【軍事博評】張競:談談管控無人機通信需求

2022-02-16 10:23:54 最後更新日期:2022-02-18 10:48:27
張競

中華民國榮民,中華戰略學會資深研究員,曾任海軍中權軍艦艦長,美國海軍戰爭學院績優畢業,英國赫爾大學政治學博士,目前在大學執教國際關係等政治學入門課程。勤於媒體針砭時政與探論國際現勢,亦經常接受媒體電訪;偶爾出席政論節目,評論政軍議題。

UFK7Uo5編按:在珠海航展展出的大型無人攻擊機彩虹6號,其機重大約是MQ-9的兩倍,載彈量也接近兩倍,適合高空長航時密接支援任務任務。(網絡圖片)

 

現代戰爭運用無人機已經成為致勝疆場必要利器,但在使用無人機在戰場遂行諸多軍事任務時,最重要環節其實是在於保證無人機本身與操控者兩者間之管控通信需求,特別是要能夠兼顧通信保密以及遠距傳輸通信效率與品質。

由於無人機在突破敵方空防體系時,相對上較難被偵測掌握,以便獲得即時預警情報,採取反制防護作為,因此反制無人機多半就必須仰賴源頭打擊,破壞其管制中心或是起降回收設施,再配合狙殺管控無人機通信中繼站臺,從而瓦解遠距遙控無人機所必須運用之通信網路。

基於前述基本作戰概念,在此為讀者介紹管控無人機所需通信需求,期能透過提供相關資訊,增進對於運用無人機,以便遂行軍事任務時,所須重視之核心環節。

美國空軍MQ-9日常飛行任務展示。由圖可見控制員較多時間是手不離控制桿的。 

 

首先必須指出,無人飛行儎具與操控者相互間透過發送管制指令與回饋實際運作樣態資訊,所要操控之系統共計有飛航管控系統、偵蒐感測系統以及武器控制系統,有些考量無人儎具失聯或失事後,避免讓對手自機體殘骸獲得機密資訊,因此裝設自毀機件,通常會另外設立完全獨立之自毀裝置管制系統。

軍事飛行儎具在突破敵方對空防禦時,除須盡全力運用儎具本身構型、塗裝、地形要素、飛行高度以及電子反制等要項,以便隱匿在敵方偵蒐感測系統所將顯現信號迴跡外,亦須儘量落實發射管制措施,除發射極端必要之電子反制信號外,更要全程保持通信靜默,甚至連敵我識別答訊機都要關閉

The human factor in UAV operation via ground control station GCS displays reproduced編按:無人機地面工作站,由控制介面可見飛行操縱相對簡單不少,但持續監控、數位地圖顯示或其他任務顯示介面則隨時比一般軍用機還要複雜。(圖片來自論文When Plans Change: Task Analysis and Taxonomy of 3-D Situation Awareness Challenges of UAV Replanning)

 

 

但無人機必須仰賴操控者不斷下達指令遂行飛航管控,其中包括航向、航速、高度以及控制影響飛行姿態相關機翼與方向舵,而且無人飛行儎具還會不斷回饋發送前述資訊,基本上會與儎人機飛航操控人員所須掌握之儀表讀數大體相同,期能讓管控者掌握無人飛行儎具確實遵循其所下達飛航管控指令運作。

有些無人飛行儎具為能確使操控者獲得完整狀況認知(situation awareness)資訊,甚至除發送前述數據資訊外,還會另外提供視覺影像,讓其更能掌握無人機運作真實樣態。此等視覺影像在正常高空巡航飛行時並不重要,但在無人儎具起飛與降落回收,甚至是在以極低高度貼附地形,運用隨地表樣態(terrain reading)飛行模式時,就將成為飛航控制關鍵資訊。

0 0 0 0 102編按:胡塞武裝前年對沙特的無人機及巡航導彈空襲,有傳言指其實是由伊朗胡齊斯坦省射過去的。無論是哪裏射出來,可以肯定的是都是以GPS座標或INS形式預先定下轉向航點,迴避地形和防空系統探測範圍,然後再以無線電高度計與地面保持距離並一路「摸」到目標區上空。右圖則是戰斧巡航導彈所採取的更先進的轉向模式,形式差不多,但更多利用數字高程圖及數字地圖進行定位工作。(圖片來自連結1連結2)

 

但因此如何避免在發送管制指令與飛行樣態資訊回饋通信交聯過程中,觸發敵方空防監偵體系預警裝置,變成打草驚蛇洩漏行蹤罩門所在,就成為許多無人飛行儎臺必須仰賴人工智慧技術,以自動控制模式,結合慣性導航系統,運用預置航路導引方式,在進入敵方防空偵蒐範圍時,不必與機上飛航管控系統進行密集通信交聯,從而保障其行動隱密,以便提高突破敵方防空體系機率之基本手法。

其實前述運用自動控制科技,以便維持飛行穩定樣態,保持既定航線、航向、航速、高度與飛行姿態,對於無人飛行儎具來說相當重要,因為在其運用預設導引模式,暫時中斷與操控者間之通信交聯,很可能會遭遇到不預期之惡劣氣象環境,受到亂流影響而喪失高度或是產生偏航現象,如何能夠自行掌握其位置,不必藉由操控者以人工導引方式加以修正,就能夠自行調整回到原航路,其實亦是相當重要。

FK7Uo4hWUAs7sVW編按:早前巡視俄烏邊境的RQ-4A無人偵察機。出發點應該是羅馬尼亞的北約基地。由航跡可見該機在固定三點來回巡視,應該是以側視雷達進行偵察。這種任務航跡基本上就是由GPS進行定位來回飛行的,控制人員基本只需進行監察,然後可將更多精神集中在信號處理上。(圖片來自連結1)

 

基本上無人飛行儎具儎任務全程,不斷要運用飛航管控系統,並且要以間歇性或是連續性通聯模式,與操控者保持通信聯絡。但相對上偵蒐感測系統以及武器控制系統,只有在到達預任務目標區前,在適當距離才會開啟前述兩項系統,執行目標偵查與情報蒐集作業,並且依據任務構想與實際武器掛儎狀況,進行目標搜尋作業,在尋獲目標後,啟動接戰程序。

因此若要評估無人飛行儎具儎任務全程不同階段通信需求,依據通信次數頻繁程度,再加上訊息數量所構成之通信負荷,其實並非穩定不變常數,而是依據不同任務階段,無人飛行儎具依據任務規劃構想,讓偵蒐感測系統與掛儎武器能夠順利發揮其效能,為達成任務目標,所必須採取之飛行姿態與航跡,再加上發送管控偵蒐感測系統,設定武器導引參數等指令而定。

誠然無人飛行儎具上所裝設三項主要系統,其所獲得資訊確實可以相互交聯,比方說飛航管控系統之定位資料,可以用來啟動偵蒐感測系統,讓其開始進行目標區偵蒐作業,甚或是提供給武器控制系統,協助無人飛行儎具上所掛儎之導引武器尋獲目標,而偵蒐感測系統所獲得之目標影像與所截收電子信號方位與相關參數,更可以提供給武器控制系統,讓其解算導引武器所須參數。

吾人更須理解到無人飛行儎具上所掛儎武器究竟是屬於非導引式空投炸彈、比例式導引巡航導彈或是追逐式導引歸向導彈,其射擊控制彈道解算以及武器導引設定參數都大不相同,而又要與無人飛行儎具操控者通信交聯到何種程度,其實都會影響到其通信負荷與交聯頻繁程度,當然亦會決定通信頻寬需求。

0 0 0 0 1024px MQ 9 Reaper Satcom編按:RQ-9無人偵察及攻擊機的航電艙,當中佔體積最大者是衛星通訊天線。當然它也有其他通訊手段,美軍有大量平台及飛機可進行中繼通訊行動,例如右邊這架由龐巴迪公務機修改過來的E-11A BACN可以進行無人機中繼通訊。(圖片來自維基百科Alan Warnes)

 

隨著無人飛行儎具航程逐漸增加,操控管制系統所須通信作業中繼需求程度亦隨之成長,許多軍事觀察家經常會錯誤地認為透過衛星通信就可以解決所有通信中繼難題,其實在開闊洋面或是地形較為單純環境,而且亦有通信衛星可用於涵蓋整個任務飛航全程,或許還不成太大問題。但若是在複雜地形,而無人飛行儎具更要被迫飛航進入衛星通信死角或是盲區時,就必須仰賴佈設前進通信中繼站臺,來支持無人飛行儎具通信中繼作業需求

 FK7Uo4編按:事實上有些無人機系統還是要地面的目標指示進行目標確認及攻擊的。這種操作方法始見於70年代中期研發的銅斑蛇155MM激光制導砲彈,需由前線瞄準手以激光器指向目標,在空砲彈再接收反射回來的激光修正航向。(圖片來自連結1連結2)

 

為何許多國家特種部隊經常被指派滲透進入任務目標區周邊,架設通信中繼系統,以便支持無人飛行儎具或是空中有人儎臺遂行偵察情蒐、飛航偵照或是對地打擊任務,就是因為通信衛星其實還是無法完全解決通信中繼問題,當無法滿足此等需求時,透過鄰近任務目標區,在陸上或海上架設臨時中繼站臺,仍然是支持前述空中任務所必須之配套作業。

最後還要提醒,運用無人飛行儎具實施打擊任務,假若是投送無導引武器或試射後不理(fire and forget),由導引武器自行導引歸向,對於無人飛行儎具來說相對簡單,同時亦較有利於保障其安全。假若施放武器後,還要持續管控導引,從操縱控制無人飛行儎具之管制中心,透過飛行載具上之武器管控系統,以便管制導引武器,其通信負荷與頻密程度,更是難以想像。因此就運用無人飛行儎具來說,滿足通信需求其實亦是限制其任務彈性之重要環節!

發佈於 軍事博評
By 2022-02-16

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