路径跟踪问题，要求舰载无人直升机满足队形、位置、航向角等要求；编队队形重构是当舰载无人直升机编队在飞行过程中遇到障碍物或敌方目标时，及时根据战场态势改变编队队形，从而达到避障和提高编队安全性的目的。全自主编队飞行技术是舰载无人直升机实施海上作战的支撑技术，其保证了舰载无人直升机能够编队飞行、编队作战等重要作战行动。

3) 全自主任务规划技术

全自主任务规划技术是舰载无人直升机实施海上作战的重要核心技术。随着舰载无人直升机大量运用于海上作战行动中，传统的作战任务规划模式必将难以满足无人直升机编队作战需求，依托数学算法和智能优化算法支撑的全自主任务规划技术，能够支撑舰载无人直升机编队从整体上分析海上作战需求，筹划海上作战计划，动态分配作战任务给舰载无人直升机编队，同时，科学评估舰载无人直升机作战任务的完成情况，重新智能规划作战任务，对舰载无人直升机编队实施作战任务的再分配，保证舰载无人直升机编队能够及时高效的自主实施海上作战行动。全自主任务规划技术是舰载无人直升机实施海上作战的核心技术，其保证了舰载无人直升机编队能够自主分配作战任务、自主实施作战计划等。