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无人机和巡飞弹真的能完全取代传统打击武器吗?——从房山区救灾案例分析

2023-08-02 15:54 作者:冰封之龙  | 我要投稿

自从俄乌战争以来,无人机,巡飞弹持续在战场上展露出自己的神威。庞大而坚固的豹2式坦克,毫无征兆的被“柳叶刀”无人机攻顶摧毁;号称防卫森严,连纳粹德国都无法轰炸的莫斯科红场,在1987年耻辱性的“红场事件”后,再度被无人机攻破,克里姆林宫的穹顶燃起大火。相反,传统意义上的远程打击利器,如巡航导弹,弹道导弹,却在这次战争中鲜见成绩,与巨大的发射量完全不匹配,而且被拦截的新闻屡见不鲜。

在这样的信息轰炸下,很多人都有了一个想法:无人机和巡飞弹这样强,而且成本很低,那么为什么还要花费巨资开发弹道导弹和巡航导弹呢?为什么不全面装备廉价的巡飞弹和无人机呢?

最近几天,京津冀遭到了21世纪以来最强的台风洪水袭击,位于燕山和太行山交界处的北京西部房山地区,门头沟地区受灾严重,铁路公路中断,村庄和外界失去联系。在此紧急时刻,救援人员用无人机成功投放供村庄人员对外通讯的卫星电话和应急电源,重新建立起信息通道。在这次无人机大显神威的背后,本人却从新闻报道的细微之处,觉察到了一段话:

新闻中,救援无人机起飞后,由于空中仍然暴雨不断,云层很低,考虑到飞行安全,无人机只能飞到700米空中前进。同时,由于房山区和门头沟区处于燕山和太行山交界处,这里山峦叠起,层峦叠嶂,无人机为了不撞山,又不能飞入云层,只能利用卫星定位和无线电高度计贴着山峦飞行,很快就失去了和控制站的直接联系。幸好,由于投放物品地点是固定的目标村庄的公共设施,且物品包裹上已经贴有“收到后请立即交给负责干部”的纸条,所以无人机只需要飞到指定位置释放包裹,原路返回即可,无需全程手控,干净利落的完成了航空运输任务。但是,这里的信息,却暴露出当代高性能无人机一个巨大的缺陷:

通讯数据链受到地形和天候阻碍较大。

那么,我们就去从原理分析,这个问题对于无人机实际战斗力的影响,以及战场上如何规避这问题吧。

当代高性能无人机的两大法宝:高速图传数据链和卫星定位制导技术

早在20世纪三十年代,无人机就诞生了,只不过那时候无人机基本上做不了什么大事,只能作为靶机使用。在二战中,美国第一次将电视图像传输系统和无线电遥控系统结合在报废的B-17上,制造出世界上第一种自杀式无人机BQ-17,但由于当时通讯带宽太小,加上操作延迟太大,这种巨型自杀式无人机没有什么成绩(同时由于系统不可靠,造成了约翰·F·肯尼迪的大哥小约瑟夫·肯尼迪被炸死)。

因此,在那之后,无人机虽然广泛用于侦查和打靶,但基本上不带有实时图像转发能力,只能用机载设备,按照预定的飞行设置拍摄地面目标,再返回机场后,拆下胶卷舱冲印照片进行分析,因此基本上不具备实时的侦查效能。同时,由于无人机缺乏有效的定位系统,仅能依托发射飞机自身估计自身位置,并根据发动机推力参数预估飞行轨迹,造成无人机经常在远离实际目标的地方打开相机开始拍摄,大大降低了拍摄效率。

美国在越南战争时期用直升机拖钩回收返回的火蜂无人机

30年后,在伊拉克战场上,MQ-1捕食者无人机和MQ-4全球鹰无人机的闪亮发挥,顿时改变了无人机的社会观感。能让”捕食者“”全球鹰“有效发挥自身性能的主要因素,就在于它们的信息系统的极大升级:配备了卫星定位系统和具备图传能力的高速数据链。

捕食者无人机是第一款有实战记录的察打一体无人机,其机头下方为高清摄像头,具备昼夜作战能力;背部装有卫星数据链和卫星定位系统,可具备在美国本土遥控其进攻的能力,后来这也构成了大部分察打一体无人机的标准配置

卫星定位系统和卫星数据链的使用,极大程度改变了过去无人机遥控距离短,飞行精度差,功能单一且缺乏时效性的问题。但需要注意的是,这两个技术其实并非为无人机单独研制,而是为了所有的战斗兵器所开发的,在此之前,美国参加海湾战争时期的空军飞机和1999年以后服役的第四代战斧导弹,都具备了这两个功能。

很长一段时间以来,卫星通信和卫星定位几乎是军方独有的,但是随着大韩航空007误入苏联领空被击落,美国开发的全球卫星定位系统(GPS)便在民航界的呼吁下,将非加密频段提供给民用,迄今已经全面普及,成为了任何一个人网购外卖,出门打车所必备的技术。而卫星通信则以早期的卫星电话,海事电话,发展到后来的铱星通信和马斯克星链上网为使用者服务。不过,相比卫星定位的普及率,卫星通讯迄今还不能完全普及,这背后有一个很重要的因素:卫星通信地面设备尺寸。

卫星电视需要使用倒置卡塞格伦天线对准地球静止轨道通讯卫星方位才能收看
卫星电话发射机功率要远大于普通手机和对讲机,因此尺寸无法全面小型化
号称低成本递归卫星通讯的星链,仍需要较大尺寸地面设备

相比之下,卫星定位系统由于是无源设备,只需要单向接收定位卫星的信号,而且定位所需的信号带宽极低,仅需要传输卫星在系统内编号和卫星UTC时钟时间,接收端接收后对比预存的卫星轨道信息和自己的时间,就可反推出卫星所在轨道位置,再利用三点定位球面任何一点坐标的原理将自身经纬度测出即可。所以卫星定位系统尺寸很容易小型化,并集成在我们的手机之中。

因而,当前大部分无人机虽然普及了卫星定位系统,但是能用上卫星数据链的无人机,大部分都是一些高端的无人机,其他大部分的无人机,就只好用传统的微波通讯模式了。

在纳卡战争一炮走红的土耳其TB-2无人机和其搭配的控制车
航程超过2公里以上的单兵和班组无人机也需要架设高出地面的通讯天线

这样一来,作为战场上廉价的消耗品的廉价无人机和巡飞弹,考虑到价格和尺寸,就不能滥用昂贵和大尺寸的卫通设备,只能使用地面微波遥控+卫星定位导航的组合驾驶模式进行操作。但是这两点都有较大的缺陷:

1、卫星定位系统容易被干扰。由于卫星定位系统卫星飞行在30000公里的中地球轨道,且本身只需要很低的信号强度就可以传输卫星定位数据,所以一般来说只需要较大的噪声干扰设备,就足以压制敌方一些抗干扰能力较差的依托卫星定位系统飞行的武器。如俄罗斯在叙利亚和乌克兰战场,就成功用GPS干扰设备对抗过JDAM炸弹。

2、有能力建成全球性的卫星定位系统的国家仅有中美俄三个,外加欧洲联盟。但是能够做到地面配套设备大量铺货的只有美国GPS和中国北斗导航,俄罗斯格洛纳斯连俄军使用量都不如他们使用GPS的数量,而伽利略更是缺乏抗干扰的军用频道,难以用于军事。那么如果战争爆发,作战区域的卫星定位系统信号被垄断国际卫星定位系统的国家关闭,则当地参战方难以运用卫星定位作战;

3、微波通讯受制于障碍物和天气影响较大。由于微波波长小,同时水滴可以吸收一定波段的微波(即微波炉原理),因此在雨雪冰雹天气下,微波通讯有效距离会减少,通讯品质会下降;同时,由于微波直线传播,在战场多为平原的乌克兰战斗时,有效距离通常有数十公里,但在山地较多的地区作战时,则有效距离受到地形阻隔会严重受限。这也是为啥房山救灾无人机起飞后失联,只能靠预设定位飞行的缘故。

4、地面微波设备容易被对方使用电波逆探技术定位,该技术早在第一次世界大战时就很成熟。因此,在地面上贸然使用大功率无线电设备遥控无人机和巡飞弹,极易被对方逆探定位后,使用反辐射导弹或其他武器轰击,造成操作人员伤亡。

5、对于缺乏定向天线的无人机和巡飞弹,其抗击近距离噪声干扰的能力比使用定向天线和卫星天线的无人机差得多,使得面对有较强电子对抗能力的目标缺乏突防能力。

俄军装备的电子战设备,可以有效定位无人机操作车位置并呼叫火力反击,同时也能致盲敌方无人机,使其失控坠毁

因此,考虑到这些元素后,大家就会明白,为何惯性制导、地形匹配和末段毫米波/红外成像技术很昂贵,但是使用它们的正规巡航导弹和有末制导能力的弹道导弹却仍然被各国重视了。甚至就连缺乏末制导能力的早期弹道导弹,如圆点U,飞毛腿导弹,早期型号的MGM-140等,也因为其难以用软杀伤手段对抗,而使得对方不得不分出足够的要地防空系统去保卫后方重要设施而存在战略价值。


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