手榴弹穿过天窗？ 来自乌克兰的航空航天中断

获得航空航天经验是困难的。 新飞机通常需要多年的试验和运营测试——即使是小型飞机也可能需要 10 年以上的时间才能通过飞机、生产和运营认证。 从历史上看，战争极大地加快了航空航天发展的步伐，在乌克兰战争的最后六个月中，我们已经看到了这一点。 这场战争已成为新技术的实验室，这些新技术对美国的航空航天主导地位构成严重风险，并突出了美国和其他西方国家在我们进入机器人飞行世界时面临的挑战。

创新孵化器

规模有助于确定行业沿着经验曲线向下移动的速度。 换个角度看，俄罗斯载人飞机机队数量居世界第二，共有 3,700 架飞机。 仅乌克兰武装部队就部署了 6,000 架主要是商用现货 (COTS) 无人机，用于执行情报、监视和侦察 (ISR) 任务。 此外，他们还部署了数百架“自杀式无人机”，如 Aerovironment 的 Switchblade、土耳其 Bayraktar-TB2 等攻击无人机、在封闭空间飞行的 BRINC 的 LEMUR 等搜救无人机，甚至用于战场补给的货运无人机。 今天，一个非常庞大的商用无人机机队可能拥有 100 架飞机。 乌克兰军队的作战规模是该规模的 80 至 100 倍，并将在今年执行所有无人机任务中的很大一部分。

无人机技术精通、成本效益高、易于修改且可消耗。 而一架 F-35 的成本为 120 毫米； DJI Phantom 3 的售价不到 400 美元。 在比较整个产品生命周期时，这些成本差异变得更大。 消费者无人机产品的生命周期持续数月而不是数年，COTS 无人机很容易被黑客入侵。 一些估计表明，平均无人机的平均战斗寿命为一天。

英国“盒子里的无人机”公司 Herotech8 的首席执行官 Ed Anastassacos 看到了战时运营节奏的巨大影响。 “它创造了如此快速的反馈循环，你可以将多年的学习压缩到几周内。 乌克兰人的采用率如此之高，他们的行为就像一个初创公司。 如果到战争结束时，乌克兰人是这个领域的领导者之一，我不会感到惊讶。” 无人机工厂创始人之一、Edge Autonomy 董事会成员约瑟夫·梅纳克（Joseph Menaker）更直接地说：“在乌克兰战争每两个月期间，无人驾驶航空的进步与正常两年一样多。”

可见美国供应链对无人机的需求。 BRINC 制造用于搜索和救援的无人机以及其他主要用于封闭空间的应用，它从其美国分销商那里回购了库存，以便将飞机运往乌克兰。 “乌克兰境内的紧急服务部门需要一些可以帮助他们在密闭空间内寻找人员的东西，因此我们向他们发送了 10 架无人机。 反馈的速度，尤其是任务视频对我们的发展非常有帮助，”BRINC Drones 首席执行官 Blake Resnick 说。 一些无人机公司管理团队几乎都搬到了波罗的海国家，以支持在这个肥沃的测试环境中部署他们的系统。

战争将需求拉入价值链深处，帮助行业发展核心能力。 “自战争开始以来，我们的机队管理软件中的无人驾驶飞机数量急剧增加，”Tony Pucciarella 说，该公司首席执行官 爱丽丝Pro，我的基金 DiamondStream 投资的飞行准备和维护平台。 “所有额外的飞行让 OEM 对其系统的性能以及单个部件的寿命有了相当深入的了解，并为延长整架飞机的有用资产寿命开辟了道路。 这有助于认证。”

同样，国防后勤局发布了一份信息请求（RFI）文件，寻找“用于乌克兰安全援助的武器系统或商业能力”。 在几周内，DLA 收到了 300 多份提案，其中概述了一系列广泛的技术。 其中许多解决方案将获得加速资金，从而加快技术发展步伐。

乌克兰人在 ISR（情报、监视和侦察）、使用商用无人机的精确攻击和安全数据链路等领域不断创新。

廉价而致命的商业无人机

发展速度使无人机的预期风险成为人们关注的焦点。 乌克兰和俄罗斯军队最初使用无人机主要用于识别和跟踪火炮目标的 ISR 任务。 雷斯尼克先生观察到，“无人机的简单性和价值使乌克兰人能够使军事 ISR 任务民主化。” 例如，乌克兰的一个父子团队使用他们的商用无人机 发现俄罗斯军队 并促进间接炮击。 更重要的是，乌克兰人已将商用无人机 ISR 任务紧密集成到 GIS Arta 火炮瞄准软件中。 通常，火炮在识别后不久就开始击中俄罗斯目标。

乌克兰人和俄罗斯人还对 COTS 无人机进行了创新修改，以便以惊人的速度直接攻击敌方人员和装甲车辆。 在 3 月的这段视频中，乌克兰人使用了一架过时的 DJI Phantom 3（我在四年前的圣诞节送给我女儿的无人机），带有一个临时的螺线管和 1,000D 打印的鳍，以确保所附的手榴弹被精确瞄准。 整个设置可能花费不到 XNUMX 美元。 手榴弹准确地从天窗落下，对俄罗斯特种部队造成了不幸的后果。

该视频显示了稍微不那么复杂的俄语版本。

到 300 月，这项技术有了长足的发展。 下面是一个 DJI Matrice XNUMX，带有一个用于对地攻击的 XNUMX 个手榴弹转盘。 此外，乌克兰人已经发展出在这些攻击中使用多架无人机的技术，其中一些用于 ISR 和目标捕获，一些用于弹药投送。

战争表明，任何拥有 1,000 美元和基本技术能力的人都可以发现炮击目标或使用轻型 COTS 无人机群攻击目标。 战争还表明，识别和预防这些攻击并非易事。

努力识别威胁

10 月 141 日，一架相对较大的 Tu-3,000 苏联时代无人机在 141 多英尺高空飞越罗马尼亚、匈牙利和克罗地亚，飞行了一个多小时，然后燃料耗尽。 它在萨格勒布南部的一个公园坠毁。 无人机内的炸弹在撞击时爆炸并损坏了几辆汽车。 目前尚不清楚是谁发送的，或者它是否是故障。 这么大的无人机不会不被发现。 这三个国家的雷达都看到了这架无人机。 北约没有做出反应，因为这三个国家的雷达没有将 TU-XNUMX 识别为威胁。

这件事不应该让任何人感到惊讶。 军用雷达系统在与可以轻松划分敌方和友方交通的转发器结合使用时，在战区运行良好。 民用航空在很大程度上仍然受视觉飞行规则的驱动，当人们坐在飞行员座位上并且面临发生事故或更糟的个人风险时，这些规则是有意义的。 从这些规则演变而来的空中交通管制系统专注于消除拥挤空域的冲突。 为什么空中交通管制员要担心飞机在不受控制的空域？ 正如 FAA 前高级主管兼 Padina 集团高级合伙人约翰·沃克所说：“我们目前正在使用 1950 年代的空域结构来应对这些挑战。 然而，直到乌克兰发生冲突，我们才完全了解机器人战争的威力。 用视觉飞行规则管理这些风险根本行不通。”

这个问题将在未来十年迅速复杂化。 全球每年商业载人飞行超过30MM，无人机飞行超过300MM。 当今基于雷达的空中交通管制 (ATC) 系统适用于高空高速飞行的大型飞机。 此外，ADSB 传感器系统可以合理地使用转发器跟踪商用飞机。

然而，除了大型载人飞行之外，识别变得更具挑战性。 雷达系统的设计目的不是检测具有小轮廓且包含很少反射材料的小型无人机。 其中许多飞机飞行缓慢且低矮。 人眼很难在 400 英尺高处看到一架小型无人机，尽管抱怨噪音，但在一定高度它们几乎听不见。 它们通常主要由塑料制成，如果雷达系统完全检测到它们，它们看起来就像鸟。 很少有无人机携带转发器，甚至许多有人驾驶飞机仍然不携带它们。

远程识别会有所帮助，但无人机的性质和无人飞行的规模仍然会导致安全风险的暴风雪。 商业航空运营大约 39 年 2019 毫米航班 由于大流行，2020 年和 2021 年的人数减少了。 相比之下，无人机飞行将从 323年2021MM到7.1年2029B – 增加了 22 倍。 包括超视距和大型机队运营在内的复杂运营部分将比同期增长 26,000 倍。 到这个时期结束时，发达国家几乎每个人都会与无人机进行某种类型的日常接触。 如果北约无法将一架大型、高速的苏联时代无人机从三个不同国家的领空高空飞行识别为威胁，我们将如何从 7B 航班中识别来自没有应答器的无人机的威胁？

阻止无人机威胁 - 具有挑战性和昂贵

即使您可以识别潜在威胁，也很难阻止它们。 著名反无人机咨询公司 Red-Six 的首席执行官 Scott Crino 博士总结了挑战，“反无人机系统正在努力追赶攻击者。 现在，攻击者占据了优势。”

Menaker 先生指出，随着反无人机措施，尤其是干扰措施，在战争过程中变得更加有效，无人机操作变得越来越困难。 让你的无人机被劫持并暴露你的位置给操作无人机的前线步兵带来了风险。

尽管如此，电子对抗也有其局限性。 以 22 月 XNUMX 日乌克兰无人机袭击俄罗斯罗斯托夫炼油厂为例，无人机在阿里巴巴上出售。 根据卢甘斯克人民共和国军事博主 Murz 的说法，这架无人机很可能被剥夺了大部分电子设备，从而减少了其电力足迹。 它飞得又低又慢，这使得俄罗斯防空系统难以探测和干扰。 中国生产的无人机携带一个小型弹头，但由于其高度易燃的目标而产生了大火。 XNUMX月，同类型的无人机袭击了位于塞瓦斯托波尔的俄罗斯黑海舰队总部。

许多人推测，惯性制导、无线电接触的减少以及对埃隆马斯克星链系统的创新使用使得俄罗斯的电子对抗措施对乌克兰无人机的效果降低。 使用蜂窝塔进行导航也可能难以隔离无人机信号以进行反无人机操作。 光学和声学识别系统可以帮助解决这些识别问题。 然而，由于天气和其他类型的干扰，它们通常具有相对较短的检测范围和性能下降。 这使得它们对于点防御很有用，但在检测更广泛的流量模式中的威胁方面效率较低。 总体而言，乌克兰战争表明，从坚定的攻击者手中保卫关键基础设施并非易事。

如果这些黑客攻击挑战廉价反无人机措施的有效性，那么传统的防空系统看起来过于昂贵。 克里诺博士引用了 2022 年 6 月对阿布扎比的无人机袭击来说明挑战。 “这次袭击是由一架廉价的无人机领导的，它作为诱饵花费了几千美元。 紧随其后的是几枚巡航导弹。 阿布扎比防御系统用爱国者导弹袭击了领先的无人机。 爱国者导弹的设计目的是攻击更大的有人驾驶飞机，他们使用了 XNUMX 枚 XNUMX 毫米的导弹击落了一架无人机，其成本仅为该金额的一小部分。”

乌克兰似乎对克里米亚的机场和补给站采取了类似的打击策略。 这些攻击引起了俄罗斯防空系统的巨大反应，突出了它们的位置和能力。 获取这种情报的成本，以后可用于用反辐射导弹瞄准防空系统，成本很低。 一架 COTS 无人机的成本可能低至 1000-2000 美元。 毒刺导弹系统是 38,000 美元。 考虑到防空导弹的成本，这也相当于一种有效的消耗战略——用廉价的无人机换取昂贵、难以替代的导弹。 这为更传统的航空系统的攻击打开了空域。 Silverado 政策研究所的 Dmitri Alperovitch 将其称为“不对称战争”。

不安全的供应链

这场战争也表明了航空航天供应链的脆弱性。 俄罗斯无人机生产 依赖进口先进半导体 从西方。 在某些情况下，他们似乎使用洗衣机的碎片来修理水箱。 这些供应挑战也促使他们与伊朗人达成无人机供应协议。 美国认为，这些零部件供应挑战减缓了俄罗斯的武器生产。

在系统基础上，总部位于中国的 DJI 供应大部分 COTS 无人机。 DJI 生产了一种名为 Aeroscope 的检测产品，可以实现无人机跟踪并识别无人机控制系统操作员的位置。 战争开始时，乌克兰人指责 DJI 帮助俄罗斯人用 Aeroscope 瞄准他们的飞行员，同时拒绝他们与俄罗斯运营商进行类似的接触。 毫不奇怪，大疆试图通过以下方式限制争议 暂停无人机销售 在乌克兰和俄罗斯。 无论这些指控的真实性如何，它都表明了依赖与潜在敌对力量相关的供应商所面临的挑战，而这些挑战远远超出了简单地定位无人机操作员的范围。

运行无人机机队需要软件来计划飞行、整合维护状态并确保飞行员的可用性。 所有这些活动都需要无人机控制器、计划和控制无人机飞行的运营中心以及验证其飞行准备情况的维护软件之间的应用程序接口 (API)。 尽管 DJI 目前不提供 API，但私营公司已经找到了访问 DJI 控制器以提供相关数据的方法。 一些观察家认为，使用来自中国公司的基于云的无人机控制器与关键的民用和军用基础设施连接可能会导致安全漏洞。

美国政府前段时间发现了这些风险，并已采取行动阻止美国政府机构使用 DJI 无人机。 然而，美国政府对这些规则给予了许多豁免，许多美国盟友没有这样的规则。 尽管存在这些担忧，但乌克兰冲突双方仍然使用 DJI 无人机作为许多 ISR 任务的最佳可用解决方案。

未来的六个要点

鉴于战争在多大程度上加快了变革的步伐，并明确了许多人之前观察到的机遇和风险，这里有五个关于未来的想法。

_{安全与安保的新平衡}

直到最近，航空安全主要是为了防止事故和劫机。 虽然恐怖分子设法在 9/11 袭击中使用飞机作为武器，但为提高机场和飞机本身的安全性而采取的措施阻止了这种类型的进一步袭击。

随着无人机技术的出现，这在几个重要方面发生了变化。 控制飞机变得很容易。 你可以在网上买一个。 它也变得便宜了。 乌克兰人使用的榴弹发射系统成本低于一辆旧车。 最后，发动空袭的个人风险已经下降。 空中恐怖主义不再是自杀式的任务。 就像乌克兰人在塞瓦斯托波尔所做的那样，一个坏演员可以使用商用无人机远程发动攻击。 普通人在航空安全方面的风险平衡已经开始从飞行安全转向安全。 这将为战争和和平时期的天空安全带来新的挑战。

_{空域管理以遏制安全威胁}

飞机和潜在目标的绝对数量将限制攻击机会并找出防御的首要任务。 将需要空域管理工具来快速验证哪些飞机不构成威胁，并通过动态更改空域限制以限制无人机在敏感时间（如体育赛事或音乐会）进入敏感区域来降低风险。 所有这些都需要以合理的成本进行大规模实施，但试探性的方法可能会导致部分解决方案的风险更大。

_{钟摆转向低成本系统}

斯大林有句名言：“量有其质”。 廉价武器系统越来越主导乌克兰战场。 廉价的无人机摧毁了昂贵的坦克并摧毁了昂贵的防空系统。 迄今为止，廉价的 HIMARS 导弹系统对后勤拦截的影响比载人航空更大。

毫不奇怪，乌克兰人对以每架 1 毫米的价格购买四架美国制造的 MQ-10C 灰鹰无人机感到复杂。 虽然乌克兰总参谋部支持购买， 前线飞行员见 它们使用起来太复杂，太容易被击落，而且对于它们带来的能力来说太昂贵了。 或许 COTS 无人机的平均续航时间为一天的报告告诉了他们的观点。

关于武器系统成本与其能力之间的权衡，预计会有更激烈的辩论。

_{国内民航规模，有效国防采购必不可少}

美国认识到创新商业技术的价值并确保这些技术的国内来源。 SBIR 和 AFWERX 等促进创新的计划以及“蓝色无人机”认证计划都为国内无人驾驶产业的建设做出了贡献。

大疆在乌克兰无人机战争中的主导地位显示了这些项目的远见和局限性。 具有十倍或更多体积的潜力，双重用途商业技术应该以更少的成本提供类似的功能。 弄清楚哪里的商业功能足够好，哪里需要更昂贵的功能将成为一个持续的挑战。

同样重要的是，大规模战争需要迅速扩大生产规模。 当有效交付成本所需的规模位于潜在对手的供应链中时会发生什么？ 乌克兰可能更愿意与俄罗斯盟友以外的其他人合作，但由于中国在商用无人机市场的主导地位，中国有能力提供大量乌克兰所需的产品。 政府需要考虑一个关键的供应来源是否可以被对手控制。 由于对西方半导体的依赖，俄罗斯肯定面临这种情况，如果与中国在台湾问题上发生冲突，美国可能会面临这种挑战。

_{动员民航人才}

乌克兰在为空战调动人力资源方面的表现明显优于俄罗斯。 无人机飞行员与其任务的物理分离以及 COTS 无人机的简单用户界面使得利用远程民用飞行员成为一种低成本、可快速扩展的方法，为军事 ISR 任务提供人才。 乌克兰政府通过在国内和国际招募民用无人机飞行员、激活具有娱乐无人机使用经验的 Facebook 群组来挖掘这一潜力，并重组 阿罗罗兹维卡.

Aerorozvidka 通常被称为“战争初创企业”，是一个支持战争努力的非政府组织，与乌克兰国防机构保持独立。 其成员帮助驾驶和开发无人机，并创建软件工具以在战场上部署机器人。 这种基于初创企业的战争民主化推动了持续的军事创新，就像硅谷生态系统推动商业创新一样。 它还提供了一个国防后备系统模型，可在大规模战争的情况下降低成本并显着改善航空兵的动员。

西方国防承包市场不同于乌克兰的 Aerorodivka 模式。 航空航天和国防工业的整合使少数大型总承包商仍然存在。 他们追求需要大量资源的长期投标过程。 这种结构偏向需要大量维护和高技能操作员的大型、高性能系统。 该系统不是为双重用途技术设置的，这些技术使这些定制技术选择的成本和可扩展性显而易见。 双重用途技术的简单性使乌克兰战争能够在短时间内迅速将新技术部署到最近动员的士兵身上，即使美国出于训练考虑限制了一些复杂的武器系统运往乌克兰。 随着战争教训的深入，预计会更加强调两用（包括 AFWERX 和 SBIR 计划）以及关于国防承包结构的激烈辩论。

_{加速民航无人机应用}

正如第二次世界大战导致商用航空的喷气时代一样，乌克兰迅速发展的能力将大大加速无人机的采用及其在民用应用中产生的好处。 导航和自主飞行的改进将使无人机更便宜，更有效地完成最后一英里交付和线性检查等复杂任务。 随着无人机飞行数量的增加，了解如何识别空域中的威胁将有助于政府管理安全。 协调多架无人机执行军事任务的经验将使无人机灭火更加有效。 更安全的数据链路和更好的干扰设备将减少不良行为者对公众的风险。 ISR 任务体验将使铁路、炼油厂和管道等关键基础设施的目视检查更快、更准确。 在倒塌的建筑物中使用无人机以及在战场上寻找受伤士兵的更多经验将有助于平民救援任务。 普通士兵对这些复杂系统的大规模使用将使无人机更易于使用，部署速度更快。 这些能力的加速发展将给监管机构带来更大的压力，以迅速找到部署这些技术的安全方法，并支持下一代航空航天工业。

前进的道路

与许多技术一样，无人机具有破坏力和巨大的潜在利益。 乌克兰战争加速了创造航空业新黄金时代的机会，这些新能力将带来所有好处。 它还对传统的航空航天方法造成了破坏，给军事和民用安全带来了新的风险，并给试图确保安全而又不被事件超越的政府带来了挑战。 在这条钢丝上前进需要良好的平衡，但那些站着不动的人可能会被吹走。