手榴彈穿過天窗？ 來自烏克蘭的航空航天中斷

獲得航空航天經驗是困難的。 新飛機通常需要多年的試驗和運營測試——即使是小型飛機也可能需要 10 年以上的時間才能通過飛機、生產和運營認證。 從歷史上看，戰爭極大地加快了航空航天發展的步伐，在烏克蘭戰爭的最後六個月中，我們已經看到了這一點。 這場戰爭已成為新技術的實驗室，這些新技術對美國的航空航天主導地位構成嚴重風險，並突出了美國和其他西方國家在我們進入機器人飛行世界時面臨的挑戰。

創新孵化器

規模有助於確定行業沿著經驗曲線向下移動的速度。 換個角度看，俄羅斯載人飛機機隊數量居世界第二，共有 3,700 架飛機。 僅烏克蘭武裝部隊就部署了 6,000 架主要是商用現貨 (COTS) 無人機，用於執行情報、監視和偵察 (ISR) 任務。 此外，他們還部署了數百架“自殺式無人機”，如 Aerovironment 的 Switchblade、土耳其 Bayraktar-TB2 等攻擊無人機、在封閉空間飛行的 BRINC 的 LEMUR 等搜救無人機，甚至用於戰場補給的貨運無人機。 今天，一個非常龐大的商用無人機機隊可能擁有 100 架飛機。 烏克蘭軍隊的作戰規模是該規模的 80 至 100 倍，並將在今年執行所有無人機任務中的很大一部分。

無人機技術精通、成本效益高、易於修改且可消耗。 而 F-35 的成本為 120 毫米； DJI Phantom 3 的售價不到 400 美元。 在比較整個產品生命週期時，這些成本差異變得更大。 消費者無人機產品的生命週期持續數月而不是數年，COTS 無人機很容易被黑客入侵。 一些估計表明，平均無人機的平均戰鬥壽命為一天。

英國“盒子裡的無人機”公司 Herotech8 的首席執行官 Ed Anastassacos 看到了戰時運營節奏的巨大影響。 “它創造瞭如此快速的反饋循環，你可以將多年的學習壓縮到幾週內。 烏克蘭人的採用率如此之高，他們的行為就像一個初創公司。 如果到戰爭結束時，烏克蘭人是這個領域的領導者之一，我不會感到驚訝。” 無人機工廠創始人之一、Edge Autonomy 董事會成員約瑟夫·梅納克（Joseph Menaker）更直接地說：“在烏克蘭戰爭每兩個月期間，無人駕駛航空的進步與正常兩年一樣多。”

可見美國供應鏈對無人機的需求。 BRINC 製造用於搜索和救援的無人機以及其他主要用於封閉空間的應用，它從其美國分銷商那裡回購了庫存，以便將飛機運往烏克蘭。 “烏克蘭境內的緊急服務部門需要一些可以幫助他們在密閉空間內尋找人員的東西，因此我們向他們發送了 10 架無人機。 反饋的速度，尤其是任務視頻對我們的發展非常有幫助，”BRINC Drones 首席執行官 Blake Resnick 說。 一些無人機公司管理團隊幾乎都搬到了波羅的海國家，以支持在這個肥沃的測試環境中部署他們的系統。

戰爭將需求拉入價值鏈深處，幫助行業發展核心能力。 “自戰爭開始以來，我們的機隊管理軟件中的無人駕駛飛機數量急劇增加，”Tony Pucciarella 說，該公司首席執行官 愛麗絲Pro，我的基金 DiamondStream 投資的飛行準備和維護平台。 “所有額外的飛行讓 OEM 對其係統的性能以及單個部件的壽命有了相當深入的了解，並為延長整架飛機的有用資產壽命開闢了道路。 這有助於認證。”

同樣，國防後勤局發布了一份信息請求（RFI）文件，尋找“用於烏克蘭安全援助的武器系統或商業能力”。 在幾週內，DLA 收到了 300 多份提案，其中概述了一系列廣泛的技術。 其中許多解決方案將獲得加速資金，從而加快技術發展步伐。

烏克蘭人在 ISR（情報、監視和偵察）、使用商用無人機的精確攻擊和安全數據鏈路等領域不斷創新。

廉價而致命的商業無人機

發展速度使無人機的預期風險成為人們關注的焦點。 烏克蘭和俄羅斯軍隊最初使用無人機主要用於識別和跟踪火砲目標的 ISR 任務。 雷斯尼克先生觀察到，“無人機的簡單性和價值使烏克蘭人能夠使軍事 ISR 任務民主化。” 例如，烏克蘭的一個父子團隊使用他們的商用無人機 發現俄羅斯軍隊 並促進間接砲擊。 更重要的是，烏克蘭人已將商用無人機 ISR 任務緊密集成到 GIS Arta 火砲瞄準軟件中。 通常，火砲在識別後不久就開始擊中俄羅斯目標。

烏克蘭人和俄羅斯人還對 COTS 無人機進行了創新修改，以便以驚人的速度直接攻擊敵方人員和裝甲車輛。 在 3 月的這段視頻中，烏克蘭人使用了一架過時的 DJI Phantom 3（我在四年前的聖誕節送給我女兒的無人機），帶有一個臨時的螺線管和 1,000D 打印的鰭，以確保所附的手榴彈被精確瞄準。 整個設置可能花費不到 XNUMX 美元。 手榴彈準確地從天窗落下，對俄羅斯特種部隊造成了不幸的後果。

該視頻顯示了稍微不那麼複雜的俄語版本。

到 300 月，這項技術有了長足的發展。 下面是一個 DJI Matrice XNUMX，帶有一個用於對地攻擊的 XNUMX 個手榴彈轉盤。 此外，烏克蘭人已經發展出在這些攻擊中使用多架無人機的技術，其中一些用於 ISR 和目標捕獲，一些用於彈藥投送。

戰爭表明，任何擁有 1,000 美元和基本技術能力的人都可以發現砲擊目標或使用輕型 COTS 無人機群攻擊目標。 戰爭還表明，識別和預防這些攻擊並非易事。

努力識別威脅

10 月 141 日，一架相對較大的 Tu-3,000 蘇聯時代無人機在 141 多英尺高空飛越羅馬尼亞、匈牙利和克羅地亞，飛行了一個多小時，然後燃料耗盡。 它在薩格勒布南部的一個公園墜毀。 無人機內的炸彈在撞擊時爆炸並損壞了幾輛汽車。 目前尚不清楚是誰發送的，或者它是否是故障。 這麼大的無人機不會不被發現。 這三個國家的雷達都看到了這架無人機。 北約沒有做出反應，因為這三個國家的雷達沒有將 TU-XNUMX 識別為威脅。

這件事不應該讓任何人感到驚訝。 軍用雷達系統在與可以輕鬆劃分敵方和友方交通的轉發器結合使用時，在戰區運行良好。 民用航空在很大程度上仍然受視覺飛行規則的驅動，當人們坐在飛行員座位上並且面臨發生事故或更糟的個人風險時，這些規則是有意義的。 從這些規則演變而來的空中交通管制系統專注於消除擁擠空域的衝突。 為什麼空中交通管制員要擔心飛機在不受控制的空域？ 正如 FAA 前高級主管兼 Padina 集團高級合夥人 John Walker 所說：“我們目前正在使用 1950 年代的空域結構來應對這些挑戰。 然而，直到烏克蘭發生衝突，我們才完全了解機器人戰爭的威力。 用視覺飛行規則管理這些風險根本行不通。”

這個問題將在未來十年迅速復雜化。 全球每年商業載人飛行超過30MM，無人機飛行超過300MM。 當今基於雷達的空中交通管制 (ATC) 系統適用於高空高速飛行的大型飛機。 此外，ADSB 傳感器系統可以合理地使用轉發器跟踪商用飛機。

然而，除了大型載人飛行之外，識別變得更具挑戰性。 雷達系統的設計目的不是檢測具有小輪廓且包含很少反射材料的小型無人機。 其中許多飛機飛行緩慢且低矮。 人眼很難在 400 英尺高處看到一架小型無人機，儘管抱怨噪音，但在一定高度它們幾乎聽不見。 它們通常主要由塑料製成，如果雷達系統完全檢測到它們，它們看起來就像鳥。 很少有無人機攜帶轉發器，甚至許多有人駕駛飛機仍然不攜帶它們。

遠程識別會有所幫助，但無人機的性質和無人飛行的規模仍然會導致安全風險的暴風雪。 商業航空運營大約 39 年 2019 毫米航班 由於大流行，2020 年和 2021 年的人數減少了。 相比之下，無人機飛行將從 323年2021MM到7.1年2029B – 增加了 22 倍。 包括超視距和大型機隊運營在內的複雜運營部分將比同期增長 26,000 倍。 到這個時期結束時，發達國家幾乎每個人都會與無人機進行某種類型的日常接觸。 如果北約無法將一架大型、高速的蘇聯時代無人機從三個不同國家的領空高空飛行識別為威脅，我們將如何從 7B 航班中識別來自沒有應答器的無人機的威脅？

阻止無人機威脅 - 具有挑戰性和昂貴

即使您可以識別潛在威脅，也很難阻止它們。 著名反無人機諮詢公司 Red-Six 的首席執行官 Scott Crino 博士總結了挑戰，“反無人機系統正在努力追趕攻擊者。 現在，攻擊者佔據了優勢。”

Menaker 先生指出，隨著反無人機措施，尤其是乾擾措施，在戰爭過程中變得更加有效，無人機操作變得越來越困難。 讓你的無人機被劫持並暴露你的位置給操作無人機的前線步兵帶來了風險。

儘管如此，電子對抗也有其局限性。 以 22 月 XNUMX 日烏克蘭無人機襲擊俄羅斯羅斯托夫煉油廠為例，無人機在阿里巴巴上出售。 根據盧甘斯克人民共和國軍事博主 Murz 的說法，這架無人機很可能被剝奪了大部分電子設備，從而減少了其電力足跡。 它飛得又低又慢，這使得俄羅斯防空系統難以探測和乾擾。 中國生產的無人機攜帶一個小型彈頭，但由於其高度易燃的目標而產生了大火。 XNUMX月，同類型的無人機襲擊了位於塞瓦斯托波爾的俄羅斯黑海艦隊總部。

許多人推測，慣性制導、無線電接觸的減少以及對埃隆馬斯剋星鏈系統的創新使用使得俄羅斯的電子對抗措施對烏克蘭無人機的效果降低。 使用蜂窩塔進行導航也可能難以隔離無人機信號以進行反無人機操作。 光學和聲學識別系統可以幫助解決這些識別問題。 然而，由於天氣和其他類型的干擾，它們通常具有相對較短的檢測範圍和性能下降。 這使得它們對於點防禦很有用，但在檢測更廣泛的流量模式中的威脅方面效率較低。 總體而言，烏克蘭戰爭表明，從堅定的攻擊者手中保衛關鍵基礎設施並非易事。

如果這些黑客攻擊挑戰廉價反無人機措施的有效性，那麼傳統的防空系統看起來過於昂貴。 克里諾博士引用了 2022 年 6 月對阿布扎比的無人機襲擊來說明挑戰。 “這次襲擊是由一架廉價的無人機領導的，它作為誘餌花費了幾千美元。 緊隨其後的是幾枚巡航導彈。 阿布扎比防禦系統用愛國者導彈襲擊了領先的無人機。 愛國者導彈的設計目的是攻擊更大的有人駕駛飛機，他們使用了 XNUMX 枚 XNUMX 毫米的導彈擊落了一架無人機，其成本僅為該金額的一小部分。”

烏克蘭似乎對克里米亞的機場和補給站採取了類似的打擊策略。 這些攻擊引起了俄羅斯防空系統的巨大反應，突出了它們的位置和能力。 獲取這種情報的成本，以後可用於用反輻射導彈瞄準防空系統，成本很低。 一架 COTS 無人機的成本可能低至 1000-2000 美元。 毒刺導彈系統是 38,000 美元。 考慮到防空導彈的成本，這也相當於一種有效的消耗戰略——用廉價的無人機換取昂貴、難以替代的導彈。 這為更傳統的航空系統的攻擊打開了空域。 Silverado 政策研究所的 Dmitri Alperovitch 將其稱為“不對稱戰爭”。

不安全的供應鏈

這場戰爭也表明了航空航天供應鏈的脆弱性。 俄羅斯無人機生產 依賴進口先進半導體 從西方。 在某些情況下，他們似乎使用洗衣機的碎片來修理水箱。 這些供應挑戰也促使他們與伊朗人達成無人機供應協議。 美國認為，這些零部件供應挑戰減緩了俄羅斯的武器生產。

在系統基礎上，總部位於中國的 DJI 供應大部分 COTS 無人機。 DJI 生產了一種名為 Aeroscope 的檢測產品，可以實現無人機跟踪並識別無人機控制系統操作員的位置。 戰爭開始時，烏克蘭人指責 DJI 幫助俄羅斯人用 Aeroscope 瞄准他們的飛行員，同時拒絕他們與俄羅斯運營商進行類似的接觸。 毫不奇怪，大疆試圖通過以下方式限制爭議 暫停無人機銷售 在烏克蘭和俄羅斯。 無論這些指控的真實性如何，它都表明了依賴與潛在敵對力量相關的供應商所面臨的挑戰，而這些挑戰遠遠超出了簡單地定位無人機操作員的範圍。

運行無人機機隊需要軟件來計劃飛行、整合維護狀態並確保飛行員的可用性。 所有這些活動都需要無人機控制器、計劃和控制無人機飛行的運營中心以及驗證其飛行準備情況的維護軟件之間的應用程序接口 (API)。 儘管 DJI 目前不提供 API，但私營公司已經找到了訪問 DJI 控制器以提供相關數據的方法。 一些觀察家認為，使用來自中國公司的基於雲的無人機控制器與關鍵的民用和軍用基礎設施連接可能會導致安全漏洞。

美國政府前段時間發現了這些風險，並已採取行動阻止美國政府機構使用 DJI 無人機。 然而，美國政府對這些規則給予了許多豁免，許多美國盟友沒有這樣的規則。 儘管存在這些擔憂，但烏克蘭衝突雙方仍然使用 DJI 無人機作為許多 ISR 任務的最佳可用解決方案。

未來的六個要點

鑑於戰爭在多大程度上加快了變革的步伐，並明確了許多人之前觀察到的機遇和風險，這裡有五個關於未來的想法。

_{安全與安保的新平衡}

直到最近，航空安全主要是為了防止事故和劫機。 雖然恐怖分子設法在 9/11 襲擊中使用飛機作為武器，但為提高機場和飛機本身的安全性而採取的措施阻止了這種類型的進一步襲擊。

隨著無人機技術的出現，這在幾個重要方面發生了變化。 控制飛機變得很容易。 你可以在網上買一個。 它也變得便宜了。 烏克蘭人使用的榴彈發射系統成本低於一輛舊車。 最後，發動空襲的個人風險已經下降。 空中恐怖主義不再是自殺式的任務。 就像烏克蘭人在塞瓦斯托波爾所做的那樣，一個壞演員可以使用商用無人機遠程發動攻擊。 普通人在航空安全方面的風險平衡已經開始從飛行安全轉向安全。 這將為戰爭和和平時期的天空安全帶來新的挑戰。

_{空域管理以遏制安全威脅}

飛機和潛在目標的絕對數量將限制攻擊機會並找出防禦的首要任務。 將需要空域管理工具來快速驗證哪些飛機不構成威脅，並通過動態更改空域限制以限制無人機在敏感時間（如體育賽事或音樂會）進入敏感區域來降低風險。 所有這些都需要以合理的成本進行大規模實施，但試探性的方法可能會導致部分解決方案的風險更大。

_{鐘擺轉向低成本系統}

斯大林有句名言：“量有其質”。 廉價武器系統越來越主導烏克蘭戰場。 廉價的無人機摧毀了昂貴的坦克並摧毀了昂貴的防空系統。 迄今為止，廉價的 HIMARS 導彈系統對後勤攔截的影響比載人航空更大。

毫不奇怪，烏克蘭人對以每架 1 毫米的價格購買四架美國製造的 MQ-10C 灰鷹無人機感到復雜。 雖然烏克蘭總參謀部支持購買， 前線飛行員見 它們使用起來太複雜，太容易被擊落，而且對於它們帶來的能力來說太昂貴了。 或許 COTS 無人機的平均續航時間為一天的報告告訴了他們的觀點。

關於武器系統成本與其能力之間的權衡，預計會有更激烈的辯論。

_{國內民航規模，有效國防採購必不可少}

美國認識到創新商業技術的價值並確保這些技術的國內來源。 SBIR 和 AFWERX 等促進創新的計劃以及“藍色無人機”認證計劃都為國內無人駕駛產業的建設做出了貢獻。

大疆在烏克蘭無人機戰爭中的主導地位顯示了這些項目的遠見和局限性。 具有十倍或更多體積的潛力，雙重用途商業技術應該以更少的成本提供類似的功能。 弄清楚哪裡的商業功能足夠好，哪裡需要更昂貴的功能將成為一個持續的挑戰。

同樣重要的是，大規模戰爭需要迅速擴大生產規模。 當有效交付成本所需的規模位於潛在對手的供應鏈中時會發生什麼？ 烏克蘭可能更願意與俄羅斯盟友以外的其他人合作，但由於中國在商用無人機市場的主導地位，中國有能力提供大量烏克蘭所需的產品。 政府需要考慮一個關鍵的供應來源是否可以被對手控制。 由於對西方半導體的依賴，俄羅斯肯定面臨這種情況，如果與中國在台灣問題上發生衝突，美國可能會面臨這種挑戰。

_{動員民航人才}

烏克蘭在為空戰調動人力資源方面的表現明顯優於俄羅斯。 無人機飛行員與其任務的物理分離以及 COTS 無人機的簡單用戶界面使得利用遠程民用飛行員成為一種低成本、可快速擴展的方法，為軍事 ISR 任務提供人才。 烏克蘭政府通過在國內和國際招募民用無人機飛行員、激活具有娛樂無人機使用經驗的 Facebook 群組來挖掘這一潛力，並重組 阿羅羅茲維卡.

Aerorozvidka 通常被稱為“戰爭初創企業”，是一個支持戰爭努力的非政府組織，與烏克蘭國防機構保持獨立。 其成員幫助駕駛和開發無人機，並創建軟件工具以在戰場上部署機器人。 這種基於初創企業的戰爭民主化推動了持續的軍事創新，就像矽谷生態系統推動商業創新一樣。 它還提供了一個國防後備系統模型，可在大規模戰爭的情況下降低成本並顯著改善航空兵的動員。

西方國防承包市場不同於烏克蘭的 Aerorodivka 模式。 航空航天和國防工業的整合使少數大型總承包商仍然存在。 他們追求需要大量資源的長期投標過程。 這種結構偏向需要大量維護和高技能操作員的大型、高性能係統。 該系統不是為雙重用途技術設置的，這些技術使這些定制技術選擇的成本和可擴展性顯而易見。 雙重用途技術的簡單性使烏克蘭戰爭能夠在短時間內迅速將新技術部署到最近動員的士兵身上，即使美國出於訓練考慮限制了一些複雜的武器系統運往烏克蘭。 隨著戰爭教訓的深入，預計會更加強調兩用（包括 AFWERX 和 SBIR 計劃）以及關於國防承包結構的激烈辯論。

_{加速民航無人機應用}

正如第二次世界大戰導致商用航空的噴氣時代一樣，烏克蘭迅速發展的能力將大大加速無人機的採用及其在民用應用中產生的好處。 導航和自主飛行的改進將使無人機更便宜，更有效地完成最後一英里交付和線性檢查等複雜任務。 隨著無人機飛行數量的增加，了解如何識別空域中的威脅將有助於政府管理安全。 協調多架無人機執行軍事任務的經驗將使無人機滅火更加有效。 更安全的數據鏈路和更好的干擾設備將減少不良行為者對公眾的風險。 ISR 任務體驗將使鐵路、煉油廠和管道等關鍵基礎設施的目視檢查更快、更準確。 在倒塌的建築物中使用無人機以及在戰場上尋找受傷士兵的更多經驗將有助於平民救援任務。 普通士兵對這些複雜系統的大規模使用將使無人機更易於使用，部署速度更快。 這些能力的加速發展將給監管機構帶來更大的壓力，以迅速找到部署這些技術的安全方法，並支持下一代航空航天工業。

未來之路

與許多技術一樣，無人機具有破壞力和巨大的潛在利益。 烏克蘭戰爭加速了創造航空業新黃金時代的機會，這些新能力將帶來所有好處。 它還對傳統的航空航天方法造成了破壞，給軍事和民用安全帶來了新的風險，並給試圖確保安全而又不被事件超越的政府帶來了挑戰。 在這條鋼絲上前進需要良好的平衡，但那些站著不動的人可能會被吹走。