一架小型無人機懸停在巨大的以色列主戰坦克 " 梅卡瓦 "MK4 上方,迅速釋放所懸挂的 RPG-7 火箭彈。火箭彈在坦克最爲脆弱的頂部爆炸,一瞬間,火光沖天,濃煙滾滾。
這是在 2023 年 10 月中旬曝出的一段視頻,顯示了哈馬斯無人機對以軍 " 梅卡瓦 " 坦克的獵殺。該視頻迅速在軍迷中引發圍觀和驚詫。要知道," 梅卡瓦 "MK4 被譽爲擁有世界最強生存能力的主戰坦克,其裝甲防護能力突出,還配備主動防禦系統,能抵禦反坦克導彈和大威力反坦克火箭筒的攻擊。然而,它就這樣被一架小型無人機輕而易舉地破防了。
這個案例再次證明,在各類無人機俯視之下,包括主戰坦克在内,地面重型裝備的生存力愈發堪憂。
實際上,在近期包括俄烏沖突在内的幾場局部戰争中,無人機都已開始扮演愈來愈重要的角色。從實戰效果看,無人機以 " 無人 " 對 " 有人 " 的非對稱打擊能力,已在事實上改變了現代戰争的 " 遊戲規則 "。在此背景下,如何有效應對無人機的威脅,針對其特點發展相應的反制技術已經成爲世界各國,特别是發達國家的首要發展方向之一。目前有多種無人機反制技術發展路線,其中微波武器以其顯著特點,在無人機防禦中獨樹一幟。
一、無人機如何改變現代戰争
自上世紀九十年代海灣戰争以來,以精确制導彈藥爲主要裝備的精确打擊模式逐漸成爲現代戰争的主導,并在伊拉克、阿富汗等多次局部戰争中頻繁使用。這種打擊模式具有覆蓋範圍廣、發射平台多樣、攻擊目标精準、智能化程度高等優勢。
但這種模式也存在較爲明顯的不足,包括隻能實現點對點攻擊、需體系協同、不适合攻擊人口密集地區或巷戰等。此外,精确制導武器價格高昂,單枚導彈價格往往動辄上百萬美元,甚至千萬美元以上,在大消耗戰争中對交戰方的經濟支撐能力要求極高。
無人機的出現,對這一模式形成劇烈沖擊。目前使用的無人機主要包括固定翼和旋翼無人機兩類,具有攜帶方便、使用方式靈活、用途多樣等特點。單兵使用的無人機一般僅有幾公斤重,很容易放進作戰背包并攜帶;同時還采用了先進的導航和定位系統,可以在複雜的環境中進行高精度的自主導航和定位。
實戰中,無人機可以攜帶小型導彈或炸彈進行攻擊,其打擊精度和威力都非常強大。同時,無人機還可以進行作戰評估,即對敵人的戰鬥力、部署和行動進行偵察分析,爲後續作戰提供重要參考。
除作戰能力十分突出外,無人機更大的優勢在于其價格低廉。由于其單機設計結構簡單,零部件通用化程度高,因此研發和制造成本都較低,如美軍 " 郊狼 " 無人機,其機身大部分采用複合材料和模塊化設計,單架成本僅 1.5 萬美元。有些通過民用無人機改裝而成的武器,其成本甚至可降至幾百美元。
在此基礎上,将一定數量的無人機集群使用,所形成的無人機 " 蜂群 " 則更爲可怕。" 蜂群 " 由多架智能化程度較高的低成本無人機組成,且執行任務時可以相互通信和相互協同,既可對多個目标同時打擊,也可對單個高價值目标重複打擊。
由于具備數量優勢,可以短時間内從多角度、多方向發起集群進攻,使敵方的防空反導系統探測、跟蹤和攔截能力迅速飽和。" 蜂群 " 無人機體積小,雷達信号特征小,難以被敵方探測發現,可以從戰機、艦艇和車輛等多種平台快速發射,便于瞬時發起集中攻擊,達到攻其不備、防不勝防的效果。
美軍在測試無人機蜂群。
二、誰能克制無人機?
随着無人機及其蜂群系統作戰模式逐漸成爲未來戰争的重要樣式,發展有效的反制手段逐漸受到各國的高度重視。以美國爲例,自 2015 年以來,美軍日益重視反無人機系統的發展。2019 至 2021 财政年度,平均每年投資約 5 億美元。2023 财政年度,美國國防部又花費 6.68 億美元用于反無人機系統的研發,另外至少花費 7800 萬美元用于采購。
反制無人機的過程主要可分爲發現和打擊兩個階段,即首先對目标無人機進行探測跟蹤及預警,然後依據實際情況采取相應的毀傷手段進行打擊。常用的毀傷手段包括:
(1)利用高炮、防空導彈進行硬殺傷,此手段雖然技術成熟度高,但成本也高;
(2)從地面或空中抛網利用物理捕捉的方式捕獲無人機,此手段成本低且實施簡單,但命中率低,且作用距離十分有限;
(3)利用格鬥無人機對抗無人機具有精度高、附帶毀傷小的特征,但技術成熟度相對較低,且一般隻能實現點對點攻擊,對于具有自修複能力的蜂群系統的殺傷力有限;
(4)利用高能激光武器直接殺傷目标,這種方式具有反應快、精度高、威力大的特點,但其效能發揮受目标材質和天氣的影響較大,且應對數量龐大的蜂群時效果一般。
相比之下,正在發展中的微波武器可能成爲無人機,特别是無人機蜂群的克星。微波武器是指配備高功率微波(High-Power Microwave, HPM)載荷的作戰武器,可搭載于陸基、空基、海基、甚至彈基等多種平台。微波武器的毀傷原理與常見的微波爐類似,即不斷發射電磁脈沖,通過無人機的後門(孔縫等)耦合擾亂無人機飛控系統,或通過前門(微波接收通道)耦合損傷無人機測控接收機,根據耦合能量大小緻使無人機失控或受損。
相較于其他毀傷手段而言,微波武器在反無人機及其集群方面具有獨特優勢。
首先,它殺傷面積廣,能同時對區域内的多個目标進行殺傷,且對導引系統精度要求不高。例如,由美國空軍研究實驗室開發的 " 戰術高功率作戰響應器 "(THOR)反蜂群電磁武器,實測中可以一次性擊落 50 架以上的無人機。
其二,攻擊時間短,微波以光速傳播,且能量密度高,在微秒量級内就可對目标造成損傷。例如美國 Epirus 公司于 2020 年推出的陸基 " 奧尼達斯 " 系統,在 2021 年 2 月的一次原型演示中,僅僅數分鍾,就成功擊落了所有 66 架無人機。
其三,微波波長相較于激光更長,對天氣不敏感,可全天候使用。
最後,效費比超高,反制無人機作戰時,僅需消耗電能,并且可以反複使用。
基于上述優勢,高功率微波可以對無人機及其集群實現廣域殺傷和高效對抗,已逐漸成爲無人機的 " 克星 "。
三、微波武器的研制現狀
其實,微波武器并非爲對抗無人機而生。其相關研究始于 20 世紀 70 年代,當時它主要被設計用于電子戰,通過發射高功率微波幹擾敵方通信系統,或毀傷其傳感器和重要電子元件,對敵方實施電子幹擾或損毀其電子設備。
微波武器的早期研究,主要集中在高功率微波源和高功率武器殺傷機理的探索;進入 80 年代後,相關理論研究取得突破性進展,裝備研究也開始從實驗室階段轉向實用化階段;90 年代,開始出現應用牽引的高功率微波研究項目;新世紀以來,逐漸向軍用平台和進攻型武器的方向過渡。
這一領域的研究以美國的進展最爲顯著,他們采用的策略是在發展高功率微波技術的基礎上,同步研制武器樣機,并在試驗場演示驗證,甚至用于戰場。如在海灣戰争中,美軍就利用 " 戰斧 " 巡航導彈作爲載彈平台投擲了試驗型微波炸彈,在科索沃戰争中再次用其對南聯盟實施信息打擊。
近年來,伴随無人機威脅不斷增加,作爲微波武器的重要分支之一,與反無人機或蜂群系統相關的研究項目不斷增加,以下介紹部分重點項目:
" 相位器 " (Phaser) 高功率微波武器系統
" 相位器 " 高功率微波武器系統。
" 相位器 " 高功率微波武器系統由美國雷神公司開發,是用于反無人機等任務的柴油動力陸基微波武器系統。整個系統安裝在 20 英尺高的集裝箱上,在搜索雷達的引導下,可持續跟蹤無人機目标所在的位置,過程中通過碟形天線定向發射高能微波,燒毀目标物内部的電子元件。在 2013 年 9~10 月,美陸軍在俄克拉荷馬州錫爾堡,成功使用這一系統進行了攔截小型無人機目标的防空試驗。
戰術高功率微波作戰響應器(THOR)
" 戰術高功率作戰響應器 " 系統。
" 戰術高功率作戰響應器 " 由美國空軍研究實驗室、BAE 系統公司、Leidos 公司以及 VerusResearch 公司聯合開發,旨在發展新型的空軍基地反蜂群威脅武器。
2021 年 2 月,美國陸軍快速能力和關鍵技術辦公室簽署了 THOR 計劃,将與美國空軍進行合作,期望在 2024 年左右提供火力防護高功率微波系統,并可供一個排裝備。2021 年 7 月,美國空軍研究實驗室透露了開發新的高功率微波武器系統原型計劃,新系統被稱爲 Mjolnir。雖然 Mjolnir 所使用的技術與 THOR 基本相同,但将在能力、可靠性和制造方面有所不同和突破。
" 奧尼達斯 "(Leonidas)反電子系統
陸基 " 奧尼達斯 " 系統。
美國 Epirus 公司于 2020 年推出了陸基 " 奧尼達斯 " 系統,并号稱是世界上首台小型化高功率微波系統。Epirus 公司正在對該系統進行能力擴展以适應不同的任務需求,包括開發單兵型、地面機動型、無人機載吊艙型,以及艦載型等系列化高功率微波武器。
2021 年 10 月,美國通用動力陸地系統公司與 Epirus 公司達成合作,将 " 奧尼達斯 " 反電子系統集成到斯特瑞克戰車和其他有人 / 無人駕駛地面車輛上,以抵禦無人機及蜂群和其他電子威脅,增強美國陸軍的近程防空能力。
MORFIUS 系統
MORFIUS 系統。
MORFIUS 系統是一種可重複使用的高功率微波攔截器,由洛 · 馬公司專爲對抗無人機 / 機群而設計研發。該系統能夠在空中一次摧毀多架無人機,且不會對地面、車輛等造成損害。該系統支持分層防禦,并可以通過開放接口集成至任何指揮和控制網絡。據報道,自 2018 年以來,MORFIUS 已進行了 15 次以上的測試活動,且将在未來不斷進行更多的測試,以展示其端到端的能力。
此外,俄羅斯在微波武器領域也有近 10 年的深耕。2014 年,俄羅斯無線電電子技術集團(KRET)研制了 " 克拉蘇哈 "(Krasukha)系列電子戰武器,其中 " 克拉蘇哈 "-4 系統是該系列最新的高功率微波幹擾系統。車載型 " 克拉蘇哈 "-4 系統能夠對抗美國 E-8C 類戰場監視機、" 捕食者 " 無人偵察攻擊機、" 全球鷹 " 無人戰略偵察機。有消息指出,俄羅斯每個軍區通常會有兩個獨立電子戰連,并在其中一個連隊裝備 " 克拉蘇哈 " 系統。
俄羅斯 Krasukha 系列電子戰武器。
四、微波武器未來發展方向
綜上所述,高功率微波由于其光速攻擊、面殺傷能力強、效費比高等優點,将成爲反制無人機及其集群的有效手段。通過研判,未來在技術和裝備層面主要的發展趨勢如下:
(1) 從技術角度看,亟需進一步提高微波系統的能量轉換效率。現階段高功率微波武器樣機普遍存在打擊範圍有限、機動性不強、反應速度慢等缺點,問題的關鍵在于其高功率微波産生系統較爲龐大笨重,其中的根本原因又是微波系統的能量轉換效率較低所導緻。
(2) 從裝備研制角度看,武器系統的輕量化、小型化、模塊化将是下一步的發展方向。考慮到未來在戰争中适應不同的作戰環境和作戰任務,微波武器裝備應适應陸基、海基、空基等多種搭載平台,實現對無人機及蜂群系統的多維度打擊,這要求系統具有質量輕、體積小和适應靈活組合等特點。
(3) 從系統功能角度看,智能化、多功能化和平台協同化将是未來發展方向。随着無人機系統的智能化程度和隐身能力不斷提升,微波武器系統對目标進行智能化快速識别變得越來越重要,同時,也要求系統同時具備探測追蹤、預警、機動、瞄準和發射等多種功能,以實現快速防禦。這不但需要提升微波武器系統自身的集成度水平,還需與搭載平台協同使用,以最大程度發揮其優勢。