引 言
小型、微型无人机按大小和航程可这样划分,小型无人机:任务半径可达数千米,飞行高度达数百米,质量达数千克;微型无人机:任务半径可达数百到上千米,飞行高度达数十米,质量达数十克到数百克。
小型无人机具有成本低、安全性好、质量轻、体积小、灵活、机动等突出特点,特别适合在地区冲突和反恐作战中、在人口稠密的城镇环境下使用。小型无人机具有翻山越岭、绕过街角实行近距离作战的能力,可为地面部队进行侦察警戒和搜索行动,实时提供情报。
1 云雀(Skylark)系列无人机
云雀无人机由以色列埃尔比特公司研制生产,它在无人机发展领域里提供了一种与众不同的新概念,将以往的无人机发展成为一个由单兵便携发射的、完备的空中巡逻监视系统,成为一种随时掌握战场主动权的特殊装备。目前,埃尔比特公司也在不断升级云雀小型无人机,已由原来的单兵携带的云雀Ⅰ发展到车载导轨式发射器发射的长航时云雀Ⅱ-LE。
1. 1 云雀Ⅰ
云雀Ⅰ无人机是一种常规小型无人机,机长为2. 2 m,翼展为2. 4 m,质量5. 5 kg,航程10 km,巡航速度37 km/h ~74 km/h,续航时间约2 h。该机用手掷发射,借助于一个可重复使用的气囊着陆,气囊在飞机下降过程中被一小型电风扇吹胀。它还可以在深度失速的状态下着陆。云雀带有一个相当稳定的光电有效载荷,具有10∶1光学变焦能力。这一特性在其它小型无人机上极为罕见,它使云雀能够飞近目标并在其上方悬停,出色地完成侦察任务。
云雀Ⅰ小型无人机采用万向架支撑的位标器和无人机的导航系统,具有锁定地面目标的能力。先进的航空技术和性能稳定的传感器使得飞行器更容易操控,操作人员通过向无人机下达一些简单的命令操纵无人机。这些命令有:“看这里”、“看那里”、“靠近目标”、“离开目标”、“跟踪”、“搜索”等。
云雀Ⅰ无人机能精确到距目的地5 m的范围内自主着陆,它是靠gps全球定位系统和微机电系统惯性数据结合的软件来预知气囊中气体的状态来实现这一高难要求的。系统在不利的天气状态,包括大风中也能正常操作,该型无人机完成任务后还可收回、装箱运送、重复使用。2004年云雀Ⅰ被以色列陆军选用并已部署了若干套。除了以军以外,现在全球已经有15个国家采用云雀Ⅰ小型无人机装备其营级规模的部队,包括法国、澳大利亚、加拿大、瑞典、荷兰、墨西哥和韩国等。
1. 2 云雀Ⅰ-LE
近两年,云雀Ⅰ在性能上得到大幅提高。云雀Ⅰ-LE在原云雀Ⅰ无人机的框架结构上有些改变,整合了一个新型电池组,长航时小型无人机的续航时间由2 h增加到3 h,航程超过15 km。
据报道, 2009年以色列国防军已经选用埃尔比特公司的云雀长航时小型无人机装备其营级地面部队,这是天空骑士(SkyRaider)项目的内容之一。每套系统包括3架无人机、2个先进的U-STAMP静态监视和对准有效载荷、通信系统和1个小型地面站,整套系统可装入两个背包内。无人机能够全自主(预编程)飞行。
1. 3 云雀Ⅱ
以色列埃尔比特公司对云雀Ⅰ无人机进行了升级改进,云雀Ⅱ是一种近距离战术无人机系统,可以提供先进的高性能的情报、监视、目标截获与主要侦察能力。云雀Ⅱ的设计主要用于装备旅级和营级机动部队,而且能够满足全球地区性反恐作战(GWOT)的需要。
云雀Ⅱ翼展增加到4. 2 m,可在中空飞行约6 h,任务半径达50 km~60 km。较大的云雀Ⅱ不是手掷发射,而是靠一个安装在车顶部的导轨式发射器发射。
在战场上,系统可通过装备了综合发射装置的悍马(HMMVEE)越野车进行点发射和点回收,同时系统还配备有双站式地面控制站。云雀Ⅱ的尺寸和质量使得仅需1~2名人员即可完成整个任务过程。云雀Ⅱ能在机动中操纵,可在超低空或中空执行隐蔽的飞行任务,拍摄清晰的图像,或借助云层的掩护进行作战侦察。
云雀Ⅱ的静音性能优越,由于云雀Ⅱ采用了基于可充电电池组的全电推进,飞行时的声音很小,据称,在130 m外就听不到声音,不易被敌方发现。它采用的电推进技术,不仅噪音小,而且结构简化、质量小、效能高,特别适合在反恐作战环境中使用。
2006年,埃尔比特公司将推出的一种新型的超轻型热成像传感器安装在云雀Ⅱ上。该传感器的质量为0. 7 kg~0. 8 kg,是同类传感器中最轻的。该型无人机前端就是直径20 cm的球形传感器转塔(如图3所示),内装有昼用高清晰彩色CCD摄像机、高分辨率非制冷长波(8μm ~12μm)前视红外摄像机和激光照射灯及跟踪器。它可以提供宽的视场覆盖,可连续跟踪移动目标,而且分辨率高于以前任何同类型传感器。
云雀Ⅱ无人机热成像传感器
1. 4 云雀Ⅱ-LE
埃尔比特公司又将其云雀Ⅱ无人机升级为长航时的云雀Ⅱ-LE,从外形上看,云雀Ⅱ-LE几乎完全变成了一个新模样,它在整体结构上有很大变化,发动机被转移到后部,改变了机身的尾部构造,续航时间也增加了一倍多,超过15 h。其新的数据链可以在高达150 km的范围内操控无人机,这将使其竞争力超过波音公司的热门产品扫描鹰(Sca-nEagle)。云雀Ⅱ-LE无人机将成为标准的云雀Ⅱ产品。
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2 陨石(SkyLite)系列无人机
为了避免与埃尔比特/银箭公司的云雀发生混淆,以色列的拉斐尔(Rafael)公司把它的发射管中发射的小型无人机命名为陨石(SkyLite)。陨石系列无人机已发展到现有的陨石A、陨石B和远程陨石(B-LR)三个型号。
2. 1 陨石A (SkyLiteA)
陨石A是一种便携式的、用发射管发射的空中巡逻无人机,质量6. 5 kg,翼展1. 7 m,直径12 cm。无人机借助小型助推器肩扛发射,发射后,机翼快速展开到飞行姿态,由电动机驱动,可以回收。无人机装备一个稳定的照相机,可覆盖广大区域、监视感兴趣的目标。它可以飞抵10 km远的目标并巡弋1 h,提供实时图像直接支持战斗编队。其优点是:操作人员可在隐蔽处控制发射,不必在旷野中站立或奔跑;其尺寸略大于手掷发射无人机,这就允许它携带续航飞行1 h所需的电池。
此外,拉斐尔公司利用自己的导弹技术在陨石无人机的头部安装了一个二轴框架稳定的寻的器,这也是小型无人机市场上唯一的一种双波段昼用+红外寻的器( dual-band day-plus-IR seek-er)。该寻的器采用了拉斐尔公司在空地和反坦克导弹中使用的技术。陨石无人机可以用其传感器锁定目标并在目标被烟雾或障碍物遮蔽时重新捕获目标,非常适于特种部队和城市作战。
2. 2 陨石B(SkyLite B)
陨石B无人机以陨石A为基础进行设计,并重新设计了V型尾翼和较大的翼展(陨石A为1. 7 m,而陨石B为2. 4 m),改进了电池,采用新的稳定有效载荷和一个增强的地面控制系统,提供一种较为耐用的士兵终端。无人机的质量仍维持在6. 5 kg。陨石B支持营级和营级以下作战部队以及特种部队作战需要,续航时间90 min,可以在恶劣气象(如风速54 km/h)的条件下飞行。
陨石B既可以用发射管发射,又可以用轻型弹射器发射。这种弹射器质量仅为4 kg,不用时可叠放在一个手提袋中。无人机装备可充电薄膜锂电池,借助降落伞和充气气囊的帮助可实现软着陆回收(如图5所示)。着陆后更换电池和降落伞、折叠气袋后,便可立即恢复飞行状态。陨石B使用以色列Controp公司的D. STAMP袖珍型万向稳定的光电有效载荷,能够从约90 m~600 m的高度传输高分辨率图像。
拉斐尔公司在开发陨石无人机的数据链时,考虑到巷战时视线容易受阻,因而使用了高功率数字信号处理技术。公司声称,即使发射机在一座大楼内四处移动,也能与数据链保持联系。
经过长期的研制和试验飞行后, 2004年底拉斐尔公司向以色列陆军司令部演示了这种新型小型无人机。陨石B在恶劣气象条件(包括下雨和强风)下的演示试验中展示了能力,包括执行常规作战、保卫城市安全等多种任务,提供需要的数据流和高精度图像,向部署中的步兵实时提供高质量的情报等。
2. 3 陨石B-LR(远程)
以色列拉斐尔公司推出的最新款远程陨石B-LR无人机是在陨石B原机身的基础上增加了一个功率更大的电池组和扩展翼。原有陨石B的质量为6. 5 kg,新系统增加了1. 5 kg。
现场操作人员能够选择是否安装LR组件。完整的系统包括2~3架无人机,空中弹射发射器、便携式任务控制单元、电池和燃料。此外,陨石B-LR装备了一个安全的数据链,扩展了任务距离。2007年拉斐尔公司演示验证了陨石B-LR无人机,在演示中,该机进行了3个小时的耐久飞行,飞行距离达35 km。
据拉斐尔公司透露,与原结构相比,陨石B-LR能够更快地装配,不需使用工具就能使其快速转向。该系统还装备了万向节和稳定光电载荷,内置的光电跟踪器和一个光学相机制导模式,这将使系统自动连续地跟踪一个移动目标。
3 以色列其它小型无人机
3. 1 鸟眼(Bird Eye)系列无人机
鸟眼是以色列飞机工业公司(IAI)研制的小型无人机系列,主要有三种型号:鸟眼-100、鸟眼-400和鸟眼-500。它们的机身长分别为0. 80 m、0. 80 m和1. 56 m;翼展分别为0. 85 m、2. 2 m和1. 2 m;质量分别为1. 3 kg、4. 1 kg和7. 5 kg;航程分别为5 km、15 km和10 km;有效载荷从100 g到1 kg,最大续航时间为100 min,最大飞行高度305 m。该无人机可通过手掷或弹射发射。
鸟眼有一个与众不同的特性,即在倒飞姿态时可以恢复深度失速以保护有效载荷免受损坏。尽管鸟眼主要为炮兵和特种部队使用而设计,但它的欧洲经销商———MALAT国际航天协会和CondorBV公司,也努力争取大众用户应用此系统。2004年6月在荷兰阿姆斯特丹由CondorBV公司成功地进行了鸟眼-500的演示验证。这次演示验证内容有交通管制、人和车辆的探测和跟踪、火灾探测、都市和农场地区监控。鸟眼-500无人机的续航时间在1 h以上,能为跟踪、侦察和监视实时提供昼夜图像数据。
鸟眼-400是典型的轻型无人机,用于在距地面指挥所10 km~40 km的半径范围内进行低空侦察和巡逻。主要任务是为分队实时提供最近的山(楼房)等地形的情况。
鸟眼-400无人机最大起飞质量5. 6 kg,有效载荷1. 2 kg。
微型电动机可保证其续航时间约1 h,最大作战半径10 km,飞行高度约3 400 m。尽管有效载荷小,它可携带非常有效的MicroPOP观察与侦察系统,可在几分钟内更换传感器:昼间电视摄像机或红外摄像机,并装备视距内通信数据交换装置。1架无人机全套系统可装于2个步兵背包中,可有效用于特种作战小组行动。一套“双背包”系统包括3架无人机,一套光电设备、便携操控台、通信系统、电源和修理工具,战勤编组2人。2009年初俄罗斯就已向以色列IAI公司订购了鸟眼-400无人机,于年底前交付。
3. 2 海鸥(Seagull)无人机
海鸥是埃尔比特公司研制的另一种小型无人机。该机质量4. 5 kg,采用折叠飞翼设计,其外形与鸟非常相似,身长从152. 4 mm~609. 6 mm不等,可从安装在车、船或飞行器上的发射筒中发射,航程10 km,巡航速度37 km/h~74 km/h,续航时间为4 h。海鸥为一次性使用无人机,携带的传感器没有云雀无人机的复杂。与其它无人机的明显不同在于,这些小型无人机的机翼能够在飞行过程中变形,改变其飞行稳定性和灵活性,特别适用于城区环境中使用。
研究表明,海鸥能够在飞行过程中盘旋、俯冲或快速爬升,在改变飞行状态时,海鸥的翅膀
在肩部与肘部连接处可灵活变形。当肘部向下折回后,无人机失去飞行稳定性,但灵活性增加;当肘部向上伸直后,无人机重获稳定性滑翔飞行,操控性好且易于降落。无人机飞行过程中,发动机能够在12 s内控制机翼从向下折叠状态转变为向上展开状态。另外,海鸥小型无人机能够在1秒钟内3次翻转360°,机动性极佳。
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3. 3 I-See无人机
以色列飞机工业公司的Malat分公司推出了其最新的I-See无人机,该无人机是一种增强型小型无人机,其翼展为2. 9 m,机长1. 82 m,续航时间约1 h,航程为5 km~10 km。I-See无人机由600W的电动机推进,起飞质量为7. 5 kg,载荷质量为0. 8 kg,它可携带电视和红外光电传感器。I-See无人机还装有数据链通信设备。该无人机主要设计用于短距离监视、侦察和打击评估任务,并且能很好地完成在山上(on the hill)的任务。
3. 4 轨道飞行器(Orbiter)无人机
轨道飞行器小型无人机由航空防御系统公司研制,是为军事和国土安全任务而设计的紧凑、轻型无人机系统,适用于低强度武装冲突和城市作战行动。机身采用无尾设计,由复合材料制成,柔性着陆,空气动力性能好,巡航速度为38 km/h ~120 km/h,采用小型弹力装置发射或手掷发射。整套无人机系统可装于一个背包内,只需一人经过很短时间的培训就能完成无人机的运输、组装、发射等操作,并可在10 min内装配完毕。这种无人机几乎可以静音飞行。它装备有先进的航空电子组件、数据链路和精确的GPS、惯性导航系统,能够在15 km的距离实时传输图像。轨道飞行器最大起飞质量6. 5 kg,最大有效载荷1. 5 kg,它的有效载荷包括一个昼用10倍聚焦的彩色CCD传感器和夜用低照度相机。轨道飞行器无人机用电动机驱动,可在距地面约150 m ~610 m的高度上执行1. 5 h的任务,并已经过以色列陆军100 h的野外测试。轨道飞行器无人机在整个任务阶段(包括发射和回收时)自主飞行,将人员操作和后勤保障的要求降至最低。
4 结束语
在小型无人机研制领域,以色列处在仅次于美国的世界领先地位,并且不断有新型号无人机问世。以色列国防工业部门目前还在研制下一代概念的、靠电力驱动、用于单兵携带的微小型无人机。在未来信息化战争中,这些适于单兵携带、发射、零伤亡又经济实惠的小型无人机必将大显神威。
参考文献
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