反无人机（C-UAV）与反火箭炮、火炮和迫击炮（C-RAM）系统

中小型无人机（UAV）以及精确火炮构成的战场威胁不断演变。两者都推动了对反无人机（C-UAV）与反火箭炮、火炮和迫击炮（C-RAM）（C-RAM）系统的需求，并且两者之间存在很大程度的重叠。为了设计出能够有效应对这些进化（如果不是革命性）威胁的技术，需要进行大量的研究和开发工作。

如今的威胁范围相当广泛，包括中型侦察机和攻击机，以及小型至微型无人机。这些中小型飞机的一部分是为军事应用而建造的，但最近的冲突表明，商业和面向消费者的民用无人机可以很容易地重新配置以执行战斗和战斗支援任务。战术无人机类别（在美国通常被称为“小型战术无人机”（STUAS）类别）在最近的冲突中变得尤其普遍，部分原因是它们成本低、可用性高且相对易于使用。 2021年，时任美国中央司令部司令、美国海军陆战队（USMC）将军肯尼思·麦肯齐将战术无人机的普及视为自伊拉克冲突期间简易爆炸装置（IED）兴起以来“最令人担忧的战术发展”。 “我认为我们看到的是战争新的组成部分，”麦肯齐说。

在情报、监视、瞄准和侦察 (ISTAR) 角色中，小型至超小型无人机可以以相对较低的被发现风险接近敌方编队，提供有关部队行动的信息或进行定位、火力修正和打击后战损评估用于火炮。电子侦察和进攻性电子战（EW）是无人机的附加任务。在攻击角色中，即使是商用现成 (COTS) 业余爱好者小型无人机也可以配置为在敌军上空携带和释放弹药，或者充当巡飞弹药 (LM；通常称为“自杀无人机”或“神风特攻队无人机”）携带爆炸物一路撞击。此类巡飞弹药可以在特定区域巡逻，直到发现足够有价值的机会目标。然后，它们有效地从无人侦察机转变为精确制导弹药（PGM）。

图：地面车辆和无人机的集成传感器和效应器网络的概念，用于协调防御蜂群攻击。图片来源：DARPA

俄乌战争——最大的无人机战争

过去二十年的冲突凸显了无人机在全球武装部队中的作用日益增强。十年前，在伊拉克 ISIS/Daesh 叛乱期间，临时重新配置的 COTS 系统的巨大影响首次得到充分体现（尽管其他各种非正规部队大约在同一时间发现了它们的效用）。乌克兰正在进行的战争达到了新的强度，无人机和火炮是战场上部署的最重要的武器系统之一。过去两年里，数以万计的无人机被发射，这使得这是一场规模前所未有的无人机战争。固定翼、全球导航卫星系统 (GNSS) 和惯性导航系统 (INS) 制导的中型无人机，例如伊朗 Shahed 131 和 136，可打击固定基础设施目标，而那些配备光电红外 (IR) 传感器的无人机 –例如土耳其 Bayraktar TB2——可以用制导炸弹和导弹攻击移动军用车辆。乌克兰国产AQ 400 Kosa无人机在32公斤有效载荷下有足够的航程到达莫斯科，在65公斤有效载荷下则有更短的距离。基辅计划将产量增加至每月 500 辆。

大量小型无人机瞄准了散兵坑和战壕中的士兵。改进后的基于 COTS 的四轴飞行器可以作为单个单位或集群进行攻击，还能够摧毁装甲车，甚至包括主战坦克 (MBT)。许多小型无人机都是通过射频 (RF) 链路进行无线电遥控的。这包括所谓的第一人称视角 (FPV) 无人机，它可以有效地充当临时LM——机载摄像头为操作员提供飞行员的视野，从而实现非常精确的目标决策，甚至可以让飞机飞过门口或进入打开的车辆舱口。值得注意的是，射频控制的无人机操作不需要大量培训； COTS 系统的设计易于使用，任何一个人口从小就玩电子游戏的国家都将拥有大量潜在的飞行员。更先进的飞机通常是专为军队制造的，它们使用 GNSS 和/或 INS 来执行预先编程的侦察或打击任务，而直接监督最少。由于机载数据库允许积极识别合法目标，一些登月舱可以显示目标自主权。即使与控制站的无线电链路被干扰，他们也可以进行攻击。

威胁级别不断升级

除了乌克兰之外，主要武装部队正在大力投资无人技术。除了提高航程和续航能力等性能升级外，最大的重点是利用人工智能（AI）来增强自主性。改进的人工智能集成最终将产生两个主要的作战后果。

• 群体攻击

集群行动已经成为现实，但还相对新生，来自乌克兰的图像仅代表了一个开始。美国武装部队对于成倍增强自主集群能力的计划一直相当开放（而各个外国势力肯定正在更安静地追求相同的目标）。美国陆军在过去两年的演习中测试了由数十架小型无人机组成的集群。在一些实验中，集群能够按照预先编程的目标自主执行侦察和攻击行动。

图：虽然无人机集群技术目前可能相对较新，但这些功能正在迅速发展。图片来源：美国陆军/Aaron Duerk

现任美国陆军航空兵总监沃尔特·鲁根少将表示，目标是使无人机的分层“狼群”能够在没有人类直接监督的情况下运行，其中一架飞机担任狼群领导者角色，控制其他单位的行动；如果领导者被压制，预先选定的飞机将接管控制权。这样的狼群最终应该能够执行复杂的多任务行动，每个单位执行特定的任务——例如侦察、通信中继、压制/摧毁敌方防空系统（包括通过电子战）或直接攻击主要目标– 为总体使命目标做出贡献。美国武装部队的其他军种也在进行类似的实验。

• 弹性导航

与自主问题密切相关的是对冗余和防干扰导航系统的追求。正如精确制导弹药经常配备多种导航系统（例如 GNSS、INS 以及基于图像或地形跟踪的导航）一样，未来的无人机也可能具有冗余功能，其中包括防干扰导航选项。同样，未来的无人机将需要多个瞄准系统来应对各种被动或主动对抗措施。瞄准选项可能包括光学和红外、激光或雷达（具体取决于无人机的大小）。机载防御电子战系统可最大限度地减少干扰的影响、保留通信链路并干扰敌方目标，这将进一步提高无人机的生存能力并增加完成任务的可能性。

• 精确和饱和火炮

用战争的棋盘类比，无人机已成为现代战场上的骑士，能够以独特的方式进行机动，并在此过程中克服障碍。正如乌克兰战争所表明的那样，火炮仍然是战场上的女王，可以直线打击，但距离很远。无论是攻击静态目标还是移动目标、军事目标还是基础设施，管炮和火箭炮都展示了冲突最致命的持续影响。在这方面，所有主要武装部队都在大力提升射程、精确度和杀伤力。火箭、火炮和迫击炮（RAM）对静态设施和机动部队构成重大威胁，且威胁潜力在未来几十年内不断增加。因此，改进 C-RAM 系统并将其投入使用的必要性日益增加。

C-UAV 和 C-RAM 要求

传统的基于导弹的防空系统非常适合击落较大型到中型、复杂的军用无人机和较大范围的LM，例如“沙希德”系列。然而，它们并不是反无人机对抗小型无人机威胁的可行选择。即使后者可以在超短程防空/短程防空 (VSHORAD/SHORAD) 系统的交战区内被检测到，它们的大量使用能力也会很快耗尽 (V)SHORAD 弹匣，从而使受保护的单位容易受到更先进的飞机或导弹的攻击。成本的不对称也使得传统防空系统成为应对此类威胁的经济上不可持续的解决方案。为了了解这种不对称的程度，哥伦比亚广播公司新闻 (CBS News) 2023 年 5 月报道称，单枚 FIM-92 Stinger 系列导弹的成本超过 40 万美元，相比之下，典型的现成小型无人机（例如 DJI 四轴飞行器）的成本仅几百美元。

图： DJI 生产的 Mavic 2 无人机是一款高端 COTS 系统，配备高分辨率 20 MP 相机。图片来源：美国空军

迄今为止，射频干扰仍然是针对小型无人机最广泛（也可以说是最有效）的武器。射频干扰的工作原理是扰乱飞机的导航和控制系统，或者阻止接收来自控制站的命令信号，或者阻止卫星导航频率以扰乱 GNSS 引导。根据干扰系统的强度，效果可以在强度以及目标空域的宽度和深度方面进行缩放。乌克兰双方都部署了广泛的干扰，以保护自己的阵地免受敌方飞机的攻击，并在进攻行动之前压制敌方无人机的能力。强大的电子战系统可以安装在固定位置或车载，以便于重新定位。低梯队战术部队配备了便携式干扰器，而坦克和其他战车也被拍到炮塔顶部装有干扰器。

然而，基于电子战的对抗措施也有一些弱点。跳频通常是规避射频干扰的简单而有效的方法。此外，正如乌克兰对俄罗斯电子战站点的袭击所证明的那样，干扰机的信号可以进行三角测量，从而可以通过火炮、空射炸弹或导弹袭击来定位和瞄准它们。

自主性的提高和冗余导航系统的引入预计将减少未来射频干扰的影响，但这并不是绝对的。一些无人机将继续依靠射频数据链进行远程控制、接收任务更新或将态势感知数据转发回操作员。即使额外的抗干扰导航系统变得更加普遍，全球导航卫星系统仍将是一种重要的导航工具。

即使干扰没有完全禁用车辆控制或导航，仍可能对无人机的有效性产生负面影响。电子战技术预计将继续发展，提高信号强度、范围和有效性，并使用电磁频谱的较小部分，以尽量减少对友方系统的附带影响。五角大楼计划在较低梯队（特别是排级）定期部署干扰能力，并且已经在试验安装在美国海军陆战队 MRZR 等轻型步兵车辆上的电子战系统。其他武装部队也在采取类似的做法。

图：美国海军陆战队 LMADIS（轻型海上防空一体化系统）C-UAV 的主要组件是安装在 MRZR 轻型战术车辆（如图所示）上的 360° RPS-42 雷达和便携式 Modi II 干扰系统。图片来源：美国海军陆战队

仅改进干扰无法抵消战术无人机能力和作战概念的预期增强。正在积极寻求其他动力学技术。其中一些措施还可以保护地面部队和设施免受火箭、火炮和迫击炮 (RAM) 的攻击。这种 C-RAM 系统可以与 C-UAV 角色有很大程度的功能重叠，从而使能够执行这两种任务的系统成为一个有吸引力的建议。

高能激光系统

C-UAV 和 C-RAM 的主要研究方向之一是高能激光器 (HEL)。关于高能激光以及其他定向能武器 (DEW) 经常被提及的几个优点就是所谓的“无限弹匣”。与导弹发射器或防空炮不同，只要维持能量供应，激光器就可以在合理的范围内运行。

作战成本也明显低于动能武器系统。美国武装部队在测试更强大的车载激光系统方面再次取得了系统性进展。 2023 年 10 月，美国陆军授予洛克希德·马丁公司一份开发和交付间接火力防护能力高能激光器 (IFPC-HEL) 原型机的合同。据陆军称，车载目标武器系统旨在保护固定和半固定地点免受无人机、巡航导弹、RAM威胁以及“[载人]旋转和固定翼威胁”。原型机将于 2025 年交付。

为了保护机动部队，美国陆军一直在定向能机动短程防空（DE M-SHORAD）计划下追求定向能武器。雷神公司设计的四套原型系统安装在斯泰克装甲车上，于 2023 年 1 月交付给陆军，用于装备排规模的测试和评估单位。 50 kW 激光武器旨在击败 3 级（600 公斤）以下的无人机以及 RAM 威胁。用户评估阶段预计将持续到 2024 年初。间歇性报告称，该系统被证明对无人机有效，但 C-RAM 任务“挑战仍然存在”。较小的 10 kW 和 20 kW 系统也在托盘和轻型车辆上进行评估，但其有效性仅限于较小的无人机类别。

图：安装在 Stryker 上的 DE M-SHORAD 结合了 50 kW 级激光器和多任务半球雷达来检测、跟踪和分类威胁。图片来源：美国陆军

关于高能激光如何最有效地压制无人机或炮弹有多种建议，目前的测试表明成功地禁用了小型无人机的发动机。最简单的方法是烧毁或致盲飞机或射弹的瞄准或寻的系统。这对于配备光学传感器的遥控或自主无人机最有效。然而，这对于使炮弹偏离其弹道飞行路径几乎没有作用。重要的是要考虑到最终目标是开发 1 MW 范围或更高功率的更强大的战术激光器。能量输出越高，任何单个目标被击败或瘫痪的速度就越快。光电和控制系统也在不断改进，以提高捕获目标的速度，以及将光束聚焦在目标某一特定点的能力；后者对于摧毁RAM射弹具有特别决定性的作用，这必须通过燃烧外壳到达并引爆或爆燃弹头来实现。

尽管不断取得进展，但关于 C-UAV 和 C-RAM 激光实用性仍然存在一些问题。困难在于需要将足够的能量投射到目标上并保持光束聚焦足够长的时间以使无人机或来袭弹药失效。虽然目前正在测试的激光器被认为可能强大到足以击落一架无人机或烧穿炮弹外壳，但激光武器仍然面临挑战。光束完整性随着距离的增加而恶化，因为光束距离光源越远，光束就越宽，而且恶劣的大气条件也会降低光束的完整性。因此，这些因素会限制高能激光的有效射程。美国国防部称当今定向能武器系统的有效射程约为 1 公里。然而，战场条件——包括燃烧车辆产生的烟雾、爆炸性弹药以及遮蔽物的部署——即使在较短的距离内也会干扰光束的完整性。

最后，无人机的机动性以及火箭和火炮射弹的速度对将激光束保持在目标上超过几秒钟提出了重大挑战，特别是在存在许多视线阻挡物的环境中操作时。即使未来的高能激光足够强大，可以在如此短的时间内使目标失效，但需要在每个目标上聚焦几秒钟，这使得激光很容易受到群体攻击。例如，如果激光可以在撞击前 30 秒与火箭交战，并且只需要 5 秒即可瞄准并摧毁每个弹头，那么敌人就可以通过同时发射至少 7 枚射弹来压倒 C-RAM 系统。虽然战术高能激光最终可能有助于 C-UAV 和 C-RAM 操作，但它们似乎不太可能成为最有效的解决方案。

微波武器

另一个有前途的反无人机概念是部署高功率微波（HPM）武器。 HPM 能量可以摧毁敏感的机载电子元件，使导航和控制系统失效，并迫使无人机降落在地面上。单个纳秒长的脉冲足以同时击落整个无人机群。与激光一样，美国军方认为这是一项优先技术。美国表示：“这将为我们提供最好的机会来追击向你袭来的更大的蜂群，因为本质上，你正在关注的是技术，如果它继续移动，可能会烧毁这些无人机中的电子设备。”反无人机联合办公室 (JCO) 负责人、陆军少将肖恩·盖尼在 2022 年 8 月于阿拉巴马州亨茨维尔举行的太空与导弹防御研讨会上。

除其他举措外，IFPC 还有第二个分支，即间接火力防护能力高功率微波 (IFPC-HPM)，其重点是开发和测试 HPM 武器。 2023 年 1 月，技术公司 Epirus 收到了陆军快速能力和关键技术办公室 (RCCTO) 的合同，交付 Leonidas HPM 系统的原型。该奖项是在经过多轮系统演示后获得的，据报道，列奥尼达斯在击败无人机群和其他电子系统方面优于竞争对手。第一个原型机于 2023 年 11 月 1 日交付。根据 Epirus 的说法，Leonidas 的数字波束成形天线可以交替产生聚焦波束，使拥挤空域内的单个目标失效。

图：安装在史赛克装甲车上的列奥尼达原型 HPM 展示了用微波武器防御机动部队的能力。图片来源：Epirus

Epirus 首席执行官 Leigh Madden 补充说，该系统的软件可以处理来自 Blue Force 跟踪器和 IFF 应答器的输入，以确保 HPM 脉冲指向友军。 2022 年 10 月，Epirus 和通用动力陆地系统公司推出了安装在 Stryker 装甲车上的 Leonidas 移动变体，称为“Leonidas Mobile”。陆军希望在对武器系统进行原型评估后，于 2025 年将 IFPC-HPM 转变为记录采购计划。

目前正在评估其他 HPM 系统。其中包括美国空军研究实验室 (AFRL) 专门针对反无人机角色开发的战术高功率作战响应器 (THOR) 技术演示器。该系统可以完全存放在 6 m ISO 集装箱内，在准备状态下，微波效应器的可操纵碟形天线在集装箱顶部可见。该系统可由C-130运输机空运，两人在3小时内安装完毕并投入使用；它的能量来自电网。自 2021 年以来，它一直在针对单架无人机进行测试，并在 2023 年春季的首次此类测试中消灭了整个无人机群。“THOR 凭借其宽波束、高峰值功率和AFRL 定向能源理事会的项目经理阿德里安·卢塞罗 (Adrian Lucero) 表示：计划于 2024 年对 THOR 的基地安全角色进行额外测试。

然而，空军已经开始将该技术转让给私营部门。 2022 年 2 月，空军授予 Leidos Inc. 一份开发“下一代反电子武器系统”的合同。据 AFRL 称，它将直接以 THOR 展示的技术为基础，但将增加增强的功能、可靠性和制造就绪性。与北欧主题保持一致，新的 HPM 武器系统以雷神之锤命名为“Mjolnir”。 “由于 THOR 非常成功，我们希望将新系统的名称保留在家族中 [...] Mjölnir 将专注于为所有未来的 C-UAV HPM 系统创建详细的蓝图，并具有增强的范围和用于检测和跟踪 UAS 的技术，”说Lucero。

图：THOR HPM 系统的艺术家概念能够为固定或临时设施提供远程防御。图片来源：AFRL

HPM 还具有用于 C-RAM 任务的潜力，其中的失败机制将涉及禁用精确制导系统，甚至可能禁用目标使用的引信。考虑到当前足够强大的系统的规模，这可能（至少在最初）仅限于固定或半固定安装。空军研究实验室于 2021 年 7 月发布的一项题为“定向能源未来 2060”的研究假设，包括 HPM 和 HEL 在内的定向能武器最终可以在高价值目标周围形成事实上的“力场”，不仅击退无人机，还击退无人机。还有 RAM 威胁和导弹。

动能解决方案

2022 年 8 月，JCO 盖尼将军表示，随着无人机变得越来越自主且越来越不依赖通信链路，美国军方需要开始“倾向于”动能选项。盖尼在一次演讲中说：“如果你只关注电子战系统，并且它们已经进化到超越了你所否认的电子战或非动能能力，那么我们就得到了可以提供这种能力的动能效应器。”在阿拉巴马州亨茨维尔举行的太空与导弹防御研讨会。

迄今为止，在测试中，使用近炸引信发射空爆弹药的炮塔式 30 毫米火炮已显示出最大的前景。诺斯罗普·格鲁曼公司正在开发一系列用于链炮的先进可编程空爆弹药（PABM）。其中包括具有飞行轨迹制导功能的中口径 30 毫米和 50 毫米制导弹药，并在平台端复杂的目标识别算法的辅助下，有望增强对抗无人机群的有效性。为了防御基础设施目标，改进的密集阵系统似乎适合对抗大多数尺寸级别的无人机。机枪仍然是最后的选择，尽管乌克兰士兵已经使用卡车安装的自动武器（包括第一次世界大战的马克西姆机枪）来对抗小型无人机，效果良好。然而，它们并不是理想的解决方案。

武装型拦截无人机

如今，无人机似乎非常适合充当武装拦截机。在过去的十年或更长时间里，一些四轴飞行器配备了网、猎枪弹和其他适合摧毁敌方四轴飞行器的弹药。神风特攻队型拦截弹也已投入使用，迄今为止展示的拦截弹包括命中杀伤型和配备弹头的型号。

图：武装型MIDAS 拦截器每次飞行最多可击落 16 架无人机。图片来源：Aurora Flight Sciences

最近推出的系统包括 Aurora Flight Sciences 和 Anduril Industries 的 Roadrunner-M 开发的模块化拦截无人机航电套件 (MIDAS) 四轴飞行器。 MIDAS 配备了能够容纳各种有效负载的模块化导轨。其中包括能够发射多发子弹的射弹武器，每次任务有可能击败多达 16 架小型无人机。目标提示利用地面雷达以及机载光学传感器。系统的模块化允许进行必要的升级以应对未来威胁的发展。相比之下，机动性强的喷气式走鹃-M是一种“神风特攻队”无人机，它以高亚音速飞行，并配备爆炸弹头，由激光近炸引信引发。它通过飞得足够近以激活弹头来拦截目标。安杜里尔表示，它特别适合击败沙赫德型无人机以及包括有人驾驶飞机在内的更大系统。美国国防部 2024 年预算文件显示，美国特种作战司令部 (SOCOM) 正在采购该系统。

同样，RTX 开发的管射 Coyote 无人机也被提议作为另一种“神风特攻队”C-UAV 解决方案。该飞行器可以从地面、空中或海上部署，并配备主动雷达导引头和高爆弹头，使其能够识别和击败敌方无人机。 Coyote 已展示了其在最多 24 架飞机组成的集群中协同作战的能力，使该系统有可能在大规模“群对群”空中交战中直接攻击敌方无人机群。 Coyote 还可以配备各种有效载荷，包括电子战套件或高功率微波发射器，从而能够以非动能方式对抗无人威胁。

图：美国陆军的 LIDS（低速小型无人机综合打击系统）将雷神狼无人机和 KuRFS 雷达与雪城研究公司的电子战系统和诺斯罗普·格鲁曼公司的前线区域防空指挥与控制系统集成在一起。迄今为止，陆军已订购系统装备两个以上的师。图片来源：美国陆军

洛克希德·马丁公司开发了另一种管发射无人机，命名为 MORFIUS，它配备了红外导引头以及旨在对抗无人机群的 HPM 有效载荷。 MORFIUS 的目的是飞得相对靠近目标，然后再用其 HPM 有效载荷进行攻击，据洛克希德·马丁公司称，该有效载荷能够投射千兆瓦的微波功率。无人机安装的 HPM 的一个特殊优势是，它们能够在敌方无人机定位发起攻击之前，在友军之前就与敌方蜂群交战。

没有“银弹”

JCO 将于 2024 年 6 月在新墨西哥州白沙导弹靶场举办下一次技术实验。此次演习场景是围绕对手试图通过多达 50 架无人机群的大规模攻击来压倒美国反无人机防御系统而展开的，这使其成为此类演习中最大规模的一次。 JCO 采购负责人迈克尔·帕伦特上校表示，考虑到攻击规模，此次演习预计将严重依赖电子战系统，他补充道：“让我们面对现实吧，动能受到了挑战，因为我们谈到[击败]20到50架[无人机] ]。”

然而，如前所述，无人机自主性可能会限制基于电子战的反无人机系统的实用性。随着无人机变得越来越自主并能够抵御电子攻击（包括针对微波能量的系统的强化），这种情况在未来几年将变得更加严重。用雷尼将军的话来说，“没有灵丹妙药。没有任何一个系统能够战胜所有这些威胁。”随着无人机变得越来越复杂，未来的防御工作必须依赖于一个集成的系统。正如空中和导弹防御现在是分层的一样，有效的反无人机解决方案需要多种重叠功能，以避免覆盖范围的空白。这是美国武装部队目前正在采取的方法。例如，诸如雷神和雷神之锤之类的 HPM 武器被明确称为激光、动能和爆炸对抗措施的补充。任何有能力为全频谱反无人机武器库提供资金的国家都可能会采取这种方法。

图：诺斯罗普·格鲁曼公司的 Mk310 PABM 弹药针对反无人机角色进行了优化。图片来源：诺斯罗普·格鲁曼公司

需要明确的是，能够覆盖更广泛空域并同时攻击大量敌方系统的干扰和微波武器将是未来反无人机武器库的重要组成部分。不屈服于第一道防线的无人机必须直接交战。必须包括广泛的相互支持的武器系统，包括激光、车载和便携式射弹武器以及机载系统。如果部署足够数量并进行最佳部署，这种分层网格可以形成紧密的防护罩，最大限度地减少敌方无人机穿过间隙并对友军造成打击的机会。

无论如何，C-UAV 任务目前似乎比有效的 C-RAM 解决方案更可行，这在很大程度上是由于效应器选项范围更大。即使精确制导弹药的制导系统可以通过干扰、激光眩目/光学“烧毁”或微波来抵消，弹道飞行路径最后阶段的各种弹药（例如炮弹）的惯性最终可能需要动能解决方案以确保成功阻止它们。这些武器需要配备足够深的弹匣和扩大的交战范围，以抵御密集和长时间的炮火攻击。至于美国空军研究实验室（AFRL）关于在未来几十年内抵御 RAM 威胁的“力场”式保护伞的预测，许多专家认为，这在未来几年仍将仅限于科幻小说领域。

参考来源：欧洲安全与防务期刊