关于美国提供给乌克兰的“弹簧刀”攻击无人机,你需要知道的一切

美国于 2022 年向乌克兰派遣了“弹簧刀”无人机。以下是它们的工作原理,以及最初开发它们的原因。
A US Marine launching a Switchblade 300 drone during training in desert terrain.
2021 年 9 月,一名美国海军陆战队员在加利福尼亚的一次训练中发射了一架“弹簧刀 300”无人机。美国海军陆战队/Alexis Moradian

21 世纪初到 2010 年代初,在美国阿富汗作战的士兵遇到了一个问题。该国的地形,有陡峭的山脉、尖锐的山丘和深邃的山谷,使得敌人很容易隐藏,尤其是考虑到敌人对当地地形的熟悉程度。美国飞机和直升机能够不受干扰地控制天空,但当巡逻队遭到伏击、呼叫空中支援,然后支援到达时,战斗可能已经结束。“弹簧刀”无人机,最初开发为“致命微型空中导弹系统”,为应对这一威胁提供了解决方案。 

“弹簧刀”是一种可由人驾驶的导弹,同时也可以作为侦察兵。从 2012 年首次在美国陆军部署,到 2022 年 3 月被纳入美国对乌克兰的军事援助,“弹簧刀”不断扩展步兵的力量和能力。例如,2022 年 5 月,乌克兰军方发布了一段视频,显示 一架“弹簧刀”无人机被用来攻击一辆俄军坦克,当时车组人员正在坦克顶部。“弹簧刀”无人机是一种便携式导弹,配备车载摄像头,可以为操作员提供攻击时的视野,为士兵提供他们可以背在身上的空中支援。此外,如果情况发生变化,操作员可以取消攻击。

为什么是微型导弹?

与许多无人机一样,“弹簧刀”最初是作为侦察兵开始研发的。根据 “弹簧刀”制造商 AeroVironment 的说法,2004 年,美国陆军要求该公司开发一种可以从 105 毫米迫击炮炮管发射的无人机,以便炮兵小组在攻击后进行损害评估,而无需派人接近现场进行检查。尽管该计划最终未能实现,但 AeroVironment 成功开发了一种管式发射的无人机,可以向人工操作员发送实时视频。

DARPA,五角大楼的“蓝天项目”机构,对开发一种“近距离作战致命侦察”工具感兴趣,该工具建立在同样的管式发射原理之上。AeroVironment 向美国空军特种作战司令部推销了一种武装的管式发射无人机,对方对此印象深刻,于 2006 年提供了资金,到 2010 年美国陆军也订购了这种武器。 

在阿富汗,美国和联军部队在巡逻时面临的主要威胁来自伏击、狙击手和路边炸弹,或称简易爆炸装置(IED)。这些威胁单独或组合起来都可能致命。其中一种适应性是“防雷反伏击车”(MRAP),这是一种可以保护乘员免受路边炸弹直接伤害的车辆。另一种就是“弹簧刀”,它提供了一种方法,可以将便携式无人机的侦察能力与爆炸弹头结合起来,因此可以像导弹一样用于攻击狙击手巢穴或设置 IED 的人员。

“想想看——将‘弹簧刀’空中弹药与类似‘渡鸦’(Raven)、‘黄蜂’(Wasp)或‘巨浪’(Puma)这样的(无人侦察机)配对——一个小队拥有这些工具,可以在大约 15 公里范围内了解周围的情况。一旦他们识别出威胁,‘弹簧刀’就能让他们立即对其进行打击,”AeroVironment 的发言人 Steven Gitlin 在 2012 年 告诉《海军陆战队时报》

对于习惯于在没有空中支援的情况下作战的特种作战部队,以及陆军和海军陆战队的普通步兵来说,手中有一枚可背负的导弹,让他们能够以新的方式在战场上作战。在紧急情况下,“弹簧刀”可以提供逃离伏击的手段,或者提供足以击退敌人的火力,以便等待更多空中支援到达。

“弹簧刀”是如何工作的?

“弹簧刀”是一种带有炸药的飞行摄像头机器人。这些全电动机器是武器,可以帮助寻找或攻击附近的敌人,而不是远处的敌人。 

“弹簧刀”有两种尺寸:“弹簧刀 300”和“弹簧刀 600”。两者都可以由一个人携带,尽管重量差异很大——300 型仅重 5.5 磅,可以放在背包里。600 型更重,导弹本身重 33 磅,运输它所需的组件则更重。

“弹簧刀 300”可以攻击 6 英里多一点距离的目标,总飞行时间为 15 分钟。“弹簧刀 600”的射程为 25 英里,飞行时间为 40 分钟。“弹簧刀”包含摄像头,这些传感器的视频以及 GPS 信息和图像处理,用于引导“弹簧刀”。“弹簧刀”还可以接收来自其他无人机的目标信息,使其能够跟随和寻找选定的目标。这使其成为可以针对目标、并由其他无人机提供目标信息的武器之一。

“弹簧刀”可以用来攻击什么类型的目标?

与其他仅用于侦察的无人机不同,“弹簧刀 300”携带小型爆炸弹头,最可能用于攻击人员或未受保护的武器,如迫击炮或暴露的机枪阵地。对于较大的“弹簧刀 600”,其弹头是“反装甲弹头”,使其对车辆有效。

如果指挥“弹簧刀”的人员发现它不再有目标,可以将其召回并回收。“弹簧刀 600”的宣传册吹嘘该武器提供可充电电池。

“弹簧刀”是无人机还是导弹?

AeroVironment 将其描述为“战术导弹系统”,这暗示了该机器的双重角色。它既是飞行的侦察兵,也是武装武器。形式上,这个类别称为“巡飞弹”。 

虽然这些看起来是高度现代化的产物,但也有历史渊源:1918 年的 Kettering Bug,一种被认为是无人机和巡航导弹前身的无翼飞机,在飞行一段时间后,内部信号释放其机翼,并将其爆炸弹头撞向地面。 

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现代巡飞弹通常会飞行一段时间,利用传感器寻找防空导弹阵地和雷达站等目标。即使是“弹簧刀 600”的全部续航时间,也只能飞行 40 分钟,而“弹簧刀 300”的短续航时间几乎不足以将其归类为巡飞弹。

当这些导弹首次被提出和测试时,它们通常被称为“自杀式无人机”或“自杀式导弹”。《流行科学》十年前的报道中,将“弹簧刀”原型机称为“飞行刺客机器人”和“自杀式无人机”。所有这些名称都抓住了该类别的重要方面:当其中一种武器爆炸时,它就无法再次使用或回收。如今,除了称此类武器为“巡飞弹”外,《流行科学》还使用“自爆式无人机”这个术语。

“弹簧刀”是自主武器吗?

与许多无人机一样,“弹簧刀”通过航点导航进行控制,即由人类在地图上规划路线,然后机器人一旦发射,就会自行飞行。

“与无线电控制设备不同,操作员不是在驾驶飞机,操作员只是指示他想看什么,想让摄像头指向哪里,而机载计算机则将飞机飞到那个点并保持在目标上,”AeroVironment 的首席营销官 Steve Gitlin 在 2020 年 告诉《战争地带》。“我们在战术无人机系统中也有类似的能力。您可以锁定一个目标,飞机基本上会保持在该目标的位置,是自主的。”

“弹簧刀”上的其他软件,如特征和物体识别,很可能有助于其寻找和跟踪目标的能力。这并不意味着它在最严格的定义下是自主武器,但它是一种具有自主功能的武器,这可以改变人们使用它们的方式。

与其关注它是否符合自主武器的严格定义,不如理解“弹簧刀”到底是如何使用其自主功能的更为重要。“因此,最好是抛开定义之争,转而关注武器系统日益增长的自主性所带来的新颖(以及熟悉)的挑战和风险,” 无人机和自主战争机器学者 Arthur Holland Michel 在推特上 写道。“例如:操作员是否拥有足够的情景意识来做出使用武力的决定?武器是否为人类操作员提供了足够的控制面来谨慎攻击?”

在战场上,“弹簧刀”从发射到击中的飞行时间很短,尤其是“弹簧刀 300”,这意味着发射武器的人的操作方式类似于向飞机发射防空导弹的人,他们相信导弹自身的瞄准系统会击中目标。 

与“弹簧刀”不同的是,其他导弹一旦发射就无法召回,而“弹簧刀”的优势在于,如果情况发生变化,例如有平民走入区域,或者摄像头显示操作员认为的坦克实际上是一辆校车,人类操作员仍有可能取消攻击。这一点与高空“捕食者”无人机不同,后者发射的导弹无法被召回。

能够行使这种控制权,实际上能够取消一枚已经升空的导弹,是此类武器控制系统的重大承诺之一。要实现这一承诺,需要人类在战场上发射武器时,能够并且愿意观看导弹自身的视频馈送,直到结束。

本文已更新。最初于 2022 年 3 月 22 日发布。

 

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Kelsey D. Atherton

科技领域特约撰稿人

Kelsey D. Atherton 是一名军事技术记者,自 2013 年起为《大众科学》供稿。他报道无人机器人和其他无人机、通信系统、核企业以及用于规划、发动和缓解战争的技术。


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