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摘要
傳統的防空系統難以應對廣泛使用的微型和微型無人機（UAV），因此迫切需要負擔得起的反制措施。本文探討了低成本動力效應器（C-UAV）在應對無人機威脅中的作用，分析了其有效性、運營成本及設計理念。文章指出，對于動能反無人機系統，初始采購和長期運營成本必須權衡，而每次交戰成本是評估系統可持續性的關鍵指標。文中還討論了基于無人機的攔截器和C-UAV SAM等技術，并介紹了不同設計和應用案例，如MARSS集團的攔截機、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。
傳統的防空系統是為更大、更昂貴的威脅而設計的，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。迫切需要負擔得起的反制措施，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器在應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，必須仔細權衡初始采購和長期運營成本。購置成本包括購買武器系統、初始彈藥庫存、輔助設備和支持服務，通常是系統生命周期中最大的單次費用。然而，未來彈藥采購、維護、備件供應、操作員培訓和物流等運營成本是決定該系統長期可負擔性的一些主要因素。
根據戰略與國際研究中心（CSIS）的估計，一個帶有五個發射器和一次典型彈藥裝載（加上兩次導彈重新裝載）的愛國者發射單元系統的成本為4億美元，導彈的成本為6.9億美元。這突顯了高端地對空導彈（SAM）系統的一個關鍵問題，即考慮彈匣深度時，彈藥的成本可能高于系統本身。再加上操作員培訓、備件和維護，以及為克服未來過時而預留的資金，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，俄羅斯對其進行了額外的修改，以提高其設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成產品構成，因此需要在持續的戰役中實現擊敗此類威脅的成本大致相等。每次射擊和每次交戰的成本將為評估C-UAV系統提供更好的指標。每次射擊成本可以指向目標發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，每次交戰成本通過考慮所需彈藥的數量以及每次交戰所需的系統維護、作戰費用和人力成本，提供了更全面的有效性衡量標準。對于一個可持續的C-UAV系統，理想情況下，每次交戰的成本需要在其旨在擊敗的威脅的成本范圍內。
當與俄羅斯一起使用的Shahed-131/136（和Geran'-1/2俄羅斯國內版本）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的戰爭中使用而臭名昭著，尤其是在2022年底大規模投入使用。盡管烏克蘭積極組織其防空系統，以應對包括Shahed OWA無人機在內的威脅對其能源網的持續打擊，但成功打擊的戰略成本仍然巨大，2022年底和2023年初，烏克蘭高達40%的能源基礎設施遭到破壞。隨著能源短缺導致負面的經濟、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防御系統取得適當的平衡，在能力和維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模使用，C-UAV彈藥庫存將需要達到數千枚。很明顯，對于典型的防空彈藥，這種庫存超出了大多數預算的范圍，這只會使C-UAV系統和彈藥的開發變得更加重要。本文將嘗試簡要研究兩個C-UAV效應器集群：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計，能力差異很大，通常被視為SAM（地對空導彈）系統的經濟高效的替代品。這些亞音速平臺由電動螺旋槳驅動，如果發射后未使用，通常可以回收。它們的殺傷力因設計而異——一些使用高爆破片（HE-FRAG）彈頭，另一些則只是撞擊目標，而網狀發射器等較軟的效應器選項也可用于有效地消除威脅。
一種流行的設計是具有細長機身的十字形四軸飛行器，它利用速度和質量來打擊和禁用目標無人機。與懸停優化的四軸飛行器（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。
▲MARSS集團的攔截機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擊敗
幾家公司已經開發了無人機攔截器，每家都針對特定的威脅和作戰要求量身定制。MARSS集團提供攔截機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8公里的距離內可摧毀I類和II類無人機，而較輕的攔截機SR在最遠1公里的范圍內瞄準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險。這些自主系統依賴于與MARSS的NiDAR指揮和控制系統相連的外部傳感器進行目標檢測，同時在發射后使用機載紅外導引頭和光電傳感器跟蹤目標。
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，從手持發射筒發射，并使用紅外（IR）導引頭以“開火即忘”的方式打擊被捕獲的目標。相比之下，烏克蘭的“毒刺”無人機是一種更大的十字形設計，針對Shahed無人機等III類無人機，具有爆炸性彈頭，速度可達160公里/小時，運行高度可達3公里，盡管其遠程控制的性質限制了大規模部署的可擴展性。
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系統集成。彈頭和傳感器包具有多普勒雷達和HE-FRAG彈頭，雷達在距離目標最佳距離處觸發彈頭。烏克蘭已經表明，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，以瞄準敵方直升機，有效地充當“窮人的短程防空（SHORAD）系統”。
安督瑞爾工業公司（Anduril Industries）是一家美國新公司，提供“走鵑-M（Roadrunner-M）”作為其進入這一細分市場的切入點。這是一種自主的雙渦輪噴氣發動機無人機，具有垂直起飛和返回能力，儲存在獨立的發射容器中并垂直發射。它的渦輪噴氣發動機代表了無人機攔截器中一種有點非傳統的選擇，因為它們提供的速度比火箭發動機慢，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的SAM更慢、更小、更便宜
迪爾防務公司最近提出了蟬式（Cicada）C-UAV概念。蟬的設計有十字形的翅膀結構，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，以實現飛行中的操縱。蟬式配備了一個用于終端制導的主動雷達導引頭，并由地面發射單元的飛行調整命令更新提供支持。據迪爾介紹，蟬式將提供兩種效應器選項——可重復使用版本的網狀發射器和高爆破片（HE-FRAG）彈頭版本。
據報道，該攔截器是與Skysec公司合作開發的，Skysec是一家生產視覺上類似的基于網絡的“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設計，并進一步開發了它，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系統集成，也可以作為獨立系統使用。該公司表示，蟬式預計將于2026年投入生產。
基于無人機的攔截器可以提供幾個優勢，包括更低的單位成本、更快的生產周期和使用商用組件。自主、專用無人機攔截器和遠程操作四軸飛行器之間的成本權衡在一定程度上反映了它們旨在應對的各種威脅的可負擔性和可訪問性。
C-UAV SAM和混合設計
SAM在射程、速度、機動性、彈頭質量和自主性方面表現出色，可作為單向飛行器從發射到攔截進行導航，無論是自主導航還是由火控雷達引導。由于組件復雜，每次射擊的成本高于基于無人機的攔截器，對于10公里以內的目標來說，它們的經濟性較差，而火炮或便攜式系統等更簡單、更便宜的選擇可能會在10公里以內。雖然能夠對抗無人機，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負擔得起的SAM。
▲L3Harris系統公司的“吸血鬼（Vampire）”C-UAV系統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系統公司為傳統的70毫米Hydra 70非制導火箭提供先進精確殺傷武器系統（APKWS）制導套件。這使用半主動激光（SAL）制導，它依賴于外部激光指示器（通常在發射平臺上找到）來照亮目標。然后，一個或多個傳感器會拾取目標表面反射的激光發射，然后機載制導計算機可以使用這些激光發射來沿著不斷更新的飛行路徑朝向目標。重新利用遺留火箭彈藥，特別是“無制導”火箭彈藥的想法為舊彈藥注入了新的活力，無制導火箭本身就已經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計，即分布式孔徑半主動激光導引頭（DASALS）。火箭機翼上安裝了四個微型SAL導引頭，而不是依靠導彈機頭上安裝的單個中心線導引頭。機翼本身也配備了襟翼，以實現轉向。這種布置允許使用儲備的九頭蛇火箭彈頭，APKWS制導部分只需插在彈頭和火箭發動機之間即可。通過應用可選的接近引信，最終產品類似于小型短程SAM。
L3Harris系統公司已將APKWS套件改裝為其吸血鬼C-UAV系統的執行器。吸血鬼可以使用最多四枚導彈的吊艙，并與Wescam MX-RSTA光電瞄準器相連，提供日間和熱通道，以及激光目標指示器。該系統已在烏克蘭投入實戰，據報道已成功攔截一架Shahed 136。雖然BAE系統公司表示，從旋轉環平臺發射時的最大射程為5公里，地面發射的射程可能要低得多，而且其想法是利用現有的九頭蛇火箭設計，但如果要保持通用設計而不是定制設計，則不太可能擴大這一射程。
