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一、发展背景
目前常规的对抗无人机威胁的方法包括摧毁发射平台、伪装欺骗、网络捕获、直接火力打击等。无人机单独执行任务或仅有数架编队作战时,可采用常规对抗手段。但当采用蜂群战术的大编队无人机群来袭时,留给作战人员及系统的反应时间极短,常规的对抗手段难以满足应用需求。高功率微波武器具有可光速交战、可同时杀伤多个目标、作战效费比高等优势,可在极短的时间内通过天线定向辐射高功率微波,形成功率高、能量集中且具有方向性的微波射束,以极高的强度照射目标,干扰或损坏目标设备的电子元器件,使其失效或失能,是对抗无人机蜂群的高效手段。
为应对新兴无人机及蜂群威胁,美国Epirus公司与通用公司合作把Epirus公司的Leonidas定向能系统和高功率微波技术集成到美国陆军的Stryker装甲车和其他有人驾驶和自主地面作战车辆中,以对抗无人机及蜂群和其他电子威胁。
二、基本情况
1.
Epirus公司简介
Epirus公司是一家风险投资支持的反无人机初创企业,是美国唯一一家软件定义电磁脉冲技术开发商,拥有120多项美国专利。该公司在EMP毁伤无人机方面拥有丰富的专业知识,曾与美国国防部的多个机构签署合同,成功尖端、智能驱动的高功率微波系统,可利用短脉冲能束压制无人机,反无人机及蜂群创新技术开发方面具有丰富经验。
2.
系统功能
Leonidas多目标反电子系统是Epirus公司的旗舰产品,是世界上首台小型化高功率微波系统,可通过公路、铁路、飞机(C-130、C-17运输机)运输。该系统工作于低频段,天线阵面高约2.6米,宽约1.2米,可搭载于小型拖车上,,可与美陆军“前方区域防空指挥控制”(FAAD C2)系统集成,共享并利用FAAD C2网络中传感器和预警系统的信息,快速发射、实时拦截近程和机动威胁,毁伤300米范围内无人机搭载的电子设备。
该系统采用高功率微波和数字波束形成技术,具有强对抗电子系统能力,通过形成窄波束,可在狭窄、拥挤空间中高精度消除单个威胁目标,还可生成可编程禁飞区,从多个目标中筛选出个别目标,聚集能量,实施精确攻击,附带损伤小,不影响己方无人机在被瞄准的敌方无人机附近区域飞行;也可在广阔区域内消除多个威胁,针对蜂群目标,通过数字波束形成生成宽波束状态且转换速度快,可为用户提供优越的控制能力和安全性。
3.
关键技术
Leonidas系统采用固态氮化镓(GaN)功率放大器,能够在高电压、低温、高功率密度下工作,无需大规模冷却液制冷,具有体积小、重量轻、功耗低(SWaP)的优势,实现了高功率微波武器的小型化,有效辐射功率270兆瓦,同等功率情况下体积更小,灵巧、机动,可搭载在小型皮卡车上,突破了高功率微波武器受体积、重量限制的局限性。
采用开放式体系架构、软件定义、人工智能控制、频率捷变等新技术和先进技术体制,可根据作战需要进行系统配置,如车载模式、单兵模式等,可快速通过调整通用现场可替换放大器组件,实现作用距离现场升级;系统采用固态发射和多波形发射,不产生电离辐射,人员操作区辐射强度与传统微波炉或手机相当,对人体无害,确保操作人员安全。
具备深弹匣、可机动特点,能够杀伤悬停或移动的无人机群,破坏对手的电子设备、车辆和弹药,可以适应不断演变的威胁;系统响应速度快,可在30分钟内完成从运输状态到作战状态的转换,部署完成后,可在数分钟内发射电磁脉冲。为适应不同的任务需求,Epirus公司正在对Leonidas系统进行能力扩展,开发单兵版、无人机平台吊舱版及舰载版等系列化高功率微波武器。
Epirus公司的“智能电源”(SmartPower)管理技术,可为其反无人机系统提供支持。该项技术允许反无人机系统以相对较低的功率输入获得高功率输出,在其他射频系统中也有广泛应用(该公司反无人机系统结合了高功率微波技术,和旨在增强目标定位能力的人工智能技术)。该公司将与政府客户和合作伙伴通力合作,扩大该技术的应用范围,把Leonidas系统推向市场,同时提升“智能电源”技术的功能。
4.
与机动近程防空(SHORAD)能力的结合
此次通用公司与Epirus公司合作把Leonidas定向能系统和高功率微波技术集成到Stryker装甲车和其他有人驾驶和自主地面作战车辆中,抵御无人机群和其他电子威胁,推进SHORAD解决方案并填补能力空白,从而将使美国陆军拥有首款具备机动作战能力的反无人机群高功率微波武器。
三、几点认识
1.
与DE M-SHORAD等将构成多方式、分层防御系统
通用公司与Epirus公司合作把Leonidas系统集成到Stryker装甲车上,两家公司将向美国陆军推销这一组合,该提案将与配备激光武器的DE M-SHORAD设计相抗衡,其中包括来自雷声公司和Kord技术公司团队的一个已经正在进行陆军测试的设计。从表面上看,此举无疑将使美国陆军的机动近程防空系统竞争进入白热化。竞争是技术体制的竞争,不管竞争的结果如何,美国陆军无疑是最大的受益者。但从目前的技术情况看,配备激光武器的DE M-SHORAD尚存在诸多不足,如激光武器发射功率不足、作用距离有限(300-5000米远)、受雾、阴雨等不良天气影响引起的作战效能下降、电力供给及散热等问题,Epirus公司的Leonidas系统目前的有效毁伤距离仅300米,远小于激光武器的数公里有效毁伤距离,但正好可以与DE M-SHORAD形成能力互补。
Leonidas系统可应用于近距离突然出现的无人机及蜂群威胁,可有效补充激光武器应对此类威胁的能力不足。据2021年2月公布的美国陆军对空军开发的战术高功率作战反应器(THOR)微波武器样机项目经费资助情况,陆军希望使用THOR作为间接火力保护能力高功率微波武器(IFPC-HPM)样机系统的一部分,陆军定向能武器需要多方式、分层防御挫败敌对威胁。高能激光武器一次只能击毁一个目标,而高能微波可以击毁一批目标,这是陆军在IFPC快速样机开发中寻求两种技术结合的原因。
从当前的情况看,通用公司与Epirus公司合作的高功率微波武器未来有可能替代THOR,用于支持IFPC-HPM,这也许就是美国陆军设想的在2024财年前向排一级单位提供“间接火力保护能力”(IFPC)计划规定的高功率微波系统。该武器与陆军FAAD C2系统及一体化防空反导作战指挥系统(IBCS)集成,与系统内的传感器和多种武器协同,将构成多方式、分层防御系统。
2.
Leonidas系统将改变反无人机及蜂群作战模式
目前反无人机及蜂群作战常用的动能武器拦截方式存在效费比低、附带损伤大、反应时间受限,电子对抗方式存在干扰距离和干扰数量有限、作战效能难以评估,激光武器存在作战准备时间长、多目标作战能力差、易受天气因素影响等缺点。高功率微波以其作战速度快、攻击范围广、软硬杀伤兼备的优势,在应对无人机及蜂群袭扰方面拥有越来越高的应用价值。
Leonidas系统采用GaN技术,实现了高功率微波武器小型化,在同等体积、重量情况下,有效辐射功率更高,易于搭载在小型平台上,突破了高功率微波武器的局限性。该系统采用数字波束形成技术,根据不同的作战任务需要,可形成窄波束高精度消除在狭窄、拥挤空间中单架无人机威胁目标;还可生成可编程禁飞区,从多个目标中筛选出个别目标,不影响己方无人机在被瞄准的敌方无人机附近区域飞行;还可形成宽波束瞬间击落广阔区域内多架无人机蜂群威胁目标。
与动能拦截武器和激光武器每次仅能拦截一架无人机相比,Leonidas系统能够有效快速应对近距离突然出现的无人机蜂群目标,具有极高的效费比。此外,传统的微波武器在单波束发射时,功率超出一定阈值时易使空气击穿,Leonidas系统的数字波束形成技术产生多个波束能有效避免空气击穿,为未来发展功率更高的微波武器提供了更大的空间。
四、结束语
随着无人机及蜂群技术的快速发展,无人机及蜂群袭击的突发性和态势不确定性大大增加,使得反无人机及蜂群将变得越来越复杂。威慑和击败这些威胁需要一个由开放架构技术组成的分层防御方法,该技术可以随着自主威胁的发展而发展。Leonidas系统的开放式控制架构允许快速集成到先进的指挥和控制平台并提高灵活性以满足未来作战任务需求,与陆军多种武器协同,将构成高中低、远中近分层、多方式防御体系。Leonidas系统与Stryker集成,将使美国陆军拥有首款具备机动作战能力的反无人机蜂群高功率微波武器,无疑将为美国陆军增强战备状态、适应未来战场环境、随时随地战胜各种威胁又增添了一件利器。
作者:中国电科27所 禹化龙
中国电科发展战略研究中心 李硕
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