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抵御无人机威胁:反无人机技术的开发与应用

反无人机技术正在快速发展。美国国防部(DOD)计划仅在2023财年就在反无人机系统上投入超过7亿美元,而这些投入几乎全部用于研发。无人机系统、反无人机系统之间不断发展的互动关系,对于决定无人机对全球安全的影响至关重要。

 

无人机防御

基础的反无人机系统由探测、识别和拦截系统组成。探测系统和识别系统允许防御者识别来袭的无人机威胁和相关属性,如系统数量、速度、大小以及无人机是否友好,而拦截系统允许防御者使无人机失效、受损或被击落。理想情况下,无人机防御应包括多种传感器和拦截选项,以适应它们之间的权衡。在现实情况中,高价值的固定资产可能配备有强大的防御系统,而移动或临时资产可能只有有限的专门无人机防御系统,甚至没有。

拦截方法则包括传统的动能武器、干扰无人机与操作员或导航卫星的连接、操纵无人机的自主性、利用定向能降低和摧毁无人机机架或电子设备,以及在进攻性反空作战中利用情报攻击集结区。拦截系统的可行性因领域而异。激光器价格昂贵(尽管单发成本可能较低),而且获取时间较长:虽然小型无人机可以很容易地获得保护涂层或采用新战术,但升级到更大型、更精良的系统可能成本更高、难度更大。一些现有拦截技术适用于任何领域,干扰器尤其如此,因为大多数无人机都依赖某种信号,不过信号的频率和类型可能取决于领域。

探测和识别无人机

有几种方法可以探测来袭的无人机。尽管雷达在探测低空飞行的无人机有困难,但是雷达可以在远距离探测大多数无人机雷达和操作员的启动成本很高,但大多数军队已经在操作雷达探测飞机和来袭的射弹。无线电频率扫描仪成本较低能够探测和三角定位无人机的位置并能在无人机发射前探测到无人机(如果该系统发射的信号是扫描仪设计用来探测的频谱),但在范围和一次追踪多个目标的能力方面存在限制。声传感器对探测无人机很有用但难以为无人机提供位置和速度数据,对探测无人机的效用有限。最后,视觉测需要有一条直接的视线,并提供关于无人机的数量、类型和距离的有限信息。

拦截无人机

1.动能武器

最显而易见可以用来反制无人机的方法就是使用现有的动能武器。因为大多数无人机都速度较慢且缺乏反制措施,因此一旦进入射程,就很容易受到大多数防空系统的攻击。各国军队也都装备了不同的防空炮、机枪、导弹、狙击手和便携式系统,因为它们的启动成本较低。只要系统发出警报,就能第一时间摧毁无人机。例如,乌克兰使用二战时期的老式自动高射炮就取得了一些成功。

动能反无人机系统的缺点是,能力最强的防空系统用来对付无人机往往并不经济。许多无人机系统都比“爱国者”或S-300发射的导弹便宜,如果面临无人机群的持续威胁,战略防空平台可能会面临导弹短缺的问题。美国和其他国家正在研究更经济的解决方案,如VAMPIRE反无人机导弹系统,但该系统的射程较短(不到8公里)。同样,常规反坦克或反舰导弹也可用于对付无人地面飞行器或无人水面舰艇,但这种方法不太可能经济实惠。

 

2.定向能武器

其次可以采取的方法就是定向能武器。从技术上讲,这些武器指的是利用激光、微波、粒子束、声波等的能量,产生高温、电离、辐射、声波等综合效应,从而对目标造成毁伤的武器。

与动能武器相比,定向能武器依靠高度集中能量来毁伤目标,它的能量转化率更高,传统动能武器不仅在弹丸的飞行过程中有能量损耗,而且会造成大量的附带毁伤,但是定向能武器则可以很好的避免这种问题,实现毁伤能量的高效转化。此外,定向能武器的单次发射成本也往往比动能系统低得多,因为成本是以所需电力来衡量的。不过,考虑到无人机技术和反制措施的发展速度,如果开发出价格低廉的反制措施,在定向能武器上投入巨资可能会有风险。

无线电频率和全球导航卫星系统干扰器是拦截无人机最常用的定向能方法。干扰器的工作原理是切断无人机与其操作员之间的联系,或者增加干扰,使无人机难以找到正确的信号。根据无人机的程序,干扰其与卫星的连接可以迫使其返回基地或降低无人机的精确度。便携式干扰器可以保护一个小区域免受单架无人机的攻击。2017年,空军以每台约3万美元的价格购买了便携式干扰器。能力更强的干扰器通常被集成到电子战和信号情报套件中,这些套件还能拦截和处理敌方通信,其价格往往高达数百万美元。车载电子战套件可以安装在海军舰艇上;也可以安装在地面上,如陆军的电子战战术车;还可以通过吊舱安装在飞机上,如EA-18G咆哮者电子战机上的吊舱。虽然干扰器可能对非空无人机有用,但无人机可能使用不同频率的信号,或者根本不使用电磁频谱。

3.全球导航卫星系统诱骗

这是无人机防御的另一种选择。无人机执行相关任务的前提是准确抵达任务地点,因此通过改变无人机的定位结果从而间接控制其飞行航迹,可以实现对非法无人机的有效管控。

导航诱骗技术是通过向周围环境发射虚假的卫星导航信号,使非法入侵的无人机在接收导航诱骗信号后解算得到错误的位置与速度信息,使其从预设航线上偏移到诱骗航线上。诱骗成功则可能导致无人机攻击失误、坠毁,甚至自相残杀。

4.高能激光武器

高能激光可将光束聚焦到无人机上,使其传感器失明,削弱其结构完整性,最终使系统失效。激光造成破坏可能需要激光保持聚焦数秒,并且无法越过地平线发射,所以目前在尺寸/射程方面存在很大的权衡。最先进的激光器体积大、静态,用于削弱敌方卫星和拦截高超音速导弹,而不是在一定距离内拦截无人机。此外,研究人员和制造商往往过度承诺激光器的能力,这使得激光器成为现代军队标准配置的速度变得更加难以确定。

 

为卫星和高超音速导弹设计的激光器多以兆瓦为单位测量功率,而大多数民用无人机激光器则以千瓦(kW)为单位测量功率,这就是以牺牲射程为代价提高了机动性,如美军M-SHORAD的拟议升级版,功率只在30千瓦到50千瓦之间,射程和功率都十分有限,但却因此保全了其高机动性。

5.高功率微波武器

高功率微波武器的工作原理与激光武器类似,都是将微波引向目标。微波的与众不同之处在于,它对电子元件的破坏力特别大,而且比激光的作用范围更广,这就降低了微波的有效射程,但如果无人机聚集在一起,微波平台就可以同时攻击数架无人机。微波还可以在不同频率下工作。目前正在开发的军用高功率微波与一辆小型拖车差不多大小,但一些公司正在设计小到足以安装在大型旋转翼无人机上的高功率微波。

 

6.进攻性防空作战

凭借强大的情报能力,一些国家的军队可能不需要为无人机制定专门的解决方案。面对无人机攻击的军队可以在攻击发起前攻击机场或储存设施,预测目标,并将点防御转移到该地区或定位无人机攻击的源头,以防止未来的攻击。一些北约官员认为,应重点打击操作人员和工业基地,而不是依赖任何特定技术。沙特阿拉伯经常声称,在胡塞武装的无人机用于攻击之前,先在港口对其进行打击。同样,乌克兰和俄罗斯军队也越来越多地将目标对准对手的无人机操作员,因为训练有素的操作员比廉价的无人机更难替换。然而,情报机构很少有能力确定每一架无人机威胁的位置和意图,即使有,也很难保证每一架敌方无人机的位置都有足够的时间进行攻击或准备防御。

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