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知遠(yuǎn)戰(zhàn)略與防務(wù)研究所 望海/編譯 自：《韓國航空與空間科學(xué)學(xué)會雜志》2022年第1期 
【知遠(yuǎn)導(dǎo)讀】本篇推送節(jié)選自《韓國航空與空間科學(xué)學(xué)會雜志》2022年第1期發(fā)布的題為《有人與無人飛機協(xié)同空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)發(fā)展》的文章。 無人機投入戰(zhàn)場之后，承擔(dān)了欺騙、偵察、攻擊等多種任務(wù)，成功地代替了部分有人飛機的功能。過去，由于受技術(shù)限制，無人機不能自主執(zhí)行任務(wù)或與載人機協(xié)同完成任務(wù)，但隨著數(shù)據(jù)通信、人工智能等技術(shù)的發(fā)展，無人機不僅能夠自主執(zhí)行任務(wù)，還發(fā)展到了通過無人機與有人機協(xié)作創(chuàng)造協(xié)同效應(yīng)的水平。本研究以空軍作戰(zhàn)中的空對空任務(wù)為中心，在眾多空對空任務(wù)中，選取了最核心和基本的戰(zhàn)場空中掃蕩作戰(zhàn)為研究對象，開發(fā)掃蕩作戰(zhàn)中的有無人機協(xié)同戰(zhàn)術(shù)。提出了有無人機協(xié)作應(yīng)對非隱身飛機和應(yīng)對隱身飛機的戰(zhàn)術(shù)，之后通過簡單的工程仿真證明了該戰(zhàn)術(shù)的實效性（任務(wù)成功和無人機生存的可能性）。 文章全篇約14000字，篇幅所限，推送部分為節(jié)選。本報告本論部分的第三部分以空空作戰(zhàn)中最核心的任務(wù)——戰(zhàn)場空中掃蕩（Fighter
Sweep）為中心，開發(fā)有/無人機協(xié)作戰(zhàn)術(shù)，并通過工程模擬對該戰(zhàn)術(shù)進(jìn)行驗證。另外，還將同時記述研究過程中發(fā)現(xiàn)的問題和有/無人機合作今后的發(fā)展方向。戰(zhàn)場空中掃蕩任務(wù)中的有/無人機協(xié)同作戰(zhàn)本研究建議，采用有/無人機協(xié)作戰(zhàn)術(shù)，以第四代、第五代戰(zhàn)斗機為作戰(zhàn)對象進(jìn)行戰(zhàn)場空中掃蕩。第四代和第五代戰(zhàn)斗機的最大區(qū)別是其隱身性能不同。為有/無人機協(xié)作戰(zhàn)術(shù)研究進(jìn)行了一些假設(shè)。本研究不是只基于目前韓國已經(jīng)裝備的武器系統(tǒng)而開發(fā)，而是將發(fā)達(dá)國家的技術(shù)概念和目前已經(jīng)裝備的武器系統(tǒng)混合進(jìn)行研究。因為僅從目前韓國的武器系統(tǒng)水平來看，通過有/無人機協(xié)同進(jìn)行作戰(zhàn)的運用范圍將非常有限。第二個假設(shè)是，敵機的性能與友軍飛機和武器系統(tǒng)性能相同。這是為了防止為友軍戰(zhàn)機提供有利條件，便于在相同條件下了解有/無人機協(xié)同戰(zhàn)術(shù)的實效性。第三個假設(shè)是限制敵機的應(yīng)對機動。如果敵機意識到友軍使用武器攻擊，當(dāng)然會為了生存而實施應(yīng)對機動?？紤]到敵機的應(yīng)對機動，友軍和敵軍可以采取的機動情況的數(shù)量將是無限的，要描述所有這些情況是不可能的。但如果只在有利于友軍的情況下展開研究，有/無人機協(xié)同的戰(zhàn)術(shù)實效性可信度就會降低，本研究假設(shè)對雷達(dá)制導(dǎo)導(dǎo)彈執(zhí)行最基本、最有效的應(yīng)對機動Beam或Notch機動。Beam或Notch機動是利用雷達(dá)多普勒效應(yīng)，使其與雷達(dá)電磁波垂直，使敵無法將其鎖定為攻擊目標(biāo)。實際上，空軍在開發(fā)戰(zhàn)術(shù)時，也制定了最基本的戰(zhàn)術(shù)（非機動或執(zhí)行一次防御機動），在空戰(zhàn)中，飛行員根據(jù)空中情況運用戰(zhàn)術(shù)壓制敵機。最后，無人機的武器使用受有人機飛行員的控制。這是為了防止無人機誤操作或?qū)⒖諔?zhàn)擴大為大規(guī)模戰(zhàn)爭，并基于以尊重生命的概念為基礎(chǔ)的人類指揮-機器控制的概念。應(yīng)對第四代戰(zhàn)斗機時的有/無人機協(xié)同方案對不具備隱身性能的第四代敵方戰(zhàn)斗機（米格-29戰(zhàn)機，本研究假設(shè)為F-16戰(zhàn)機，以得出機動性能）的應(yīng)對是基于運用機載雷達(dá)先探測先攻擊的基本空戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)。但正如所述，敵我都裝備了性能類似的雷達(dá)和武器，因此很難比敵人先探測到對方。此時，將無人機早于有人戰(zhàn)機投入戰(zhàn)場，有望率先發(fā)現(xiàn)敵機、先攻擊，消滅敵人。為了先敵發(fā)現(xiàn)，也有在無人機上安裝雷達(dá)的方案，但建議采用利用有人機的雷達(dá)信息和利用功能比較簡單的無人機的戰(zhàn)術(shù)，如前文介紹的“遠(yuǎn)射”無人機。研究中使用的有、無人機的性能在表1中進(jìn)行了標(biāo)注。表1.載人戰(zhàn)機和無人機參數(shù) 
先介紹一下飛機的性能。敵人及友方有人機都配備性能相同的機載有源相控陣（AESA）雷達(dá)，具有空中探測能力及為導(dǎo)彈發(fā)射提供情報的能力。針對雷達(dá)截面積為5平方米的目標(biāo)，該型機載雷達(dá)的探測范圍假定為100千米；空對空雷達(dá)制導(dǎo)導(dǎo)彈的發(fā)射與雷達(dá)探測距離不同，由于導(dǎo)彈推進(jìn)器等的限制，與雷達(dá)的探測距離不同。本研究假定網(wǎng)上公開的AIM-120導(dǎo)彈的最大有效射程為80千米，敵我均相同1。此外，主動型空對空雷達(dá)導(dǎo)彈，如AIM-120，可以在沒有飛機雷達(dá)信息的情況下，用導(dǎo)彈自載的雷達(dá)實現(xiàn)對目標(biāo)的跟蹤，此時的距離稱為“主動尋的”（ActiveHoming）距離，研究假定目標(biāo)與導(dǎo)彈之間的距離為20千米。雖然研究中采用了單一數(shù)據(jù)和數(shù)值，但在實際戰(zhàn)場上，如果敵我在相同的條件下，結(jié)果也會相同。適用于案例的有人及無人飛機的雷達(dá)反射截面積均為5平方米。如果無人機采用隱身技術(shù)并投入使用，被敵機可探測到的距離將降低，但研發(fā)成本將增加。也可以在無人機上應(yīng)用隱身技術(shù)，安裝雷達(dá)和武器。但如果考慮到馬賽克戰(zhàn)的最核心概念——低成本的快速可替換戰(zhàn)力，還是應(yīng)該將功能單一的低成本無人機應(yīng)用于有/無人機協(xié)同戰(zhàn)術(shù)。本研究中的攻擊型無人機是美國DARPA的“遠(yuǎn)射”無人機，其操作概念和陣形見圖1?！斑h(yuǎn)射”無人機就像第一章所說的那樣，是一種只攜帶兩枚AIM-120導(dǎo)彈，并能自動飛行的無人機，無人機發(fā)射導(dǎo)彈和導(dǎo)彈制導(dǎo)所需的信息是通過數(shù)據(jù)鏈從組成協(xié)作體系的有人機的機載雷達(dá)中獲取的。 圖1第四代戰(zhàn)斗機應(yīng)對戰(zhàn)術(shù)方案如下。敵機為2架米格-29型載人戰(zhàn)機，友軍由1架F-16型戰(zhàn)機（或韓國本國研發(fā)的KF-21、FA-50型戰(zhàn)機）、2架“遠(yuǎn)射”無人機組成。假設(shè)敵我載人戰(zhàn)機間的遠(yuǎn)程空對空交戰(zhàn)從相距110千米開始，向?qū)Ψ斤w行（圖2中載人戰(zhàn)機①位置）。此時無人機位于友軍有人機前方20千米處（圖2中無人機①位置）。上述戰(zhàn)場的組成和無人機的位置是任意設(shè)定的，飛機的移動情況見圖2。隨著時間的推移，載人飛機及無人機位置的變化（圖中用數(shù)字表示）表示的是簡單質(zhì)點的移動距離，反映航空工程要素的內(nèi)容將在下一部分用簡單的工程模擬來證明。相同的數(shù)字表示的是同一時間段飛機的位置，而不是所有時間的顯示。每個數(shù)字表示的主要活動內(nèi)容描述在圖片內(nèi)部的框中。 圖2
在雙方載人戰(zhàn)機相距100千米處，雙方都能通過雷達(dá)發(fā)現(xiàn)對方。但距離超過了導(dǎo)彈的最大發(fā)射距離（80千米），雙方均無法發(fā)射導(dǎo)彈攻擊對方。但無人機在有人機前方20千米，因此敵機與友軍無人機之間的距離為80千米，敵機與我方無人機之間可以互相進(jìn)行導(dǎo)彈攻擊。友軍載人戰(zhàn)機與敵機的距離為100千米，但搭載導(dǎo)彈的友軍無人機與敵機的距離為80千米，無人機在接收到載人戰(zhàn)機用于導(dǎo)彈發(fā)射的雷達(dá)信息的情況下，敵機就進(jìn)入了無人機空對空導(dǎo)彈的最大有效射程內(nèi)，因此友軍無人機可以向敵機發(fā)射導(dǎo)彈。在此時，友軍無人機與敵方載人戰(zhàn)機就會相互發(fā)射空空導(dǎo)彈。與美國海軍的綜合交戰(zhàn)能力（CEC:Cooperative
Engagement Capability）2類似，友軍無人機的導(dǎo)彈將通過數(shù)據(jù)鏈持續(xù)接收友軍有人機雷達(dá)探測到的敵機信息并進(jìn)行飛行。導(dǎo)彈的速度隨時間變化會經(jīng)過加速、維持、減速階段，但研究中利用參考資料假設(shè)為平均速度3。假設(shè)導(dǎo)彈的平均速度為馬赫數(shù)2.4。假設(shè)敵我導(dǎo)彈的性能相同，不影響結(jié)果。友軍無人機發(fā)射導(dǎo)彈后，以最大速度向戰(zhàn)場相反方向機動，脫離戰(zhàn)場。此時，敵機、友軍載人戰(zhàn)機必須向戰(zhàn)場方向飛行，以持續(xù)更新引導(dǎo)導(dǎo)彈攻擊的雷達(dá)信息，一直飛行到空空導(dǎo)彈可以自行跟蹤目標(biāo)的導(dǎo)彈主動尋的（ActiveHoming）距離（圖2中藍(lán)色/紅色的②至④位置）。友軍無人機脫離戰(zhàn)場，在敵方導(dǎo)彈激活導(dǎo)彈主動尋的（無人機與敵方導(dǎo)彈之間距離20千米外）之前，敵方有人機被友軍導(dǎo)彈擊落，敵方導(dǎo)彈無法獲得制導(dǎo)信息，友軍無人機得以生存。無人機和友軍有人機間的距離和位置可以有多種布陣方式。無人機可以布置在載人戰(zhàn)機前方10、20、30、40千米，本研究發(fā)現(xiàn)兩者間最佳配置距離為20千米。在兩者距離小于20千米時，會發(fā)生有人機被擊落的情況；在距離為30、40千米時，敵機會先發(fā)現(xiàn)友軍無人機，然后發(fā)射導(dǎo)彈，友軍無人機被擊落。載人飛機和無人機的配置也要考慮到飛行員的經(jīng)驗和空中情況，以及敵機的武器性能等因素，飛行員可以進(jìn)行多種形式的操作。圖3、4是敵機執(zhí)行應(yīng)對機動時的圖示，圖中③是敵機機動線路，圖中②是無人機機動線路。圖3是指敵機不進(jìn)入戰(zhàn)場，將友軍戰(zhàn)機保持在自己的雷達(dá)探測范圍內(nèi)，同時持續(xù)規(guī)避友軍戰(zhàn)機雷達(dá)探測的情況。但在這種情況下，友軍戰(zhàn)機的雷達(dá)可以持續(xù)跟蹤敵人，可隨時發(fā)射導(dǎo)彈，但敵機發(fā)射導(dǎo)彈受限。圖4是在完成應(yīng)對機動后，雙方戰(zhàn)機為了完成任務(wù)而重新進(jìn)入戰(zhàn)場的情況，友軍戰(zhàn)機可以持續(xù)用雷達(dá)監(jiān)視到敵方有人戰(zhàn)機，可以比敵機先發(fā)射導(dǎo)彈。此后，無人機發(fā)射導(dǎo)彈后立即脫離戰(zhàn)場，可以保障自身生存性。但在友軍無人機準(zhǔn)備脫離敵機的瞬間，敵機導(dǎo)彈和友軍無人機的距離為24千米，超過了可生存距離20千米，但超過的不多，友軍無人機處于略微有利或?qū)Φ任恢谩?o:p> 圖3
 圖4
應(yīng)對第五代戰(zhàn)斗機的有/無人機協(xié)同方案為了應(yīng)對具有隱身功能的第五代戰(zhàn)斗機，首先要研究探測的方案。隱身技術(shù)主要是一種不讓雷達(dá)觀測到的技術(shù)和方法。應(yīng)對隱身飛機，最常用的方案是利用紅外傳感器45。隱身戰(zhàn)機通過散射或吸收特定頻率的雷達(dá)波，防止被敵方雷達(dá)探測到。但是，在隱身戰(zhàn)機排氣口或高速飛行的飛機表面產(chǎn)生的紅外線與電磁波相比很難隱匿，因此可以通過在戰(zhàn)機上安裝紅外線探測跟蹤裝置（IRST，InfraRed
Search and Track）來探測和跟蹤隱身飛機。因為紅外線探測跟蹤裝置不使用雷達(dá)波，因此具有可以秘密接近敵方飛機并擊落敵機的優(yōu)點，俄羅斯戰(zhàn)機上就裝備了該設(shè)備。F-35戰(zhàn)機上裝備了與紅外探測跟蹤裝置類似的光電分布式孔徑系統(tǒng)（Electro-Optical
Distributed Aperture System，縮寫：EODAS），該系統(tǒng)曾經(jīng)探測到了1300千米外的導(dǎo)彈尾焰產(chǎn)生的熱源6。采用非隱身飛機和無人機的有/無人機協(xié)同戰(zhàn)術(shù)應(yīng)對隱身飛機，與馬賽克戰(zhàn)追求的效率和經(jīng)濟(jì)性概念是一致的。有/無人機協(xié)同戰(zhàn)機編隊由第二章第二節(jié)中提到的“遠(yuǎn)射”無人機、增加了電子戰(zhàn)功能的“遠(yuǎn)射”無人機、裝備紅外線探測跟蹤裝置可以探測隱身飛機的無人機和用于作戰(zhàn)控制的有人機組成。有人機等同于第二章第二節(jié)中提到的的有人機，無人機的主要性能與表2相同。假設(shè)敵機為F-35型，其雷達(dá)截面積（RCS：Radar
Cross Section）為0.005 平方米。表2.無人機參數(shù) 如果友軍飛機使用第二章第二節(jié)中提到的相同的雷達(dá)對敵方隱身飛機進(jìn)行探測，根據(jù)雷達(dá)方程，探測距離將從100千米減少到18千米。因此，友軍飛機在對空中情況難以識別的情況下進(jìn)入戰(zhàn)場，在無法識別的情況下，將導(dǎo)致被敵機的空空導(dǎo)彈擊中的結(jié)果。為了解決這些問題，首先需要利用電子戰(zhàn)無人機使敵人雷達(dá)失效，其次是利用紅外線探測跟蹤裝置探測敵人，提高空情識別能力，最后是遠(yuǎn)程發(fā)射導(dǎo)彈摧毀敵機。通過發(fā)射利用紅外線探測跟蹤裝置信息的空空導(dǎo)彈，可以比敵人先發(fā)現(xiàn)目標(biāo)先攻擊。最新IRST裝置性能的公開資料并不多。研究以參考文獻(xiàn)7中介紹的“PIRATE”設(shè)備為對象，探測距離約70千米。電子戰(zhàn)吊艙的續(xù)航能力也是秘密，因此尚未公開。研究假設(shè)電子戰(zhàn)吊艙的干擾功率為2kW。最近開發(fā)的吊艙干擾能力通常比這更高，但設(shè)置為較低的數(shù)值并進(jìn)行了研究。戰(zhàn)術(shù)干擾吊艙的電子干擾能力之所以重要，是為了計算電子干擾的無效距離（Burn
Through Range）。電子干擾無效距離是指電子干擾令敵機雷達(dá)不再有效的距離，進(jìn)入該距離內(nèi)，敵方雷達(dá)就不會探測到友軍飛機，超過這一距離，電子干擾將失效。根據(jù)計算，本研究計算出約47千米，在此范圍內(nèi)，敵方雷達(dá)無法探測到友軍戰(zhàn)機，因此可以認(rèn)為，通過具有2kW輸出功率的電子干擾吊艙，可以令敵方機載有源相控陣（AESA）雷達(dá)失效。應(yīng)對第五代戰(zhàn)機的有/無人機協(xié)同戰(zhàn)術(shù)方案如下：初始遭遇的情況與第2章第2節(jié)的（2）相同，在110千米距離時，雙方有人機遭遇，電子戰(zhàn)“遠(yuǎn)射”無人機位于友軍有人機前方20千米。裝備IRST裝置的無人機配置在與有人機略有距離的地點（距離和高度分離）執(zhí)行探測活動。有人機和無人機配置的詳細(xì)細(xì)節(jié)情況見圖5。圖5 數(shù)量相等或處于劣勢情況下的有/無人機協(xié)同方案以上分析中，友軍的兵力包括有/無人機的數(shù)量在3架以上，相對敵方略顯優(yōu)勢。在第2章第2節(jié)的（2）和（3）中，馬賽克戰(zhàn)追求最經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)爭方式，只用最少的成本（導(dǎo)彈和機載裝備）來研究戰(zhàn)術(shù)。那么，假設(shè)友軍有人機沒有裝備導(dǎo)彈，無人機每架只裝備了2枚導(dǎo)彈（共4枚），與敵方有人機擁有的8枚空空導(dǎo)彈相比，處于劣勢。在敵方飛機數(shù)量增加，友軍在數(shù)量上處于劣勢的情況下，下面來研究能否將處于劣勢的戰(zhàn)場情況轉(zhuǎn)換為對等或優(yōu)勢。為了摧毀敵方有人機，需要配備足夠數(shù)量的空空導(dǎo)彈，但要從整體作戰(zhàn)理念上對增加機載導(dǎo)彈數(shù)量與由此增加的載荷及機動性能下降、開發(fā)費驟增等因素綜合考量，進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼壑校业阶罴哑胶恻c。圖6表示了數(shù)量劣勢和導(dǎo)彈不足的情況。如果敵人不執(zhí)行任何防御機動（圖6的左側(cè)部分），在優(yōu)勢的情況下可以擊落敵機，但如果敵人執(zhí)行防御機動（圖6的右側(cè)部分），由于友軍戰(zhàn)機缺乏導(dǎo)彈，將無法獲得反機動或優(yōu)勢的結(jié)果。畢竟在這種情況下，為了實現(xiàn)與敵人戰(zhàn)場平衡的關(guān)系，必須增加無人機攜帶導(dǎo)彈的數(shù)量，或者在有人機上搭載導(dǎo)彈。圖7展示了無人機增加搭載導(dǎo)彈，從而轉(zhuǎn)化為對等關(guān)系或優(yōu)勢。 圖6
圖7
【1】https://ko./wiki/AIM-120 【2】O’donoughue,
N., Mcbirney, S. and Persons,B., “Distributed Kill Chains: Drawing Insights for
Mosaic Warfare from the Immune System and from the Navy,” RAND, California,
2021. 【3】Tyrell,
T., Funk, C. and Marton, N., “AIM120C-5 Performance Assessment for Digital
Combat Simulation Enhancement, Revision 2,” 2014. 【4】Gaitanakis,
G., Limnaios, G. and Zikidis, K.,“AESA radar and IRST against low observable
threats,” Aircraft Engineering and Aerospace Technology,Vol. 92, No. 9, March
2020, pp. 1421~1428. 【5】Gaitanakis,
G., Vlastaras, A., Vassos, N. and Limnaios, G., “InfraRed Search & Track
Systems asan Anti-Stealth Approach,” Journal of Computations& Modelling,
Vol. 9, No. 1, 2019, pp. 33~53 【6】http:///features/2010/november/02112010_das_missile_track.html 【7】Moir,
I., and Seabridge, A., “Military Avionics Systems,” Wiley press, New York,
2006. （平臺編輯：黃瀟瀟）
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