无人机系统在城市作战中的应用

近日，美国参谋长联席会议发布的《联合部队季刊》上刊载了一篇有关对无人机系统在城市作战中应用分析的文章，描述了无人机系统在城市环境中的作战优势、武器性能特点、战术使用方式、技术挑战和后勤保障等内容。

近期的研究报告表明，城市战将成为21世纪一种重要的战争形式，在城市作战环境中，敌人可使用低成本的杀伤性武器，如复杂性不断增加的简易爆炸装置（IED）、先进的火炮推进手榴弹、穿透性弹头和武装商用无人机，因此美军将面临许多近距离作战场景。

无人机可在城市战环境中发挥巨大作用，它可为分队级地面部队提供监视能力，将地面部队的视野由二维扩展为三维，并提供潜在的新型战术机动能力。例如，在城市环境中如果要对相邻街道的敌军采取侧面袭击，地面部队可发射无人机，从上方对敌军进行干扰。无人机具备的作战优势如下：

• 速度：无人机的机动性较强，且不受障碍物的影响，可快速打击时敏目标，如切断敌军的撤退路线。

• 集结：无人机可独立于各种地形和地面部队行动，因此可让指挥官在关键时刻将无人机集中部署在战场上的关键地点。

• 持久性：在与地面部队交战时，无人机部队可夺取和控制地形。在与己方地面部队合作行动时，无人机可降落并停留在指定的地方以占领目标，并阻止敌军接近目标。

• 大规模性：无人机部队可在空间中随意部署，从而实现特有的火力集中能力。例如，可在不同高度部署不同的无人机以便同时对敌军开展集中火力攻击。

此外，无人机部队编制灵活，可随时配属给地面部队指挥官，以提升部队的合成作战能力。

随着技术的进步，无人机已经具备了作战能力，目前这些无人机武器平台具有以下特点：

• 三轴机动性。无人机可在几百米的高空机动，可沿三个空间轴机动，也可保持静止，其灵活性高于固定翼飞机。
• 小尺寸。无人机的尺寸较小，可高效地在建筑物、树、电塔和电线间穿梭。
• 可用的载荷。可搭载步兵携带的杀伤力较强的武器。
• 控制。可装备传感器和通信设备以感知和报告周围环境，并接受指挥官的指挥与控制
• 自主性。具备一定的自主能力，能够在无人员控制的情况下管理自身的稳定性、导航和其他功能。能够由一名操作员控制无人机蜂群，并以团队的形式协同作战。
• 持久性。在小规模交战过程中，无人机具备足够的续航能力（最低30分钟），并可及时返回后勤补给点。

当前的大型四旋翼或六旋翼无人机是满足城市作战要求的第一代平台，具备城市作战所需的基本特征。目前美军正在开发更多的无人机平台，如美国陆军研究实验室正在开展联合战术空中补给平台（JTARV）项目，该无人机可提供200磅以上的运输能力。未来，具备不同推进系统和设计特点的无人机平台将提供更强的作战能力。

单架无人机的生存能力和杀伤力有限。由于这些无人机的体积较小，容易受到小型武器和其他直接火力的攻击，如激光和高能微波反无人机武器，因此依赖于自身的机动能力和受到的掩护，有时需要在非常低的高度（低于10米）飞行。这些无人机可搭载类似于单兵使用的武器，如自动步枪和微型管射直接攻击弹药。因此一架无人机的作战能力相当于一个或几个步兵。

但是，由多架无人机组成的编队可大幅提升无人机的生存能力和杀伤力。无人机编队损失一架无人机对整体作战能力的影响很小，并且无人机编队的整体攻击能力非常强。因此，无人机编队应作为城市作战的基本单元，一名战士就可以操控一支无人机编队。

无人机编队可配属给连级或营级部队，如“斯特赖克”旅战斗队的步兵连或海军陆战队步兵旅，这些部队对无人机编队的战术使用方式有：

3.1 接敌运动

无人机编队的机动性较强，且不受地形影响，可在接敌运动中作为一支高效的掩护部队，为指挥人员提供实时情报、监视和侦察（ISR）信息。如果发生遭遇战，无人机编队的机动能力可使其更快响应，掌握主动权并让敌军陷入困境以帮助形成更大规模的作战行动。无人机编队的机动性和对敌人的消耗性可使己方部队不参与决定性交战，己方部队可随时撤退。

3.2 形成交战

在攻击过程中，无人机编队可先于后续部队进入建筑物较多的区域，以发现敌方的备战位置并与其交战。无人机可提供压制性火力，迫使敌方离开开放区域。无人机编队还可识别敌军埋伏的位置并投掷烟幕。

3.3 垂直包围

无人机编队可为地面部队提供垂直包围能力，当敌方位于遮蔽物后方或战壕内，并且没有较强的空中掩护能力时，无人机编队可开展垂直包围行动。与传统的空中支援不同，无人机编队可一直处于包围的位置，对敌军进行定位，并对其进行持续攻击。

3.4 渗透和遮断

由于不受地形限制，无人机编队可随意集中和分散。各无人机可单独穿越地形对敌军进行渗透，在敌军后方区域集中并开展攻击，对敌方的补给进行打击或攻击敌方指挥机构。无人机编队也可分散，撤退到己方指定位置，并等待下一次作战。

3.5 决定性战斗

无人机编队可提供三维火力集中能力以提供最高的致命性。无人机编队可形成三维战术编队，如垂直排列形成“墙”形编队，或采用半球形组合以攻击加固型建筑这样的离散目标。

3.6 区域防空

无人机编队可降落在指定的地点进行观测，并对该地点进行防护以防止敌军占领，从而为己方部队提供防空能力。未来的无人机在降落后可改变自身形状以便于观测、获取能量、实施地面机动和部署武器。

3.7 机动式防御和撤退

无人机编队在进攻性机动行动中提供的优势同样适用于防御行动。无人机编队可成为地面部队的潜在后备部队，当地面部队受到敌方攻击时，它可提供有效的防御能力，并可在撤退行动中为部队提供掩护。

为了提升无人机平台的生存能力和杀伤力，目前还存在指挥与控制和人工智能方面的技术挑战。

当前的无人机是高价值资产，在使用过程中需要很多的人为干预。士兵需要向无人机发布命令、为其加油，未来的无人机应该能够在出现故障时自己修复，并在没有监管的情况下持续执行一些基本职能，以下是未来需要发展的技术。

4.1 指挥、控制和通信

指挥与控制方面的挑战在于士兵需要为无人机编队内的多架无人机提供指导，并需要有效控制无人机编队。

目前的自主无人机蜂群技术已经相对成熟，已经不需要如全球定位系统这样的外部辅助手段来支持复杂的无人机编队行动。无人机可使用小型照相机、雷达和轻型测距传感器来获取视觉和距离数据，从而实现复杂环境下的自主导航。目前，无人机可实现室内环境下的导航，能够规避障碍物，还可在如森林这样的室外环境下导航。近期交付的基于无人机编队的应用程序可使无人机在城市街道上方飞行并从其他车辆获取导航数据。

无人机编队必须能够接收和解释类似于上级发送给士兵或班组组长的指令，如“向某个十字路口移动”或“攻击某目标直至完成摧毁”。目前，士兵可向无人机编队发送电子命令，可点击战场空间实时地图上的位置和目标来操控无人机。

人类操作员的态势感知也需要不断发展，目前在地面战争中，即使战术级的士兵在做决策时也需要考虑伦理、政治甚至战略影响。因此，期望无人机编队在短期内理解其作战环境的复杂性并能应对未预料到的障碍或情况是不切实际的。因此，最终都需要人来控制无人机编队开展军事任务和避免误伤，尤其是目前的无人机都配备了武器装备。操作员必须具备积极的态势感知能力，并将无人机编队作为一个整体来控制。因此，需要开发新型界面来使操作员看到无人机编队的视野，从而向无人机编队下达命令。操作员还需要在某些情况下快速切换不同无人机编队的视野。

所有的指挥与控制功能都需要信息共享和数据融合。无人机编队内的各无人机之间也需要信息共享。无人机编队控制员需要利用最新的态势感知图和无人机拍摄的最新实时信息，并利用这些信息不断更新态势图。

此外，由于无人机容易受到其他无人机电子战攻击的影响，因此还要考虑安全通信的问题。如果无人机失去了通信能力，就会自主返回回收点。在与地面部队保持通信的情况下，无人机编队可使用宽带、低截获概率的视距通信方法来获取通信能力，如激光光学数据链。无人机编队可能会在离基地几千米以内的范围内活动，以保持视距通信能力。如“向某处移动”或“摧毁某个目标”这样的命令可由附近的部队使用随时可用的激光目标指示器，以光编码的形式发送。在城市区域，光学数据链可由盘旋在十字路口角落的中继无人机发送。

4.2 作战人工智能

半自主无人机编队的作战需要特定的人工智能技术，包括：

• 目标接收能力。无人机系统需要具备自动化目标识别系统，这种系统可基于提前定义的特征来识别潜在目标。无人机编队还需要能够识别操作员指定的目标，并理解目标边界和目标包含的实体：静态物体、静态物体的一部分（如建筑物上的窗户）、移动车辆、一片区域等。
• 目标跟踪能力。无人机编队需要能够持续跟踪移动目标，并在周围的灯光或气象发生变化、目标位于障碍物或烟幕后方或受火力攻击等情况下仍保持对目标的跟踪。
• 目标评估能力。无人机在完成目标攻击后，需要能够确定目标是否被摧毁，以节约其他部队的火力。
• 受袭感知能力。为了在易遭受敌军攻击的环境下保持生存能力，无人机编队应在一架无人机遭受攻击或被摧毁时及时发现，并在告知操作员的同时采取适当的防御行动，如采取规避动作。

由于敌军也能够部署自己的无人机编队，作战人工智能应该融入无人机对抗推演。这比地面作战部队的推演简单，因为不需要过多的人为判断，目标识别和评估过程也更简单。目前，学术界的研究人员已经演示了自主无人机蜂群对抗的仿真工具。

无人机编队在作战过程中面临油料、电力和弹药短缺的问题，因此需要自主作战后勤，如果使用人工后勤供应就会消耗作战部队的作战精力。

无人机编队需要有补给点，并具备自主补给的能力。其中一种方法是使用飞机将燃料和弹药箱投送到作战区域附件的避难所。在城市作战环境中，可将补给投送到作战后方的几个街区或建筑物的楼顶等地方。

补给箱可由类似于当前联合战术空中补给平台的飞机投放，无人机可自主导航到相应的补给点，其方式是跟随无线电射频或红外信号。无人机可在盘旋过程中通过无人机底部的加油管接入油料箱以完成加油，或通过丢弃用尽的弹药箱并接入弹药补给箱完成弹药补给。

无人机的飞行速度约为48.28千米/小时，无人机可在1分钟内飞跃7个街区，完成油料和弹药补给后再返回战场，因此无人机在城市作战中的持续性没有限制。

无人机自修复能力的开发难度较高，因此需要增强无人机的抗打击能力。无人机需要具备较强的冗余性，四旋翼以上的无人机具备这种能力，如果一个旋翼损坏，则无人机还能继续飞行。

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