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摘要

傳統(tǒng)的防空系統(tǒng)難以應(yīng)對廣泛使用的微型和微型無人機（UAV），因此迫切需要負(fù)擔(dān)得起的反制措施。本文探討了低成本動力效應(yīng)器（C-UAV）在應(yīng)對無人機威脅中的作用，分析了其有效性、運營成本及設(shè)計理念。文章指出，對于動能反無人機系統(tǒng)，初始采購和長期運營成本必須權(quán)衡，而每次交戰(zhàn)成本是評估系統(tǒng)可持續(xù)性的關(guān)鍵指標(biāo)。文中還討論了基于無人機的攔截器和C-UAV SAM等技術(shù)，并介紹了不同設(shè)計和應(yīng)用案例，如MARSS集團(tuán)的攔截機、俄羅斯的“鐵錘”、烏克蘭的“毒刺”以及美國的“走鵑-M”等。這些低成本解決方案旨在降低防御成本，同時有效對抗廉價無人機威脅。

傳統(tǒng)的防空系統(tǒng)是為更大、更昂貴的威脅而設(shè)計的，很難為廣泛使用的微型和微型無人機（UAV）提供具有成本效益的對策。迫切需要負(fù)擔(dān)得起的反制措施，尤其是在國家和非國家對手越來越多地在協(xié)同攻擊中部署無人機的情況下。本文探討了低成本動力效應(yīng)器在應(yīng)對無人機威脅中的作用，考察了它們的有效性、運營成本和不同的設(shè)計理念。

無人機防御背景下的低成本

對于任何動能反無人機（C-UAV）系統(tǒng)，必須仔細(xì)權(quán)衡初始采購和長期運營成本。購置成本包括購買武器系統(tǒng)、初始彈藥庫存、輔助設(shè)備和支持服務(wù)，通常是系統(tǒng)生命周期中最大的單次費用。然而，未來彈藥采購、維護(hù)、備件供應(yīng)、操作員培訓(xùn)和物流等運營成本是決定該系統(tǒng)長期可負(fù)擔(dān)性的一些主要因素。

根據(jù)戰(zhàn)略與國際研究中心（CSIS）的估計，一個帶有五個發(fā)射器和一次典型彈藥裝載（加上兩次導(dǎo)彈重新裝載）的愛國者發(fā)射單元系統(tǒng)的成本為4億美元，導(dǎo)彈的成本為6.9億美元。這突顯了高端地對空導(dǎo)彈（SAM）系統(tǒng)的一個關(guān)鍵問題，即考慮彈匣深度時，彈藥的成本可能高于系統(tǒng)本身。再加上操作員培訓(xùn)、備件和維護(hù)，以及為克服未來過時而預(yù)留的資金，成本甚至更高。

▲這是一架被擊落的Geran'-2單向攻擊（OWA）無人機殘骸，是Shahed-136的許可證生產(chǎn)，俄羅斯對其進(jìn)行了額外的修改，以提高其設(shè)計對電子對抗的抵抗力

由于無人機威脅部分由廉價的商用現(xiàn)成產(chǎn)品構(gòu)成，因此需要在持續(xù)的戰(zhàn)役中實現(xiàn)擊敗此類威脅的成本大致相等。每次射擊和每次交戰(zhàn)的成本將為評估C-UAV系統(tǒng)提供更好的指標(biāo)。每次射擊成本可以指向目標(biāo)發(fā)射的單個彈藥的成本。在比較不同彈藥的單位成本時，這是一種簡單的方法。相比之下，每次交戰(zhàn)成本通過考慮所需彈藥的數(shù)量以及每次交戰(zhàn)所需的系統(tǒng)維護(hù)、作戰(zhàn)費用和人力成本，提供了更全面的有效性衡量標(biāo)準(zhǔn)。對于一個可持續(xù)的C-UAV系統(tǒng)，理想情況下，每次交戰(zhàn)的成本需要在其旨在擊敗的威脅的成本范圍內(nèi)。

當(dāng)與俄羅斯一起使用的Shahed-131/136（和Geran'-1/2俄羅斯國內(nèi)版本）單向攻擊（OWA）無人機等敵方威脅的價格估計在20000至50000美元之間時，尋求威脅和應(yīng)對措施之間成本對等的想法就很明顯了。Shahed OWA無人機在烏克蘭持續(xù)的戰(zhàn)爭中使用而臭名昭著，尤其是在2022年底大規(guī)模投入使用。盡管烏克蘭積極組織其防空系統(tǒng)，以應(yīng)對包括Shahed OWA無人機在內(nèi)的威脅對其能源網(wǎng)的持續(xù)打擊，但成功打擊的戰(zhàn)略成本仍然巨大，2022年底和2023年初，烏克蘭高達(dá)40%的能源基礎(chǔ)設(shè)施遭到破壞。隨著能源短缺導(dǎo)致負(fù)面的經(jīng)濟(jì)、社會和政治后果，缺乏有效的防御覆蓋可能會付出高昂的代價。

采購人員必須為C-UAV防御系統(tǒng)取得適當(dāng)?shù)钠胶猓谀芰途S持成本之間找到平衡。這些成本不僅僅是金錢，隨著無人機在烏克蘭等沖突中的大規(guī)模使用，C-UAV彈藥庫存將需要達(dá)到數(shù)千枚。很明顯，對于典型的防空彈藥，這種庫存超出了大多數(shù)預(yù)算的范圍，這只會使C-UAV系統(tǒng)和彈藥的開發(fā)變得更加重要。本文將嘗試簡要研究兩個C-UAV效應(yīng)器集群：基于無人機的攔截器和C-UAV SAM。

無人機攔截器

基于無人機的攔截器，包括固定翼和多直升機設(shè)計，能力差異很大，通常被視為SAM（地對空導(dǎo)彈）系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)高效的替代品。這些亞音速平臺由電動螺旋槳驅(qū)動，如果發(fā)射后未使用，通?？梢曰厥?。它們的殺傷力因設(shè)計而異——一些使用高爆破片（HE-FRAG）彈頭，另一些則只是撞擊目標(biāo)，而網(wǎng)狀發(fā)射器等較軟的效應(yīng)器選項也可用于有效地消除威脅。

一種流行的設(shè)計是具有細(xì)長機身的十字形四軸飛行器，它利用速度和質(zhì)量來打擊和禁用目標(biāo)無人機。與懸停優(yōu)化的四軸飛行器（如DJI Mavic系列）不同，這些攔截器專注于加速和沖擊力，通過簡單的碰撞提供足夠的動能來擊敗目標(biāo)。

▲MARSS集團(tuán)的攔截機SR（短程）在計算機生成的模型中展示了對II類無人機威脅的動態(tài)擊敗

幾家公司已經(jīng)開發(fā)了無人機攔截器，每家都針對特定的威脅和作戰(zhàn)要求量身定制。MARSS集團(tuán)提供攔截機SR（短程）和攔截機MR（中程），分別在利雅得2022年世界國防展和倫敦2023年DSEI上亮相。攔截機MR在最遠(yuǎn)8公里的距離內(nèi)可摧毀I類和II類無人機，而較輕的攔截機SR在最遠(yuǎn)1公里的范圍內(nèi)瞄準(zhǔn)I類無人機威脅，兩者都使用動能沖擊而不是爆炸物，以降低成本、重量和附帶損害的風(fēng)險。這些自主系統(tǒng)依賴于與MARSS的NiDAR指揮和控制系統(tǒng)相連的外部傳感器進(jìn)行目標(biāo)檢測，同時在發(fā)射后使用機載紅外導(dǎo)引頭和光電傳感器跟蹤目標(biāo)。

同樣，俄羅斯的“鐵錘（Hammer）”是一種重量為1.5-2公斤、射程為1公里的便攜式攔截彈，它也采用了動能撞擊，從手持發(fā)射筒發(fā)射，并使用紅外（IR）導(dǎo)引頭以“開火即忘”的方式打擊被捕獲的目標(biāo)。相比之下，烏克蘭的“毒刺”無人機是一種更大的十字形設(shè)計，針對Shahed無人機等III類無人機，具有爆炸性彈頭，速度可達(dá)160公里/小時，運行高度可達(dá)3公里，盡管其遠(yuǎn)程控制的性質(zhì)限制了大規(guī)模部署的可擴(kuò)展性。

專門制造的無人機攔截器具有卓越的性能和可靠性，但基于通用四軸飛行器的系統(tǒng)提供了一種更便宜的替代方案。本著這種精神，MBDA與福騰科技公司（Fortem Technologies）合作開發(fā)了一種彈頭和傳感器組合，可以安裝在各種用戶定義的四軸飛行器上，并將其與Sky Warden C-UAV系統(tǒng)集成。彈頭和傳感器包具有多普勒雷達(dá)和HE-FRAG彈頭，雷達(dá)在距離目標(biāo)最佳距離處觸發(fā)彈頭。烏克蘭已經(jīng)表明，商用無人機可以重新用于攔截，為無人機配備沖擊聚變彈頭，以瞄準(zhǔn)敵方直升機，有效地充當(dāng)“窮人的短程防空（SHORAD）系統(tǒng)”。

安督瑞爾工業(yè)公司（Anduril Industries）是一家美國新公司，提供“走鵑-M（Roadrunner-M）”作為其進(jìn)入這一細(xì)分市場的切入點。這是一種自主的雙渦輪噴氣發(fā)動機無人機，具有垂直起飛和返回能力，儲存在獨立的發(fā)射容器中并垂直發(fā)射。它的渦輪噴氣發(fā)動機代表了無人機攔截器中一種有點非傳統(tǒng)的選擇，因為它們提供的速度比火箭發(fā)動機慢，同時比電動螺旋槳更快但更昂貴。

▲與Roadrunner-M一樣，蟬式（Cicada）也加入了越來越多的無人機攔截器行列，這些攔截器通常比傳統(tǒng)的SAM更慢、更小、更便宜

迪爾防務(wù)公司最近提出了蟬式（Cicada）C-UAV概念。蟬的設(shè)計有十字形的翅膀結(jié)構(gòu)，并在機頭周圍安裝了一個五葉螺旋槳，由機載電池供電。每個機翼都包括致動翼，以實現(xiàn)飛行中的操縱。蟬式配備了一個用于終端制導(dǎo)的主動雷達(dá)導(dǎo)引頭，并由地面發(fā)射單元的飛行調(diào)整命令更新提供支持。據(jù)迪爾介紹，蟬式將提供兩種效應(yīng)器選項——可重復(fù)使用版本的網(wǎng)狀發(fā)射器和高爆破片（HE-FRAG）彈頭版本。

據(jù)報道，該攔截器是與Skysec公司合作開發(fā)的，Skysec是一家生產(chǎn)視覺上類似的基于網(wǎng)絡(luò)的“哨兵捕獲（Sentinel Catch）”攔截器的公司。Sentinel Catch的射程為5公里，最高速度為65米/秒，重量為1.8公斤，翼展為300毫米，長度為700毫米。迪爾的參與似乎采用了基本的Sentinel Catch設(shè)計，并進(jìn)一步開發(fā)了它，增加了高爆破片（HE-FRAG）彈頭。迪爾表示，蟬式可以與Guardion模塊化C-UAV系統(tǒng)集成，也可以作為獨立系統(tǒng)使用。該公司表示，蟬式預(yù)計將于2026年投入生產(chǎn)。

基于無人機的攔截器可以提供幾個優(yōu)勢，包括更低的單位成本、更快的生產(chǎn)周期和使用商用組件。自主、專用無人機攔截器和遠(yuǎn)程操作四軸飛行器之間的成本權(quán)衡在一定程度上反映了它們旨在應(yīng)對的各種威脅的可負(fù)擔(dān)性和可訪問性。

C-UAV SAM和混合設(shè)計

SAM在射程、速度、機動性、彈頭質(zhì)量和自主性方面表現(xiàn)出色，可作為單向飛行器從發(fā)射到攔截進(jìn)行導(dǎo)航，無論是自主導(dǎo)航還是由火控雷達(dá)引導(dǎo)。由于組件復(fù)雜，每次射擊的成本高于基于無人機的攔截器，對于10公里以內(nèi)的目標(biāo)來說，它們的經(jīng)濟(jì)性較差，而火炮或便攜式系統(tǒng)等更簡單、更便宜的選擇可能會在10公里以內(nèi)。雖然能夠?qū)篃o人機，但它們的高成本推動了替代品的使用或在無人機威脅的刺激下開發(fā)負(fù)擔(dān)得起的SAM。

▲L3Harris系統(tǒng)公司的“吸血鬼（Vampire）”C-UAV系統(tǒng)可以集中并安裝在豐田塔科馬等民用皮卡上，使其在安裝選項方面具有多功能性

BAE系統(tǒng)公司為傳統(tǒng)的70毫米Hydra 70非制導(dǎo)火箭提供先進(jìn)精確殺傷武器系統(tǒng)（APKWS）制導(dǎo)套件。這使用半主動激光（SAL）制導(dǎo)，它依賴于外部激光指示器（通常在發(fā)射平臺上找到）來照亮目標(biāo)。然后，一個或多個傳感器會拾取目標(biāo)表面反射的激光發(fā)射，然后機載制導(dǎo)計算機可以使用這些激光發(fā)射來沿著不斷更新的飛行路徑朝向目標(biāo)。重新利用遺留火箭彈藥，特別是“無制導(dǎo)”火箭彈藥的想法為舊彈藥注入了新的活力，無制導(dǎo)火箭本身就已經(jīng)是一種相對便宜和可消耗的彈藥。

APKWS II采用了一種不同尋常的設(shè)計，即分布式孔徑半主動激光導(dǎo)引頭（DASALS）。火箭機翼上安裝了四個微型SAL導(dǎo)引頭，而不是依靠導(dǎo)彈機頭上安裝的單個中心線導(dǎo)引頭。機翼本身也配備了襟翼，以實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。這種布置允許使用儲備的九頭蛇火箭彈頭，APKWS制導(dǎo)部分只需插在彈頭和火箭發(fā)動機之間即可。通過應(yīng)用可選的接近引信，最終產(chǎn)品類似于小型短程SAM。

L3Harris系統(tǒng)公司已將APKWS套件改裝為其吸血鬼C-UAV系統(tǒng)的執(zhí)行器。吸血鬼可以使用最多四枚導(dǎo)彈的吊艙，并與Wescam MX-RSTA光電瞄準(zhǔn)器相連，提供日間和熱通道，以及激光目標(biāo)指示器。該系統(tǒng)已在烏克蘭投入實戰(zhàn)，據(jù)報道已成功攔截一架Shahed 136。雖然BAE系統(tǒng)公司表示，從旋轉(zhuǎn)環(huán)平臺發(fā)射時的最大射程為5公里，地面發(fā)射的射程可能要低得多，而且其想法是利用現(xiàn)有的九頭蛇火箭設(shè)計，但如果要保持通用設(shè)計而不是定制設(shè)計，則不太可能擴(kuò)大這一射程。