德国新兴无人机公司HIGHCAT：光纤制导技术引领俄乌战场新变革

  据乌克兰《基辅邮报》网站2024年8月10日报道，德国HIGHCAT公司将在乌克兰测试具有反电子战能力的无人机。HIGHCAT公司是一家于2023年4月成立的新兴无人机公司，总部在德国南部与瑞士毗邻的康斯坦茨。该公司联合创始人扬·哈特曼表示，他们盼望创建一个无人机系统，在不受敌方电子干扰的同时，还能最大限度地使用商用货架的零部件，以实现较高的效费比。

  在这种创新理念的支持下，该公司研发出了一款新型无人机，型号为就是我们今天要说的主角——HCX。由于采用了光纤制导方式，HCX可以在不对外发射无线电信号的情况下，通过有线双向通信信道与后方进行数据传输，能够“免疫”无线监测、干扰以及其他电子战攻击手段，是一款防电子干扰的侦察无人机。

  进入21世纪以来，无人机技术的发展日新月异，无人机在全球范围内迅速扩散，军用无人机的侦察、打击、评估、侵扰、运输等多样化作战能力也在不断的提高。以俄乌冲突为例，小型无人机以其成本低廉、打击精确、战法多变、近零伤亡的优势，被大范围的使用在各种空地作战行动。鉴于此，俄乌双方均在着重提升无人机制造能力。根据乌克兰副总理兼科技部长米哈伊洛·费多罗夫在2024年3月公布的数据，乌克兰国内无人机生产商已达到500家以上，无人机年产量将超过100万架。

  但凡事都有AB两面，无人机很容易被电子干扰的B面,也暴露无遗。无线遥控的无人机在飞行过程中要建立空地双向无线数据传输链路，即从测控端到无人机的上行链路（即无人机遥控链路）和从无人机到测控端的下行链路（即数据回传链路）。无人机双向传输链路主要是采用的频段是300MHz300GHz的微波。其中，甚高频（VHF，30300MHz）、特高频（UHF，3003000MHz）、L波段（12GHz）和S波段（24GHz）一般适合无人机近程视距链路；X波段（812GHz）和Ku波段（1218GHz）一般适合无人机中远程视距链路和中继链路；Ku波段（1218GHz）和Ka波段（2740GHz）则适合无人机远程和卫星中继链路。在国际上，也有一些国家将属于C波段（48GHz）的5.8GHz用于无人机下行无线MHz等超短波用于上行链路的飞控指令。

  反无人机的电子战手段，主要是通过信号监测设备扫描、捕获、记录和分析无人机链路的通信频谱，进而发动针对性的电子攻击。比如在敌方无人机工作的特定频段上，通过无线电干扰，使用连续波或脉冲波形发射高强度同频信号，干扰、间歇性中断，甚至完全阻断敌方无人机的上行遥控和下行数传通信信号，从而迫使敌方无人机进入紧急模式——如故障保护模式——悬停甚至就近降落，或者返回起飞点或预设降落点。

  如果反无人机设备能够进一步对目标无人机的通信协议和加密算法进行解码、解密和数据解读，获取目标无人机的型号、状态、位置、网络和设备地址、任务数据等信息，就可以发动无线网络攻击，将恶意软件注入目标无人机的控制管理系统。比如，通过拒绝服务（DoS）攻击让无人机通信信道过载，从而破坏其正常运行。发动信号劫持攻击，即将伪指令注入无人机通信链路中，最终接管无人机控制权，引导其降落并俘获之。

  这些反无人机的电子战手段，已经在俄乌战场上广泛采用。以俄罗斯为例，俄方在战线千米至少设立一个电子战系统工作站，用于防御敌方无人机；慢慢的变多的俄军陆基战车开始配备无人机干扰器，单车能形成一个数百米宽的电子战防御“气泡”；俄军轻步兵也开始大量装备背包式干扰器和反无人机枪。

  为了适应日趋激烈的战场电子战环境，乌克兰无人机制造商必须不断改变工作频率以避开同频干扰。即便如此，乌方无人机的损失依然居高不下。2023年5月19日，英国皇家联合军种研究所（RUSI）在题为《绞肉机：俄罗斯入侵乌克兰第二年的战术》的研究报告中指出：乌克兰每月损失的无人机大多数损失是因俄罗斯军队实施的电子干扰所致。因此，怎么样提高低成本小型无人机的电子战防御能力，慢慢的变成了无人机作战领域中一个至关重要的研究课题。

  从基本原理的角度来看，要使反无人机技术中的无线电干扰达到预期的作战效果，第一个任务是捕捉到目标无人机的通信频率及其调制特性。鉴于这一挑战，开发难以被无线电设备探测和干扰的光纤制导无人机，成为了对抗无人机干扰的有效策略之一。

  光纤制导技术的发展历史可追溯至大约半个世纪前，其早期应用大多数表现在光纤制导导弹的研发上。早在1970年代中期，美国陆军导弹司令部（MICOM）就已尝试在系留无人机中使用光纤电缆，并于1982年着手研究光纤制导技术，这一举动进而推动了光纤制导导弹的研发进程。1988年，波音公司和休斯公司被美国陆军导弹司令部正式授予“光纤制导导弹”（FOG-M）的研发合同，该项目后来被重新命名为“非视线光纤制导导弹”（NLOSFOG-M）。1994年3月，美国陆军导弹司令部又提出了“增强型光纤制导导弹（EFOG-M）”的研发计划。

  在欧洲方面，1982年至1984年间，原西德梅塞施密特-伯尔科夫-布鲁姆（MBB）公司进行了光纤制导导弹的初步原理验证试验，试验距离在0.9至2.5千米之间。1984年，戴姆勒-奔驰宇航公司与MBB公司携手推出了“独眼巨人”光纤制导导弹的发展计划。法国则通过与德国的技术交流协议，也加入了“独眼巨人”项目的研究。该项目成功证明了光纤系统能在7千米的射程内对导弹进行相对有效制导。

  此外，以色列拉斐尔公司研制的“长钉”系列导弹同样采用了光纤制导技术。这些项目不仅验证了光纤在制导陆基反坦克导弹和潜对空导弹方面的有效性，还促进了光纤绕线轴、光纤放线、双向数据传输等有关技术的研发与积累，为光纤制导无人机的发展奠定了坚实的理论和实践基础。

  光纤线缆的核心由纯净、轻薄且非常柔韧的玻璃制成，玻璃芯外包覆有塑料层，可以双向传输数据信号。光纤制导方式具有以下优势：

  无线电信号控制的无人机在战场上容易受到无线电测向仪和电子侦察设备的探测，因而容易受到敌方的监测、定位和干扰。而使用光纤制导的无人机，无论是操作员还是无人机自身都难以被这些无线电监控设备定位，也难以被无线电干扰设备瞄准和干扰。

  无人机通过无线电线路传输图像时，可能被敌方拦截到有关数据，间接造成无人机操作员位置的暴露。比如在俄乌战场上，当无人机起飞阶段的图传信号发射功率较大时，即有可能会被敌方布置在附近的接收天线拦截并获取信号，敌方通过图像回放即可倒推出无人机飞手（即无人机操作员）所在位置。之后敌方就可以调动自己的无人机、炮兵或精确制导弹药对飞手进行针对性打击。光纤制导无人机则不存在此种数据被拦截的风险。

  无线电信号控制的无人机，在飞行到距离较远的地平线以下时，可能会失去操作员端发射的无线信号的链接。而光纤制导无人机的有线连接方式，只要线缆不断裂，在这种情况下仍将保持通信。

  光纤连接的带宽比无线个数量级以上。比如标准单模光纤虽然像人的头发一样细，但仍能每秒传输约32TB的数据。因此，光纤线缆传输的图像质量要明显优于无线电数据链路。

  光纤制导方式使得无人机在设计上，可以将需要复杂计算的任务（如目标识别和攻击策略等）所需的软件和硬件后置于操作端。地面控制站具备强大的计算能力，操作员进行任务决策，无人机在数据层面上只需具备传感器和数据传输能力。如此一来，无人机平台的设计难度逐步降低，制造成本和机体重量得以削减，弹药携带量或其它载荷则相应增加，效费比大大提高。

  尽管光纤制导方式有诸多优点，但业内仍对光纤制导无人机的实用性普遍抱有质疑，因为这种传输方式还存在以下一些无法回避的缺陷：

  光纤虽然具有一定的韧性，但用作空中飞行器的制导线路时，为了减小空中负载，要尽可能降低线缆重量和直径。为此不但无法采用厚重的包覆材料加以保护，而且光纤本身要确保极度纤细。这就导致其质地相对脆弱。飞行器飞行和机动时，因放线力度、角度、速度控制不当等情况，光纤极易受到强烈拉伸、过度弯曲甚至断裂等物理损坏，因此导致数据传输质量下降甚至制导、控制和数据信号中断。

  无人机在空中长距离飞行——特别是低空飞行时，航路附近的地形、地貌、地物往往起伏多变，光纤线缆易被障碍物纠缠进而影响到无人机正常飞行，甚至线缆本身也可能因张力的增加而出现断裂。故此需要限制无人机的飞行机动性，并根据航路地貌特征，适时限制无人机的最低飞行高度。这显然会削弱无人机的最大战场优势——机动性和隐蔽性。

  与无线电控制的无人机相比，光纤制导无人机需要额外携带光纤卷轴和数千米长的光纤。随着光纤长度的延长，必然带来重量的增加。这降低了无人机的光纤制导控制范围，继而限制其任务半径。因此在设计上，光纤制导无人机必须在任务载荷重量与作战半径之间进行权衡。

  光纤制造工艺复杂、生产所带来的成本高，客观上限制了光纤制导方式的普及。不过随着近年来技术的发展和工业化规模制造能力的提升，其高成本问题得到很大缓解。

  光纤制导技术的发展历时长久，但光纤制导无人机产品在实用化和市场化方面却步履蹒跚，始终处于一种“利基市场”的小众状态。例如，美国国防高级研究计划局（DARPA）在本世纪初，曾发起了光纤制导无人机项目，即“近距离战斗致命侦察（CCLR）项目”，旨在研制一种用于城市作战的光纤制导巡飞弹。

  根据DARPA的设计概念描述，CCLR是一种便携、管射、光纤制导的爆炸装置，专为跟踪行动而设计，并针对城市环境中的单兵战斗人员追击视线外的目标进行了优化。CCLR应能够从广泛的进近路线攻击目标，能够准确的通过地形和城市的具体特点，飞越建筑物或拐角处，达到最远10个街区的距离。在历经数年研发后，CCLR的相关性能始终没有办法满足要求。最终DARPA放弃了光纤制导方式，CCLR也演变成采用无线电控制的巡飞弹，即大名鼎鼎的“弹簧刀”。

  现阶段，一些系留无人机也采用较粗的线缆用于传输电力和数据。但系留无人机的活动区域极为有限，只能在其系留基站的上方小范围盘旋，最多充当在要地静态部署的侦察或电子战平台。迄今为止，光纤制导仍然是一种相对非主流的无人机制导方式。

  德国HIGHCAT公司的HCX光纤制导无人机具有怎样的性能和技术特点？又是如何克服光纤制导无人机的固有缺陷呢？

  HCX是一款标准的四轴无人机，最大有效载荷5.5千克，可以携带热像仪以及适当尺寸的武器。HCX采用单电池的最大飞行时间28分钟，采用双电池时最大飞行时间49分钟，最大飞行距离15千米。HCX无人机配有一个可收纳/展开光纤的卷筒盒。卷筒盒内携带的一条光纤，可以在无人机和任务团队之间创建一个不可干扰的通信网络。其光纤通信系统能够支持高带宽数据传输链路，使得HCX的通信系统达到每秒1000兆比特（Mbps）的数据传输速率——大约是无线倍——可为无人机飞手提供质量远高于无线传输的高清图像。

  HCX在设计上具有高度适应性和模块化的特点。该无人机采用了开放式平台，用户能通过改变电池、有效载荷、数据链路参数等进行产品定制，以满足个性化的任务需求。由于采用了通用的皮卡汀尼导轨设计框架和简单易用的皮卡汀尼适配器，操作人员可以很方便地为HCX无人机添加和移除多样化任务附件。

  针对制导光纤容易纠缠的问题，HIGHCAT公司坦承，这确实是光纤制导无人机的一大难题。光纤线缆的解缆过程不能太过容易，否则线缆就非常有可能在无人机螺旋桨的滑流气流作用下自行拉出。而且光纤的玻璃纤维在释放过程中也不能扭曲，否则容易断裂。因此，光纤绕线轴的设计与光纤放线速度的控制显得很重要。HCX无人机采用了HIGHCAT公司独特的光纤飞行技术，使用了特殊缠绕和涂层的玻璃纤维卷轴，而且卷轴还以特殊的缠绕技术来安装。这项防缠绕技术，可防止光纤在飞行过程中的扭曲和缠结。

  针对制导光纤容易损坏的问题，HIGHCAT公司联合创始人扬·哈特曼表示，HCX使用的光纤仅对无人机施加约227克的力，因此不会阻碍飞行。HCX的机载光纤柔韧性良好，在某些特定的程度上克服了制导光纤容易损坏的缺点，因此其机动性相较一般的有线制导无人机大为改善。扬·哈特曼声称：“这种光纤非常坚固，HCX无人机不但飞过树木和水面没问题，而且绕圈飞行的表现也很好，还可以倒飞。”

  针对制导光纤的重量导致航程受限的问题，HIGHCAT公司在保证光纤强度和韧性的前提下，实现了令人赞叹的超低重量——20千米长的光纤，再加上容纳光纤的卷筒盒和卷轴，合计重量仅为2.2千克。而过去很多光纤制导武器，仅仅光纤（不包括卷筒盒和卷轴）的重量，就达到150克/千米。也就是说，如果像HCX那样同样搭配20千米长的光纤，不算卷筒盒和卷轴，仅光纤重量就要达到3千克。由于最大限度减轻了线缆的重量，HCX无人机在理论上最远作战距离（20千米）下，计算光纤质量后，剩余的有效载荷仍可搭载一台具有热成像功能的10倍光学变焦相机，或者一个大小适中的弹药。正是这个原因，HCX的实际飞行距离超过了目前绝大多数光纤制导无人机5~10千米的限制，能够达到15千米。

  HIGHCAT公司充满自信地认为：HCX侦察无人机在设计时，最大限度地考虑到了前线——特别是乌克兰当前的战事发展。采用诸多独特技术的HCX无人机，可以在最激烈的电子战环境中不受阻碍地飞行。按计划，2024年9月，HCX原型机将在俄乌前线来测试，以评估其作战适用性和对俄军电子干扰的防御能力。如果测试进展顺利，HIGHCAT将于2024年11月与另一家德国制造商ODM GmbH合作，开始大规模量产HCX无人机。目前的规划是每月生产约3000架。

  在俄乌战场的“舞台”上，HIGHCAT公司的HCX无人机已经使用了四个多月了，也取得了不少成绩。大多通常的战术是有线制导的HCX无人机在战场上打前锋，HCX无人机携带无线定位系统，将捕捉到的俄军电子战装置，定位并将位置传递给后方飞手，后方飞手将俄军电子战装置的定位信息，传给火力打击系统。用相关的火力单位对俄军电子战装置进行打击。

  完成打击踹门任务后再将派出普通无人机执行任务。这种战术已经取得了不错的战果，好多俄军电子战系统就这样灰飞烟灭了。但近期因为西方国家对乌克兰使用远程武器打击俄本土目标的限止解禁，俄国的大型电子战设备也都撤出了前线，战果也就变得少了！

  尽管在俄乌战场上陆续出现了多种光纤制导无人机，但它们依然存在相当的局限性。

  一是光纤强度仍显不足。虽然HCX无人机的光纤柔韧性已经大幅度的提升，但必须要格外注意的是，追求极致轻便的无人机制导光纤都非常纤细。比如，通信光纤的直径一般不超过0.25毫米，其可承受的拉力也只有千克级而已。在作战飞行的剧烈机动中，这种抗拉强度的光纤仍然是脆弱和易损的。

  二是末段纠缠风险仍存。光纤制导无人机如果在山地、森林、城市等复杂环境中作战，在无人机高度急速下降、对地面目标发起俯冲攻击时，仍然可能受到起伏地形和地面障碍物如房屋、电线杆、树木等影响，造成光纤线缆缠绕甚至断裂。而且，穿越机常常采取蜂群战术，饱和攻击敌方的防空系统制导通道，以“蚂蚁雄兵”的方式达到以弱胜强的效果。而此时，即便HCX无人机的防纠缠技术再好，使用多架光纤无人机在相对较近的地方密集飞行时，光纤缠结的风险仍会大幅度提升，从而限制了蜂群无人机饱和攻击的密集度，降低了战术效能。

  为了防止上面讲述的情况的发生，有些光纤制导无人机又增加了无线电通信方式作为备份，以防止线缆中断后丢失无人机；或者在自杀无人机锁定目标、继续保留制导光纤的意义不大后，采用无人机自主切断光纤进行俯冲攻击的模式。但增加无线通信模块和加装光缆切割装置，都会增加无人机的设计复杂度，减小任务载荷的质量和空间，提高了无人机生产难度和成本，最终可能让光纤制导方式失去意义。

  三是无法彻底杜绝干扰。光纤制导虽然排除了绝大多数电子和网络攻击，但并不能够确保无人机完全不受电磁干扰。比如，同样作为电磁波的激光就可拿来照射无人机，以干扰其可见光摄像头、微光和红外热像仪，使其图像获取和目标识别变得困难。再如，有些光纤制导无人机通过自身携带的GPS模块接收卫星信号做定位，对此就能采用GPS欺骗，即用欺骗设备生成模拟GPS卫星的虚假信号并发送给目标无人机，导致其迷失方向或启动返航程序。

  综上所述，2024年俄乌战场上逐渐崭露头角的光纤制导无人机，标志着一种针对反无人机电子战的新策略的诞生。尽管目前这些无人机仍处于测试阶段且仅在小范围内应用，且在技术成熟度、性能表现及成本控制等方面尚存诸多挑战，但其潜力与价值不容忽视，可以让我们保持高度的关注与持续的追踪。毕竟，现代战争，这个残酷而又真实的试炼场，不仅是武器设计理念成长的摇篮，更是检验武器实战效能的最高标准。

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