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应对无人机挑战:超短程/短程防空雷达重燃热潮

2024年10月16日,据ESD网站报道,近年来,随着无人机和巡飞弹的日益普及,人们对超短程/短程防空(V/SHORAD)的兴趣再度高涨。本文探讨了V/SHORAD雷达领域的最新发展,以及这些创新的发展方向及其在现代战场上日益增长的重要性。

 

如今,V/SHORAD雷达仍具有持久的需求,即提供针对固定翼和旋翼载人战斗机和导弹的点防御。面对的威胁可能从导弹到最小的1组(重量小于9公斤)无人机V/SHORAD与反火箭、火炮和迫击炮(C-RAM)和反无人机任务日益重叠。全球部队的紧急作战需求表明这些能力的重要性日益增加。

将常见的通用作战图(COP)概念扩展到包括反无人机C-RAM轨迹仍然是一项挑战。在这方面,V/SHORAD雷达和传感器网络必须探测并击败无人机群。此外,它们的雷达散射截面积(RCS)小、高度低(通常在表面杂波中)、地形掩蔽和低速,使得无人机威胁难以区分。美国欧洲空军司令詹姆斯·“斯科奇”·赫克将军于2024年2月12日在科罗拉多州奥罗拉表示:“如果它们飞到一百英尺高的地方,你无法用普通雷达看到它们,因为地球曲率导致你无法看到地平线。

V/SHORAD雷达越来越多地作为分散式多任务、多光谱、传感器开放式架构的一部分运行,结合了精确火控雷达以及无源和分布式传感,尤其是光电和红外(IR)技术,这些技术可以共置在单个武器支架或平台上,为火控提供输入。V/SHORAD雷达集成了动能和非动能效应器,后者包括高能激光器(HEL)、高功率微波(HPM)和定向干扰。在乌克兰,从V/SHORAD雷达轨迹回溯可以确定无人机发射位置,以便用炮火或步兵巡逻进行瞄准,这要求无人机在爬升到作战高度之前飞行规避低空路线。乌克兰通过捐赠西方系统以及美国空军管理的“弗兰肯萨姆”(FrankenSAM)计划等其他项目,将西方V/SHORAD雷达引入其传感器架构。

赫克将军在2024年7月31日的一次在线会议上将近程防空系统列入“冷战结束后30年内萎缩的技能组合,我们正在重新建立这些技能”。2024年7月,从乌克兰返回的美国国防分析师迈克尔·科夫曼指出,“主要问题日益成为防空问题,既有覆盖前线的短程系统,也有保卫城市的远程防空系统。……防空能力不足导致俄罗斯无人机在前线后方进行普遍侦察,并提高了打击成功率”。

冷战后放弃了大部分V/SHORAD能力的武装部队目前正在重新投资,其中包括比利时、德国和挪威的军队。德国陆军宣布将在2024年订购19套基于Boxer 8×8平台的Skyranger 30系统(可选择再订购30套),这突显了该国的计划。在海上,国际海军在红海遭遇胡塞武装袭击的经历增加了人们对经济能力的兴趣,以发现和击败此类威胁。

美国陆军正在重建其V/SHORAD能力,美国海军陆战队正在组织新的近海防空营。这两个军种都推出了与国际雷达设计相结合的新型V/SHORAD武器系统。陆军部长克里斯汀·E·沃穆斯(Christine E. Wormuth)于2024年2月27日在华盛顿对观众说:“我们陆军必须在无人机和反无人机方面投入越来越多的资金,以投资这些系统。

美国空军对SHORAD的兴趣反映了其向西太平洋和北约侧翼敏捷分散作战行动迈进的举措。美国各军种目前的部队结构目标中,没有一个包括SHORAD传感器的数量,而这些传感器是防御分散作战所必需的。赫克将军于2024年7月31日指出,传感器集成至关重要。“最困难的部分是试图确保你能在北约大小的区域内探测到200英尺以下的东西,而不在全国每五英里就放置一台“哨兵”(Sentinel)雷达。你需要有一个主集成商,它可以接管所有传感器,并建立一个带有低成本效应器的杀伤链,将它们击落……这不是一件容易的事。”

新兴技术

V/SHORAD雷达中使用有源电子扫描阵列(AESA)技术可以提高数据质量(提高准确性并减少误报)和可靠性,从而减少部队结构和支持要求。许多AESA雷达无需在多种搜索模式之间切换,即可同时探测大型、高、快速和小型、低、慢速威胁。基于软件的雷达可以对算法进行响应性更改,而不需要硬件修改和耗时的测试。

多光谱传感器架构将来自不同传感器的数据集成到单个火控质量轨迹中。最近一次是在2024年6月,在亚利桑那州尤马试验场的一次演示中,远程远程雷达使用联网系统传输(包括传输到V/SHORAD系统)火控质量轨迹,并提供针对包括无人机群在内的目标的远程交战能力。

 

图:Orlan-10无人机一直是乌克兰的威胁,它负责侦察和指挥炮火。

使用无源射频(RF)探测技术的V/SHORAD传感器的示例包括测向仪,例如11个LiveLink Aerospace无源探测和测距(PDAR)系统,该系统于2023年被英国皇家海军选为船上防御紧急能力需求。为了通过控制频率识别巡飞弹药并通过通信识别载人飞机,乌克兰的“部队配备了频谱分析仪,以探测来自Zala、Orlan和Supercam无人机类型的信号”,科夫曼报道。乌克兰还利用手机技术创建了简易的声学传感器网络,能够探测无人机发动机的声音。正如赫克将军所描述的那样,“他们抓起8,000部手机,把它们放在六英尺高的杆子上,把它们放在乌克兰各地,并在旁边放了一个这样的麦克风,这样他们就可以听到头顶上飞过的单向无人机的声音。”

前沿区域雷达面临着密集的威胁环境。在乌克兰,雷达受到干扰,并面临动能威胁——炮兵和攻击无人机或特种作战——电子支援措施会迫使部署的雷达转移,破坏覆盖范围,以避免俄罗斯采取行动。迈克尔·科夫曼写道,这“使前沿部署的远程防空成为一个高风险的提议……俄罗斯在前线后方持续的ISR是一个日益严峻的挑战”。

乌克兰用于V/SHORAD的雷达和网络技术来源多种多样,这导致互操作性出现问题。乌克兰双方的强烈干扰对联网雷达和其他传感器构成了挑战;同样,GPS干扰也使机动作战中的精确地理定位和僵局变得更加困难。误伤仍然是一个重大问题;大量乌克兰和俄罗斯无人机因友军误伤而损失。这是无人机作战中相当常见的问题,并不仅限于俄罗斯和乌克兰——2024年5月,多家当地新闻媒体报道称,以色列军队在加沙行动中摧毁的无人机中约有40%是友军的。

近距防空雷达可提供被动防御提示,即对来袭威胁发出警告。远程雷达可通过MADL(多功能先进数据链)等网络发出警告,但并非每个系统都有接收终端;警告信息需要针对具体地理位置,以防止出现大规模破坏。2023-24年,驻叙利亚和伊拉克的美军遭到170多起袭击,其中114起是无人机袭击,还有迫击炮和火箭弹袭击。前沿部署的雷达可提供长达数分钟的警告,尽管地形掩蔽和拥挤的空域(包括友军无人机行动)通常会缩短警告时间。英国皇家炮兵团第12团的近距防空资产进行了反无人机行动,但所涉及的传感器系统尚未披露。

美国的经验

美国陆军参谋长兰迪·乔治将军2月27日在华盛顿表示:“在中东反无人机方面,我们正在进行接触转型,这意味着我们正在与用户、开发人员和测试人员一起推进我们的所有能力,我们正在边发展边转型,因为战场瞬息万变。

这种变化的一个例子是胡塞无人机在红海上被击落,这需要高成本海上地对空导弹系统(SAM)的不可持续的开支。这促使美国海军和国防创新部门(DIU)发起了“Counter NEXT”计划。该计划于2024年6月向业界发出招标,要求“针对3组以上无人机系统”重量高达600公斤以上)的动能击毁解决方案,其中包括许多攻击无人机。它必须比当前能力“更具成本效益”,有5个原型可在12个月内进行测试,并集成到现有的作战系统和支持系统中。雷神公司的S波段AN/SPY-6系列雷达已经在反无人机任务中进行了演示。

 

图:20196月,在新泽西州迪克斯堡进行的工程测试中,BLADE原型安装在卡车上的特写。

由美国陆军作战能力发展司令部(DEVCOM)军备中心开发的弹道低空无人机交战(BLADE)多域自主精确瞄准系统(MDAPTS)目前正在进行原型测试。BLADE设计用于对抗第1组(9公斤以下)和第2组(25公斤以下)无人机,为通用遥控武器站(CROWS)提供多光谱(雷达和光学)VSHORAD能力,可安装12.7毫米至30毫米武器。BLADE的雷达和火控软件使其能够自主攻击目标,操作员“在场”(能够中止行动)——此功能以前曾用于较大的C-RAM系统,例如Phalanx。BLADE的雷达具有定向干扰能力,可以非动能击败无人机。BLADE于2023年被部署到沙特阿拉伯进行训练演习。

AESA雷达技术对CROWS支架的另一种改进是MSI Defense Solutions电子先进地面发射系统(EAGLS),安装在轻型卡车上。该系统由美国海军于2024年4月订购。它使用Leonardo DRS RPS-40,这是一种S波段AESA雷达,探测范围为10公里,安装在美国陆军M-SHORAD车辆上。它配备四联发射器,用于激光制导BAE系统先进精确杀伤武器系统II(APKWS II)70毫米制导火箭,但可以与多个效应器一起运行。

 

图:MSI公司EAGLS配备集成雷达,与之前向乌克兰供应的配备APKWSVampire车辆不同。

转向工业领域的V/SHORAD传感器

美国军方高频率地向工业界提出包括V/SHORAD雷达在内的技术请求,表明其多项任务的优先级日益提高。2024年2月,美国海军陆战队的一份招标书(RFP)要求提供能够进行反无人机的未指定先进技术。2024年3月,美国陆军向工业界发布了一份信息征询书(RFI),征集一种“基于炮塔”的系统,能够对抗第3组无人机,包括可升高到10米树线以上的有源雷达和光电传感器。2024年7月,海军陆战队发布了一份RFI,要求提供对抗第1组和第2组无人机的能力,包括在班和排级别进行被动射频探测以及从雷达接收威胁警告通知的能力。2024年7月向工业界发出的RFI旨在展示能够在电子战(EW)环境中击败第1-3组无人机的技术。

2024年7月,美国陆军宣布将在2025财年举行一场竞赛,以寻找一种新型平板阵列雷达,将其集成到车载机动低空慢速小型无人机综合防御系统(M-LIDS)中。2025财年,美国陆军计划启动诺斯罗普·格鲁曼综合作战指挥系统(IBCS)的反无人机(最终是完整的SHORAD)版本,该系统目前已与“爱国者”远程防空系统一起服役,被命名IBCS-M(机动)。它将能够合并来自多个传感器的轨迹,并在由大量使用人工智能的自愈网络连接的前沿区域运行。美国陆军还表示有兴趣将反无人机功能集成到无人地面车辆(UGV)上,这将需要调整联网传感器功能。

国际V/SHORAD雷达

萨博Saab)“长颈鹿1X”(Giraffe 1X)X波段3D AESA雷达自2016年投入使用,可提供360°覆盖范围。该雷达设计紧凑轻巧,可安装在轻型卡车上,可在移动中操作。“长颈鹿1X”的探测范围为75公里,可在4,000米的地面杂波中探测到第1组无人机,并能够跟踪多达600个空中目标。“长颈鹿1X”包括萨博的增强型低、慢、小(ELSS)功能,可捕获无人机目标,同时最大限度地减少误报,其他“长颈鹿”系列雷达可通过软件升级获得该功能。

 

“长颈鹿1X”能够集成到多种V/SHORAD架构中,包括瑞典国防部于2024年订购的萨博机动短程防空系统(MSHORAD),该系统配备RBS 70 NG,并将在BVS 10履带式车辆上安装一些“长颈鹿1X”雷达。“长颈鹿1X”的出口客户包括英国(2023年开始交付时订购了11套系统)和拉脱维亚。

海上版“长颈鹿1X”适用于海上V/SHORAD应用,同时保留了为大型海上版“长颈鹿”雷达开发的功能。它已与德国海军勃兰登堡级护卫舰、芬兰海军Pohjanmaa级轻型护卫舰和英国研究船Patrick Blackett上的传感器套件集成。

泰雷兹GroundMaster 60于2016年推出,是一款紧凑型近程防空系统,旨在提供与目前在乌克兰服役的中程GroundMaster 200相关的功能。GroundMaster 60是一款3D S波段雷达,仪器探测范围为80公里,能够安装在静态支架或轻型车辆上,并在移动中操作。第一个客户是沙特阿拉伯王国,用于其MICA VL和Mistral SAM,并且一直在谈判工业参与后续生产。亚美尼亚已被确定为潜在客户,提供击败攻击无人机和取代苏联时代的V/SHORAD雷达的能力。

 

图:泰雷兹GroundMaster 60

据报道,在2022年欧洲防务展上推出的莱昂纳多战术多任务雷达(TMRR)已为一位未公开的出口客户投入生产。它是一款C波段AESA雷达,探测范围为40公里,对小型无人机的探测范围为7,000米,对战斗机的探测范围为20公里。

 

国际V/SHORAD雷达集成系统

挪威设计的康斯伯格国家机动防空系统(NOMADS)SHORAD系统在2024年欧洲防空展上亮相。NOMADS的丹麦设计Weibel Scientific XENTA-M5 AESA 3D X波段雷达设计为安装在轮式或履带式车辆底盘上,探测范围为75公里,可在10公里处探测到第1组无人机。该雷达的调频连续波(FMCW)功能允许通过探测旋翼的微多普勒效应来探测地面杂波中的悬停无人机。

 

图:KongsbergNOMADS系统正在进行发射。此配置基于FFG ASCV G5平台,并使用Weibel Xenta-M5雷达。各种SAM均可用作系统的效应器。

NOMADS可兼容多种SAM类型,包括Diehl IRIS-T和Raytheon AIM-9X-2 Sidewinder。机载通信包括Link 16连接。挪威陆军将收到首批6辆车辆,据报道至少有4辆已经交付,而荷兰则希望订购多达18辆,德国正在考虑向乌克兰提供该系统。

BAE系统公司在2024年欧洲防务展上还推出了适用于陆地和海上应用的Tridon Mk2,它使用集成有BAE系统公司博福斯40毫米L/70加农炮的车载雷达,能够发射博福斯3P可编程弹药,以攻击包括空中威胁在内的一系列目标。

 

德国莱茵金属公司的Skyranger 30和Skyranger 35炮塔配备机载雷达选项,包括亨索尔特Spexer 2000 Mk III X波段雷达(跟踪范围约为40公里)和S波段莱茵金属Italia Oerlikon AESA多任务雷达(AMMR),对战斗机的探测范围为20公里,对小型无人机的探测范围为5公里。两种雷达类型都使用小型平板天线,在Skyranger炮塔上,使用五个天线提供360°覆盖。与SkyRanger类似的方法——集成枪支、SAM、多光谱传感器并能够使用多种类型的机载雷达——包括土耳其Aselsan Kokurs,它配备双35毫米机炮。

 

图:202312月,A1Skyranger 30在瑞士莱茵金属公司的Ochsenboden试验场进行了成功的测试和实弹演习。

以色列的General Robotics公司为反无人机应用提供了Pitbull遥控武器站。它主要使用光电瞄准器,但可以选择配备雷达。它已集成用于海上应用,并与以色列航空工业公司(IAI)Jaguar和REX Mk II无人地面车辆(UGV)集成,以用作低风险VSHORAD平台。可选雷达的探测范围可达5,000米,对移动目标的交战范围为500米,还可以提供针对无人机的定向干扰能力。据报道,以色列在2023-24年对真主党无人机进行了广泛使用定向干扰。

 

V/SHORAD与反无人机C-RAM任务的重叠日益增加,需要采用新方法来扩展V/SHORAD雷达和传感器的功能。据报道,Anduril创始人帕尔默·卢基(Palmer Luckey)表示,美国现在正在拥抱“非传统”国防公司,这已通过在美国系统上使用国际V/SHORAD雷达设计得到证明。赫克将军于2024年7月31日表示:“我们不能让北约32个国家购买自己的产品,然后再使其可互操作……没有必要告诉他们要购买的系统,而是告诉他们需要具备的能力……这需要是开放式架构。”这将如何应用于V/SHORAD雷达和传感器,可能是国防投资和部队结构变化的最直接影响,这些变化是在最近的技术进步和战斗教训之后发生的。

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