中小型ISR无人机海战场的运用与关键技术分析

摘 要：无人机是海上航空侦察的重要手段之一， 是未来海战场获得制信息权、 制空权的主要侦察力量。 通过梳理国内外海上中小型无人机的型号和属性特点， 对中小型ISR无人机在海战场的运用模式和运用优势进行了研究， 探讨了中小型ISR无人机应用于海战场所面临的问题， 并分析了发射与回收、 自主控制、 任务载荷、 通信链路、 平台设计等关键技术， 展望了中小型ISR无人机的发展趋势， 为中小型无人机在海上ISR领域的推广应用和规划发展提供了参考与思路。

关键词：无人机； 情报侦察监视； 海战场； 发射与回收; 自主控制; 任务载荷; 通信链路

中图分类号：  TJ760; V279文献标识码：A文章编号： 1673-5048（2023）03-0049-07

DOI： 10.12132/ISSN.1673-5048.2022.0149

0 引言

现代信息化条件下的高科技海上战争， 战场上的军事力量较量主要集中在信息权的争夺上。 无人机作为海上航空侦察的主要手段之一， 可以搭载光电、 雷达等传感器执行情报（Intelligence）、 监视（Surveillance）、 侦察（Reconnaissance）（ISR）任务， 为部队提供战场态势感知能力， 获取海战场情报， 正逐渐成为海战夺取制空权、 制信息权的主力。

中小型无人机作为海上无人机侦察力量的重要组成部分， 由于其机动、 灵活、 实时、 零伤亡、 效费比高等特点， 可以深入相关敏感海域进行全天候、 多方位、 大纵深的持续侦察与监视， 是海上航空侦察力量不可或缺的部分。 本文针对未来海战场信息对抗中的需求， 研究了中小型无人机在海上ISR领域的应用， 并对无人机相关的关键技术进行了分析， 从而探究无人机海战场的发展方向和技术壁垒， 有效挖掘无人机在海战场的运用能力， 为无人装备体系的建设和推动无人机体系作战概念的发展提供智力支撑。

1 国内外海上中小型无人机发展现状

无人机在海湾战争、 伊拉克战争、 阿富汗战争等局部战争中的成功运用， 展示了其用于军事斗争的巨大潜力。 尤其在2020年阿塞拜疆对抗亚美亚尼的纳卡冲突中， 无人机大放异彩， 受到各军事强国的高度认可和重视， 纷纷加快研究无人机作战的步伐［1］。 美国是世界上较早开发无人机作战研究的国家， 拥有超过200个型号的军用无人机， 其研发和采购经费超过了世界无人机领域经费总支出的三分之二［2］， 无人机技术一直走在世界的前列。 早在2013年， 美国国防部就发布了战略性纲要文件《无人系统综合路线图（2013-2038）》， 规划了美军各军种今后25年的无人机发展方向［3］； 2018年美国国防部又对无人系统综合路线图进行了更新， 将无人系统路线的规划时间延长至2042年， 主要聚焦无人平台的跨域作战、 互操作性、 自主性以及无人－有人协同作战［4］， 将无人机从作战工具转变为作战伙伴。

中小型无人机作为无人机系统的重要发展方向， 是目前海战应用最广、 装备最多的无人机。 以美国海军为例， 中小型无人机装备量约占无人机总装备量的90%以上［3］， 而且随着信息技术、 人工智能技术、 传感器技术的不断发展和无人机平台的不断改善， 数量还在进一步增大。 中小型无人机通常是指短近程、 中程固定翼/旋翼无人机和无人直升机（活动半径小于200 km）， 可执行战术侦察、 战术打击、 战前大面积侦察等任务， 是海上ISR领域备受瞩目的侦察力量。 早在海湾战争时期， 美国海军就利用“先锋”无人机为军舰上的火炮提供火力校正，  同时执行探测和搜寻水雷、 反潜、 侦察监视与搜救任务［5］。 在伊拉克战争中， 美军首次使用了“银狐”、 “阴影”和“龙眼”等小型无人机， 主要用于摧毁敌方通信系统、 扰乱对方通信情报， 并探测战场物理环境和进行通信中继［6］。 在其他现代局部战争中， 美军还使用了“沙漠鹰”、 “指针”、 “猎人”、 “影子”、 “扫描鹰”、 “整合者”等中小型无人机［7］。 目前， 美国海军和海军陆战队已装备或正在开发的中小型无人机包括RQ-12“黄蜂”、 RQ-20“美洲狮”、 RQ-11“渡鸦”、 MQ-11“航空探测器”、 “狼蛛鹰”、 “扫描鹰”、 RQ-7“影子”、 RQ-21A“黑杰克”、 MQ-8B/C“火力侦察兵”等无人机［8］， 预计到2035年， 美国海军的无人机数量将会达到2 500多架［9］。 除美国之外， 以色列也是无人机强国， 军用无人机技术仅次于美国， 不仅供其国内军队使用， 还大量出口国外， 像纳卡冲突中， 阿塞拜疆使用的“赫尔墨斯”长航程侦察无人机、 “哈洛普”自杀无人机、 “搜索者”中程侦察无人机都出自以色列［10］。 其实， 在两次中东战争和以黎冲突中， 以军就已经将无人机广泛应用于战场侦察与监视， 并创新了各种无人机战术。 以色列现在拥有的中小型无人机包括“搜索者”、 “航空星”、 “斗牛骑士”、 “云雀”系列、 “竞技神”系列等无人机［11-13］。 英、 法、 俄、 德、 日等国， 虽然也开发了相应的军用中小型无人机， 但无人机技术相较于美以两国有一定距离。 表1对典型的中小型无人机进行了归纳。

2 中小型ISR无人机在海战场的运用

中小型无人机因其独特的优势越来越受到海上作战部队的重视， 尤其在科学技术发展和海战军事应用需求的刺激下， 中小型无人机性能不断提高、 功能不断扩展、 作战能力不断增强， 逐渐从海上ISR领域的辅助装备发展成为不可或缺的必备装备， 是提升海上信息系统体系作战能力的关键要素， 将在未来海战中发挥巨大的作用。

2.1 海上中小型ISR无人机的运用特点

相较于大型无人机和有人机， 中小型无人机在执行海上ISR任务时具备以下优势：

（1） 起降方便。 大部分水面舰艇由于船体空间的约束， 不适合大型无人机/有人机起降， 使得飞机远距离滞空时间受限。 中小型无人机体积小、 拆卸运输方便、 部署机动灵活， 可在条件简陋的甲板或岛礁等狭小场地起飞和降落。

（2） 隐蔽性好。 中小型无人机一般尺寸较小， 雷达散射面积小， 很难被搜索雷达探测到。 而且由于中小型无人机都是短近程、 中程无人机， 发动机的功率相对较小， 使得无人机的噪声小和红外辐射水平低， 不易被敌方发觉， 大大增强了执行任务的隐蔽性。

（3） 效费比高。 中小型无人机相较于大型无人机和有人机， 制造成本较低， 系统相对简单， 重量较轻、 维修方便、 可靠性好、 使用成本低， 且培训无人机驾驶员的时间和费用少， 使其具有较高的效费比。

（4） 作战分布性好。 由于中小型无人机机动灵活， 布置方便， 可将具有高价值、 多用途的平台作战能力， 如光电侦察、 电子信号获取、 雷达侦察、 通信中继、 电子干扰、 火力打击等能力分布布置到大量低成本、 效费比高的中小型无人机上， 通过合理利用作战资源， 形成作战能力协同倍增效应， 实现分布式作战效果。

（5） 可集群化作战。 中小型无人机成本低， 可大批量装备于海上作战部队， 通过相关战术可形成无人机集群作战能力， 完成ISR、 目标定位、 火力指引等任务。 而且， 由于各无人机小而分散， 敌方摧毁困难且攻击代价高， 即使被摧毁， 代价较低， 容易补充。

2.2 海上中小型ISR无人机的运用样式

传统的水面舰艇侦察、 舰载直升机侦察完全满足不了海上作战部队对战场信息获取的需求， 中小型无人机因其独特的优势， 可以弥补其他海上情报搜集、 信息获取手段的不足， 提升海上情报体系的有效性、 完整性、 实时性， 为指挥员下决心、 做决策和执行行动计划提供强有力的支撑。 中小型无人机可以广泛应用于海上ISR领域， 主要体现在以下几个方面。

（1） 随舰侦察。 海上舰船尽管装有雷达、 光电、 水声探测等多种舰载侦察装备， 但由于受到地球曲率半径的影响及自身探测设备的限制， 其探测范围存在明显的局限性。 而中小型无人机可搭载相关传感器， 发挥居高临下的优势， 实施多批量、 长时间不间断侦察监视， 弥补舰船低空和超低空探测能力和范围的不足， 形成多维立体化情报网。

（2） 岛礁巡逻。 海上岛礁星罗棋布， 远离大陆。 采用传统舰船或有人机巡逻的方式对岛礁进行常态化监控的成本太高， 可使用中小型无人机搭配舰船巡逻的方式， 实施岛礁常态化巡逻， 从而加强对岛礁的管控能力。 同时， 可在岛礁上布署中小型无人机， 对大面积敏感海域实施持久、 实时的监控， 提高相关海域的监控与执法能力。

（3） 航空搜潜与探雷。 潜艇隐蔽性较好， 对舰、 对岸基军用设施威胁较大。 采用中小型无人机搭配磁探仪， 可以长时间对海域进行航空搜潜作业， 大大提高舰艇的反潜作战能力。 同时， 中小型无人机可搭配金属探测传感器， 实施海域扫雷作业。 由于探雷无人机体积小， 运输方便， 单艘扫雷舰艇可以携带多架无人机，  实施大范围的海域探雷作业， 大大提高扫雷效率， 而且可实现扫雷人员零伤亡。

（4） 舰船跟踪与定位。 通过侦察卫星等侦察设备发现敌方可疑舰船后， 若采用舰船跟随进行跟踪与定位， 容易暴露我方舰船的位置。 此时， 可以在超视距范围外发射小型无人机， 抵达相关海域后， 使用可见光、 红外或雷达侦察平台进行侦察与搜索， 发现目标后将目标锁定并持续跟踪， 同时将目标位置与侦察图像等数据传输给指挥站， 完成目标跟踪与定位任务。

（5） 目标指示与毁伤评估。 中小型无人机可搭载激光、 雷达等侦察设备， 为舰船的舰载火炮和导弹选定攻击目标， 同时及时提供目标的坐标、 方位、 速度等运动参数， 协助舰载火控系统完成目标分析和射击计算， 并使用激光指示器对目标进行指示， 实现舰载武器对目标的精确打击。 攻击过后， 无人机还可以对目标的毁伤效果进行评估， 协助指挥官决策是否进行再次攻击。

（6） 预警和通信中继。 由于大海宽广无垠， 海上通信资源较为有限， 而中小型无人机滞空能力强、 成本低， 可在海战场布置大量无人机携带通信控制系统、 雷达系统等通信载荷， 形成海上通信网络战节点， 为战区提供不间断的战场预警和通信中继能力， 提供传感器到传感器、 传感器到信息平台的传输途径， 并和卫星通讯系统、 舰载无线电通信系统、 水下通信系统构成海空天一体的立体化信息通信网络。

3 海上ISR无人机关键技术分析

虽然中小型ISR无人机因其独特的优势受到世界各国海上作战部队的青睐， 但海上环境恶劣， 其存在起降平台危险较大、 智能化程度不够、 数据传输较慢、 任务载荷精度较低和平台抗腐蚀能力差等问题， 制约了中小型无人机在海战场的应用。

3.1 发射与回收技术

海上大型无人机和有人机， 可在大型舰艇或岛礁机场有专用跑道起飞， 而中小型无人机的起飞面临的是舰艇甲板或岛礁的狭小场地， 且更易受到涌浪、 甲板风等环境因素的影响，  它的起飞一直是个难题。 而且， 大多数无人机起飞后， 在完成任务的同时， 为了实现其最大利用价值， 都会进行回收利用。 受平台的限制， 海上无人机着舰回收的安全性问题尤为突出。 有资料表明， 无人机回收过程的故障数占无人机整个执行任务故障总数的80%以上［14］。 因此， 海上中小型ISR无人机的发射与回收两大技术难题， 成为制约无人机海战运用的最主要因素。

目前， 海上中小型无人机的起飞方式主要有母机投放、 弹射起飞、 火箭助推起飞、 垂直起飞和手抛发射等（如图1所示）。 其中弹射起飞是利用很强的弹性元件的弹力作为动力， 为无人机提供起飞所需的加速度， 如美国“影子200”、 “扫描鹰”、 “黑杰克”， 英国的“不死鸟”， 以色列的“先锋”都采用此起飞方式［15-16］； 火箭助推起飞是借助固体火箭助推器， 从发射架将无人机助推起飞， 美国的“猎人”、 英国的“小猎鹰”和以色列的“哈比”无人机都采用这种起飞方式［17］； 垂直起飞技术能够让无人机垂直发射， 并具备空中悬停能力， 对跑道和其他发射装备无依赖， 适合各类型舰艇使用， 是目前无人机发射技术的研究重点， 大多数旋翼无人机和无人直升机都采用了这种方式， 还有少部分固定翼无人机， 如最新的美国“金眼”和俄罗斯“无风”-3无人机［18］。