国外无人机空空打击作战典型样式及关键技术研究

摘  要：      无人机在现代战争中正发挥着日益重要的作用。 本文针对国外无人机用于现代空空作战的研究进展、 典型作战样式及其关键技术进行了分析， 梳理分析了当前国外无人机用于空空打击作战的典型装备和技术发展现状， 结合当前国外无人机装备发展现状分析了无人机直接应用于空空打击作战的优势和劣势； 基于当前国外典型无人机平台性能特点， 提出了无人机参与空空打击作战的三类潜在典型应用样式； 针对无人机用于空空打击作战的实际需要， 分析了无人机应用于未来空空作战的关键支撑性技术。

关键词：      无人机； 空空作战； 作战样式； 机载武器

中图分类号：      TJ760

文献标识码：    A

文章编号：     1673-5048（2024）03-0014-07

DOI： 10.12132/ISSN.1673-5048.2024.0073

引用格式： 高书亮， 段鹏飞， 田浩， 等. 国外无人机空空打击作战典型样式及关键技术研究［ J］. 航空兵器， 2024， 31（ 3）： 14-20.

Gao Shuliang， Duan Pengfei， Tian Hao， et al. Research on Typical Operation Modes and Key Technologies of Foreign UAV-Based Air to Air Striking［ J］. Aero Weaponry， 2024， 31（ 3）：  14-20.（ in Chinese）

0  引  言

空空打击作战是指空中作战平台以空空导弹等机载武器对敌方空中目标实施探测、 识别、 打击、 毁伤的作战活动。 随着战争样式的不断发展和演进， 空空打击正日益成为现代战争中的重要组成部分。 随着相关领域技术的快速发展， 无人机在现代空中作战中得到了日益广泛的应用。 尤其是近年来， 无人机技术发展迅猛， 任务领域不断扩展。 但从目前国外发展情况来看， 无人机还主要承担面向陆、 海面目标的精确打击任务， 尚未见到直接承担对空高动态目标打击的报道。 从相关领域研究情况来看， 国内外已经有较多学者开展了部分基于无人机的空战战术和技术研究， 文献［1］分析了现代空战体系的基本演变过程和趋势， 文献［2-4］分析了当前空战环境及美国等国家典型空战作战概念和体系近年来的发展变化， 文献［5-7］分析了当前无人机与有人机进行协同作战应用的典型样式。 从相关研究内容来看， 目前相关研究主要集中在无人机与有人机协同参与空空打击作战等方面， 针对无人机直接遂行对空打击任务研究相对较少。 相比于其他打击样式， 空空打击需要在高动态、 强对抗、 强干扰环境下实现对空中时敏目标的精确命中， 因此无人机应用于空空精确打击作战需要在其长航时、 低成本、 无伤亡等优势的基础上， 进一步增强其对复杂空战环境、 目标探测跟踪、 制导信息保障等方面的适应能力， 从而更好地满足空空打击作战要求。 本文针对无人机用于现代空空作战的可行性、 典型作战样式及其关键技术进行分析， 研究了当前国外无人机用于空空作战的装备和技术发展现状； 针对未来无人机直接参与空空作战的典型样式进行了分析， 提出了三类潜在作战应用样式； 针对无人机用于空空打击作战的实际需要， 从无人机平台、 配套机载武器及机载传感器等角度梳理了相应的能力需求， 分析了无人机应用于未来空空作战的关键支撑性技术。

1  无人机空空精确打击作战发展现状

美军将无人系统看作是未来战术组成中不可缺少的部分。 根据美国国防部发布的最新版《无人系统综合路线图》， 无人机除了担负传统的情报/监视/侦察（ISR）等非火力打击任务之外， 将越来越多的担负精确火力打击任务［8］。 无人机平台遂行空空精确打击， 需要无人机平台、 配套载荷/武器、 战术战法等方面的多种支撑， 从目前国外发展情况来看， 在多种先进空战作战概念牵引下， 无人机遂行空空打击作战的相关装备和技术研究正在加速推进， 取得了一定进展。

收稿日期： 2024-05-06

*作者简介：  高书亮（1982-）， 男， 陕西汉中人， 高级工程师， 博士。

1.1  具备空空打击能力的无人机平台不断出现

随着无人机技术的快速进步，  国外可遂行空空打击的无人机平台种类和数量正逐步增多，  关键性能水平正快速提升。 从目前国外发展情况来看， 遂行空空作战无人机平台主要包括现有察打一体无人机的改进升级和专门研制新型无人机平台两类情况。 针对第一类情况， 美国等国家正在探索和改进当前其在研在役无人机型号的空空武器携带能力， 不断开展相应的专门试验， 如美军就曾经利用MQ-9无人机进行改装， 并于2020年成功完成了AIM-9X红外型空空导弹的发射攻击试验。 由于当前常见的察打一体无人机在设计之初未考虑空战所需的快速占位、 机动规避、 持续目标跟踪与制导链路保障等要求， 一般不配备远距离对空动目标传感器载荷， 因此往往只能携带红外型空空导弹， 使得其攻击目标范围、 类型， 攻击距离、 打击灵活性等性能都受到较大限制； 第二类情况的典型代表是美国等国家正在研制的一系列新型无人机平台项目， 其中较为典型的包括：  （1）“远射”项目。 该项目由美国国防高级研究计划局（DARPA）主导， 旨在研究、 开发和验证一款可以携带和发射空空导弹的无人机平台， 该无人机可使用有人机平台运载投放， 以显著扩大攻击范围， 提升应对空中威胁的作战效率， 目前已经进入到全尺寸演示样机试验验证阶段， 极有可能在2～3年内实现初步列装。 从目前DARPA公布的研究进展来看， 每架“远射”无人机可装载至少两枚低成本空空导弹， 形成一架有人战机指挥数架“远射”无人机， 实现多个方向、 不同类型威胁目标的蜂群战和弹群战， 已初步具备典型的无人空中攻击能力［9-10］， 如图1所示。 （2）“忠诚僚机”项目。 针对未来空中协同作战需求， 美国正在加快协同式空战平台的研究及忠诚僚机系列项目， 典型代表是美国空军研究实验室（AFRL）联合克拉托斯公司开发的XQ-58A 无人战斗机（如图2所示）， XQ-58A长8.8 m， 翼展6.7 m， 采用单发、 隐身设计， 最高飞行速度1 050 km/h， 最大航程4 000 km， 实用升限13 715 m［11］， 与目前常见无人机不同， 其首次采用了内置弹仓设计， 能够兼容AIM-120 和GBU-39 等弹药， 具备了携带空空武器与长机平台协同作战参与空空作战的基本能力， 目前已经完成了初步的空中开舱弹药投射试验。 （3）专用型制空作战无人机。 近年来， 土耳其等国家正在积极开展制空作战无人机的相关研制工作并取得初步进展。 2023年4月， 土耳其拜卡技术公司研制的Kizilelma无人机（如图3所示）与Akinc察打一体无人机进行了首次编队飞行， 该无人机在最大飞行高度12 000 m， 飞行马赫数0.9的情况下可持续飞行5 h， 能够搭载土耳其研制的“波兹多安”（Bozdogan）和“游隼”（Gokdogan）空空导弹［12］。

1.2  智能化空战博弈对抗技术快速发展

随着人工智能技术与现代空战的不断结合， 为高动态、 不确定、 不完备信息条件下的空战博弈问题带来了新的解决途径。 智能空战相关领域技术的快速发展， 使得能够采用无人化、 智能化空战决策机制和平台指挥无人机开展复杂环境下空中作战， 为开展复杂的制空精确打击带来了天然的优势。 当前， 无人机正日益成为国外人工智能空战的天然试验和验证平台， 并且随着无人机技术的不断发展， 无人机+人工智能的模式正在现代空战中逐步呈现出不断增强的作战效能。 2020年8月， 在DARPA举办的“Alpha Dogfight trial”人机对抗赛中， 美国苍鹭公司设计的智能飞行自主决策系统驾驶F-16战机以5：0的优势战胜了F-16的飞行教官； 美国空军研究实验室战略发展规划和实验办公室（SPDE）推动的“天空博格人”项目采用多种无人机平台开展搭载验证， 先后成功在克拉托斯公司的UTAP-22无人机（如图4所示）及MQ-20“复仇者”无人机（如图5所示）等平台上实现了搭载首飞。 2020年12月， XQ-58A 实现与F-22、 F-35A和F-35B 等有人战机协同半自主编队飞行； 同

月， 美国空军的ARTU无人U-2项目表明了无人系统

的操作权首次超过人类飞行员， 展现出自主化空中作

战的趋势。  在智能化作战算法和引擎的支持下，  无人机

平台可以在无人工干预或少人工干预的情况下， 自主完成信息获取、 态势感知、 任务规划和作战决策， 从而自主遂行防空压制、 对面突击、 情报监视侦察等多种任务， 对于复杂空战环境和任务的适应能力正在不断增强［13］。

1.3  新型微小型化机载制空导弹不断涌现

空空导弹是实施空空打击作战的直接手段。 当前， 一批新概念空空导弹正不断出现， 这些导弹往往具有体积小、 重量轻、 使用灵活等特点， 能够满足无人机平台的搭载需要［14］。 这些新型空空导弹通常为紧凑型气动外形， 采用高集成度相控阵导引头、 一体化制导控制计算机、 高性能固体火箭发动机、 直接力姿态控制等新型技术， 具有全天候、 高装载、 小型、 快速、 轻量级的特点， 可应对无人机、 有人机和巡航导弹等多种目标威胁［15］。 其中， 美国披露的下一代小型先进能力导弹（如图6所示）弹长仅为1.8 m； 雷神公司展示的“游隼”新型中距空空导弹（如图7所示）的尺寸仅有美国当前主战空空导弹（AIM-120）的一半， 但可将AIM-120 导弹的射程与导弹的格斗机动性相结合， 其典型条件下攻击距离不低于100 km， 具有极强的机动性， 同时显著提升现有飞机挂载密度。 由于小型、 微型化空空导弹相比于传统主战空空导弹在体积、 重量、 发射条件等方面都有明显的减小， 更加适合在当前无人机平台上挂载使用［16-17］。

2  无人机遂行空空打击作战的主要优劣势分析

2.1  优势分析

一是全天候长航时留空能力带来的作战持久性优势。 传统战斗机平台受制于其燃油携带量， 使得其巡航时间相对较短， 而无人机普遍采用高升阻比气动外形和大容量燃油装载， 同时无需考虑飞行机组的生理承受能力， 因此其留空时间普遍高于有人机。 MQ-9A察打一体无人机最长留空时间达到了27 h， MQ-20“复仇者”无人机最长留空时间达到了20 h， 这是目前有人战斗机难以达到的。

二是无人员伤亡带来的作战灵活性优势。 由于无人机没有飞行机组， 因此空战过程中无需考虑己方人员伤亡问题， 可以遂行多种飞行航迹和接敌路径， 对于突然加速、 变高、 大机动过载转弯等空战样式和动作的承受能力更强。

三是更强的隐身能力带来的作战突然性优势。 由于不需要飞行员座舱等部位， 高端无人机平台往往可以更加自由的开展隐身设计， 同时由于无人机体积相比于大型战斗机而言普遍偏小， 因此同等情况下具有更小的RCS特征， 这就使得其具有更加优秀的隐蔽接敌并突然发动攻击的能力。 当前， 美军多型无人机机身大量采用复合材料， 雷达反射截面积小， 隐身性能大幅提高。 以RQ-180隐身侦察无人机为例， 其机身采用飞翼布局， 后缘构型简洁， 蒙皮覆盖新型隐身材料， 使得其隐身性能进一步提升。

2.2  劣势分析

一是整体飞行性能相对不足。 当前主要军用无人机出于续航和隐身双重考虑， 大多采用大展弦比固定翼和飞翼布局， 导致机身阻力相对偏大， 在动力装置性能无明显提升的情况下， 机动性能不足， 面向空战占位抢占能力相对不足， 有研究表明， 美国忠诚僚机XQ-58A稳定盘旋过载仅1.693g， 明显低于当前主流战斗机水平。 此外， 由于当前多数无人机飞行速度相对较低， 基本不具备稳定的超音速巡航能力， 发射空空导弹等武器的初始条件相对较差， 对提升武器射程、 速度等性能不利。

二是机载武器适配能力有待提高。 相比于有人主战飞机， 当前主流无人机的机腹、 翼下挂点数量相对偏少， 多数尚未采用内埋式弹舱等先进武器发射装置， 主要采用激光指示吊舱等作为目标跟踪指示传感器， 所挂载的机载弹药主要以空面武器为主［18］， 对空空武器的兼容能力还有待提高。 同时， 由于大多数无人机尚未配备支持对空目标搜索跟踪的探测传感器（如火控雷达、 红外搜索跟踪传感器等）， 因此很难为机载制空武器提供复合制导所需的全程信息保障， 难以闭合对空打击环路。

三是复杂电磁环境适应能力有待提高。 当前无人机自主决策程度相对偏低， 遂行复杂作战任务往往需要有人机、 地面任务指控站等多种手段进行外部作战指挥， 因此大量依赖复杂数据通信链路。 在复杂电磁环境中作战时， 一旦被敌方干扰、 截获甚至接管通信链路， 很有可能造成无人机作战失控， 在复杂电磁环境下的对空作战能力的鲁棒性尚有待观察。