美國軍用無人機執(zhí)行獵殺任務最新評估

長達5萬頁的軍隊官方事故調查報告及記錄指出，無人機出事的狀況千奇百怪，除了墜毀在民宅、跑道或高速公路外，有些在飛行途中憑空消失。2001年1月，一名地面駕駛員在阿富汗堪達哈操控一架無人機時，因人為疏失導致飛機上下顛倒而墜毀;還有一架無人機在空中撞上一架C-130運輸機的機翼。美國軍方將無人機重大事故分成A和B兩類，一架無人機損失逾200萬美元的屬A類，損失在50萬美元至200萬美元的屬B類。

軍用無人機至今仍未能克服4個基本安全障礙——

偵測能力有限 ?盡管無人機裝有攝像機和高科技感應器，畢竟比不上有人駕駛用眼睛與耳朵感知并作出判斷。

地面駕駛員的疏失 ?操控無人機遠比玩電玩復雜，雖然操縱員不斷受訓，但人為疏失還是會發(fā)生。

設備故障 ?有些無人機在設計時就省略備用安全設備，以減輕質量及成本，但又缺乏充分測試，因此上陣后不斷出現(xiàn)狀況，尤其是電子設備故障較多。

通信不穩(wěn)定 ?無人機通常通過通信衛(wèi)星與地面聯(lián)系，但通信品質不佳，往往會斷線。

美國軍方現(xiàn)擁有約1萬架無人機，以MQ-1捕食者（Predator）和MQ-9收割者（Reaper）為主力，前者質量輕，造價低，每架不到400萬美元，但有近半數(shù)曾發(fā)生重大事故;后者較重，造價也高，然而出事比率遠低于前者。

未來，美國軍方在本土也將大量使用無人機，估計到2017年時，美國軍方將在39個州至少110個基地起降無人機。

不可否認的是，無人機最大的優(yōu)點是“只有無人機戰(zhàn)損，人員則安全”，省去了飛機被擊落后派遣搜救隊或外交談判以及援救飛行員的金錢和政治成本。

在美軍過去十年的反叛亂與反恐作戰(zhàn)行動中，遙控飛機（remotely ?piloted ?aircraft，RPA）扮演了極重要的支援角色，尤其MQ-1捕食者與MQ-9收割者。隨著這些行動漸近尾聲，美空軍已著手評估遙控飛機之新式運用構想，以滿足未來作戰(zhàn)需求。美國蘭德公司應美空軍請求，以MQ-9收割者為基準，通過特地場景與模式模擬以及在許可環(huán)境下執(zhí)行獵殺任務的設定，評估三類遙控飛機設計遂行獵殺任務的作戰(zhàn)效能。整個分析架構采用了蘭德公司的系統(tǒng)與作戰(zhàn)構想之作戰(zhàn)效能模式，搭配美空軍的“代理為本”式系統(tǒng)效能分析模擬的一系列感測器、環(huán)境以及載荷模塊，針對114種變量組合，逐一分析，以評估其執(zhí)行獵殺任務的效能。

本研究主要針對美國空軍的第三、四、五類遙控飛機。依據(jù)美國國防部的定義，第三類遙控飛機質量為25.4～598kg，空速低于463km/h，且作業(yè)高度低于5486m;第四類遙控飛機的質量高于598kg、空速不限，作業(yè)高度限制則與第三類相同;第五類遙控飛機的質量與空速條件同第四類，惟作業(yè)高度高于5486m。本研究參照當前飛機的尺寸、質量與推力，考量其作戰(zhàn)效益與感測器套件，評估獵殺任務構想。

就獵殺任務的想定而言，本研究不探討第一類（微型與迷你飛機），以及第二類（小型飛機）的遙控飛機設計構想。盡管這類飛機可執(zhí)行許多其他任務，但因其載荷量極小且飛行高度低，故須依賴截然不同的感測器套件，方能滿足獵殺任務需求。

本研究的模式模擬，系美國空軍指揮部提供的一套標準分析工具之一;蘭德公司針對本研究則搭配了獨特的作戰(zhàn)效能模式模塊，包括數(shù)百種感測器、武器以及載荷平臺，可有效增添資訊豐富度，有助于探索各載荷執(zhí)行任務的模擬作業(yè)。簡而言之，前者提供了整體架構，后者則負責所有的系統(tǒng)與相關互動作業(yè)。

研究中，感測器模擬三大功能，包括運動影像（尤其是全動作視訊）、地面移動目標指示器以及合成孔徑雷達。本研究假定遙控飛機具備了充分的通信、處理能力，而不考慮諸如無線電干擾或全球定位系統(tǒng)信號中斷等情況。

本研究比照當前類似任務的做法來強化全動作視訊，并采用修正的通用影像品質方程式版本，判斷影像畫質。

通用影像品質方程式是基于國家影像判讀標準來預測影像品質的一種回歸預測值。美國分析影像的有關部門，業(yè)已就偵測某影像中多樣目標時所需的國家影像判讀標準預測值，建立多項對照表，以這些對照表搭配通用影像品質方程式，即可判斷該影像的品質能否確實辨識目標。

在設計傳感器對目標的捕捉時，諸如地形、天氣等環(huán)境因素，都是關鍵考量因素，本研究的模擬環(huán)境中包括了不同的環(huán)境因素，諸如云、霧的遮蔽作用。

影像感測器與目標之間視線的最重要因素，就是兩者的相對高度與周圍的地景。有關視線的假定只有“無礙”和“阻礙”兩種情況（無部分阻礙情況），以簡化模式模擬作業(yè)，并省略其他地形因素，如不尋常的巖石與樹木等。在這樣的情況下，模擬不同范圍與視角時可見光與紅外線輻射的大致穿透率，以及霧或霾對于影像品質的影響。

獵殺任務并非一個特定任務，而是一種任務類別，旨在運用飛機尋找目標，最終擊殺地面上某特定目標：可以一架或更多的飛機從事搜尋，搜尋范圍可大可小，目標可能靜止或移動，甚或從事更復雜的活動;交戰(zhàn)規(guī)則可能開放或封閉，環(huán)境條件亦可能差異甚大。

鑒于這類獵殺任務的范疇甚大，故本研究選擇以一個特定地區(qū)，變化飛機數(shù)量與型式、交戰(zhàn)規(guī)則，以及環(huán)境條件的方式，針對一特定目標進行驗證。此舉得以讓研究人員探討遙控飛機的基本設計考量。

上述之模式想定，代表了當前許多實際執(zhí)行的獵殺任務。

模擬想定，一開始就獲知目標存在，但其動向不明;只允許在15分鐘內，于17km2的區(qū)域范圍內搜尋潛藏的敵蹤。僅知該目標的最終目的地位于上述區(qū)域外，故須在其脫離指定范圍前快速搜尋到目標。

指定區(qū)域雖不大、搜尋工作亦非難事，但環(huán)境因素提升了復雜程度。囿于提示區(qū)域屬城鎮(zhèn)環(huán)境，迫使遙控飛機操作員必須考量許多變數(shù)（包括云、霧等影響）。

想定設計的交戰(zhàn)規(guī)則和作戰(zhàn)構想十分嚴謹，要求必須以全動作視訊確切辨識目標，推估的國家影像判讀標準值在7.0或8.0的畫質水準，這也排除了遙控飛機于高空飛行的可能性。

每架遙控飛機具備充分的通信能力，以及處理、運用和傳播的資源，以順遂其任務。假定雖允許敵人擁有若干程度的敵情意識，但無法從實際上采取偽裝、隱藏或任何遁逃舉措，僅允許無預期的暫停動作，這同時造成地面移動目標指示器追蹤困難。

本研究采用阿富汗的一城鎮(zhèn)區(qū)域，模擬近似的地景、城鎮(zhèn)規(guī)模、天氣形態(tài)以及道路結構。該區(qū)建筑并不是特別稠密，但部分道路的寬度較窄，造成部分區(qū)域存在視角限制。

一旦遙控飛機飛抵目標區(qū)，迅即利用全動作視訊感測器展開搜尋。典型的情況，是由全動作視訊傳感器以廣角模式偵測目標位置，偶爾則以聚焦顯示模式試圖辨識目標。當遙控飛機定位目標后，將持續(xù)追蹤該目標至城鎮(zhèn)外一適當?shù)攸c，請示交戰(zhàn)許可后執(zhí)行擊殺。只要情況許可，機上的地面移動目標指示器即追蹤目標，但若天氣因素造成全動作視訊無效時，則可采用合成孔徑雷達替代。

對遙控飛機而言，選擇恰當?shù)娘w行航線，是關系獵殺任務能否成功的的關鍵。針對每一型遙控飛機、感測器套件以及天氣狀況，研究人員都個別調整其飛行航線，以獲得最佳戰(zhàn)果。

理想狀況下，遙控飛機會盡其所能地飛高，以盡量涵蓋更大的地面面積，從而執(zhí)行目標偵測與辨識的工作。

在模擬過程中，若順利發(fā)現(xiàn)、辨識并追蹤目標至預定擊殺區(qū)，且保持目標鎖定的時間夠長，即判定跟蹤目標任務成功。然而緊接著的問題就是，如何完成該次獵殺任務？有兩種情況，一是由執(zhí)行跟蹤目標任務的遙控飛機直接打擊，二是呼叫其他飛機執(zhí)行擊殺任務。以下則分別探討兩種不同的作戰(zhàn)構想。

遙控飛機直接攻擊 ?最直截了當?shù)墨C殺方式，就是由獵獲目標的遙控飛機逕行攻擊。諸如MQ-9收割者等大型遙控飛機就是如此，而對較小型遙控飛機而言，此舉并不可行。執(zhí)行這種作戰(zhàn)構想的時間很短，一旦驗證目標無誤（15秒），遙控飛機即運動就位（5秒），啟動武器并開火（30秒），從追蹤到攻擊所需時間不超過50秒。

呼叫火力支援 ?如果遙控飛機并未攜載任務所需的武器或遙控飛機機身較小，無法攜載武器。在此情況下，就要呼喚火力施行攻擊，但這無疑會比直接攻擊所需時間更長。

盡管本研究假定被打擊的目標為高價值、戰(zhàn)機稍縱即逝的目標，支援攻擊機亦隨時待命，且聯(lián)合空戰(zhàn)中心指揮官可第一時間下令執(zhí)行，但仍需要高達5分鐘的時間處理任務選派作業(yè)，另外，還要再加上飛機飛抵新位置的時間。

如前述，本研究評估第三、四、五類遙控飛機，逐一驗證各型機在六種不同天氣環(huán)境下執(zhí)行任務的能力，并在兩種國家影像判讀標準值要求（7.0或8.0）下，進行了單機、2架或3架不同出勤方式的144種變量組合。針對每一組合，研究人員通常執(zhí)行300～500次測試，從而取得最終結果。

故本研究對日、夜間任務均加以評估。最易達成的想定，就是白天、天氣晴朗，且國家影像判讀標準值要求較低（7.0）的情況;相同環(huán)境下，若提升國家影像判讀量標準的要求（8.0），各型機單機作業(yè)的效能即明顯下降，惟若改以多機作業(yè)，大都能彌補效能的差異。

夜間情況下，第三或第四類遙控飛機因攜載的紅外感測器性能較差，即使采用多機作業(yè)亦存在較大困難。這類飛機必須飛得更低，以滿足所需影像畫質的要求，同時其搜尋工作也耗時較久，導致錯失目標的幾率增大。

這一問題也影響追蹤的成效。飛行高度愈低，視界范圍愈小，更容易跟丟突然轉向的目標。

云和霧對于遙控飛機的影響也不大相同。第五類遙控飛機因配備Lynx地面移動目標指示器/合成孔徑雷達套件（加上全動作視訊能力），能穿透云層并持續(xù)追蹤目標，故能在云層上飛行。反觀第三、四類遙控飛機，則因未加裝孔徑雷達，被迫必須在云層下飛行，否則將徒勞無功。

令研究人員感到意外的是，MQ-9收割者乃所有測試的機型中最佳的單機追蹤平臺，在單機辨識目標方面，其表現(xiàn)十分杰出。而其他較小型遙控飛機多機作業(yè)可彌補其單機能力之不足。

值得注意的是，第五類遙控飛機在日、夜間的追蹤能力表現(xiàn)都最差，原因在于此類飛機為噴射推進式無人機，飛行時最小速率仍遠高于其追蹤的地面目標車速，導致追蹤困難。事實上，第五類平臺較常在云層后跟丟目標。

分析模擬結果后，可歸納出以下四點發(fā)現(xiàn)。

事實上，就三大類遙控飛機而言，每一種設計都至少在一種想定下表現(xiàn)優(yōu)于其他設計。例如，多機作業(yè)時，在白天云層下低飛的第三類遙控飛機，其追蹤與辨識的成效較佳，而第四類遙控飛機在夜間云層下的表現(xiàn)略勝一籌;第五類遙控飛機則普遍擁有最佳的目標辨識率。

盡管較小型遙控飛機（第三與第四類）的感測器性能較差，但在許多環(huán)境下以多機作業(yè)時，其表現(xiàn)不錯，甚或凌駕于單一大型遙控飛機——尤其是存在云蔽時。得力于多重跟蹤的優(yōu)勢，多機作業(yè)也較不易在城鎮(zhèn)環(huán)境下跟丟目標。

MQ-9收割者是應伊拉克與阿富汗的特殊任務需求而研發(fā)。在大多數(shù)環(huán)境情況下，MQ-9收割者均未暴露出任何致命的缺陷。就單機作業(yè)而言，無論是成功辨識目標，抑或持續(xù)追蹤目標，MQ-9收割者都是所有遙控飛機中得分最高者（多機出勤時得分更高）。MQ-9收割者能緩慢飛行，回轉半徑極小，故追蹤地面目標能力佳;攜載的MTs-B與Lynx感測器組合，亦能在夜間、霧氣以及云蔽環(huán)境下作業(yè)。

提升MQ-9收割者感測器的能力，不失為一種符合成本效益的做法

盡管本研究并未執(zhí)行成本效益分析，但仍建議升級現(xiàn)行MQ-9收割者平臺功能。一個有效增進作戰(zhàn)效能的方式，就是增加其感測器套件的可變放大倍率。MQ-9現(xiàn)搭載的感測器僅具備固定放大倍率，無論是光電或紅外線攝影機，均無持續(xù)放大倍率的功能，故通常無法取得高度與飛行姿態(tài)的“最佳位置”優(yōu)勢。

另一個最佳做法就是提升視訊畫質，這樣意味著MQ-9更不易跟丟突然轉向的目標，在更高的有利位置有著更清晰的圖像，同時提升其存活率。同理，升級廣角移動影像感測器，提升資源處理、運用和傳輸速率，也是非常有效的改善選項。

本研究并未探討不同類別遙控飛機搭配合作的方式，特別是讓較小型遙控飛機在云層下，大型飛機云層上飛行的任務形態(tài)。

研究中，僅設定一種特定型式的云蔽和霧，并且研究套用的是一種敵人未作反應的作戰(zhàn)構想，除了偶爾會停止不動，企圖困惑搜尋作業(yè)外，目標不會偽裝、隱蔽。若模擬的敵人更具智慧或警戒心更強，能作出不同的反應，則模擬結果將更具說服力。