美国军用无人机执行猎杀任务最新评估

长达5万页的军队官方事故调查报告及记录指出，无人机出事的状况千奇百怪，除了坠毁在民宅、跑道或高速公路外，有些在飞行途中凭空消失。2001年1月，一名地面驾驶员在阿富汗堪达哈操控一架无人机时，因人为疏失导致飞机上下颠倒而坠毁;还有一架无人机在空中撞上一架C-130运输机的机翼。美国军方将无人机重大事故分成A和B两类，一架无人机损失逾200万美元的属A类，损失在50万美元至200万美元的属B类。

军用无人机至今仍未能克服4个基本安全障碍——

侦测能力有限  尽管无人机装有摄像机和高科技感应器，毕竟比不上有人驾驶用眼睛与耳朵感知并作出判断。

地面驾驶员的疏失  操控无人机远比玩电玩复杂，虽然操纵员不断受训，但人为疏失还是会发生。

设备故障  有些无人机在设计时就省略备用安全设备，以减轻质量及成本，但又缺乏充分测试，因此上阵后不断出现状况，尤其是电子设备故障较多。

通信不稳定  无人机通常通过通信卫星与地面联系，但通信品质不佳，往往会断线。

美国军方现拥有约1万架无人机，以MQ-1捕食者（Predator）和MQ-9收割者（Reaper）为主力，前者质量轻，造价低，每架不到400万美元，但有近半数曾发生重大事故;后者较重，造价也高，然而出事比率远低于前者。

未来，美国军方在本土也将大量使用无人机，估计到2017年时，美国军方将在39个州至少110个基地起降无人机。

不可否认的是，无人机最大的优点是“只有无人机战损，人员则安全”，省去了飞机被击落后派遣搜救队或外交谈判以及援救飞行员的金钱和政治成本。

在美军过去十年的反叛乱与反恐作战行动中，遥控飞机（remotely  piloted  aircraft，RPA）扮演了极重要的支援角色，尤其MQ-1捕食者与MQ-9收割者。随着这些行动渐近尾声，美空军已着手评估遥控飞机之新式运用构想，以满足未来作战需求。美国兰德公司应美空军请求，以MQ-9收割者为基准，通过特地场景与模式模拟以及在许可环境下执行猎杀任务的设定，评估三类遥控飞机设计遂行猎杀任务的作战效能。整个分析架构采用了兰德公司的系统与作战构想之作战效能模式，搭配美空军的“代理为本”式系统效能分析模拟的一系列感测器、环境以及载荷模块，针对114种变量组合，逐一分析，以评估其执行猎杀任务的效能。

本研究主要针对美国空军的第三、四、五类遥控飞机。依据美国国防部的定义，第三类遥控飞机质量为25.4～598kg，空速低于463km/h，且作业高度低于5486m;第四类遥控飞机的质量高于598kg、空速不限，作业高度限制则与第三类相同;第五类遥控飞机的质量与空速条件同第四类，惟作业高度高于5486m。本研究参照当前飞机的尺寸、质量与推力，考量其作战效益与感测器套件，评估猎杀任务构想。

就猎杀任务的想定而言，本研究不探讨第一类（微型与迷你飞机），以及第二类（小型飞机）的遥控飞机设计构想。尽管这类飞机可执行许多其他任务，但因其载荷量极小且飞行高度低，故须依赖截然不同的感测器套件，方能满足猎杀任务需求。

本研究的模式模拟，系美国空军指挥部提供的一套标准分析工具之一;兰德公司针对本研究则搭配了独特的作战效能模式模块，包括数百种感测器、武器以及载荷平台，可有效增添资讯丰富度，有助于探索各载荷执行任务的模拟作业。简而言之，前者提供了整体架构，后者则负责所有的系统与相关互动作业。

研究中，感测器模拟三大功能，包括运动影像（尤其是全动作视讯）、地面移动目标指示器以及合成孔径雷达。本研究假定遥控飞机具备了充分的通信、处理能力，而不考虑诸如无线电干扰或全球定位系统信号中断等情况。

本研究比照当前类似任务的做法来强化全动作视讯，并采用修正的通用影像品质方程式版本，判断影像画质。

通用影像品质方程式是基于国家影像判读标准来预测影像品质的一种回归预测值。美国分析影像的有关部门，业已就侦测某影像中多样目标时所需的国家影像判读标准预测值，建立多项对照表，以这些对照表搭配通用影像品质方程式，即可判断该影像的品质能否确实辨识目标。

在设计传感器对目标的捕捉时，诸如地形、天气等环境因素，都是关键考量因素，本研究的模拟环境中包括了不同的环境因素，诸如云、雾的遮蔽作用。

影像感测器与目标之间视线的最重要因素，就是两者的相对高度与周围的地景。有关视线的假定只有“无碍”和“阻碍”两种情况（无部分阻碍情况），以简化模式模拟作业，并省略其他地形因素，如不寻常的岩石与树木等。在这样的情况下，模拟不同范围与视角时可见光与红外线辐射的大致穿透率，以及雾或霾对于影像品质的影响。

猎杀任务并非一个特定任务，而是一种任务类别，旨在运用飞机寻找目标，最终击杀地面上某特定目标：可以一架或更多的飞机从事搜寻，搜寻范围可大可小，目标可能静止或移动，甚或从事更复杂的活动;交战规则可能开放或封闭，环境条件亦可能差异甚大。

鉴于这类猎杀任务的范畴甚大，故本研究选择以一个特定地区，变化飞机数量与型式、交战规则，以及环境条件的方式，针对一特定目标进行验证。此举得以让研究人员探讨遥控飞机的基本设计考量。

上述之模式想定，代表了当前许多实际执行的猎杀任务。

模拟想定，一开始就获知目标存在，但其动向不明;只允许在15分钟内，于17km2的区域范围内搜寻潜藏的敌踪。仅知该目标的最终目的地位于上述区域外，故须在其脱离指定范围前快速搜寻到目标。

指定区域虽不大、搜寻工作亦非难事，但环境因素提升了复杂程度。囿于提示区域属城镇环境，迫使遥控飞机操作员必须考量许多变数（包括云、雾等影响）。

想定设计的交战规则和作战构想十分严谨，要求必须以全动作视讯确切辨识目标，推估的国家影像判读标准值在7.0或8.0的画质水准，这也排除了遥控飞机于高空飞行的可能性。

每架遥控飞机具备充分的通信能力，以及处理、运用和传播的资源，以顺遂其任务。假定虽允许敌人拥有若干程度的敌情意识，但无法从实际上采取伪装、隐藏或任何遁逃举措，仅允许无预期的暂停动作，这同时造成地面移动目标指示器追踪困难。

本研究采用阿富汗的一城镇区域，模拟近似的地景、城镇规模、天气形态以及道路结构。该区建筑并不是特别稠密，但部分道路的宽度较窄，造成部分区域存在视角限制。

一旦遥控飞机飞抵目标区，迅即利用全动作视讯感测器展开搜寻。典型的情况，是由全动作视讯传感器以广角模式侦测目标位置，偶尔则以聚焦显示模式试图辨识目标。当遥控飞机定位目标后，将持续追踪该目标至城镇外一适当地点，请示交战许可后执行击杀。只要情况许可，机上的地面移动目标指示器即追踪目标，但若天气因素造成全动作视讯无效时，则可采用合成孔径雷达替代。

对遥控飞机而言，选择恰当的飞行航线，是关系猎杀任务能否成功的的关键。针对每一型遥控飞机、感测器套件以及天气状况，研究人员都个别调整其飞行航线，以获得最佳战果。

理想状况下，遥控飞机会尽其所能地飞高，以尽量涵盖更大的地面面积，从而执行目标侦测与辨识的工作。

在模拟过程中，若顺利发现、辨识并追踪目标至预定击杀区，且保持目标锁定的时间够长，即判定跟踪目标任务成功。然而紧接着的问题就是，如何完成该次猎杀任务？有两种情况，一是由执行跟踪目标任务的遥控飞机直接打击，二是呼叫其他飞机执行击杀任务。以下则分别探讨两种不同的作战构想。

遥控飞机直接攻击  最直截了当的猎杀方式，就是由猎获目标的遥控飞机迳行攻击。诸如MQ-9收割者等大型遥控飞机就是如此，而对较小型遥控飞机而言，此举并不可行。执行这种作战构想的时间很短，一旦验证目标无误（15秒），遥控飞机即运动就位（5秒），启动武器并开火（30秒），从追踪到攻击所需时间不超过50秒。

呼叫火力支援  如果遥控飞机并未携载任务所需的武器或遥控飞机机身较小，无法携载武器。在此情况下，就要呼唤火力施行攻击，但这无疑会比直接攻击所需时间更长。

尽管本研究假定被打击的目标为高价值、战机稍纵即逝的目标，支援攻击机亦随时待命，且联合空战中心指挥官可第一时间下令执行，但仍需要高达5分钟的时间处理任务选派作业，另外，还要再加上飞机飞抵新位置的时间。

如前述，本研究评估第三、四、五类遥控飞机，逐一验证各型机在六种不同天气环境下执行任务的能力，并在两种国家影像判读标准值要求（7.0或8.0）下，进行了单机、2架或3架不同出勤方式的144种变量组合。针对每一组合，研究人员通常执行300～500次测试，从而取得最终结果。

故本研究对日、夜间任务均加以评估。最易达成的想定，就是白天、天气晴朗，且国家影像判读标准值要求较低（7.0）的情况;相同环境下，若提升国家影像判读量标准的要求（8.0），各型机单机作业的效能即明显下降，惟若改以多机作业，大都能弥补效能的差异。

夜间情况下，第三或第四类遥控飞机因携载的红外感测器性能较差，即使采用多机作业亦存在较大困难。这类飞机必须飞得更低，以满足所需影像画质的要求，同时其搜寻工作也耗时较久，导致错失目标的几率增大。

这一问题也影响追踪的成效。飞行高度愈低，视界范围愈小，更容易跟丢突然转向的目标。

云和雾对于遥控飞机的影响也不大相同。第五类遥控飞机因配备Lynx地面移动目标指示器/合成孔径雷达套件（加上全动作视讯能力），能穿透云层并持续追踪目标，故能在云层上飞行。反观第三、四类遥控飞机，则因未加装孔径雷达，被迫必须在云层下飞行，否则将徒劳无功。

令研究人员感到意外的是，MQ-9收割者乃所有测试的机型中最佳的单机追踪平台，在单机辨识目标方面，其表现十分杰出。而其他较小型遥控飞机多机作业可弥补其单机能力之不足。

值得注意的是，第五类遥控飞机在日、夜间的追踪能力表现都最差，原因在于此类飞机为喷射推进式无人机，飞行时最小速率仍远高于其追踪的地面目标车速，导致追踪困难。事实上，第五类平台较常在云层后跟丢目标。

分析模拟结果后，可归纳出以下四点发现。

事实上，就三大类遥控飞机而言，每一种设计都至少在一种想定下表现优于其他设计。例如，多机作业时，在白天云层下低飞的第三类遥控飞机，其追踪与辨识的成效较佳，而第四类遥控飞机在夜间云层下的表现略胜一筹;第五类遥控飞机则普遍拥有最佳的目标辨识率。

尽管较小型遥控飞机（第三与第四类）的感测器性能较差，但在许多环境下以多机作业时，其表现不错，甚或凌驾于单一大型遥控飞机——尤其是存在云蔽时。得力于多重跟踪的优势，多机作业也较不易在城镇环境下跟丢目标。

MQ-9收割者是应伊拉克与阿富汗的特殊任务需求而研发。在大多数环境情况下，MQ-9收割者均未暴露出任何致命的缺陷。就单机作业而言，无论是成功辨识目标，抑或持续追踪目标，MQ-9收割者都是所有遥控飞机中得分最高者（多机出勤时得分更高）。MQ-9收割者能缓慢飞行，回转半径极小，故追踪地面目标能力佳;携载的MTs-B与Lynx感测器组合，亦能在夜间、雾气以及云蔽环境下作业。

提升MQ-9收割者感测器的能力，不失为一种符合成本效益的做法

尽管本研究并未执行成本效益分析，但仍建议升级现行MQ-9收割者平台功能。一个有效增进作战效能的方式，就是增加其感测器套件的可变放大倍率。MQ-9现搭载的感测器仅具备固定放大倍率，无论是光电或红外线摄影机，均无持续放大倍率的功能，故通常无法取得高度与飞行姿态的“最佳位置”优势。

另一个最佳做法就是提升视讯画质，这样意味着MQ-9更不易跟丢突然转向的目标，在更高的有利位置有着更清晰的图像，同时提升其存活率。同理，升级广角移动影像感测器，提升资源处理、运用和传输速率，也是非常有效的改善选项。

本研究并未探讨不同类别遥控飞机搭配合作的方式，特别是让较小型遥控飞机在云层下，大型飞机云层上飞行的任务形态。

研究中，仅设定一种特定型式的云蔽和雾，并且研究套用的是一种敌人未作反应的作战构想，除了偶尔会停止不动，企图困惑搜寻作业外，目标不会伪装、隐蔽。若模拟的敌人更具智慧或警戒心更强，能作出不同的反应，则模拟结果将更具说服力。