无人机 “蜂群”作战模式对部队*防空和要地防空提出了全新挑战，迫切需要尽快构建低成本预警反应和打击拦截一体化联合防御体系。针对单一手段难于有效对无人机蜂群进行拦截的难题，本文提出一种多层反无人机蜂群拦截体系: 远程高性能对高价值、中程面*伤对多数量、中近程可重复对低成本、近程多样化手段相结合，具有时空分工，紧密衔接的远 /中/中近 /近程协同拦截体系。其中，中近程是硬*伤的关键阶段，目前还没有成熟的成本对称的硬*伤方案。2019 年 10月，外媒报道了一种 “无人机粉碎机”硬*伤反无人机系统，该系统采用无人机以直接碰撞的形是对低、小、慢无人机目标进行直撞击，以达到拦截入侵无人机的目的。本文对此拦截系统的组成、关键技术、指标参数进行分析，指出其工作方式和在反蜂群体系中可发挥的作用。
01
引言
2019 年 10 月，美国一家名为安德里尔的公司向美国国家广播公司公布了一种新颖的无人机拦截方式: 利用一架被称为 “无人机粉碎机”( Drone-Smasher) 的无人机击落了一架离地高度约30. 5 米 的 四 旋 翼 无 人 机， 并 完 好 无 损 地 返 回地面。
安德里尔公司联合创始人帕尔默·卢卡奇在接受彭博社采访时表明了他的观点: “所有软*伤方式 ( 应对无人机蜂群威胁) 都是浪费时间”。他所说的软*伤方式是指使用电子战，特别是通过干扰无人机与地面站通信的方式使无人机失效。他认为无人机将逐渐向半自主或自主的模式发展，与操作人员联系的必要性在不断减弱。同时，面对反导航欺骗能力的增强，无人机集群扩频、跳频通信的广泛使用，电磁干扰与反干扰方式最终将会达到一种动态平衡状态，出现某一方呈压倒性优势的可能性较低。因此，卢卡奇认为，建立以 “无人机粉碎机”为主的硬*伤拦截系统是应对无人机蜂群饱和攻击的有效手段。目前，安德里尔公司已获得该拦截系统的若干个采购合同，已披露的最大合同金额为 1350万美元。
尽管卢卡奇关于软*伤方式反无人机蜂群的观点有值得商榷的地方，但硬*伤式反无人机蜂群思路的合理性在反蜂群的众多技术路线中开始逐渐凸显。“无人机粉碎机”采用直接碰撞的方式击毁入侵无人机，具有直接、高效、低成本和可重复使用的优点。纵观人类武器发展史，当一种新质作战力量诞生后，应对该种作战武器最有效的方式往往是该武器本身。从骑兵群对抗到火枪兵群对抗，再到坦克群对抗、舰艇群对抗和飞机群对抗均说明了这个道理。即使在导弹出现之后，人们在尝试假目标伪装、导弹干扰等多种手段之后，最终还是选择了 “以导弹打导弹” 。目前，在反蜂群技术体制尚未明确，蜂群武器与反蜂群武器竞争式对抗发展的关键时期，研究类似 “无人机粉碎机”的蜂群与反蜂群 “硬*伤”作战模式对选择合理反蜂群技术发展路线，提高反蜂群作战能力具有参考意义。鉴于此，本文对 “无人机粉碎机”这种硬*伤式反无人机蜂群关键技术进行分析，为制定反蜂群技术路线提供参考。
02
硬*伤反峰群技术路线
自 2018 年 1 月俄罗斯驻叙利亚的赫梅米姆基地遭到叙利亚武装分子 “土法炼钢”式的无人机机群攻击以来，诸多热点地区的武装冲突中，越来越多地见到无人机 “蜂群”的身影。无人机 “蜂群”作战模式已经给世界各国的军队敲响了警钟，对*防空和要地防空提出了全新的挑战。
( 一) 无人机 “蜂群”拦截体系
分析无人机 “蜂群”作战的全流程，可以将无人机 “蜂群”战术的应用流程划为四个阶段，如图 1 所示，即远程—载机释放、中程—密集飞行、中近程—散布飞行和近程—侦察/攻击。针对这种特点，采用单一模式对抗蜂群 “过饱和”攻击战术是不现实的。因此，最为合理的方式是采用多层拦截体系，针对无人机蜂群飞行特点进行拦截，即: 远程高性能对高价值、中程面*伤对多数量、中近程可重复对低成本、近程多样化手段相结合，形成具有时空分工且紧密衔接的远/ 中 / 中近 / 近程协同拦截体系，降低对每层拦截漏网率的要求，构成整体技术现阶段可行、未来可持续发展的拦截体系。
图 1 无人机蜂群作战阶段划分
1. 远程拦截: 打载机—价值高、难度较大
由于无人机蜂群自身续航能力的限制，不可能直接由基地飞向侦察/打击目标，必须由载机将其运载至目标附近约 200 km 处释放，然后以蜂群编队的形式向目标飞行。在这个阶段，如果能够对载机进行早期预警并打击，效果无疑是最好的，价值也最大。打掉一架载机，相当于消除了载机上所有无人机的威胁。但如美军所演示的，无人机蜂群通常由具有强大自我防护能力的F-18 大黄蜂战斗机或 C-130 运输机远程释放，要想在远距离将载机全部击落绝非易事。
2. 中程拦截: 面*伤—窗口小，效果有限
当无人机蜂群由载机释放后，有一段密集飞行的初始段，此时无人机尚未形成有效的蜂群编队，相互之间的通信和协作也没有完全展开，自我保护能力相对脆弱，此时是采用类似云爆弹武器进行面*伤的有利窗口。当雷达锁定无人机蜂群高密度飞行方向后，云爆弹从舰上发射，在密集的无人机蜂群中爆炸，形成面*伤效果，大量摧毁无人机蜂群。但由于无人机密集飞行阶段时间较短，采用免*伤武器进行有效打击的时间窗口极其狭窄，当蜂群之间的通信、协作能力形成之后，将会以时散时聚的形式从不同的方向飞向目标，增大群打击难度。
3. 中近程拦截: 群对群—潜力大，价值对等
当无人机蜂群飞入中近程，即距离目标 10 ～60 km 左右，目前近距离打击无人机蜂群的手段，如密集阵列、激光武器等，由于射程原因难以奏效。可行的方式中，一种是采用类似铠甲 S1 的弹炮结合系统打击，但在打击成本与价值上不成正比，效费比不高，当蜂群数量过多，形成过饱和攻击一是时，弹炮结合系统也难于应付; 另一种是采用电子压制、通讯链路干扰、GPS 欺骗等手段使无人机蜂群无法正常工作。但随着武器系统 “矛与盾”的竞争式发展，无人机蜂群抗干扰手段也在不断提升，未来采用纯电磁压制、欺骗手段取得战场优势的可能性较小。
( 二) 硬*伤模式的作战优势
通过以上分析可以看出，“无人机粉碎机”式的硬*伤模式，是中近程距离反击无人机蜂群战术的一条极具发展潜力的技术路线。具有 “效率高、成本低、价值对等”等优势，从作战思想上来讲，其最大优势在于:
1. 目标的非一致性
对敌方无人机蜂群而言，只有实现对我方高价值目标的侦察/打击才能实现其基本作战目标;而对于 “无人机粉碎机”系统而言，其主要目标是对敌方无人机蜂群进行拦截，这就使得双方无人机蜂群在对抗过程中的目标具有非一致性。敌方无人机蜂群除了要与 “无人机粉碎机”进行缠斗，还需要在缠斗之后到达侦察/打击目标执行任务，而 “无人机粉碎机”只需要拦截敌方无人机蜂群即可，即使是在碰撞过程中与敌方无人机同时损毁，进行拦截的目标已部分达成，而蜂群进攻的目标尚未达到。因此， “无人机粉碎机”在设计目标上可专注于对敌方无人机蜂群进行攻击，在初始设计上更具有攻击优势。
2. 成本的对称性
“无人机粉碎机”本质上也是一种无人机，在战斗过程中，除了可以与敌方无人机蜂群反复交战，也可以在续航能力不足或是出现部分战损的情况下进行自主回收，实现重复使用。随着技术路线的成熟与技术水平的提升， “无人机粉碎机”在反击无人机蜂群的效果与成本上具有对称性。
基于此， “无人机粉碎机”可有效利用速度和机动性优势，通过区域任务分配和作战协同，对敌方无人机蜂群进行反复追逐打击，达到有效的战场 “清扫”效果，最大限度降低无人机蜂群从中近程距离 “漏网”的概率，使无人机蜂群进入我方高价值目标区域 10 km 范围内的数量降低到总数的 5% 以下。此时，多样化的近程反无人机武器将具有充足的作战能力和反应时间对敌方无人机蜂群进行摧毁。
因此， “硬*伤”模式更适合作用于中近程“以无人机集群对无人机集群”的反蜂群作战模式，配合远程、中程和近程的多手段拦截方式，可以构成整体技术现阶段可行、未来可持续发展的无人机蜂群创新拦截体系。该体系在未来可大幅降低对每层拦截的防漏网要求，为无人机蜂群与反蜂群作战提供竞争对抗式发展基础。
03
“无人机”粉碎机系统组成
以安德里尔公司海关安全防护无人机为例，其推出的 “无人机粉碎机”系统包括一套名为 “哨塔”( Sentry Tower) 的探测、识别系统，该系统由光学、微波和红外探测系统组成; 一套名为 “栅格”( Lattice) 的基于人工智能驱动传感器融合系统，该系统可集成第三方传感器，形成单一的网络平台，可在指定区域对任何车辆、人员、无人机或其他具有威胁的物体进行分类、识别和跟踪; 还包括一套名为“幽灵”( Ghost) 的四旋翼无人机系统，该无人机具有长航时、速度快、抗冲击能力强、可重复使用等特点。该 “幽灵” 无人机可通过 “栅格”移动端 APP 自主操作，多个 “幽灵” 无人机可由一个控制终端进行操作，可支持大规模集群巡逻与作战。该系统组成如图 2 所示：
图 2 “无人机粉碎机” 系统组成
04
关键技术解析
( 一) 探测识别系统
“无人机粉碎机”系统中的 “哨塔”系统是一套集成第三方传感器的探测、识别系统，该系统由光学、微波和红外探测系统组成，主要设置在警戒区域附近的高地，以太阳能和蓄电池为主要能源供电，如图 3 所示。公开资料中没有披露“哨塔”系统的探测范围，但通常可以认为，对于直径小于 1 米的入侵无人机目标，光学传感器的作用范围小于 2 km，红外和微波探测器的作用范围小于 5 km。所以，总体来说，“哨塔” 系统是一个近程探测设备。
图 3 “哨塔” 探测识别系统
( 二) 传感器融合系统
“无人机粉碎机”系统中的 “栅格”传感器融合系统可以理解为无人机系统的地面站软件，其主要任务是接收第三方传感器的信息和 “幽灵”无人机向其发送的自身状态信息。“栅格”将两者的信息融合后对车辆、人员、无人机或其他具有威胁的物体进行分类、识别和跟踪。公开资料信息显示，安德里尔公司的人工智能手段主要集中在 “栅格”系统中，栅格的功能可以概括为以下几个方面:
1. 智能目标识别
在警戒区域内， “栅格”系统接收来自第三方传感器 ( 即探测识别系统) 传递的原始图像、红外等 数 据，然 后 采 用 基 于 深 度 学 戏 的 类 以“YOLO”的图像识别处理算法，快速对目标进行识别、分类。需要说明的是，目前基于深度学习的类 “YOLO”图像识别算法已经取得长足进步，在识别正确率方面已远远超过传统基于边缘检测等规则的目标识别算法。
2. 无人机指令发送
“栅格”具有无人机地面站所具有的所有功能，可以指定 “幽灵”无人机按照给定坐标点巡航。它既可以对我方目标进行管理，也可以对敌方信息进行管理，在发现威胁目标后，可以将确认的威胁目标统一显示在软件界面，形成 “态势一张图”的效果。根据 “栅格”系统的功能菜单推断，该系统还具有命令 “幽灵”无人机朝指定无人机撞击、管理机载传感器、指定区域警戒和多边形扫描等功能。可以认为，“栅格”系统是基于 “幽灵”无人机分系统 ( 机载传感器) 、整机 ( 自驾游 GPS、惯组) 、集群 ( 多架无人机联合控制) 和第三方传感器的多层信息物理系统，可形成完整的战场态势。该系统是开展群对抗智能博弈，进行反无人机作战的关键。
( 三) “幽灵”无人机系统
“幽灵”无人机系统如图 4 所示。该无人机采用四轴旋翼设计，但推进电机朝下，桨叶升力面 朝 上机 身 推 力 的 整 体 爱 力 位 置 偏 记 身下方。
图 4 安德里尔公司开发的 “幽灵” 无人机实物图和建模图
从 “幽灵”无人机的实物图可以看出，该无人机采用的是 Brother Hobby Avenger 2812 900 /1115KV 5 － 6S 型无刷电机，该电机尺寸为 44 ×34. 3 × 21. 6 mm，重量为 79 g。由此可以推断出，无人机机架的长度约为 50 cm，机身高度约为 25 cm。所使用的螺旋桨为 9. 4 英寸 ( 约合 24 厘米) ，可以认为是 9450 标准螺旋桨。
按螺旋桨静/动推力计算方程计算可得，ＲPMprop= 9000 r / min，单桨静拉力为 2. 6 kg，V0= 10 m / s 时，单桨动拉力为 2. 46 kg，4 个桨的总拉力约为 10 kg。因此该无人机的总重量将被限制在 10 kg 以内。按照公开的信息，该无人机自身重量大约为 4. 5 ～ 7 kg，能够以每小时 160 km的速度撞向目标。
“幽灵”无人机整体呈三层结构，如图 5 所示。其最下层是电池仓，以机架结构固定电池，6S 聚合物电池重量在 0. 9 kg 左右，6200 m Ah。这样可以使无人机重心向下，稳定性强。中间层放置自驾仪盒，电机机架上放置 GPS 天线。最上层是硬质金属外壳，内置无人机的有效载荷，如机载光电/红外传感器和数传天线等。上层金属外壳与水平面有大约 20°的倾角，这使得无人机在侧向飞行时，可以更容易锁定前向目标。这样的三层结构可以很好地保护其自身设备在撞击时不发生损坏。
图 5 “幽灵” 无人机横截面图
“幽灵”无人机主要借助最上层的硬质金属外壳与目标无人机相撞。撞击后，如果机体没有发生损伤，可以安全返回; 如果机体发生损坏，如桨片被打断或者电机机架被撞断，其上有一个降落伞的伞盒，在无人机发生失稳情况无法安全降落时，可开启降落伞，缓慢降落至地面，使部分有效载荷能被回收利用，如图 6 所示。
04
结语
“无人机粉碎机”具有飞行速度快、抗冲击能力强、可重复使用等特点，在与目标无人机进行撞击后，依然能够存活，可返回出发地。在地面监控系统的支持下，这种可重复使用的拦截武器在应对大规模无人机蜂群 “饱和式”攻击的作战场景中具有特殊的 “反应快、效率高、成本低”的优势。但是这种模式在近程，也就是安德里尔公司 “哨塔” 作用范围内 ( 5 km 以内) 发挥作用有限，替代方案也较多，如近程速射炮、激光武器、微波武器等。未来应着重发展这种“硬*伤”模式的中近程 ( 10 ～ 60 km) 化技术，充分发挥无人机的中近程机动能力、低成本毁伤能力和可重复使用能力，与目前已有的硬*伤模式在作用距离上进行分。按照这种思路，指定类似 “无人机粉碎机”这类硬*伤式反无人机技术路线首先应着重发展类似油电混合的中近程长航时能力，使 “无人机粉碎机”能够在距离防护目标 10 ～ 60 km 间机动航，拓展对蜂群防御的空间和时间。其次，需要发展智能群对抗技术手段，使无人机在群对抗中具有更灵活的自主性、更有效的对抗策略。
