《应对海上环境中无人机蜂群威胁的舰载激光武器系统交战策略》95页论文

蜂群是战争的下一个进化步骤。激光武器系统（LWSs）将是在这个新的战斗空间中竞争的一种具有成本效益的方法。无人机系统正被用于各个层面，从恐怖组织到世界超级大国，廉价的无人机系统作为采用蜂群战的一种方式。目前，无人机群已经被用于异质配置，并在军事演示中被展示出来（Hambling 2021）。作为反击，国防部必须制定一个具有成本效益的对策，而LWSs具有每次射击成本低、见效时间短的优点。

随着通信方法、机器学习和蜂群理论的发展，无人机系统的能力也在增长。它们按重量、范围和速度的不同组合进行分类。无人机系统执行广泛的任务类型，包括监视、反制、诱饵、传感器失效和有效载荷的交付。它们通常由高强度低重量的材料制成，如铝或碳纤维增强聚合物；然而，最近也在探索使用镁基复合材料以实现更廉价的制造（Hoeche等人，2021）。容易获得和廉价的无人机系统使得形成蜂群成为一种具有成本效益的方式。LWS将是准备应对这种新型威胁的有效方式。

通过适当的使用，LWS将成为对廉价的蜂群攻击的相称和有效的反应，变得非常宝贵。拟议的每发1美元将使海军在这些交战中赢得经济损耗（Smalley 2014; Perkins 2017）。然而，也有一些需要注意的障碍，如大气效应、湍流和热膨胀。LWS还需要能力很强的传感器和控制系统来精确跟踪远距离目标，并在所需的停留时间内保持训练好的光束。这种需求在海洋环境中被放大了，船舶的湍流和运动使问题更加复杂。战术官做出的复杂决定是对蜂群战和LWS使用的另一个关注。在蜂群战环境中，交战时间可能短至个位数分钟。帮助决策者快速过滤大量信息的自动化决策辅助工具将是赢得这些快速小规模战斗的关键所在。这篇论文探讨了各种无人机威胁情况和LWS交战策略，以确定一些关键因素。

无人机群可能由同质群或异质群组成。使用同质群可以简化获取和使用具有成本效益的蜂群，而异质群则会增加蜂群的复杂性和能力。同质蜂群的操作者可以改变攻击的规模和队形。异质蜂群可以利用各种角色的单位，如战斗机、轰炸机、诱饵、干扰器和侦察兵。改变蜂群的组成可能会对整体的成功机会产生相当大的影响。

使用的LWS交战策略会严重影响交战的结果。最直接的技术是基于距离的方法，即武器系统仅根据距离来确定目标的优先次序。最短交战 "算法提供了一个模型，它也考虑了LWS的回转时间。如果来袭的威胁是一个异质的蜂群，LWS可以采用更复杂的策略，优先考虑蜂群的各种功能，如感知或通信。这些异质性交战方法将要求防御者对蜂群有大量的了解，因此需要有能力很强的传感器和数据融合系统。

本论文使用建模虚拟环境和模拟（MOVES）研究所的一个名为 "蜂群指挥官战术"（SCT）的程序来探索和模拟蜂群战环境。SCT被用来测试各种蜂群编队，包括直线、楔形和波浪形楔形。此外，本论文还开发了一种采用诱饵无人机来掩护轰炸机部队的异质蜂群编队。对于LWS，本论文评估了一种交战策略，使轰炸机部队优先于任何其他部队。

主要的发现是，最大限度地增加单位之间的角位移的蜂群编队比紧密聚集的群体更成功。这些结果是由于每个目标之间需要增加LWS的回转时间。装甲诱饵方案增加了整个蜂群的存活率，因此也增加了性能。在舰艇幸存的模拟中，轰炸机能够活得更久，在被摧毁前更接近舰艇。在舰艇被摧毁的模拟中，有更多的轰炸机幸存下来。关于LWS的交战策略，这一转变对结果造成了巨大的影响。在舰艇存活的模拟中，交战时间要短得多，轰炸机被摧毁的距离也远得多。在舰艇被摧毁的模拟中，交战持续时间更长，轰炸机群的大部分被摧毁。这些结果强调了利用各种编队、异质无人机群以及制定LWS交战策略来对付它们的潜在好处。