本文分析了乌克兰“天穹哨兵（SKY SENTINEL）”系统的能力与作战效能，该系统是一款完全自主、由人工智能（AI）驱动的防空炮塔，旨在在近程防空（SHORAD）/反无人机系统（C-UAS）领域，无论是生产还是人工智能的整合方面，提供参考。

为应对俄罗斯压倒性的无人机攻击，乌克兰开发了“天穹哨兵”系统，该系统将一挺重机枪与商用现货（COTS）传感器和先进的人工智能软件相结合，能够自主攻击诸如“沙希德-136”无人机等目标。该系统的单价约为15万美元，这种经济高效的系统使乌克兰能够以低成本解决方案应对低成本威胁，从而将高价值的导弹拦截器保留用于应对更先进的飞机和弹道导弹。尽管存在射程短、易受恶劣天气影响等限制，但该系统的成功提供了关键经验。可开发类似的低成本自动化火炮近程防空系统，采用基于商用现货技术的敏捷生产模式，并优先投资人工智能驱动的瞄准软件。应实施必要的条令、组织、训练、物资、领导与教育、人员、设施和政策（DOTMLPF-P）变革，以有效整合此能力并应对大规模无人机系统威胁。

观察

乌克兰工业界已开发并部署了首个在欧洲战区投入实战使用的自主防空系统——“天穹哨兵”。“天穹哨兵”代表了现代军队如何自卫的深刻转变。

讨论

俄罗斯的无人机作战一直非常激烈，据估计自2022年2月以来已发射超过4.5万架攻击无人机，目标是关键基础设施和民用区域。虽然西方防空系统至关重要，但攻击的巨大数量，通常与巡航导弹协同进行，使得乌克兰的防空资源捉襟见肘。这种压力加速了乌克兰的创新，从而催生了“天穹哨兵”系统的开发。

颠覆性技术。 “天穹哨兵”可能成为反无人机系统技术领域的颠覆性技术。与传统的基于导弹的防空系统不同，“天穹哨兵”使用一挺标准重机枪，固定在由雷达、光电传感器和人工智能驱动的瞄准“大脑”控制的机器人底座上。可以进行360度全向旋转，持续扫描天空，自动识别目标并实时计算射击方案。“天穹哨兵”由乌克兰工程师开发，部分资金由UNITED24（一个乌克兰政府运营的互联网筹款平台，旨在为乌克兰对抗俄罗斯筹集资金）资助，旨在成为一种能够自动探测、跟踪和消灭来袭空中威胁的自主、人工智能引导的防空（AD）炮塔。该系统的核心是一挺重机枪，一挺安装在可360度旋转炮塔上的M2勃朗宁.50口径重机枪。“天穹哨兵”的瞄准和测距系统依赖外国制造的部件，这些是乌克兰目前没有国内替代品的关键系统。在交战过程中，武器必须保持对目标的传感器锁定，以确保子弹在正确时刻命中目标。

该系统尤其巧妙之处在于其使用标准重机枪和常规子弹，不涉及制导弹药。通过精确的实时弹道计算，每一发子弹几乎都能准确命中来袭目标。运行如此复杂武器系统的软件完全由乌克兰工程师编写。该系统的卓越之处在于其自主性。一旦部署并输入雷达数据，“天穹哨兵”便独立管理整个交战序列：

• 探测与识别。区分诸如鸟类与来袭无人机等目标。
• 锁定与跟踪。瞬间捕获并跟随目标的飞行路径。
• 弹道计算。根据速度（最高可达每小时800公里）、风力进行调整，并预测精确的拦截点。
• 交战。开火以消除威胁。

所有这些都在实时发生，无需人工直接干预瞄准。

图 1. 天穹哨兵

利用人工智能进行目标交战

“天穹哨兵”的设计要求是跟踪、交战并摧毁来袭无人机。根据开源报告，“天穹哨兵”被设计用于交战像“沙希德-136”这样灵活的无人机，甚至更小更快的威胁，在实地测试中成功击中了比“沙希德”小五倍的目标。其有效性可延伸至其作战范围内的巡航导弹，具体射程仍属机密。“天穹哨兵”能够跟踪并交战以每小时200至800公里速度移动的快速目标。这对于即使是美国的近程防空系统，如“斯特瑞克”M-SHORAD增量I型或反火箭炮、火炮和迫击炮（C-RAM）武器系统来说，也是一项重大成就。与大多数近程防空系统一样，“天穹哨兵”旨在区分鸟类和无人机，一旦识别为敌对目标，便锁定目标。锁定后，人工智能接管并开始计算无人机速度、调整风阻，并预测子弹与无人机将发生碰撞的确切位置。所有这些都是实时且瞬间完成的。虽然“天穹哨兵”的人工智能程序如何区分鸟类和小型无人机系统的具体专有方法未公开详细说明，但此类系统通常采用多层方法，分析来自各种传感器的数据。仍然需要人工干预或现在所谓的“人在回路”来授权交战，但一旦获得授权，所有其他计算，如弹道、风偏和速度，都是自动完成的。

然而，即使是最先进的人工智能系统也并非万无一失。“天穹哨兵”与所有新兴的自主武器一样，有其局限性。恶劣天气条件、电子战（EW）、复杂的城市环境以及存在非常小或非常快的无人机等因素，都可能显著降低“天穹哨兵”的效能。此外，美国制造的.50口径普通弹是该系统用于生成弹道计算算法的基准。任何弹药的变化或质量较低都无法产生一致的瞄准算法。这可以通过人工输入来克服，以最小化这种影响。尽管存在这些限制，乌克兰仍寄希望于“天穹哨兵”来拯救城市和前线的乌克兰人的生命。

随着“天穹哨兵”的成功测试，出现了大规模生产该系统的推动力，这反映了乌克兰国防战略的更广泛转变。不再仅仅依赖昂贵的外国系统，如“爱国者”、“毒刺”或近程武器系统（CIWS），而是开始优先考虑可扩展的、国内开发的解决方案。这一点可以从乌克兰生产的“FP-5火烈鸟”巡航导弹的改造中看出，该导弹旨在填补“战斧”导弹的空白。这种方法不仅进一步利用了有限的国防预算，还培养了国家团结和目标感。

成本

根据“天穹哨兵”的筹款页面，一个“天穹哨兵”炮塔的单价估计约为15万美元。“天穹哨兵”的硬件是一挺安装在稳定底座上的重机枪（勃朗宁M2/.50口径重机枪或类似型号），配备商用现货（COTS）雷达、光电传感器以及乌克兰定制的人工智能/火控软件。该系统避免了昂贵的制导拦截器，并使用标准弹药。这些设计选择解释了其单位物料清单和生产成本远低于导弹拦截器。

表 1. 对比总结

系统	天穹哨兵	斯特瑞克 M-SHORAD 增量 I 型	爱国者 PAC-3 (非直接对比项，但展示成本交换比)	陆基 C-RAM
每套成本	每套完整炮塔 15万美元	每套系统约1820万美元	一个火力单元（含导弹及其他支援装备）总成本约为10.9亿美元（估计值）。六个“线状单元”相当于每套完整系统1.666亿美元。	每套系统 1000-1500万美元（估计值）
每轮/导弹成本	每次交战成本主要为弹药。.50口径：每发3-7美元	每枚导弹（毒刺）成本 11.9 - 12万美元	每枚拦截弹成本 700万美元	弹药消耗率高=75 发/秒 (每发45.84美元)

部署

与“百夫长”C-RAM或陆基“密集阵”武器系统非常相似，“天穹哨兵”可以通过拖车部署。加上稳定支腿，这提供了一个稳定、机动的火力平台，可以移动到最需要的地方。另一种部署方式包括将单元安装在地面以上6-30米的塔楼上，让人想起二战期间德国看到的防空塔，但没有防空洞部分。电力由牵引车提供或接入当地电网。“天穹哨兵”连或营的任务编成尚不清楚，武器系统的“瞄准”训练或要求也是如此。这对于“天穹哨兵”的训练和维持也是如此，但可以假设其维护工作与C-RAM系统相当。

作战注意事项

“天穹哨兵”无法取代基于导弹的系统，因为它是一种短程、视距内的杀伤系统，专为无人机和低空威胁优化。其优势在于击败低成本无人机系统的成本效益。

生产

如本文开头所述，“天穹哨兵”是一个由乌克兰工程师设计的乌克兰本土系统。通过私营公司、志愿者技术团队和众筹（UNITED24/北约伙伴关系）的混合模式，其生产和部署得以加速。这种模式分散了工业负担，并实现了快速采购。

工业产能与规模化

自2023-2024年以来，乌克兰的国防工业基础迅速扩张。产量的增加、进口替代以及在电子战、摄像头和无人机部件等领域的专业知识增长，使得小批量快速原型制造成为可能。乌克兰仍然依赖部分外国传感器和专用芯片，以及美国制造的M2重机枪的供应。

生产方式：

• 模块化与商用现货优先设计，允许快速组装和低成本。
• 众筹批量采购，使得数十套单元能够快速生产。

瓶颈：

• 外国部件仍存在供应风险；然而，乌克兰通过尽可能使用低成本的商用现货传感器来缓解这一问题。

生产节奏。乌克兰已能够一次制造一批次的单元（例如，通过150万美元的众筹活动采购10套单价15万美元的炮塔）。分布式组装和部件的灵活替代创造了快速的交付周期。

可借鉴的实施步骤包括：

• 试点计划。在某个测试旅部署3-5套模块化炮塔原型。
• 条令/交战规则（ROE）审查。明确人员控制和法律监督结构。
• 本土生产扩展。确定合作伙伴以扩大组装和集成规模。

印太影响

分散的岛屿基地、后勤枢纽和预置库存面临大规模无人机系统和游荡弹药威胁。低成本自主炮塔可以在不消耗昂贵导弹库存的情况下提供持续的要地防御，增强舰船和陆基防空能力。

东翼威慑线（EFDL）影响

欧洲漫长的战线和高密度的无人机威胁需要可扩展的要地防御层。自动化炮塔网络可以减轻高端导弹系统的压力，并提高后勤站点和部队集结地的生存能力。

本土防御影响

无人机和巡航导弹等低成本空中威胁的日益复杂化和扩散，要求本土防御战略进行范式转变。当前作为近程防空一部分对昂贵、高端拦截器的依赖，在应对低成本、可消耗无人机蜂群时是不可持续的，且在经济效益上是失败的。将乌克兰经过实战验证的“天穹哨兵”系统应用于防空计划，为这一不断演变的威胁态势提供了战略上合理且财政负责的解决方案，并可解决在无人机系统方面的脆弱性。

局限性与伦理/法律考量

自主开火需要严格的“人在回路”/“人在回路上”机制和法律监督。基于火炮的系统无法应对远程或弹道威胁，必须作为分层防御架构的一部分。即使目标是机器，例如使用“天穹哨兵”等自主武器系统，问题在于这些系统是否受国际人道法核心原则的约束，以及合规性是否是强制性的。如果“天穹哨兵”“失控”并击落了一架有人驾驶航空平台怎么办？这些问题引发了关于基于人工智能反馈做出交战/不交战决定的责任归属的关切。

建议

可借鉴类似于乌克兰“天穹哨兵”的、经济高效且自动化的火炮防空策略，以消除低成本无人机系统威胁，同时节省高价值导弹库存，从而增强应对大规模无人机攻击的整体弹性。借鉴乌克兰的敏捷开发模式，可以通过快速原型制造和利用商用现货技术进行分布式生产，加速创新防御解决方案的部署。此外，优先投资于人工智能驱动的传感器融合和瞄准系统，将改善态势感知和交战效率。随着自主系统融入作战行动，建立强大的控制机制（将人的判断、情境理解和伦理推理融入人工智能工作流程）以提高准确性、可靠性和公平性，对于降低风险并确保符合伦理和法律标准至关重要。最后，开发具有自动化炮塔网络的可扩展要地防御架构，将提供持续的防御能力，增强资产的生存能力，并减轻高端导弹系统的压力，从而有助于建立更强大的防御态势。

对陆军DOTMLPF-P框架的启示

采用类似“天穹哨兵”的近程防空/反无人机系统将涉及DOTMLPF-P框架的许多方面。

条令。 继续完善基于编队的分层保护，包括技术集成、分层防御和作战灵活性。这将应对现代威胁、先进无人系统以及现代战场上可能遇到的其他复杂挑战。

组织。 在关键的现代化司令部内，如转型与训练司令部，特别是火力卓越中心和防空炮兵，建立反无人机系统快速集成小组。

训练。 开发新的“自主哨兵操作员”课程和相应的“模块化系统维护员”认证。

物资。 开发具有开放式架构人工智能、通用机枪底座和可互换传感器套件的模块化炮塔套件。利用商用现货开始小批量初始生产，以加速交付。提供经济高效且可互操作的套件，并利用工业界优势。

人员。 设立“自主防御系统监督员”职位。可分配给防空兵或基地安全人员。这些人将不是炮手。他们的工作是从指挥中心监督炮塔网络，管理人工智能的瞄准建议，并应用交战规则来授权或否决交战。设立“模块化系统技术员”职位。可分配给现有的电子/信息技术维修专家。其任务不是传统的军械员，而是通过运行诊断、更换商用现货传感器或处理器模块、加载软件更新（类似于信息技术现场技术员）来执行“即插即用”式维护。

设施。 现有的电子和计算机维修车间可用于维护系统的模块化组件。不需要新的仓库。最重要的新设施需求将是在训练枢纽（如防空炮兵学校）建立一个“反无人机系统集成实验室与模拟器中心”。该设施将配备用于培训监督员的高保真模拟器，并作为部署前测试新软件负载和商用现货组件的实验室。现有的无人机系统/反无人机系统靶场可适用于“天穹哨兵”。由于.50口径子弹的弹道和最大射程，与C-RAM或近程防空系统不同，不需要大型靶场区域。

政策。 更新关于自主武器的政策，明确规定允许的自主级别、监督机制和认证途径。此外，审查并酌情修订适用于人工智能武器系统的“战争法”。

结论

陆军可以从“天穹哨兵”的生产和使用中汲取的经验，以及战略启示包括：

• 经济高效的分层防御。乌克兰证明，廉价的自动化火炮防空可以消除廉价无人机，同时保留昂贵的导弹库存。
• 快速原型制造与分布式生产。乌克兰在数月内部署新系统的能力，显示了敏捷团队、商用现货硬件和迭代设计的价值。
• 软件和人工智能是决定性优势。突破不在于火炮，而在于人工智能驱动的传感器融合和瞄准！

最终，“天穹哨兵”作为一个关键案例研究证明，防空的未来不仅在于更先进的导弹，还在于更智能、更快速、更具经济可持续性的系统。通过内化这些经验教训，美国陆军可以调整自身力量，以更好地应对那些将定义现代战场的分布式低成本威胁。

参考文献

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