無(wú)人機(jī)以“無(wú)人”對(duì)“有人”的非對(duì)稱打擊能力，已在事實(shí)上改變了現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的“游戲規(guī)則”。對(duì)于這個(gè)規(guī)則改變者，各國(guó)紛紛探索克制之法。微波武器由于其光速攻擊、面殺傷能力強(qiáng)、效費(fèi)比高等優(yōu)點(diǎn)，將成為反制無(wú)人機(jī)及其集群的有效手段。
撰文 | 崔凱（中國(guó)空氣動(dòng)力學(xué)會(huì) 科學(xué)傳播和普及工作委員會(huì)主任）
一架小型無(wú)人機(jī)懸停在巨大的以色列主戰(zhàn)坦克“梅卡瓦”MK4上方，迅速釋放所懸掛的RPG-7火箭彈?；鸺龔椩谔箍俗顬榇嗳醯捻敳勘ǎ凰查g，火光沖天，濃煙滾滾。
這是在2023年10月中旬曝出的一段視頻【前往“返樸”觀看】，顯示了哈馬斯無(wú)人機(jī)對(duì)以軍“梅卡瓦”坦克的獵殺。該視頻迅速在軍迷中引發(fā)圍觀和驚詫。要知道，“梅卡瓦”MK4被譽(yù)為擁有世界最強(qiáng)生存能力的主戰(zhàn)坦克，其裝甲防護(hù)能力突出，還配備主動(dòng)防御系統(tǒng)，能抵御反坦克導(dǎo)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(wú)人機(jī)輕而易舉地破防了。
這個(gè)案例再次證明，在各類無(wú)人機(jī)俯視之下，包括主戰(zhàn)坦克在內(nèi)，地面重型裝備的生存力愈發(fā)堪憂。
實(shí)際上，在近期包括俄烏沖突在內(nèi)的幾場(chǎng)局部戰(zhàn)爭(zhēng)中，無(wú)人機(jī)都已開始扮演愈來(lái)愈重要的角色。從實(shí)戰(zhàn)效果看，無(wú)人機(jī)以“無(wú)人”對(duì)“有人”的非對(duì)稱打擊能力，已在事實(shí)上改變了現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的“游戲規(guī)則”。在此背景下，如何有效應(yīng)對(duì)無(wú)人機(jī)的威脅，針對(duì)其特點(diǎn)發(fā)展相應(yīng)的反制技術(shù)已經(jīng)成為世界各國(guó)，特別是發(fā)達(dá)國(guó)家的首要發(fā)展方向之一。目前有多種無(wú)人機(jī)反制技術(shù)發(fā)展路線，其中微波武器以其顯著特點(diǎn)，在無(wú)人機(jī)防御中獨(dú)樹一幟。
01
無(wú)人機(jī)如何改變現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)
自上世紀(jì)九十年代海灣戰(zhàn)爭(zhēng)以來(lái)，以精確制導(dǎo)彈藥為主要裝備的精確打擊模式逐漸成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的主導(dǎo)，并在伊拉克、阿富汗等多次局部戰(zhàn)爭(zhēng)中頻繁使用。這種打擊模式具有覆蓋范圍廣、發(fā)射平臺(tái)多樣、攻擊目標(biāo)精準(zhǔn)、智能化程度高等優(yōu)勢(shì)。但這種模式也存在較為明顯的不足，包括只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)攻擊、需體系協(xié)同、不適合攻擊人口密集地區(qū)或巷戰(zhàn)等。此外，精確制導(dǎo)武器價(jià)格高昂，單枚導(dǎo)彈價(jià)格往往動(dòng)輒上百萬(wàn)美元，甚至千萬(wàn)美元以上，在大消耗戰(zhàn)爭(zhēng)中對(duì)交戰(zhàn)方的經(jīng)濟(jì)支撐能力要求極高。
無(wú)人機(jī)的出現(xiàn)，對(duì)這一模式形成劇烈沖擊。目前使用的無(wú)人機(jī)主要包括固定翼和旋翼無(wú)人機(jī)兩類，具有攜帶方便、使用方式靈活、用途多樣等特點(diǎn)。單兵使用的無(wú)人機(jī)一般僅有幾公斤重，很容易放進(jìn)作戰(zhàn)背包并攜帶；同時(shí)還采用了先進(jìn)的導(dǎo)航和定位系統(tǒng)，可以在復(fù)雜的環(huán)境中進(jìn)行高精度的自主導(dǎo)航和定位。實(shí)戰(zhàn)中，無(wú)人機(jī)可以攜帶小型導(dǎo)彈或炸彈進(jìn)行攻擊，其打擊精度和威力都非常強(qiáng)大。同時(shí)，無(wú)人機(jī)還可以進(jìn)行作戰(zhàn)評(píng)估，即對(duì)敵人的戰(zhàn)斗力、部署和行動(dòng)進(jìn)行偵察分析，為后續(xù)作戰(zhàn)提供重要參考。
除作戰(zhàn)能力十分突出外，無(wú)人機(jī)更大的優(yōu)勢(shì)在于其價(jià)格低廉。由于其單機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零部件通用化程度高，因此研發(fā)和制造成本都較低，如美軍“郊狼”無(wú)人機(jī)，其機(jī)身大部分采用復(fù)合材料和模塊化設(shè)計(jì)，單架成本僅1.5萬(wàn)美元。有些通過(guò)民用無(wú)人機(jī)改裝而成的武器，其成本甚至可降至幾百美元。
在此基礎(chǔ)上，將一定數(shù)量的無(wú)人機(jī)集群使用，所形成的無(wú)人機(jī)“蜂群”則更為可怕?！胺淙骸庇啥嗉苤悄芑潭容^高的低成本無(wú)人機(jī)組成，且執(zhí)行任務(wù)時(shí)可以相互通信和相互協(xié)同，既可對(duì)多個(gè)目標(biāo)同時(shí)打擊，也可對(duì)單個(gè)高價(jià)值目標(biāo)重復(fù)打擊。由于具備數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)，可以短時(shí)間內(nèi)從多角度、多方向發(fā)起集群進(jìn)攻，使敵方的防空反導(dǎo)系統(tǒng)探測(cè)、跟蹤和攔截能力迅速飽和。“蜂群”無(wú)人機(jī)體積小，雷達(dá)信號(hào)特征小，難以被敵方探測(cè)發(fā)現(xiàn)，可以從戰(zhàn)機(jī)、艦艇和車輛等多種平臺(tái)快速發(fā)射，便于瞬時(shí)發(fā)起集中攻擊，達(dá)到攻其不備、防不勝防的效果。
美軍在測(cè)試無(wú)人機(jī)蜂群。
02
誰(shuí)能克制無(wú)人機(jī)？
隨著無(wú)人機(jī)及其蜂群系統(tǒng)作戰(zhàn)模式逐漸成為未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的重要樣式，發(fā)展有效的反制手段逐漸受到各國(guó)的高度重視。以美國(guó)為例，自2015年以來(lái)，美軍日益重視反無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展。2019至2021財(cái)政年度，平均每年投資約5億美元。2023財(cái)政年度，美國(guó)國(guó)防部又花費(fèi)6.68億美元用于反無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的研發(fā)，另外至少花費(fèi)7800萬(wàn)美元用于采購(gòu)。
反制無(wú)人機(jī)的過(guò)程主要可分為發(fā)現(xiàn)和打擊兩個(gè)階段，即首先對(duì)目標(biāo)無(wú)人機(jī)進(jìn)行探測(cè)跟蹤及預(yù)警，然后依據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)的毀傷手段進(jìn)行打擊。常用的毀傷手段包括：1）利用高炮、防空導(dǎo)彈進(jìn)行硬殺傷，此手段雖然技術(shù)成熟度高，但成本也高；2）從地面或空中拋網(wǎng)利用物理捕捉的方式捕獲無(wú)人機(jī)，此手段成本低且實(shí)施簡(jiǎn)單，但命中率低，且作用距離十分有限；3）利用格斗無(wú)人機(jī)對(duì)抗無(wú)人機(jī)具有精度高、附帶毀傷小的特征，但技術(shù)成熟度相對(duì)較低，且一般只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)攻擊，對(duì)于具有自修復(fù)能力的蜂群系統(tǒng)的殺傷力有限；4）利用高能激光武器直接殺傷目標(biāo)，這種方式具有反應(yīng)快、精度高、威力大的特點(diǎn)，但其效能發(fā)揮受目標(biāo)材質(zhì)和天氣的影響較大，且應(yīng)對(duì)數(shù)量龐大的蜂群時(shí)效果一般。
相比之下，正在發(fā)展中的微波武器可能成為無(wú)人機(jī)，特別是無(wú)人機(jī)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(zhàn)武器，可搭載于陸基、空基、?；?、甚至彈基等多種平臺(tái)。微波武器的毀傷原理與常見的微波爐類似，即不斷發(fā)射電磁脈沖，通過(guò)無(wú)人機(jī)的后門（孔縫等）耦合擾亂無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng)，或通過(guò)前門（微波接收通道）耦合損傷無(wú)人機(jī)測(cè)控接收機(jī)，根據(jù)耦合能量大小致使無(wú)人機(jī)失控或受損。
相較于其他毀傷手段而言，微波武器在反無(wú)人機(jī)及其集群方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。
首先，它殺傷面積廣，能同時(shí)對(duì)區(qū)域內(nèi)的多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行殺傷，且對(duì)導(dǎo)引系統(tǒng)精度要求不高。例如，由美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的“戰(zhàn)術(shù)高功率作戰(zhàn)響應(yīng)器”（THOR）反蜂群電磁武器，實(shí)測(cè)中可以一次性擊落50架以上的無(wú)人機(jī)。
其二，攻擊時(shí)間短，微波以光速傳播，且能量密度高，在微秒量級(jí)內(nèi)就可對(duì)目標(biāo)造成損傷。例如美國(guó)Epirus公司于2020年推出的陸基“奧尼達(dá)斯”系統(tǒng)，在2021年2月的一次原型演示中，僅僅數(shù)分鐘，就成功擊落了所有66架無(wú)人機(jī)。
其三，微波波長(zhǎng)相較于激光更長(zhǎng)，對(duì)天氣不敏感，可全天候使用。
最后，效費(fèi)比超高，反制無(wú)人機(jī)作戰(zhàn)時(shí)，僅需消耗電能，并且可以反復(fù)使用。
基于上述優(yōu)勢(shì)，高功率微波可以對(duì)無(wú)人機(jī)及其集群實(shí)現(xiàn)廣域殺傷和高效對(duì)抗，已逐漸成為無(wú)人機(jī)的“克星”。
03
微波武器的研制現(xiàn)狀
其實(shí)，微波武器并非為對(duì)抗無(wú)人機(jī)而生。其相關(guān)研究始于20世紀(jì)70年代，當(dāng)時(shí)它主要被設(shè)計(jì)用于電子戰(zhàn)，通過(guò)發(fā)射高功率微波干擾敵方通信系統(tǒng)，或毀傷其傳感器和重要電子元件，對(duì)敵方實(shí)施電子干擾或損毀其電子設(shè)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(jī)理的探索；進(jìn)入80年代后，相關(guān)理論研究取得突破性進(jìn)展，裝備研究也開始從實(shí)驗(yàn)室階段轉(zhuǎn)向?qū)嵱没A段；90年代，開始出現(xiàn)應(yīng)用牽引的高功率微波研究項(xiàng)目；新世紀(jì)以來(lái)，逐漸向軍用平臺(tái)和進(jìn)攻型武器的方向過(guò)渡。
這一領(lǐng)域的研究以美國(guó)的進(jìn)展最為顯著，他們采用的策略是在發(fā)展高功率微波技術(shù)的基礎(chǔ)上，同步研制武器樣機(jī)，并在試驗(yàn)場(chǎng)演示驗(yàn)證，甚至用于戰(zhàn)場(chǎng)。如在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，美軍就利用“戰(zhàn)斧”巡航導(dǎo)彈作為載彈平臺(tái)投擲了試驗(yàn)型微波炸彈，在科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)中再次用其對(duì)南聯(lián)盟實(shí)施信息打擊。
近年來(lái)，伴隨無(wú)人機(jī)威脅不斷增加，作為微波武器的重要分支之一，與反無(wú)人機(jī)或蜂群系統(tǒng)相關(guān)的研究項(xiàng)目不斷增加，以下介紹部分重點(diǎn)項(xiàng)目：
“相位器” (Phaser) 高功率微波武器系統(tǒng)
“相位器”高功率微波武器系統(tǒng)。
“相位器”高功率微波武器系統(tǒng)由美國(guó)雷神公司開發(fā)，是用于反無(wú)人機(jī)等任務(wù)的柴油動(dòng)力陸基微波武器系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)安裝在20英尺高的集裝箱上，在搜索雷達(dá)的引導(dǎo)下，可持續(xù)跟蹤無(wú)人機(jī)目標(biāo)所在的位置，過(guò)程中通過(guò)碟形天線定向發(fā)射高能微波，燒毀目標(biāo)物內(nèi)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(tǒng)進(jìn)行了攔截小型無(wú)人機(jī)目標(biāo)的防空試驗(yàn)。
戰(zhàn)術(shù)高功率微波作戰(zhàn)響應(yīng)器（THOR）
“戰(zhàn)術(shù)高功率作戰(zhàn)響應(yīng)器”系統(tǒng)。
“戰(zhàn)術(shù)高功率作戰(zhàn)響應(yīng)器”由美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室、BAE系統(tǒng)公司、Leidos公司以及VerusResearch公司聯(lián)合開發(fā)，旨在發(fā)展新型的空軍基地反蜂群威脅武器。
2021年2月，美國(guó)陸軍快速能力和關(guān)鍵技術(shù)辦公室簽署了THOR計(jì)劃，將與美國(guó)空軍進(jìn)行合作，期望在2024年左右提供火力防護(hù)高功率微波系統(tǒng)，并可供一個(gè)排裝備。2021年7月，美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室透露了開發(fā)新的高功率微波武器系統(tǒng)原型計(jì)劃，新系統(tǒng)被稱為Mjolnir。雖然Mjolnir所使用的技術(shù)與THOR基本相同，但將在能力、可靠性和制造方面有所不同和突破。
“奧尼達(dá)斯”（Leonidas）反電子系統(tǒng)
陸基“奧尼達(dá)斯”系統(tǒng)。
美國(guó)Epirus公司于2020年推出了陸基“奧尼達(dá)斯”系統(tǒng)，并號(hào)稱是世界上首臺(tái)小型化高功率微波系統(tǒng)。Epirus公司正在對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行能力擴(kuò)展以適應(yīng)不同的任務(wù)需求，包括開發(fā)單兵型、地面機(jī)動(dòng)型、無(wú)人機(jī)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(guó)通用動(dòng)力陸地系統(tǒng)公司與Epirus公司達(dá)成合作，將“奧尼達(dá)斯”反電子系統(tǒng)集成到斯特瑞克戰(zhàn)車和其他有人/無(wú)人駕駛地面車輛上，以抵御無(wú)人機(jī)及蜂群和其他電子威脅，增強(qiáng)美國(guó)陸軍的近程防空能力。
MORFIUS系統(tǒng)
MORFIUS系統(tǒng)。
MORFIUS系統(tǒng)是一種可重復(fù)使用的高功率微波攔截器，由洛·馬公司專為對(duì)抗無(wú)人機(jī)/機(jī)群而設(shè)計(jì)研發(fā)。該系統(tǒng)能夠在空中一次摧毀多架無(wú)人機(jī)，且不會(huì)對(duì)地面、車輛等造成損害。該系統(tǒng)支持分層防御，并可以通過(guò)開放接口集成至任何指揮和控制網(wǎng)絡(luò)。據(jù)報(bào)道，自2018年以來(lái)，MORFIUS已進(jìn)行了15次以上的測(cè)試活動(dòng)，且將在未來(lái)不斷進(jìn)行更多的測(cè)試，以展示其端到端的能力。
此外，俄羅斯在微波武器領(lǐng)域也有近10年的深耕。2014年，俄羅斯無(wú)線電電子技術(shù)集團(tuán)（KRET）研制了“克拉蘇哈”（Krasukha）系列電子戰(zhàn)武器，其中“克拉蘇哈”-4系統(tǒng)是該系列最新的高功率微波干擾系統(tǒng)。車載型“克拉蘇哈”-4系統(tǒng)能夠?qū)姑绹?guó)E-8C類戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視機(jī)、“捕食者”無(wú)人偵察攻擊機(jī)、“全球鷹”無(wú)人戰(zhàn)略偵察機(jī)。有消息指出，俄羅斯每個(gè)軍區(qū)通常會(huì)有兩個(gè)獨(dú)立電子戰(zhàn)連，并在其中一個(gè)連隊(duì)裝備“克拉蘇哈”系統(tǒng)。
俄羅斯Krasukha系列電子戰(zhàn)武器。
04
微波武器未來(lái)發(fā)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(qiáng)、效費(fèi)比高等優(yōu)點(diǎn)，將成為反制無(wú)人機(jī)及其集群的有效手段。通過(guò)研判，未來(lái)在技術(shù)和裝備層面主要的發(fā)展趨勢(shì)如下：
1） 從技術(shù)角度看，亟需進(jìn)一步提高微波系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率?，F(xiàn)階段高功率微波武器樣機(jī)普遍存在打擊范圍有限、機(jī)動(dòng)性不強(qiáng)、反應(yīng)速度慢等缺點(diǎn)，問(wèn)題的關(guān)鍵在于其高功率微波產(chǎn)生系統(tǒng)較為龐大笨重，其中的根本原因又是微波系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率較低所導(dǎo)致。
2） 從裝備研制角度看，武器系統(tǒng)的輕量化、小型化、模塊化將是下一步的發(fā)展方向?？紤]到未來(lái)在戰(zhàn)爭(zhēng)中適應(yīng)不同的作戰(zhàn)環(huán)境和作戰(zhàn)任務(wù)，微波武器裝備應(yīng)適應(yīng)陸基、海基、空基等多種搭載平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)及蜂群系統(tǒng)的多維度打擊，這要求系統(tǒng)具有質(zhì)量輕、體積小和適應(yīng)靈活組合等特點(diǎn)。
3） 從系統(tǒng)功能角度看，智能化、多功能化和平臺(tái)協(xié)同化將是未來(lái)發(fā)展方向。隨著無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的智能化程度和隱身能力不斷提升，微波武器系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行智能化快速識(shí)別變得越來(lái)越重要，同時(shí)，也要求系統(tǒng)同時(shí)具備探測(cè)追蹤、預(yù)警、機(jī)動(dòng)、瞄準(zhǔn)和發(fā)射等多種功能，以實(shí)現(xiàn)快速防御。這不但需要提升微波武器系統(tǒng)自身的集成度水平，還需與搭載平臺(tái)協(xié)同使用，以最大程度發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。
參考文獻(xiàn)
[1] 趙鴻燕, 周麗. 國(guó)外高功率微波武器發(fā)展研究. 航空兵器, 2023, 30(4): 42-48
[2] 令鈞溥, 王蕾, 皮明瑤等. 美國(guó)反無(wú)人機(jī)高功率微波技術(shù)研究現(xiàn)狀及啟示. 國(guó)防科技, 2023, 44(3): 74-80
[3] 黃明銳, 趙國(guó)林, 潘曉東等. 國(guó)外反無(wú)人機(jī)蜂群研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì). 艦船電子工程, 2023, 43(7): 1-3
[4] MoRFIUS: an airborne HPM counter-UAS asset by Lockheed Martin. https://www.edrmagazine.eu/morfius-an-airborne-hpm-counter-uas-asset-by-lockheed-martin
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2024-01-23
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