俄乌战场上的FPV无人机及其作战使用前景

2024-11-16

0 引言

       在现代战争和武装冲突中,无人机已成为武器装备的必要组成部分。俄军在乌克兰的特别军事行动显著扩大了无人机尤其是FPV无人机(First-Person View,即“第一人称视角”无人机)在作战中的规模和应用领域。它们不仅提供战场观察,进行侦察,校正空袭和炮火,跟踪打击结果,而且用于杀伤敌方战斗装备和有生力量。本文旨在对俄乌战场上冲突双方使用的FPV无人机及其作战使用前景进行分析。


1 俄乌战场上的无人机作战特点

       俄军最早在叙利亚作战中积极使用了无人机(包括攻击型无人机),使其无人机经受了实战考验,同时演练了反无人机武器和方法。在2020年9~11月的纳戈尔诺-卡拉巴赫武装冲突中,阿塞拜疆的攻击型无人机(包括巡飞弹,主要为土耳其和以色列生产)摧毁了大量亚美尼亚防空武器、装甲车辆和其他装备,引发了对在高烈度军事冲突中能否继续使用主力作战坦克的争论。在社交网络上,出现了许多明显具有宣传性质的短视频,这些视频使人们相信,战车的装甲无法抵御无人机的精确打击。一些军事评论员认为,阿塞拜疆大规模使用无人机从根本上改变了战事进程,并对传统的装甲车辆和防空武器的使用提出了质疑。这场无人机大规模参战的局部战争提供了一些关键素材,有助于对无人机和部队在现代武装冲突中的使用特点,以及反无人机方法开展科学-实践分析。分析结果引起了军事分析家的高度关注,并有助于就未来作战的可能特点得出结论。

       需要指出的是,迄今为止,在特别军事行动中,俄军除了使用俄军现役无人机外,还使用了国外主要商用无人机公司的各型商用无人机(旋翼机)。它们在战术部队中主要执行飞行侦察任务。在特别军事行动中,此类无人机被用来监视战场,对目标进行视觉空中侦察,修正从隐蔽火力阵地发射的火炮、迫击炮、坦克和自动架射榴弹发射器的火力,检验火力毁伤效果,施放干扰和转发情报。此外,这些无人机目前还被用来携带简易空投弹药(爆炸物)对敌方装备和有生力量进行空中打击。但是在特别军事行动初期,这些行动并没有广泛展开,而是零星执行。它们非常适合执行“恐吓”任务,对敌人进行持续的心理施压。

       对特别军事行动经验的分析表明,目前包括商用无人机在内的无人机正在被作为巡飞弹药,更积极地用于对装甲坦克车辆、装甲战车、火炮、雷达、防空导弹系统和防空高炮系统进行空中打击。这显著扩大并简化了在战术层面使用的打击和侦察无人机的品种。


2 俄乌战场上的FPV无人机作战应用

       在特别军事行动中,俄军和乌军都使用了FPV无人机,取得了很好的效果。这是一种相对廉价的旋翼无人机,经常采用手工制造,携带战斗部(爆炸物)。根据旋翼机的类型和承载能力,其战斗部是基于RPG-7榴弹、RKG-3反坦克聚能装药手榴弹、RPG-26反坦克火箭筒和迫击炮弹等制式弹药制造的。俄军目前正在为此类无人机生产通用弹药。

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图1 携带RPG-7榴弹的FPV无人机

2.1 FPV无人机优点分析

       FPV无人机具有相当高的速度、优异的机动性,以及相对于其尺寸而言不错的承载能力,可以在低空飞行,有时甚至贴地飞行,这使得它们难以被肉眼发现,也难以使用步兵武器和其他武器来摧毁。而由于其雷达可见度低,并且其电动机不会留下红外尾流,因此很难使用防空导弹来摧毁它们。

       使用9英寸(22.86 cm)大小碳纤维框架研制的FPV无人机能够在几秒钟内达到100 km/h以上的速度,将重达3 kg的弹药(爆炸物)运送到目标区域。需要注意的是,除了航程较短之外,其他这些特性与“柳叶刀-3”巡飞弹的战技指标相当。

       FPV无人机的飞行不依赖于卫星导航,在某些情况下甚至没有自动驾驶仪模块,这不仅极大地简化了无人机的结构,降低了其成本,还可以减少敌方电子战设备对其的影响。并且,当使用热成像摄像头时,它们甚至可以在夜间执行任务。尽管在这种情况下,它们的成本将大幅增加,但仍不超过被摧毁或毁伤的敌方作战装备的成本。

       FPV无人机由头戴虚拟现实眼镜的士兵实时控制,眼镜具有液晶屏幕,显示来自无人机摄像头的图像。经过良好训练的操作员可以在障碍物之间执行灵活机动,不仅能够在树林、城市或工业区域、建筑物中高速飞行,还能飞入窗户或军事装备的舱口,杀伤单个士兵。另一个重要特点是,FPV无人机操作员可以快速应对在飞行过程中出现的障碍物、威胁或态势的急剧变化,进行机动并再次接近目标。在互联网上发布的短视频中,可以看到一架FPV无人机在攻击移动的坦克时,在飞行末段完成了急剧机动,击中了防护较弱的坦克后部。

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图2 操作员在操控FPV无人机的飞行

       特别引人关注的是,即使是自制的FPV无人机也能相当有效地对移动目标进行攻击(无人机飞行速度达到140 km/h),而使用身管火炮、迫击炮和多管火箭炮开火却很难达到这一目的。据一些消息来源称,为确保在最远距离内毁伤直线行进的单辆坦克,需要消耗高达200发弹药。因此,在某些情况下,FPV无人机可替代反坦克导弹系统,用于摧毁或致瘫轻装甲目标或车辆,其战斗部对付此类目标绰绰有余。不同于反坦克导弹系统(其导弹几乎是直线飞行)的操作手,FPV无人机的操作员可以改变无人机的飞行轨迹,例如,将FPV无人机直接引导到敌人后方的掩体入口,或者,如前所述,击中目标保护最弱的部分。这并不意味着FPV无人机很快就将完全取代反坦克导弹系统,但它们确实能够完成部分任务。

       据研制方和制造商称,根据搭载的电子设备的不同,自制FPV无人机的成本为30000~50000卢布(约350~600美元),远低于被摧毁或毁伤的军事装备和特种装备的成本(是后者的百分之一甚至千分之一)。

       需要注意的是,国外非常重视这种装备的研发。例如,虽然波兰明显不是无人机系统研发领域的领先国家,但仍然在密切跟踪和分析乌克兰战事的进程。WB Electronics S.A防务集团早在2016年就已经研发了DragonFly(“蜻蜓”)轻型FPV攻击无人机,用于毁伤敌方的轻型装甲车辆、汽车、指挥所、有生力量集结地、弹药库和燃滑油仓库。根据任务的不同,该无人机可以使用不同类型的弹药:聚能、破片杀伤、爆破或燃烧弹药。无人机重5 kg,航程可达10 km,飞行高度为3.5~200 m,续航时间可达20 min。

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图3 波兰“蜻蜓”轻型FPV攻击无人机

       2023年8月,乌克兰国防部批准向军队交付SkyKnight-2(“天空骑士-2”)攻击无人机。该无人机装有人工智能元器件,有效载荷质量为2.5 kg。该无人机可用作自杀式袭击,还装有弹药投掷装置。该无人机由操作员操控,但也可自动捕捉和攻击指定的固定和移动目标。研制人员称,该无人机可无声飞行,可对抗电子战设备,并且甚至在与操作员失去联系的情况下也能够自主杀伤目标。研制人员还声称,操作员的培训仅需一周。

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图4 乌克兰SkyKnight-2轻型FPV攻击无人机

2.2 无人机缺点分析

       尽管具有上述这些优点,但自制FPV无人机也存在一些缺点,例如:

       航程有限;

       FPV无人机及其爆炸物的结构(特别是闭合器的电路)可靠性较低;

       摄像头图像采用模拟信道传输,容易受到干扰,缺乏加密保护,并且数量有限;

       使用最简单的电子侦察手段即可定向和定位FPV无人机及其操作员,脆弱性明显;

       无法在夜间使用(除非使用热成像摄像头);

       操作员靠近战线(在工程掩体外的杀伤区内);

       操作员在使用“虚拟现实眼镜”操作无人机时需要伴随保护,因为此时他无法看到自己周围的情况;

       操作员需要相当长的时间来准备(几个月,包括至少一个月的模拟练习时间)。


2.3 俄乌战场上的FPV无人机战绩

       特别军事行动的经验表明,大规模使用FPV无人机可以取得最佳效果。2023年6月初,俄军第42摩步师在奥列霍夫斯克方向使用了FPV无人机集群,在短时间内就摧毁了9件装备,包括:2辆T-72M1坦克、1辆M2 Bradley步兵战车、1辆M113装甲运兵车、2辆装甲车(其中1辆是InternationalMaxxPro)、2辆MAZ-6317货车和1辆HMMWV皮卡车。在监控视频中可以看到,货车和皮卡车在几分钟内就被摧毁,部分车辆在行进中被击中。截至2023年8月初,根据公开数据,俄军在乌克兰特别军事行动中使用FPV作战的情况如下:

       总使用次数:157次;

       被摧毁数量:43架;

       受损数量:21架;

       结果未知的起飞次数:61次;

       确认脱靶的起飞次数:7次;

       命中目标的起飞次数:25次。

       命中各类型目标的次数如下:

       轻型装甲车:33次;

       汽车:25次;

       房屋:21次;

       坦克和特种车辆:18次;

       舰船:3次;

       火炮和迫击炮:2次;

       雷达和通信设备:2次;

       自行火炮:1次。


2.4 俄军对FPV无人机作战应用的改进措施

       根据FPV无人机在俄乌战场上的表现,俄罗斯从无人机制造、升级、操作员培训、战术使用等方面,提出了一系列针对性的改进措施。

       一是解决缺乏熟练无人机操作员的问题

       FPV无人机的操作存在一个问题,与普通的民用无人机操作员不同,FPV无人机操作员无法使用电子设备来保持无人机的飞行高度、方向,按照飞行任务中预先设定的轨迹点飞行。如前文所述,为了简化和降低一次性使用无人机的成本,无人机结构中并不包括此类电子“助手”装置。在这种情况下,必须依靠操作员通过培训获得的技能。而在参与作战的俄军中,受过良好培训的无人机(包括FPV无人机)操作员数量不足,并且缺少专职操作员。在这种情况下,即使部队可以获得充足的工业化生产的FPV无人机供应,能否对其熟练使用也要打个问号。

       鉴于此,俄军正在采取措施解决这个问题。据媒体报道,在特别军事行动的后方已建立了培训中心,对经过特别选拔的军人开展旋翼无人机(包括FPV无人机)操作及作战使用的培训。

       二是增加FPV无人机的供应量

       对特别军事行动经验的分析表明,俄军目前缺乏既可执行光学-视觉侦察,又可杀伤敌方作战装备和人员的,工业化生产的小型(微型和迷你)无人机。尽管最近俄罗斯对短程、中程和远程无人机和巡飞弹的生产投入了足够的关注,但很少看到关于研发和工业化生产微型和迷你无人机(包括攻击型无人机)的消息。在这一领域中,最优先的方向必须是为部队配备体积小、质量轻,能对敌人造成杀伤的战术无人机。正如我们之前指出的那样,此类无人机(包括FPV无人机)必须是战术层级部队(排-连)全套作战装备的一部分。

       2022年11月,圣彼得堡的一家设计局研发和生产了一型“绣球花”战斗无人机,研发人员将其定位为“第一型大规模生产的FPV无人机”。据媒体报道,已经有2000架无人机被送往特别军事行动区域,生产能力为120架/天,3000架/月。该无人机的机身尺寸为7英寸(17.78 cm),有效载荷质量为2 kg,飞行持续时间为6~8 min,对目标的有效杀伤距离为3 km。此外,据称还具有较高的抗电子战干扰能力,可以使用各种类型的有效载荷和投掷系统。

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图5 准备发运的“绣球花”FPV战斗无人机

       据媒体报道,俄罗斯还在研发和生产“俄罗斯无人机”、“牛虻”、“加斯捷洛”、“吸血鬼”等FPV无人机,并在特别军事行动中获得了相当成功的应用。与此同时,据互联网上发布的照片显示,民间爱好者已经制造了成百上千的FPV无人机,准备发往特别军事行动区域。

       此外,在特别军事行动区域还设有工场,通过3D打印制造FPV无人机的零部件、基于制式弹药的无人机弹药(爆炸物)及其投掷系统,对商用无人机重新编程(固件升级),以防止敌方拦截或干扰无人机的控制和导航信道。

       三是不断改进FPV无人机的使用战术

       在特别军事行动中,FPV无人机的使用战术不断得到改进。例如,互联网上的大量短视频显示,携带杀伤爆破战斗部的FPV无人机准确击中了敌方的作战装备、特种装备、据点、掩体、火力点和战壕中的士兵,从而可以节省火炮和迫击炮弹药。此外,FPV无人机还可以杀伤敌方的士兵小队甚至单个士兵。

       为了确保毁伤敌方阵地上的由非可燃性材料制造的牵引式火炮,俄军使用了特殊的FPV无人机,其战斗部在携带聚能装药或杀伤爆破装药的同时,还包含了燃料和润滑油料混合物。战斗部起爆后,会额外产生一个火点,不仅能使火炮失效,还能使其弹药殉爆,杀伤其人员。

       作战实践中,俄军还发现,FPV无人机与侦察无人机联合使用效果最佳。后者不仅可以发现目标,还可以评估毁伤效果。例如,俄军曾使用“天竺葵-2”巡飞弹蜂群对乌克兰的军事基础设施进行了打击,据乌克兰和一些西方消息来源的报道,这些行动得到了Mohajer 6型侦察无人机的修正。


3 俄乌战场上的反FPV无人机作战实践

       在俄乌战场上,交战双方都采用了多种反无人机(包括FPV无人机)设备和手段,以拦截低空来袭的无人机。

3.1 便携式和车载电子战系统

       目前,俄军战术部队对反无人机武器的需求部分由便携式电子对抗系统满足,包括俄罗斯研制的系统,这些系统通过俄罗斯国防部供应,或者由志愿者或军人自己采购和供应。其中一些便携式电子战设备设计成军人惯用的步枪形态,包含了无人机侦测模块,以及无人机控制和导航信道干扰模块。例如,由“特种技术中心”有限责任公司生产的便携式反无人机系统能够在距离2 km以外压制无人机的控制信道,在10 km以外压制无人机的导航信道。此外,由“无人系统”ZalaAero Group公司生产的Rex-1和Rex-2便携式反无人机系统也具备类似功能。

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                                    (a) "木僵"                                                               (b) Rex-1

图6 俄军反FPV无人机便携式电子对抗武器

       俄军和乌军都在使用车载小型反FPV无人机电子对抗设备,用于干扰大多数“民用”无人机的通信频率,使FPV无人机在飞行末段偏离目标。

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图7 乌军装甲车辆上安装的反FPV无人机电子对抗设备

       俄罗斯圣彼得堡的“反工业间谍实验室”股份公司研发并生产了车载“海神”干扰系统,用于压制FPV无人机的控制和数传信道,工作频段为868/915/1300/2400MHz。此外,俄罗斯还有其他公司在生产便携式干扰系统。

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                                      (a)装甲车载型                                                             (b)便携式

图8 俄制反FPV无人机电子对抗设备

       然而,大多数专家对此类设备持怀疑态度,因为它们本身就是无线电辐射源,可能会促使敌方对装甲车辆采取行动。并且其所产生的干扰信号并不具有选择性,因此不仅会干扰敌方的无人机,也会干扰处在压制距离内的己方无人机。大多数此类设备几乎都是由爱好者使用从国外电子市场购买的零部件“自制”的,其战技性能和可靠性远逊于工业化生产的设备。尽管如此,必须承认,在对抗从“民用”无人机改装成的“战斗”无人机方面,它们起到了一定的作用。

3.2 反无人机滑膛枪

       据一些特别军事行动参加者的观点,对付结构强度不够高、低空高速飞行的FPV无人机,可以使用滑膛枪发射大颗粒霰弹进行攻击。例如,使用枪管长度为760 mm,装有枪管延长器(总长度达100 mm),配备反射式瞄准具、“马格南”枪弹(弹壳长度76 mm)和№ 3-1(3.5~4 mm)霰弹的12口径(18.5 mm)猎枪,有经验的猎人可以成功地猎杀以80 km/h或约20 m/s的速度,在100 m高空飞翔的大雁。为了实现这一目标,最好使用弹匣式“泵动式”步枪,因为半自动步枪不够稳定且通常对弹药质量的要求较高。

       此外,还有一些口径为10(19.7 mm)、8(21.2 mm)、4(26.5 mm)的滑膛枪,但它们相对较重,枪管较长,后坐力相当大。基于俄罗斯内务部现役23 mm口径的KS-23线膛枪,俄罗斯制造了口径为4(26 mm)的TOZ-123-01“公鸭-4”猎用滑膛枪。该枪长度为1220 mm,重量为6.5 kg,后坐力容易被中等身材的射手接受。


3.3 反无人机保护网

       为了应对包括FPV无人机在内的巡飞弹药,乌军采取了各种巧妙的方法。例如,在火力阵地的火炮上方拉起金属铁丝网,这有助于提前引爆FPV无人机的战斗部。

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图9 乌军使用金属网来防御巡飞弹和FPV无人机

3.4 反无人机作战综合措施

       必须指出,上述所有这些装备并不总是对低空高速飞行的FPV无人机有效,因此应根据具体情况使用。综上,提高个人和装备免受无人机(包括FPV无人机)袭击的首要实用建议应包括以下措施:

       持续观察空情;

       当FPV无人机出现时,及时向人员发出警告信号和行动指示;

       使用保护网覆盖阵地;

       为部队配备便携式电子对抗系统;

       指定值班的火力装备来摧毁(阻止接近)FPV无人机;

       为人员和装备正确设置必要数量的掩壕和掩体,并进行细致的伪装。

       这是对抗FPV无人机的最低必要措施清单,应综合执行。必须理解,在现代武装冲突中,对抗FPV无人机的任务已经牢固地占据了反无人机措施体系中的一席之地,并且可以相当成功地予以解决。


4 启示和建议

       特别军事行动直观地表明,在现代战争中,拥有压倒性制空权的一方仍然具有优势。但与过去几十年的武装冲突不同,如今,这种优势部分是通过大规模使用各种类型的无人机(包括FPV无人机)来实现的。无人机的使用导致人员和作战装备的损失,促使投入大量兵力和装备来反击它们,并对人员产生持续的负面心理影响。

       通过分析FPV无人机在特别军事行动中的作战经验,可以得出一个结论,即必须研发和工业化生产此类先进无人机和与之配套的弹药。它们在特别军事行动中的实战应用不仅有助于总结其使用经验,还有助于及时修正设计,以研制出更现代化的此类装备。

       在不久的将来,通过合理的结构设计和生产,FPV无人机将可以取代反坦克导弹。此外,还可以预期,在未来的战斗过程中,FPV无人机将采用蜂群作战,并取代集束火炮弹药和多管火箭炮系统。


5 结束语

       综上,特别军事行动的经验表明,当前的首要任务应当是坚持不懈地进行理论和实践研究,以制定和验证新的有效方法来应对敌方的无人机(包括FPV无人机),并对其结果进行研究。然后,必须在指导性文件中纳入和采用这些方法,确保对军事指挥机构和部队(兵力)进行及时有效的作战培训,在军事学院开展相关教育活动,以利用所获得的积极成果。

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