摩尔定律与反小型无人机作战

无人机 2019-03-11 17:00

摩尔定律与反小型无人机作战

张 策

本文发表于军事文摘

1965年,英特尔公司的联合创始人之一戈登·摩尔做出了一个著名的预测:“芯片中集成的晶体管元器件数量每24个月大约会翻一倍,其性能也将提升一倍。”他的预测揭示了信息技术发展的速度。而后的50年,不仅验证了他的预测非常正确,而且这个被称之为摩尔定律的预测也被应用到联合作战领域,定义了联合作战环境的发展变化。集成电路和微处理器的不断小型化、大规模产业化,并通过技术扩散和改进,将强大的计算技术渗透到现代生活的各个方面。

集成电路的众多现代应用之一是控制小型无人飞行器系统。由此产生了新的军事词汇:无人机作战。商业化的小型无人机已经越来越成为一种优选型武器,特别是非国家行为体在有限资源条件下更青睐于小型无人机。小型无人机的快速发展和创新应用,对遂行联合作战任务时防御小型无人机攻击提出了众多挑战。其中最严峻的挑战之一是如何让反无人机作战运用跟上无人机技术发展的步伐。


历史发展的脉络


简单说,摩尔定律通过小型化来描述某一技术的潜在增长性。晶体管的指数级微型化的特性是摩尔定律建立的基础。晶体管是集成电路和微处理器的基本组成部分,它又起到几乎每一件电子技术中计算核心的作用。在过去50年中,晶体管尺寸的每一次减小,计算能力都大大增强,而生产成本却大大降低。消费者购买芯片的可承受性增加,导致了广泛的市场效应。

今天,晶体管和微处理器技术无处不在,它们触及现代生活的各个方面,既包括美军联合部队的武器系统,也包括其作战对手的武器系统。尽管当时摩尔在预测时对此尚有疑问,但信息技术时代的光芒不亚于18世纪的工业革命已经成为人们的共识。

过去50年来,各个领域的武器装备技术都发生了迅猛变化,但小型无人机的发展速度却尤其令人吃惊。各种各样的小型无人机在战场上的应用突飞猛进,并展现出显著的作战效果和全面发展的能力。事实上,这种认知并不完全准确,因为今天的小型无人机能力提升得益于全球性众多小型研究团队和开发项目。在军事领域,无人机作战研究的重心仍然主要集中在复制载人飞行器能力的大型无人机,而50磅以下的无人机基本上已经沦落为业余爱好者的领域。

今天,遥控飞机爱好者们在世界各地的车库和地下室里,把芯片技术每一个微型化和处理能力的进步,都想方设法融入到他们的业余爱好之中。更小型的雷达具有更大的探测范围和更轻的重量;更先进的小型摄像机被嵌入,可以将采集的实时数据传送给佩戴虚拟现实头盔的操控人员;强大的微处理器和全球定位系统接收器大大提高了飞行器性能,可以进行复杂的推进配置,还可通过预编航路规划程序,实现超出无线电控制范围的自主飞行能力。所有这些技术进步,不断降低小型无人机研发的入门级成本,使全球遥控飞行器市场迅猛扩张。


2015年12月,美国联邦航空管理局确定,0.55~55磅的遥控无人机定义为“小型无人飞行器系统”,并开始规范它们的活动,以管理在美国上空飞行的越来越多的小型无人机。作为无人机增长规模和速度的重要指标,美国联邦航空管理局预测,到2021年美国将有多达440万注册的小型无人机,这意味着在近5年内其数量增涨了400%。


恐怖主义与低成本高效益武器


随着过去20年国际恐怖主义的稳步上升,全世界受恐怖主义影响的极端组织和个人都积极寻求低成本、易获取的技术手段,将其转化为达成其恐怖目的的武器。可以预见,他们已经发现并认识到小型无人机将会成为一种经济高效的武器。在2017年“中东媒体研究所”的一份报告中,详细叙述了十几年来恐怖组织使用小型无人机的追求和发展过程。从2004年黎巴嫩真主党使用小型无人机对以色列进行20分钟的侦查开始,到近期“伊斯兰国”武装分子在伊拉克和叙利亚多次使用小型无人机对美国特种作战部队投掷手榴弹,都印证了这一点。


然而,对于未来的担忧更指向美国国内,因为美国国土安全部已经向美国公民提出警告,恐怖组织正在积极追求“新的技术和战术,例如可以在事发地区之外使用的无人飞行器系统和化学制剂实施攻击”。虽然在航空业发展初期,防空作战武器系统就不断发展,防御大型无人机的技战术已经不再是现代防空作战能力的突出问题,但小型无人机却提出了一种新的和特殊的威胁。由于其体积小、机动性强,足以躲避大多数监视和预警雷达系统,而且它们很安静,因此更加难以探测。

在美国,除了需要在联邦航空局的登记外,没有购买军用级小型无人机的限制。经常通过互联网购买物品的人会发现,你可以很方便地购买一个拥有摄像系统的四翼无人机,这种无人机能够用手机控制飞行12分钟,只需不到180美元的价格即可送货到家。而使用高频遥控、续航时间超过20小时、飞行速度50英里/小时、有效载荷22磅的高性能无人机,网上价格也只有17000美元。考虑到小型无人机的军事应用性和潜在作战能力,美军联合部队连同国家安全机构,已经密切关注在国内和国外提高反制小型无人机的能力。


变革与挑战


按照摩尔定律,小型无人飞行器系统技术的发展将持续加速。根据近几年市场调查,该领域相关数据也充分印证了这一观点。2014年的一份报告显示,2001年度共公布了5份新的无人飞行器系统专利,2003年度为12份,2005年度为22份,在报告的调查周期中,每24个月就有一次近乎完美的指数增长,到2014年新专利的数目达到372份。即使每一项专利仅代表无人飞行器系统在能力上的一个微小而可量化的增长,但也充分体现出小型无人机的进化率是多么令人畏惧。

美军在联合部队内建立和部署反小型无人机作战能力的努力也非常积极。即使是对“反无人飞行器系统”的非正式互联网搜索,也能显示出2016年美国政府在该行业领域发展方面的显著提升。诸如搜索短语“联合应急行动需求”和政府资助的“反无人飞行器系统竞赛”,可以找到大量相关信息,内容主要集中于评估对无人机的硬杀伤技术。这些搜索结果也揭示了该行业迅猛发展的状况,几十种新技术的研发加上对原有技术的改进,大大提升了反无人机作战能力。其中大量武器系统装备到美军部队,并在战场上得到充分的检验评估。


在军工企业产品创新的支持下,美国中央司令部正以慎重的行动迎接反小型无人机的挑战。为了应对小型无人机的直接威胁,中央司令部已经在整个战区部署了100套不同型号的反小型无人飞行器系统,从便携式装备到大型固定基地系统,都由在中央战区执行任务的联合部队进行实战环境下的检验评估。在收集了足够数量的评估数据后,武器备选采购范围将大大缩小,并最终确定用于大规模生产和部署的武器系统。如果不是小型无人机发展速度如此之快,这个武器采购过程将相对简单。

不幸的是,正当目前实验的反小型无人飞行器系统正在进行野战评估的时候,设计师和工程师团队已经在进行下一代小型无人机系统的研制工作。在任何一家书店的科技期刊中,都可以看到大量关于人工智能、自动化系统、蜂群战术等文章。鉴于目前的发展速度,完全有可能下一代小型无人飞行器系统技术已经部署到战场,而反小型无人飞行器系统还没完成评估。这个越来越难击中的飞行目标正是摩尔定律所暗示的挑战。若说反小型无人机的发展在某方面比小型无人机更困难,那可能就是制定实用的反小型无人飞行器系统的作战条令。


作战条令与适用性


作战理论中的概念通常都存在一定的争议,因为对不同的人往往意味着不同的理解。美军的作战条令主要分为三个层次:军种、多军种和联合。多军种作战条令是在两个以上军种认定的情况下使用,而联合作战条令则由参谋长联席会议主席发布,供所有军种使用。一般说来,作战条令既具有指导性,也具有可操作性。作战条令应该来自于各级作战部队的实践经验,并将其本质内涵加以提炼升华,用规范性语言进行清晰的表达,而后再把它们作为可实现的目标和标准性程序重新应用于各级作战部队。这一描述符合参谋长联席会议主席备忘录520.01A中阐述的作战条令制定过程,强调联合作战条令必须反映“现存的实践”,并从中找出“吸取的经验教训”。它还表明了联合作战力量是如何通过共同的理解和期望,达成行动的协同。

获取、记录和传播现存实践的一个先决条件是建立现存实践本身。换句话说,当事情没有以任何特定的方式真实发生时,很难描述事情通常是如何发生的。也就是说,现有实践必须具有一定的持久性。如果事情发生和变化的时间周期短于条令制定时间周期,那么所产生的任何理论都有局限性。而无人机技术和反无人机技术的快速发展,使作战理论很难跟上技术进步的步伐。这对于制定联合作战条令来说是一个极大的挑战。美军对新提交的联合作战条令,首先必须经过来自联合指挥体系中战区司令部、军种部和其他相关机构的264名代表的审查通过。在过去的20年中,联合作战条令修订的时间周期从1996年的21个月,缩短到17个月,随着“适应性作战条令倡议”的实施,从2018年夏天开始美军将条令修订周期进一步缩短到12个月。即使有了这些重大意义的改进,如何快速地从获取反无人机的实践经验到转化为作战条令中指导原则和技战术程序,仍然是一项巨大的挑战。

美军构建反无人飞行器系统理论体系采取的方法是在一定的时间范围内平衡其内容的具体性和准确性。也就是说,当前作战条令只是有目的性地提供一个知识框架,允许对在较短时间内形成的前沿理念进行有效的交流,同时又避免一些可能在条令正式出版时便会变得不准确的特殊性内容。在联合部队内部,陆军在地面作战领域研究得到了充分的信任,因为它奠定了反小型无人飞行器系统理论的基础。2016年10月,随着第一个试验性反小型无人飞行器系统进行部署,陆军颁布了一个非正式的《反无人飞行器系统战略》,其目的是“整合和协调反无人飞行器系统在整个陆军中的行动,并通告给联合部队、跨机构组织和盟国伙伴”。虽然它不是第一个对反小型无人机进行的研究项目,但却是第一个被广泛传播和用权威性文件阐述这一问题的研究成果。它不仅在其13页内容中建立了理论体系的基本术语和概念界定,而且在反小型无人机能力的开发中也提出了短期和长期的优先项目。标准军事术语及其定义的价值不可能超越基本作战理论构建。在第一批联合出版物正式颁布之前,国防部词典在1948年就己出版,允许“联合作战力量采用清晰明确、通俗易懂的通用语言,组织、计划、培训和实施作战行动。”

基于陆军反无人飞行器系统战略的基本术语和概念,部署在一线的作战部队根据理论所阐述的通用战术、技术和程序,建立了自己的实际应用程序。这些和其他的战术指导性规划被陆军战术出版物《反无人飞行器系统技术》所吸取,并最终合并到《空中和导弹防御的多军种战术、技术和程序》野战条令。由于联合出版物侧重于战役和战略层面的理论,2017年4月修订的联合出版物《抵御空中和导弹威胁》,只提供了一段简短的反小型无人飞行器系统的论述,将读者最终引向《空中和导弹防御的多军种战术、技术和程序》,因为大部分的反小型无人飞行器系统的指导原则都在此有详细阐述,这方面理论的进一步发展还有待于更高层次的实践。


按照这种思路美军作战条令制定的最终结果是一个集概念、术语、定义、思考和通用程序于一体的框架,该框架既有特定的针对性和适用性,又着眼反小型无人机技术发展保留了相关的不确定性。由于是在联合、多军种和军种级别上解决军事问题,因此在反小型无人机原则中很少引用特定的武器装备技术。作战条令只提供大的理论框架,通过厘清概念的基本方法,使战区指挥官和一线部署部队根据战场实际情况采取适用的具体方法。


结 语


正如小型无人飞行器可能会在战场上停留相当长一段时间,作战条令制定过程中所发生的变化也会持续一段时间。如果摩尔定律继续发挥作用,新技术越来越多地被用来应对新的威胁,保持井喷式发展势头,便只能用最粗略的作战运用纲要指导具体实践。因此,尽管美军持续努力简化作战条令制定过程,但仍然强调要适应新的战场情况,战场指挥重任还将落在一线作战人员肩上。

美军认为,最有效的反小型无人飞行器系统的作战原则掌握在一线作战的人员手中,因为条令制定者不能够等待作战环境来匹配他们期望的作战原则;必须将他们的期望和作战原则发展过程适应于新的作战环境。在现代战场上,技术的发展速度甚至快于文件的记录速度,用基于非技术的作战理论发展进程与之匹配肯定不是一种好的选择。因此美军强调持续推进,保持灵活性和适应性将是联合部队发展的关键,以避免落后于技术和被对手超越。

转自丨战略前沿技术


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