在竞争环境中使用低成本可回收无人机——作战概念的初步评估

2020年5月11日，美兰德公司发布《在竞争环境中使用低成本可回收无人机——作战概念的初步评估》 告，指出由于竞争对手大量弹道导弹和巡航导弹对美军的威胁，美国进行大规模军事力量投送面临挑战。为此， 告提出一种概念：在竞争环境中使用小型、低成本、可消耗、可回收无人机，以保持和增强空中力量。这些无人机可以执行情 、监视和侦察（ISR），导航、定位和授时（PNT），以及通信和突防等任务。美空军的“低成本可消耗飞机技术”（L-CAAT）项目为实现这一概念提供了一种手段。

告从下列五个方面论述了这一类无人机的使用：

1、大型和小型无人机的主要特点

2、竞争环境中创建一个可支持无人机共同工作的目标 络

3、无人机如何通信以及如何与战场武器通信

4、无人机对敌方干扰的敏感性

5、在前沿阵地进行无人机发射和回收

创建一个情 、监视、侦察和目标 络

例如下图，显示约500架小型无人机在潜在冲突地区提供的覆盖范围。小型无人机携带多种功能传感器，包括简单的光电/红外传感器、合成孔径（SAR）雷达和电子情 侦察等。红色圆圈表示每架无人机上传感器的侦察范围，通常约10千米。这意味着 络覆盖区域内的任何点都可以由多个独立平台同时侦察。

500架小型无人机的传感器覆盖区域

需要指出的是，虽然这一概念涉及同时使用大量小型无人机，但这并不是一组战术协调的“蜂群”。无人机不断地相互交流，以确保它们不是全部集中在一个区域，但它们并不协调它们的行为。无人机是自主的，每隔几秒钟就会随机转弯，这样对手就无法精确预测它们的飞行路径。

每架无人机的核心是侦察关注区域内的潜在目标，并将侦察结果与邻近无人机进行通信。通过这种 内通信，原则上，每架无人机将“知道”一切。 络将使用来自侦察的信息来确定每个武器的最佳瞄准点。

下图给出了传感器在 络中的密度和功能。它描绘了 络中一个长宽都是20千米的正方形区域。红圈是传感器的侦察范围，假设500架无人机在长宽都是100千米的区域内运行，且还假定在9千米高度传感器的有效范围为10千米，无人机之间的距离为3至5千米。在这种情况下，大约15架无人机上的传感器可以“看到”区域内的任何目标。

无人机在目标 络中的密度说明

类“女武神”和““小猫”无人机预计有更广的侦察范围

下表总结了两种可能用于该作战概念的无人机的关键技术参数。设计的大型无人机与美空军LC-CAAT项目的XQ-58“女武神”无人机类似，后者最近完成了两次飞行测试，证明没有跑道的情况下起飞的可行性。设计的小型无人机在重量上只有其十分之一，这种小型飞机是兰德公司与空军作战集成能力中心（AFWIC）合作期间提出的，被称为“小猫”（Kitten）。

L-CAAT和小猫无人机的特点

下图展示了“小猫”小型无人机的作战半径，甚至大于许多战斗机在不加油情况下的作战半径。这样的无人机可以在1000海里以外的地区执行任务。如果小猫从距目标1000海里的地方发射，它可以在目标区域或附近停留两个小时，并以适度的燃料储备回到发射点。

近程传感器提升目标识别能力以及武器制导精确度

针对移动目标的杀伤链通常被描述为四个部分:发现、识别、武器选择和制导、交战。 络提供的近程情 、监视和侦察（ISR）能力对目标识别、武器选择和制导两个阶段具有重要意义。

在目标识别中，使用多个独立平台进行同时侦察，通常带有不同的侦察载荷，利用人工智能（AI）算法集成，以确定一系列侦察实际反映优先目标的概率。一旦确定了目标，便需要确定可用的最佳武器配置，武器必须被引导到目标的最佳瞄准点。在干扰环境中，当武器接近目标时，如果目标数据更新平台离武器很近，那么武器接收的目标位置就会更可靠。这种通信功能是由最近的 络平台提供的。

本 告建立了一个简单的电子表格模型来评估目标 络的有效性，假设敌人舰队在已知的10000平方千米的地区活动，共有约1550艘船。而太空平台和空中平台上的传感器只能够探测到这些船只的存在。此时如果发射大量无人机来对相同个体目标的进行多次侦察，并融合多源传感器数据，就可以做到目标识别和目标选择。

假设任何一个L-CAAT或小猫上的传感器都有可能精确地识别10千米范围内的船只。当对该目标进行多次观测并分享这些观测结果时， 络准确地识别目标的概率就会增加。进一步假设，如果鱼叉被制导到船最脆弱的地方，它有40%的机会使高价值船失去作用。

下图显示了在这些假设和输入条件下， 络中的无人机数量和1000种反舰武器的杀伤力之间的关系。该图表显示，当 络中的无人机数量在200到400架之间时，产生“临界质量”效应。在这个模型中，当没有任何小型无人机，完全依赖空间和远程情 、监视和侦察（ISR）飞机时，它将需要10000枚“鱼叉”导弹来摧毁入侵舰队的72%。相比之下，在600架或更多的无人机的支持下，1000件同样的武器就可以摧毁摧毁入侵舰队的80%。

增加“传感器密度”可以增加杀伤力

无人机发射和回收需要足够的人力和设备

根据XQ-58的资料以及传统飞机的作战经验，兰德公司初步估计一个由900人组成的中队，通过适当的训练，可以每6小时对300架低成本可消耗无人机进行发射和回收，一天24小时可保证1200架次，一周七天，连续不间断。

下图展示了日本南部九州岛山脉边缘的一片耕地，用于验证低成本可消耗无人机的操作方式。20名人员，大约15架小型无人机和发射装置，再加上补充消耗的储备车辆，以及每天可运输3175千克的燃料运输车。

无人机部署区要素说明

“小猫”无人机中队具备高作战性价比

下表模拟“小猫”无人机中队的规模。假定这个中队在战斗行动期间每24小时轮班，工作12小时。

“小猫”中队大小

每架“小猫”无人机都有自己的发射装置，小巧且廉价，可每12小时发射600架。这些无人机及发射装置在和平时期可储存在海运集装箱中，在冲突期间再用卡车运输到作战地区。

在虚拟的情景中，对手可能会拦截大量的“小猫”无人机。尽管分析表明约500架“小猫”就能获得有利战果，但谨慎起见使用更多的“小猫”，所需成本依旧低廉。粗略估计，硬件成本约为每只“小猫”50万美元（包括无人机本身和发射回收设备），500人的燃料运输团队（包括人员和运输车）的雇佣成本每年约为5 000万美元。这相比每个空军中队约3亿美元的空中交通工具硬件成本，十分划算。

近年来，无人技术快速发展，小型、低成本、可回收无人机的军事化应用更是受到越来越多的关注，以美国防高级研究计划局（DARPA）于2015年启动的“小精灵”项目最为代表。该项目首次提出了空中可回收无人机的概念，并于2018年将最后阶段的合同授予Dynectics公司，以开发和测试空中挂钩回收无人机的装备，媒体披露该项目会在2019年夏天进行飞行测试，但是目前并没有披露任何测试的结果和细节。

在今年美国防部发布的2021财年预算中，“小精灵”项目已不再申请预算，间接说明“小精灵”项目可能已经结束。该项目的成果很可能支撑兰德公司在此 告中提到的利用“小猫”和XQ-58类的无人机创建ISR 络。利用无人机进行近程的侦察预警可以明显提高目标识别和武器制导的准确度，同时成本低廉，性价比较高。如果这种作战概念真的能够实战化，将极大提升战场态势感知能力。