乌克兰的杀手级无人机如何击败俄罗斯的干扰

乌克兰6月1日对多个俄罗斯军事基地的袭击摧毁或损坏了多达41架俄罗斯飞机，其中包括该国一些最先进的轰炸机。据估计，损失总额从 20 亿美元到 70 亿美元不等。据称，乌克兰的行动计划了一年半，但其复杂性异常特殊：据报道，乌克兰特工通过卡车将数十架第一人称攻击无人机走私到俄罗斯，将它们放置在目标飞机在停机坪上容易受到攻击的空军基地附近。这些基地包括一个位于距离乌克兰 4,300 公里的伊尔库茨克，另一个位于距离乌克兰 1,800 公里的摩尔曼斯克南部。乌克兰的远程飞行员随后同时发射了杀手级无人机。这场影响深远的行动被誉为迄今为止战争中最有创意和最大胆的行动。事实上，IEEE Spectrum 一直在定期报道乌克兰军用无人机计划的进展，包括进攻和防御，以及空中、海洋和陆地任务。在这篇文章中，最初发布于 4 月 6 日，我们描述了另一项大胆的乌克兰无人机计划，该计划正在应用基于人工智能的导航软件，使杀手级无人机即使在存在严重干扰的情况下也能导航到目标。

爱沙尼亚初创公司 KrattWorks 于 2022 年年中向乌克兰派遣了第一批 Ghost Dragon ISR 四轴飞行器后，该公司的官员认为他们可能有六个月左右的时间需要重新构思无人机以应对新的战场现实。46 厘米宽的飞行器比后来定义对俄罗斯无人机战争早期的业余爱好者级无人机要坚固得多。但在短短的三个月内，爱沙尼亚团队意识到他们精心调整的设备已经过时了。

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干扰和欺骗是抵御无人机攻击的唯一有效防御措施，干扰和欺骗的快速发展使该团队踏上了一场永无止境的创新马拉松。它的最新技术是神经网络驱动的光学导航系统，即使所有无线电和卫星导航链路都受到干扰，无人机也能继续执行任务。它于 12 月开始在乌克兰进行测试，这是抗干扰、自主 UAV（无人驾驶飞行器）趋势的一部分。这些新飞行员预示着无人机与电子战的干扰和欺骗的无休止斗争的另一个阶段，电子战旨在切断无人机与其作员之间的联系。现在有数以万计的干扰器横跨战争的前线，抵御无人机，这些无人机不仅会杀死士兵，还会摧毁装甲车、其他无人机、工业基础设施，甚至坦克。

在 2024 年乌克兰基辅附近的测试期间，一名技术人员准备发布配备 Auterion 软件的无人机。 贾斯蒂娜·米尔尼凯维奇

“电子战的情况发展得非常快，”KrattWorks 的联合创始人兼首席运营官 Martin Karmin 说。“我们必须不断迭代。这就像一场猫捉老鼠的游戏。

我在爱沙尼亚首都塔林郊区的公司总部见到了 Karmin。向东仅几百公里处是这个小国与俄罗斯的边界，俄罗斯是它的前压迫者。38 岁的 Karmin 还不到记得俄罗斯统治下的生活是什么样子的年纪，但他听说过很多。他和他的同事们，其中大多数是爱沙尼亚国防联盟（Estonian Defense League）的志愿者成员，他们对俄罗斯“不抱任何幻想”，他耸耸肩说。

他承认，他的公司既是帮助乌克兰，也是武装爱沙尼亚。当然，爱沙尼亚并未正式与俄罗斯交战，但多年来，两国边境附近地区一直受到卫星导航系统（如欧盟伽利略卫星）的持续干扰，迫使塔尔图机场偶尔取消航班。11 月，卫星图像显示，俄罗斯正在波罗的海国家边境扩建其军事基地。

“我们是一个小国家，”Karmin 说。“创新是我们唯一的机会。”

通过神经网络导航

在 KrattWorks 宽敞的白墙车间里，几名工程师正在测试软件。在占据房间的大型赭石桌上，展示了 KrattWorks 的精选设备，包括几架用作空中诱饵的固定翼烟色无人机，以及该公司的旗舰产品 Ghost Dragon ISR 四轴飞行器。

现在是第三代，Ghost Dragon 自 2022 年以来已经走过了漫长的道路。它最初的命令和控制频段无线电很快被智能跳频系统所取代，该系统不断扫描可用频谱，寻找没有干扰的频段。它允许作员在六个无线电频段之间切换以保持控制，即使在面对敌对干扰时也能发回视频。

Krattworks 的 Ghost Dragon 侦察无人机可以通过检测飞过的地标来自主导航。 克拉特工厂

无人机的双频卫星导航接收器可以在四种主要卫星定位服务之间切换：GPS、Galileo、中国的北斗和俄罗斯的 GLONASS。它通过防欺骗算法进行了增强，该算法将卫星导航输入与来自机载传感器的数据进行比较。该系统提供保护，防止复杂的欺骗攻击，这些攻击试图通过说服无人机飞行的高度比实际高度高得多来诱骗无人机自毁。

四轴飞行器哑光灰色机身的核心是一台支持机器视觉的计算机，运行 1 GHz Arm 处理器，为 Ghost Dragon 提供了最新的超能力：无需访问任何全球导航卫星系统 （GNSS） 即可自主导航的能力。为此，计算机运行一个神经网络，该网络就像老式旅行者一样，将地标的视图与地图上的位置进行比较，以确定其位置。更准确地说，无人机使用来自向下光学相机的实时视图，将它们与存储的卫星图像进行比较，以确定其位置。

“即使它迷路了，它也可以识别一些模式，比如十字路口，并更新它的位置，”Karmin 说。“它可以在某种程度上做出自己的决定，要么返回家园，要么飞过干扰气泡，直到它能够再次重建 GNSS 链接。”

设计具有高单位成本杀伤力的无人机

正如机枪和坦克定义了第一次世界大战一样，无人机已成为乌克兰对抗俄罗斯的象征。正是被围困的乌克兰首次颠覆了军用无人机的概念。乌克兰开始购买大量价值几百美元的现成传单——电影制作人和爱好者使用的那种——并将它们变成高度致命的武器，而不是每个价值数千万美元的捕食者和收割者。《纽约时报》最近的一项调查发现，在持续的冲突中，无人机占死伤人数的 70%。

“我们的火炮比俄罗斯少得多，所以我们不得不用无人机来补偿，”总部位于基辅的电子战公司 Kvertus 的商务总监 Serhii Skoryk 说。“一枚导弹可能价值 100 万美元，可能杀死 12 或 20 人。但花 100 万美元，你可以买 10,000 架无人机，每架无人机上放四枚手榴弹，它们会杀死 1,000 甚至 2,000 人或摧毁 200 辆坦克。

在哈尔科夫州的俄罗斯边境附近，一名乌克兰士兵为 2025 年 1 月 16 日的袭击准备第一人称视角无人机。何塞·科隆/阿纳多卢/盖蒂图片社

干扰和欺骗等电子战技术旨在消除无人机威胁。如果无人机被卡住并与飞行员失去联系，并且还失去了空间方位，那么它要么坠毁，要么随机飞走，直到电池耗尽。根据英国国防智库皇家联合军种研究所的数据，乌克兰每月可能损失约 10,000 架无人机，主要是由于干扰。这个数字包括无法到达目标的装满爆炸物的神风敢死队无人机，以及像 KrattWorks 的 Ghost Dragon 这样的监视和侦察无人机，旨在延长服役时间。

“无人机已经成为一种消耗品，”Karmin 说。“你可能会从侦察无人机中获得 10 到 15 个任务，然后它必须已经得到回报，因为你迟早会失去它。”

俄罗斯在 2024 年夏天迈出了意想不到的一步，放弃了复杂的无线控制，转而使用配备光纤线轴的硬接线无人机。

因此，冲突双方的技术人才一直在努力规避电子防御。从 2024 年初开始，俄罗斯采取了意想不到的一步，部署了装有光纤线轴的硬接线无人机。就像儿童风筝上的扭曲变体一样，致命的无人机可以在距离控制器 20 公里或更远的地方冒险，细如发丝的光纤漂浮在它们身后，提供不受干扰的连接。

“目前，没有针对光纤无人机的保护措施，”乌克兰无人机初创公司 Huless 的联合创始人 Vadym Burukin 告诉 IEEE Spectrum。“俄罗斯人很快就扩展了这个解决方案，现在他们正在用这些无人机使战线饱和。这对乌克兰来说是一个巨大的问题。

无人机作员击败电子干扰的一种方法是通过光纤线路与无人机通信，该光纤线路在无人机飞行时从线轴中支付。这是俄罗斯部队喜欢的一种策略，尽管这架特殊的第一人称视角无人机是乌克兰的。它于 2025 年 1 月 29 日在基辅附近进行了演示。埃弗雷姆·卢卡茨基/美联社

乌克兰也尝试了光纤，但这项技术并没有像现在这样起飞。“光纤的成本从 500 美元起，在许多情况下，这比无人机本身还要高，”Burukin 说。“如果你在携带炸药的无人机中使用它，你会失去一些容量，因为你有电缆的重量。”额外的重量也意味着侦察无人机中质量更好的相机、传感器和计算机的容量会减少。

小型无人机可能很快就会做出杀或不杀的决定

相反，乌克兰看到了自主导航的未来。今年 7 月，美国供应商 Auterion 配备自主导航系统的神风敢死队无人机摧毁了一列装有干扰装置的俄罗斯坦克。

“打击这些坦克真的很难，因为它们会堵塞所有东西，”Burukin 说。“带有自动驾驶仪的无人机是唯一可以阻止他们的设备。”

Auterion 的“终端制导”系统使用已知的地标来定位无人机，因为它正在寻找目标。 奥特里昂

Auterion 首席执行官 Lorenz Meier 表示，用于打击这些坦克的技术称为终端制导，是迈向智能、完全自主无人机的第一步。该系统允许无人机直接克服干扰，无论受保护的目标是坦克、战壕还是军用机场。

“如果你在一公里外锁定目标，并且在接近目标时被卡住，那没关系，”Meier 在接受采访时说。“你不会像手动作员那样失去目标。”

KrattWorks 试用的视觉导航技术是下一步，也是一项今年才进入战场的创新。Meier 预计，到 2025 年底，包括他自己的公司将推出完全自主的解决方案，包括视觉导航以克服 GPS 干扰，以及终端引导和智能目标识别。

“作员只会决定打击的区域，但关于目标的决定是由无人机做出的，”Meier 解释说。“它已经用制导炮弹完成了，但有了无人机，你可以在大规模和更远的距离上做到这一点。”

Auterion 成立于 2017 年，旨在为杂货配送等民用应用生产无人机软件，并于 2024 年初投身战争，其动机是为民主国家配备技术，帮助他们抵御专制政权。从那时起，该公司与乌克兰无人机制造商和部队密切合作，取得了长足的进步。

“一枚价值 100 万美元的导弹可能杀死 12 或 20 人。但花 100 万美元，你可以买 10,000 架无人机，每架无人机上放四枚手榴弹，它们会杀死 1,000 甚至 2,000 人或摧毁 200 辆坦克。—Serhii Skoryk，Kvertus

但从长远来看，乌克兰无法承受购买西方设备的费用，该国的人均 GDP 为 5,760 美元，远低于欧洲 38,270 美元的平均水平。幸运的是，乌克兰可以利用其工程劳动力，这是欧洲最大的劳动力之一。战前，乌克兰是希望建立 IT 和软件开发中心的西方公司的首选之地。这些工人中的许多人后来加入了乌克兰的 DIY 军事技术员 （“miltech”） 发展运动。

一家生产远程神风敢死队无人机的乌克兰初创公司的一名工程师和创始人出于安全考虑不愿透露姓名，他告诉 Spectrum，该公司开始开发自己的计算机和自主导航软件，用于目标跟踪，“只是为了降低价格”。这位工程师表示，乌克兰初创公司提供先进的军用无人机技术，而价格只是西方老牌竞争对手收费的一小部分。

在 2022 年 2 月俄罗斯入侵乌克兰后的三年内，乌克兰产生了一个世界级的国防技术生态系统，不仅吸引了西方创新者加入，而且经常超越他们。乌克兰成功的关键是快速迭代和与前线部队的密切合作。这个公式也适用于 Auterion。“如果你想打造一款领先的产品，你需要在最需要产品的地方，”Meier 说。“这就是我们在乌克兰的原因。”

来自乌克兰初创公司 Huless 的 Burukin 认为，自主性在未来的无人机战争中将发挥比俄罗斯光纤更大的作用。自主无人机不仅可以逃避干扰，而且它们的航程仅受电池存储的限制。与有线无人机相比，它们还可以携带更多的炸药或更好的摄像头和传感器。最重要的是，他们对作员的要求不高。

“在理想情况下，无人机应该起飞、飞行、找到目标、打击目标并报告任务，”Burukin 说。“这就是发展的方向。”

猫捉老鼠的游戏远未结束。包括 KrattWorks 在内的公司已经在考虑下一项创新，这将使无人机战更便宜、更具杀伤力。例如，通过创建无人机网状网络，他们可以派遣一架复杂的情报、监视和侦察无人机，然后是一群更简单的神风敢死队无人机，以使用视觉导航来查找和攻击目标。

“你可以发送 10 架无人机，但因为它们可以自己飞行，所以你不需要一个超级熟练的作员来控制每架无人机，”KrattWorks 的 Karmin 指出，他密切关注乌克兰的技术发展，同时具有专业兴趣、个人同理心和不祥的预感。他很少有一天不考虑俄罗斯在爱沙尼亚东部边境附近不断扩大的军事存在。

“我们在爱沙尼亚的人不多，”他说。“我们永远不会有足够的熟练无人机飞行员。我们必须找到另一种方法。