高寒山地战场环境对无人机系统运用的影响及对策

张明杰

（解放军69250 部队 新疆 乌鲁木齐 830013）

高寒山地特殊的地理环境给无人机系统的运用带来一定的影响，影响无人机系统作战效能的发挥。加强高寒山地战场环境中无人机系统应用的研究，推动无人机系统在未来高寒山地战争中更好地发挥应用。

1 高寒山地战场环境概念及其特点

1.1 概念

高寒山地，是指海拔在3000m 以上、气候寒冷、空气稀薄的山地，一方面具有“高原”和“严寒”地区的特征，另一方面还具有“山地”的特征。我国西部中印边境地区，高山连绵，雪峰林立，冰川广布，沟谷纵横，山脉多呈西北-东南走向，海拔大多在4500m 以上，山脊线海拔6500m 以上，就是典型的高寒山地。

高寒山地战场环境是实施高寒山地条件下作战的空间及其相关地区内影响作战活动的各种客观情况和条件的统称。高寒山地地区由于特殊的地理、地质、气候条件，会给高寒山地作战行动造成不利的影响，人员、装备作战效能的发挥受到一定程度的影响，有着不同于平原作战的特点[1]。

1.2 主要特点

（1）自然环境恶劣。高寒山地天气主要有以下几个特点：地面风沙大、不良天气多、紫外辐射强、低压低温又缺氧，昼夜温差较大，常有雪暴、雪崩、塌方、泥石流等自然灾害发生。高寒山地战场环境恶劣，易发生作战人员高原反应，部分区域海拔超过5000m，被称为“生命禁区”，极不适合人类生存。

（2）交通极为不便。高寒山地地区山高坡陡沟深，地形割裂，峰峦起伏，通行性差，且多为通道地形，较少迂回道路，不便于部队横向支援。高寒山地战场交通多为简易公路，大部分坡陡弯急，曲半径小，路况较差，受天气影响，3000m 以上的沟谷通道地带，每年有长达6 个月以上的封山期，4000m 以上的山口、道路，常因积雪过深不具备通行条件。

（3）社会依托薄弱。高寒山地地区恶劣的自然地理环境导致地广人稀，基础设施薄弱，经济极不发达，主要以畜牧业为主、以种植业为辅，工商业规模有限，科教文卫落后，卫生医疗条件较差。城镇、村庄分布稀疏，大部分地区是无人区且规模较小，农牧业仅能自给自足，工业起步晚，信息化建设比较滞后，还需要平原地区提供物资及技术保障，难以向高寒山地作战部队提供社会依托。

（4）电磁环境复杂。高寒山地地区云层稀薄不稳定，地势陡起陡落，再加上电离层剧烈的变化、大气中的电流电场、太阳强光辐射等对电磁波辐射和传播产生较大的影响。同时，高寒山地地下矿产丰富，矿物质的种类比较多，一些地面和山体也存在吸收和放射电磁波的现象，造成高寒山地战场电磁辐射环境复杂。

2 高寒山地战场环境对无人机系统应用的不利影响

2.1 对飞行器单元的影响

高寒山地地区飞行，由于受地形、气候、气压、大气密度等因素的影响，飞机的气动性能、操纵特点、发动机工作状态、气象条件以及机载设备运行等，与低海拔地区飞行有着明显的区别，对无人机的飞行产生诸多不利影响。首先，动力输出变弱。在高寒山地条件下，由于大气压和气温降低将会使发动机输出功率下降，蓄电池容量变小，将导致飞行功率增加，飞行高度、飞行距离、有效载荷以及续航时间减少。其次，是可靠性变差。高寒山地气候寒冷，风速较大，无人机在飞行时往往会出现结冰等现象，对无人机飞行系统、搭载的机电设备以及无人机本身的传感器也会造成一定的影响甚至损坏，从而影响无人机的可靠性[2]。第三，是不安全因素增加。在高寒山地，气流在越山、绕山时，会发生方向或速度的急剧改变，并形成山地波、风切变和乱流。尤其是低空风切变时，甚至会造成飞行中的无人机失速，严重威胁无人机的飞行安全。高寒山地通道地形复杂，如果没有合理地规划好航线，可能会发生无人机撞山的事故。

2.2 对发射与回收单元的影响

无人机系统的发射与回收单元通常是无人机使用过程中“劳动力最为密集”单元之一。无人机发射与回收的方式有很多，在高寒山地地区常用的发射方式主要有自主滑跑、火箭助推、轨道弹射、机载投放等，常用的回收方法主要有伞降回收、带减震或气垫的机腹着陆回收、撞网回收和起落架滑跑着陆等。高寒山地空气稀薄，地形复杂，对无人机的发射与回收造成一定的影响。首先是起飞难度增大。由于空气密度稀薄，发动机启动困难且推力降低，对于火箭助推及轨道弹射的发射起飞，在相同的速度及迎角下，无人机气动升力变小，给发射起飞带来了较大困难，甚至出现发射后坠地的风险。对于自动滑跑的起飞方式，需要更长的滑跑距离和滑跑时间，甚至会出现轮胎由于滑跑时间过长出现爆胎[3]。其次是起降场地难选择。无人机起降场地一般要求是地面平坦、区域开阔、起降方向300m 以内无突出的障碍物。由于高寒山地地区特殊的地形地貌，战场容量有限，山高坡陡，地形起伏大，可供无人机系统选择的发射回收场地十分有限。第三是受恶劣天气影响较大。无人机在发射起飞时，风速应小于9m/s，无雨雪等不良天气。但高寒山地地面风力强且风向变化快，气候变化无常，常常因为天气影响不能正常起飞，安全回收。

2.3 对数据链与指挥控制单元的影响

高寒山地复杂的地形、富含矿产资源的地质和恶劣的气候等极大地影响了电磁波的正常传播，对无线电波的吸收和干扰很大，具体表现为电离层变化剧烈，多径效应明显，信号传输衰减较大，通信时断时续，影响无人机系统通信数据链的正常工作。无人机系统的无线电设备与其他野战装备在作战通信地域内频段相近，也容易形成互扰，会影响无人机系统的指挥控制。在受到电磁干扰的情况下，无人机在飞行时有可能会失去信号，甚至不受控制出现撞山等事故的发生。高寒山地雨季多雷电，旱季多静电，易造成天线系统出故障，甚至造成指挥控制单元的半导体和集成电路中的微电子元件损坏，影响数据链和指挥控制单元正常工作[4]。无人机系统操作人员在高寒山地受高海拔气压低等自然地理条件影响，反应迟钝，动作缓慢，判断力下降，在架设数据链台站、指挥控制台站时可能会出现各种错误和疏忽；在面临复杂多变的战场环境中，可能会出现判断失误、操作不科学的情形。

2.4 对维修保障防护等方面的影响

首先是维修保障困难。无人机系统复杂，受高寒山地自然人文地理条件制约，在高寒山地条件下发生故障的几率比平原上高。高寒山地地区人烟稀少，远离内地，交通不便，各种物资的保障全靠后运，恶劣的自然地理条件和相对匮乏的人力、物力资源，加上社会依托力量薄弱，必将在器材、人员、技术保障方面给无人机系统的维修保障造成困难。特别无人机系统科技含量高，零部件比较精密，无人机系统的一些故障和个别零部件损坏时，很难自行处理，只能协调厂家进行维修更换[5]。其次是隐蔽伪装困难。高寒山地地表多为高山冻土层和荒漠戈壁，山石裸露，地表光秃，除沿河两侧有少许低矮灌木丛外，基本没有可以利用的植物，加之道路土质松软，灰尘较大，无人机系统展开后透明度较高，特别是利用火箭助推起飞时更容易被发现，不便于隐蔽和伪装。第三是安全威胁较大。无人机系统的配套装备多、目标大、无线电使用频繁、发动机声音较大、暴露特征明显，同时通道地形可供无人机系统选择的展开区域狭小，无人机系统配置比较集中，易遭敌方侦察干扰打击和境内的分裂势力袭扰破坏。

3 无人机系统在高寒山地战场环境中应用的对策

3.1 结合高寒山地特点，加强高原型无人机系统的研发与配套

首先是改进无人机系统适应高原。在动力方面，可采取使用含氧性燃料，改进螺旋桨式发动机，或者选用喷气式发动机，确保无人机在高原有足够的动力和合理的油耗。在机翼的设计上提高升阻比，比如采用大展弦比、平直机翼设计。在机体结构上，可采用复合材料使无人机飞行器具有轻量性及保温的特点，具有在高空低温环境中正常工作的能力。对无人机机体的关键部位进行密封、防水处理，或更换为防水材料，以适应高寒山地恶劣气象条件。在起飞方面，如果选择弹射起飞，就要增加导轨长度、弹射加速度、初始发射角度；如果选择滑跑起飞还要选择高性能轮胎和设置更长的跑道。其次是结合作战环境特点提高无人机系统可靠性。高寒山地作战中，无人机机载设备容易受到干扰、影响甚至损坏，要根据实际需要对关键系统、设备采用多冗余度设计，如双GPS 系统等；采用信息融合技术对多个传感器的信息相互补充、验证，如高度和姿态传感器的信息融合[5]。第三是立足未来作战筹划好维修保障。立足未来高寒山地作战实际，科学预测无人机系统展开位置，设置多个展开阵地以供战时选择，在高寒山地适当位置建立维修保障基地，预储维修器材和零部件，协调装备科研单位、生产厂家和修理工厂技术力量，共同做好战时抢修保障预案。

3.2 重视大数据收集，构建高寒山地战场环境数据支撑系统

未来的战争是大数据时代的战争，大数据正在逐步取代传统的决策手段，成为无人机系统任务规划的重要依据和支撑。对于无人机系统在高寒山地作战地区的运用来讲，重视数据收集构建高寒山地战场数据支撑系统十分重要。首先是收集高寒山地气象数据。无人机在高寒山地执行任务受天气影响较大，要结合高寒山地气象历史数据以及天气预报对无人机受天气条件的威胁程度过行评估。高寒山地大都属于无人区，气象观测资料缺乏，要与地方气象部门以及高原气象研究单位建立相关数据共享机制，建立高原气象数据库对无人机的飞行威胁度做出建模并评估，可有效提高无人机在高寒山地飞行的安全概率。其次是高寒山地地理信息的收集。高寒山地地形复杂，飞行风险时时存在。利用地理信息数据，结合高寒山地气象数据，基于科学的算法设计合理的拐弯半径与飞行速度，科学做好无人机的任务规划，根据任务可以选择低空通道内飞行，并对航空安全实时预警，确保飞行的安全顺利。

3.3 多种方法并举，提高无人机数据链抗干扰能力

军用无人机系统的数据通信链是连接无人机和指挥中心的信息动脉，一旦失效，就会使无人机难以正常完成任务，甚至失控。高寒山地，电磁环境复杂，敌方可能利用大量大功率、多功能电子干拢发射装备，可对我无人机数据链装备进行侦察干扰，电子欺骗，甚至进行反辐射打击等。无人机数据链单元不仅要考虑抗干扰能力，还要考虑使数据链系统能够应对恶意电子对抗攻击。首先要加强抗干扰技术的研究使用。对无人机系统的遥控遥测链路，采用跳频、跳时、扩频以及混合扩频等技术，以及新兴的MIMO 技术、自适应天线技术和认知无线电技术等，并对信源编码采用保密性强的加密技术。其次是加强防干扰战术的研究。在使用过程中，减小地面遥控指令发射机的发射功率，通过功率管理、频率捷变、优化操控等降低通信链路的截获概率。在地面数据终端附近设置反辐射诱饵，当发现反辐射武器来袭时，要立即关机，或者大幅度甩摆天线，使反辐射武器失去制导方向。提前制订应急预案，提高地面操控人员的应急处置能力，发现无人机数据链异常状态后，及时做出处理。

3.4 基于远程控制，克服高寒山地对操作人员的影响

高原山地恶劣的自然环境使无人机操作人员很难像在平原一样操纵无人机系统。在基于卫星通信等其他中继通信的基础上实现对无人机的超视距远程控制，可以克服高寒山地低压缺氧等恶劣自然条件对操作人员的影响，实现所有人员或部分操作人员在平原上操纵无人机系统在高寒山地环境中作战。无人机可以在高寒山地发射，也可以在平原发射后飞往高寒山地战场预定区域，也可以利用有人驾驶的飞机将无人机携带至高寒山地上空，投放在预定区域。无人机在高寒山地上空执行任务过程时，利用太空中继卫星通信或中继飞机通信等转入远程超视距控制。为了确保无人机飞行时信号不丢失，可同时在高寒山地设置多个地面控制站，通过异地多站同时控制任务无人机，确保飞行任务安全圆满。