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军用无人机深度报告 国内外典型多代察打一体无人机对比
来源:尖兵之翼 | 作者:高博特 | 发布时间: 2023-02-08 | 3117 次浏览 | 分享到:
新一代察打一体无人机主要沿着应用能力和平台能力的增长两个方向发展,提高隐身能力和链路可靠性成为提升无人机……


历经多场实战检验,无人机深度应用带来军事领域划时代的深刻变革。无人机本质上促进杀伤链闭环时间的极限压缩,已是信息化战场中不可或缺的作战装备。全球军用无人机市场规模可观,中国增长潜力尤为突出。TrendForce预测,2025年全球军用无人机市场规模将增长至343亿美元,2022-2025年复合增长率达27.6%。MarketsandMarkets预测,2025年我国军用无人机市场规模将达到98.66 亿美元,2018-2025 年复合增长率约为 29.7%。未来军用无人机行业将朝着低价高效、多极化、智能化、综合化和空间化方向发展。

1、军用无人机简介

1.1、 优在灵活和低耗能,劣在信息与智能化

1.1.1、无人机成现代战争“宠儿”,应用场景不断拓展

近年来,军用无人机的作战效能经历了阿富汗战争、伊拉克战争、也门冲突、利比亚冲突、加沙冲突以及最近的俄乌冲突的实战检验,无人机已成为现代战场中不可或缺的重要装备。相对有人驾驶飞机,无人机的本质优势在于减少人员损失风险,降低使用成本。在战争中后期,无人机能极大地发挥作战效能。

1)无人战斗的特性有助于实现“零伤亡”的战斗目标。无人机不受人的因素限制,能够适应瞬息万变的战场环境,最大限度地飞到适合的高度、速度与航程,在极端恶劣的环境下更好地完成任务。

2)综合考虑执行任务过程中被摧毁的风险和代价,无人机极具经济性价比。军用无人机制造和维护成本较低,可代替执行大量有人驾驶飞机任务。MQ-9B STOL执行侦察和打击任务比载人飞机的每小时运行成本少 86%,燃料消耗少 90%,后勤人员减少一半;

3)无人机机身体积小,具有低可探测性,能够隐蔽实施侦察,可掌握详细、准确、连续、实时的情报信息、实时传输目标图像,能够有效发现敌方时间敏感目标和无规律活动的目标。利用无人机建立信息网络节点帮助实现数据情报共享,全面感知战场态势,提供侦察预警、战场监视、目标引导、通信中继等支撑。

战争中最为重要的目标是实现对敌军的有效杀伤。实现有效杀伤需要经过一系列步骤,“杀伤链”是指“在打击一个目标的过程中各个相互依赖的环节构成的有序链条”。从杀伤阶段来看,杀伤链通常可分为发现(find)、定位(fix)、跟踪(track)、瞄准(target)、交战(engage)和评估(assess)6个阶段,即F2T2EA。通过察打一体无人机进入目标空域,对时敏目标实施近距离的探测、定位再实现直接打击。从杀伤链的视角来看,无人机的应用意味着战争领域一场划时代的深刻变革,本质上是促进杀伤链闭环时间的极限压缩。美军凭借包括信息技术在内的强大高新技术优势,不断缩短完成打击链闭环的时间。打击链闭环时间在海湾战争中是80-101分钟,科索沃战争缩短到30-45分钟,阿富汗战争进一步缩短到15-19分钟,在伊拉克战争时期则缩短至10分钟左右。到了2020年,美军完成杀伤链闭环最快只需要20秒。

表 1:军用无人机细分类别及代表机型

回顾无人机参与的几场局部战争,技术的发展推动无人机参与深度与广度不断增加,参与方式也更加多元。

1) 美国对外战争:

军用无人机由美国率先投入战争场景,长时间执行战场侦察与评估任务,也承担部分电子干扰工作,为战争的顺利进行提供了保障。在科索沃战争中,以美国为首的北约部队使用“捕食者”、“猎人”等无人机,对南斯拉夫联盟共和国境内进行了大量战前与战中常态化侦察,为空袭提供了充分、高效的情报支援。在美国对阿富汗战争中,由于地形的阻碍,无人机承担了地面部队的多项任务,其中美国投入的察打一体无人机更是取得了可观的战果。阿富汗战争是无人机发展的转折点,察打一体机的运用自此在全球范围内得到了重视。

表 2:美国对外战争中无人机应用

资料来源:《从战略工具视角对美国发展军用无人机的分析》(罗艳琦),《浅析美国军用无人机作战历程及未来发展趋势》(范志军),光大证券研究所整理

2) 纳卡冲突:

凭借无人机与坦克、火炮的有机结合,阿塞拜疆对亚方坦克、步兵战车、榴弹炮等地面武器造成了大量破坏,进而占据了有利的战场态势。纳卡冲突中,亚美尼亚由于缺乏有效的对空侦察体系和密集火力网,无法第一时间侦知阿塞拜疆无人机动向,以至于被敌方无人机大量杀伤。阿塞拜疆的主力装备是来自土耳其的TB-2无人机,重量只有美国MQ-9“收割者”的1/8,巡航速度128km/h,搭载4枚MAM激光制导导弹,具有反坦克能力。在摧毁亚美尼亚防空系统后,TB-2无人机就能对无防护地面目标进行一边倒打击。除TB-2无人机外,阿塞拜疆还装备了以色列的“哈洛普”无人机和俄罗斯的“安-2”无人机。这三种无人机价格低廉、可大量部署,使用成本极低。

表 3:纳卡冲突中无人机应用

资料来源:《纳卡冲突中无人机的作战应用与分析》(苏润丛和向文豪等),《国外无人机作战运用与发展态势分析——关于纳卡冲突事件的思考》(郝雅楠等),网易,光大证券研究所整理

纳卡冲突给世界带来的启示在于:1)无人机灵活度高、成本低,将成为未来主要打击手段之一。在山地、丘陵等地形复杂地区,陆军野战防空态势感知系统受遮蔽严重,此时正适合无人机大展身手;2)现代防空系统不仅要防御战斗机、直升机、巡航导弹等大型飞行目标,对无人机等体型小、速度慢、采用复合机体的飞行目标也应具备灵敏的感知能力。野战防空系统应加强反无人机能力,避免被无人机发现漏洞。

3) 俄乌冲突:

传统军事观点认为,非隐形无人机战场生存能力差,俄乌冲突的经验教训让全球反思:雷达系统很难识别出小型无人机和紧贴地面飞行的无人机。冲突初期,即使是野战防空和区域防御防空能力相当先进的俄军,也未能完全抵挡住乌克兰运用并不先进的TB-2展开的打击。以上案例足以证明:在辽阔地域发生的大规模冲突中,非隐形无人机依然拥有很强的生存能力。而且随着战争的持续,双方主战装备不断损失,防空能力都在持续下降,此时非隐形无人机的生存条件将大为改善,传统非隐形无人机仍大有用武之地。

表 4:俄乌冲突中无人机应用

资料来源:《无人机的天空 从俄乌战争看无人机的应用和发展》(王笑梦),光大证券研究所整理

俄乌冲突带来的启示在于:1)常规地对地导弹适合战争初期的首次攻击,其火力反应速度远快于空军的攻击机,而常规弹道导弹的效费比并不高;俄军使用伊斯坎德尔导弹攻打一辆乌军的地空导弹发射车,此枚9M723弹道导弹的造价或与该辆“山毛榉”导弹车相当。2)采用卫星制导套件改装的精确炸弹重要性高,数量应充足。巡航导弹、弹道导弹和激光制导炸弹攻打效果优秀,但成本较高,激光制导炸弹还容易受到干扰;卫星导航套件改装的精确炸弹价格低廉,适合在战争首次导弹打击之后应用。3)巡飞弹本身属于“低慢小”的范畴,打击威力和灵活度高,具有易攻难防的特点。其能够在保持精确制导弹药的精确打击能力和无人机的自主飞行能力的基础上实现“1+1>2”的效果。若能在解放军步兵班中列装,将对步兵远程火力打击能力大有裨益。

放眼未来,中高空长航时无人机在军用侦察监视、火力打击、反潜巡逻等更多的领域具有广泛的应用和广阔的发展空间。2021年1月19日,美国通用原子航空系统公司宣布,其完成了世界上第一个具有独立反潜作战能力的无人机系统。该机在MQ-9B察打一体无人机基础上发展而来,机腹安装了一个具有对海搜索功能的雷达,机翼下的挂架则挂载磁探测仪、定向频率分析、声呐浮标吊舱以及反潜鱼雷。与P-8A反潜巡逻机相比,MQ-9B反潜无人机的机载武器和声呐数量更少,但续航时间更强,滞空时间超过24小时,可长时间执行任务,且造价和运行成本更低。目前,我国的彩虹-5海洋应用型无人机、翼龙-2反潜侦查型无人机都已具备搜潜能力。

1.1.2、台海模拟冲突中无人机运用推演和需求释放方向

蜂群无人机凭借其极强的突防能力,已被美国视为反“反介入/区域拒止”作战的重要力量。对于中美在台海地区的模拟冲突,美国顶级智库兰德公司提出,在解放军积累了一系列强大的反介入/区域拒止能力之后,美军想要在干预台海的模拟冲突中获胜已越来越难。其给出的解决方案是,在战时向台海投入1000架携带不同载荷的蜂群无人机,执行侦查搜索、目标定位、方位引导、突袭攻击等复杂任务,以阻止解放军渡海登陆。美军计划采用的蜂群无人机战术可能对我军带来不小的麻烦,原因在于我军需要耗费大量的防空力量和更高的成本来击落这些成本很低的无人机,由此便造成了双方投入和损失的巨大不对称性。由此可见,技术深刻改变了战争形态,包括兰德公司在内的美国智库已经更加侧重于研究对中国的无人战和信息战。

国际局势动荡,智能化、无人化军备投入为大势所趋。面对国际秩序的高不确定性,全球各主要国家纷纷提高军费支出和军备投入,发展无人装备,探索人-机协同战法,备战未来智能化战争。我国正处于现代化建设新时期,综合考虑国家安全和发展全局需要、我军现代化进程有序衔接等方面因素,错综复杂的国际形势进一步激发了我国在国防和军队现代化建设进程中对智能化、无人化军备质量、数量和创新研发的需求。未来中国要实现装备现代化和大型化,也需进一步加大对无人机等无人化、智能化装备的投入,做好应对无人化信息战争的准备刻不容缓。军用无人机需求将呈现出多极化:中高空长航时察打一体无人机、高空高速隐形无人机、“低慢小”高性价比的自杀式无人机等需求都将得到进一步强化。

同时,针对无人机仍存在智能化水平不足、抗干扰能力差、通信滞后等问题,也应进一步发展反制无人机手段。1)独立作战能力不足。目前,无人机的智能化水平还比较低,平台控制方式主要以简单遥控和预编程控制为主,对于地面遥控系统有着较高的依赖。这使其无法根据现场环境处理意外情况,战场应变能力与自保能力较差。2)抗干扰能力差。目前的无人机绝大部分由地面操作员进行操控,完全依赖数据链路的通讯指挥。一旦受到敌方电磁强信号的干扰或劫持,无人机与地面指挥之间的联系容易被切断,导致其失联或被敌方劫持。在遭遇电子干扰后,无人机只能依靠基于陀螺仪的惯性导航系统,无法获得足够精确的自身坐标数据,这使其借助于照相机和摄像机获得的情报价值大大降低。在美伊冲突中,美海军“拳师”号两栖攻击舰上搭载的轻型防空综合系统,曾利用电子干扰成功迫降一架伊朗无人机。伊朗也曾使用相似手段,接管了一架美军“哨兵”隐身无人机。3)具有通信滞后性。虽然无线电通信能够实现迅速传播,但通过数据链的人类地面指挥信号仍存在延迟,使得指挥系统无法及时对战场情况做出识别与反馈,通信滞后问题成为空战中的巨大隐患。

1.2、 察打一体无人机是军用无人机发展的大势所趋

无论是阿富汗战争中的初露头角,还是纳卡冲突和俄乌冲突中的突出表现,察打一体机的作战作用不容小觑。世界各国军队都非常注重察打一体无人机应用能力的开发、验证和试用,察打一体无人机是未来无人机发展的重要方向。

察打一体无人机集侦察、攻击于一体,具有侦察、监视、标捕获和对目标的实时打击能力,极大地缩短了从发现到摧毁目标的时间,能够运用于多种战争场景。一方面,利用机载的精确制导武器,察打一体无人机可以执行“定点清除”“斩首行动”等作战任务,实现对时敏目标出其不意的猎杀效果。另一方面,察打一体无人机系统的融入不仅可以大大加强情报获取和处理的能力,还可以将传统的作战系统发展成为“指挥、控制、通信、计算机、情报、监视与侦察、杀伤”(C4ISRK)系统,是向“网络中心战”发展的一种途径。察打一体机群在发挥自身原有优势的基础上进一步增加了协同作战系统,能够实现信息的共享与同步,为执行更加精密复杂的任务提供了保障。

表 5:察打一体机群运用场景

资料来源:《无人机系统关键技术》(昂海松),光大证券研究所整理

随着技术与作战需求的不断演进,全球各国已经陆续推出三代广泛应用的察打一体无人机。应用能力的发展将带来作战方式的改变,由此可以产生出目前无法预测的作战能力增长。

1)典型的第一代察打一体无人机的对比

MQ-1“捕食者”、“翼龙”-1、“彩虹”-3、“彩虹”-4均属于第一代察打一体无人机,这些无人机大多装备涡轮增压发动机或活塞式发动机,主要满足重负荷、短距离起飞、高机动性的要求,适用于监视、侦查、信息传输、电子对抗及对地攻击等场景,至今已经广泛参与作战。

表 6:典型的第一代察打一体无人机对比

资料来源:《大中型察打一体无人机系统综合设计技术》(李屹东),维基百科,新浪军事,光大证券研究所整理

2)典型的第二代察打一体无人机的对比

MQ-9“死神”、 Bayraktar TB2、 “翼龙”-2、“彩虹”-5、“云影”均属于第二代察打一体无人机。既有涡喷发动机功率大、体积小的优点,又兼具活塞式发动机经济性好的特点,而且可以使无人机升限更高、巡航速度更快的涡桨发动机开始取代涡轮发动机,使得第二代察打一体无人机展现出动力强、载重大、航时长、航程远、快速轻盈等优势,可靠性、安全性均较第一代察打一体无人机大幅提升。

表 7:典型的第二代察打一体无人机对比

资料来源:《大中型察打一体无人机系统综合设计技术》(李屹东),《中美无人机对比及其启示》(何江彦等),维基百科,中国军网,国防科技工业,光大证券研究所整理

对比来看,“彩虹”-5、“翼龙”-2和MQ-9“死神”无人机的尺寸基本一致,“彩虹”-5和MQ-9“死神”的气动外形也很相似。在最大起飞重量方面,MQ-9“死神”优于“彩虹”-5无人机;在飞行速度方面,“彩虹”-5最快飞行速度不及MQ-9“死神”无人机,并且“彩虹”-5采用“金鹰”重油发动机,具有优良的油耗率,将“彩虹”-5的航程由原先的6500公里提升到10000公里,续航时间提升到120小时,可连续飞行时间远超MQ-9“死神”无人机。另外,我国察打一体无人机具有攻击高度优势。MQ-9“死神”须从6000-8000米降低到2000-3000米才能发射“海尔法”导弹,而在此高度,23毫米和57毫米高炮、单兵便携式防空导弹均可对无人机造成威胁。相比之下,“云影”无人机的招牌能力是高空高速,同时隐形能力是一大亮点。但是发动机落后,飞机巡航时间太短,亟需升级先进的涡扇发动机以提高航程和巡航时间。

3)典型的第三代察打一体无人机的对比

“复仇者”、“翼龙”-3、“彩虹”-10均属于第三代察打一体无人机。

高空高表8:典型的第三代察打一体无人机对比

资料来源:《大中型察打一体无人机系统综合设计技术》(李屹东),维基百科,凤凰网,央视军事,搜狐,光大证券研究所整理

新一代察打一体无人机主要沿着应用能力和平台能力的增长两个方向发展。依托大系统的支持,发展各种直接链接无人机与前线作战单元的应用终端将是提升察打一体无人机应用能力的有效手段。同时,提高隐身能力和链路可靠性成为提升无人机平台生存能力的重要路径。



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