摘 要 无人机技术在现代战争中发挥着越来越重要的作用。文章介绍了国外无人机技术的发展历程以及装备的研制、改进情况,指出了在现代战争中发展无人机技术的优势和重要性,重点探讨了几种无人机技术的性能及其特点,最后论述了无人机技术的发展动向与分析。
1 引言
为了适应未来战争的需要,各军事强国都在极力发展能够主宰未来战场的先进武器,其中引人注目的是无人机的发展。尽管从目前的实际情况来看,无人机不可能很快取代轰炸机、战斗机成为战争的主力,但无人机与有人驾驶飞机的配合使用将进一步提高攻击一方的进攻能力和作战灵活性,使战争的形态发生变化,因此,有必要关注国外无人机技术的发展,深入研究无人机可能对未来战争产生的深远影响。本文就国外长航无人机、微型无人机、侦察无人机、隐身无人机、战斗无人机、多功能无人机等,作进一步的研究和探讨[1]。
2 长航无人机
长航无人机的能力不仅是多频谱、多波段的,而且都是数字化,能够提供实时视频和图片,当有云层遮掩或者清晰度不足的时候,还允许飞机降低飞行高度增加辨识能力。大型高效能无人机可以大大减少使用空域的无人机数量,进而减少通讯频道的占用压力。像全球鹰那样的无人机,数千平方公里的大战区里最多同时会有5~8架,卫星通讯频道占用程度在许可范围,远程短波通信频道占用程度也能接受[2]。
2009年11月20日美国《空中打击》网站报道:美国空军授予了诺斯罗普·格鲁门公司的价值3.029亿美元刺激资金的合同,采购5架RQ-4全球鹰高空长航时(HALE)无人飞行器系统。根据第7批采购合同中要求,诺·格公司将向俄亥俄州Wright Patterson空军基地的303航空系统小组交付2架第30批次和3架第40批次飞行器。
交付中还包括一套地面站,附带发射及回收单元以及任务控制单元,外加2部额外的传感器套件,用于升级原有的飞行器。该合同将于2011年前完成。
诺·格公司将于2010年交付2架装备了增强型集成传感器套件(EISS)的第30批次飞机,该套件可提供电-光/红外以及合成孔径雷达成像能力。这批飞机还将增加飞机信号情报载荷。第7批采购合同还包括第一个多平台雷达技术附着项目的载荷,根据合同,该设备将于今年晚些时候交付。诺格公司还将在飞机交付之前交付2套EISS套件。
作为全世界第一个全自主飞行的HALE无人机系统,全球鹰的飞行高度可以超过60000ft,并持续飞行32h,向空中、地面和海上武装力量提供几乎是实时的侦察图像和信号情报数据。与性能相当的有人飞行器相比,全球鹰的航程是其三倍,且花费仅相当于有人飞行器的一小部分。与其他类似的无人机系统相比,一架全球鹰采集的信息相当于18架较小的中等飞行高度的无人机系统的总和。
3 微型无人机
微型无人机,是指翼展和长度小于15cm的无人机,也就是说,最大的大约只有飞行中的燕子那么大,小的就只有昆虫大小[3~5]。
2009年9月23日法国《防务宇航》报道:美国海军已经决定全面部署经过多项改进的T-Hawk微型无人机。
这一决定标志着该无人机的全系统改进已经经过验证与评估,适合作战使用,且在后勤支援上也是可行的。美国海军系统司令部海军与海军陆战队小型及战术无人机系统项目办公室已经从霍尼韦尔公司购买了90套该微型无人机系统。T-Hawk无人机正被伊拉克和阿富汗等地的联军用于爆炸物处理,定位与识别简易爆炸装置。此90套无人机的部署将于2009年12月以前部署完毕。
T-Hawk的一个改进型号之一是T-HawkBlock II,它装备了一套燃料空气自动混合控制系统,可以减少操作人员在任务执行之前的准备工作。此外,T-Hawk在改进中加入了带万向架的光电或红外载荷,以及一个数字式视频设备。
2009年11月16日美国《空军技术》网站报道:波音公司从美国空军研究实验室获得一份价值50万美元的第一期合同,演示用于无人机的微型武器技术。波音鬼怪工厂部门主管Carl Avila说:“无人机越来越多地要求执行打击任务,这项武器技术是专门为那些任务而设计的,其技术目的是减少附带损伤,并允许作战人员应对包括郊区地形环境在内的各种不同目标。”初始项目为期9个月。作为主承包商,波音公司将利用其在联合直接攻击弹药和小直径炸弹项目的经验来开发综合系统、导引头、航电设备、制导控制和任务规划系统。主供应商KaZaK复合材料公司将建造机身,Ensign Bick-ford航空国防公司将设计和制造战斗部,Systima技术公司将提供发射器的集成和测试服务。SAIC公司将提供导引头系统工程和导引头算法,Mus-tang技术公司将提供爆高和可供选择的雷达。第二期合同为期两年,合同总额为650万美元。波音公司是美国无人机生产的主要厂商之一。小直径炸弹(简称SDB)是美国航空武器中心和空军研究试验室牵头开发的一种新型武器。从2003年开始,美军一直在研制、试验这种新型精确制导炸弹。波音公司目前正在实施一项为期3年的、称之为“微型巡航导弹弹体技术”验证计划,该项计划是为了满足美国空军远征部队所需使用武器要求。微型巡航导弹的速度约为M数0.8,最大飞行高度为7620m,重量为454kg,采用旋转式弹翼,带子母式战斗部,装激光雷达导引头,用于无人战斗机。
[page]
4 侦察告警无人机
采用先进的信号处理与通信技术提高了无人机的图像传递速度和数字化传输速度;先进的自动驾驶仪使无人机不再需要陆基电视屏幕领航,而是按程序飞往盘旋点,改变高度和飞往下一个目标。新一代的无人机能从多种平台上发射和回收,例如从地面车辆、舰船、航空器、亚轨道飞行器和卫星进行发射和回收。地面操纵员可以通过计算机检验它的程序并根据需要改变无人机的航向。而其他一些更先进的技术装备、如高级窃听装置、穿透树叶的雷达、提供化学能力的微型分光计设备等,也都安装在无人机上[5]。
2009年7月15日诺斯罗普·格鲁曼公司报道:最近,诺斯罗普·格鲁曼公司开发的MQ-8E火力侦察兵(Fire Scout)垂直起降战术无人机(VTU-AV)进行了一项试验,在美国进行测试的无人机将光电/红外传感器的实时视频流发送给了参加巴黎航展的工作人员。
这段视频流是该架美国海军无人机在飞越马里兰州帕图森美国国家科学院(NAS Patuxent
River)韦伯斯特大楼时拍摄的。无人机是在一个海上训练场操纵的,能够提供视频中所选择的切萨皮克湾(Chesapeake Bay)和马里兰州南海岸的实时连续图像流。此外,为了测试火力侦察兵的通信中继功能,美国海岸警卫队操纵一只刚性充气橡皮艇(RHIB)作为水上主要目标,无人机操作员(AVO)通过火力侦察兵直接与RHIB进行通信。
无人机被用作清晰语音中继(Clear Voice Relay),使用一台无线电和一个经核准未使用的UHF频率,其他无线电被设为海事频段。这种结构允许海岸上的AVO与水中的RHIB直接进行通信。
MQ-8E火力侦察兵采用了FLIR系统公司的BriteStar II,其中含有光电/红外传感器和激光测距机/照射器,可以探测战术目标并对其进行识别、跟踪和照射,将瞄准信息精确传输给打击平台并进行作战毁伤评估。
5 隐身无人机
现在军用红外观察仪已经用得很普及,肩射地空导弹差不多都采用红外制导,因此无人机的红外辐射特性是隐身性能的一个重要方面[6]。
无人机的红外辐射源主要有两个,一是机体,另一是发动机。而红外辐射强度及辐射频谱中的峰值波长是两个必须考虑的重要因素。两者都主要与辐射源的温度有关。
根据韦恩定律(Wien s Law) ,对于黑体,即辐射率为1.0的物体,红外辐射峰值波长λmax =2898/T (μm),其中(式中T为物体绝对温度)。而红外辐射强度与物体温度关系更大。每单位面积单位时间辐射的能量与物体的绝对温度的四次方成正比。
因此降低红外辐射源的温度是红外隐身的关键。
对于亚音速中、小型喷气式无人机来说,机体温度很低,一般只比外界大气温度高一、二十度,其红外辐射特性可不予考虑,所以喷气发动机的尾喷流是主要的红外辐射特征。
2009年7月23日美国《每日航宇》报道:驻亚太地区空军对隐身飞机的需求不限于有人战斗机,具有隐身性能的无人侦察与攻击飞机也在需求之列。
即将提升为空军副参谋长的现任太平洋空军(PACAF)司令Howie Chandler将军认为,驻太平洋地区空军对隐身无人情报、监视与侦察(ISR)飞机有着紧迫的需求,如果能称心如愿对他们来说将是一件非常有益的事情。
全球鹰是美国空军高空、长航时情报收集无人飞机的选型机,但是更便宜的新型隐身无人机对一些需要形成网络和隐身ISR能力的防务预算较小的国家来说更具有吸引力,像通用原子航空系统公司的捕食者C,虽然它的航程和飞行高度均不及全球鹰。
Chandler称,对于那些由于预算问题或其他原因不能采购全球鹰的国家,要确保捕食者C之类的无人机能成为他们的意向对象。他表示:“我知道日本对此非常感兴趣。他们已经参与了我们有关全球鹰的所有论坛,如果我们都拥有相同的装备,事情将变得很简单。只要他们在数据层上保持一致,这将不是问题。”但是他也表示,数据共享将可能会遭到反对。
2009年8月22日英国《国际飞行》报道:美国海军和空军研讨重启已经暂停了3年的隐身无人空中作战系统(UCAS)研发项目。
此次研讨协商主要是将空军有关工作人员纳入到海军无人空中作战系统验证机项目管理办公室,其目的是为了联合验证诺斯罗普·格鲁曼公司生产的X-47B在航空母舰甲板上的着陆能力,拟在2013财年实现中空加油。
据海军无人空中作战系统项目经理马丁·戴珀称,双方的介入是为了促进双方互相了解对方所做的工作,这也是双方合作的一个良好开端,因为海军和空军对类似这样的系统有相似的需求。
在项目取消的3年时间里,美国海军独自启动了无人空中作战系统验证机项目,在2007年从X-47B和X-45C中选择了X-47B。X-45竞标失败后,波音公司决定自筹资金,在X-45气动结构的基础上,发展鬼怪鳐鱼(Phantom Ray)无人空中作战系统,计划2010年12月首飞。
[page]
6 战斗无人机
无人战斗机将携带与有人战斗机类似的雷达、红外搜索和跟踪系统以及自身防卫等传感器,其研究方向主要是降低尺寸、重量和成本、以及如何将这些传感器与无人战斗机更好地优化集成[7]。
提高制导精度和改进战斗部是无人战斗机武器系统发展的关键,小口径智能炸弹(SSB)和低成本自主攻击系统(LOCAAS)将是无人战斗机目前最理想的武器。高功率微波和激光等能束武器及其致命和精准将是未来无人战斗机的最有效的武器。
2009年7月12日美国《海军时报》报道:X-47B作战无人机将于11月在洛杉矶北部的莫哈韦沙漠进行首次实飞。无人机在加利福尼亚州爱德华兹空军基地的首飞将成为其试验过程中的关键里程碑,之后的重要试验将是在航母上着舰。
蝙蝠翼形的X-47B无人机是由诺·格公司设计的无尾无人机,能够在航母上遥控起降。由诺·格公司和美国海军研制的作战无人机(UCAS)演示样机于2008年12月正式亮相。
诺·格公司领导X-47B无人机与航母集成项目的蒂姆·比尔德称,该无人机计划2011年开始海试,试验将在美国东海岸附近的杜鲁门号和艾森豪威尔号航母上进行。
2009年9月2日法国《防务航宇》报道:美国在白沙导弹靶场成功用诺斯罗普·格鲁曼公司猎人无人机对gps制导型毒蛇(GPS VS)武器系统进行了试验。GPS制导型毒蛇将很快能够装备到猎人无人机上,为紧急作战任务提供支持。
在GPS制导型毒蛇武器系统中,GPS提供了以GPS坐标为基础的非精确导航,与此同时,该武器仍保留了激光制导提供的精确制导能力。以前的普通型毒蛇弹药需要猎人无人机飞至目标上空,而GPS制导型可以从9.6km(6mile)外发射。此外,GPS制导型毒蛇能同时跟踪移动和静止目标。2009年11月23日美国《防务工业日报》报道:MQ-9死神无人机(uav)(曾被称为捕食者B)在外观上与捕食者无人机有几分类似。不同之处在于无人机的尺寸、尾部结构以及挂载的武器。MQ-9无人机长10.97m,翼展20.12m。最大起飞重量达4763kg(10500 lb),能够携载1814kg(4000 lb)燃料、386kg(850 lb)的内置载荷/传感器载荷以及1361kg(3000 lb)的武器载荷。无人机翼下配有6个挂点,能够挂载杰达姆(JDAM)GPS制导炸弹、宝石路激光制导炸弹、响尾蛇空空导弹(用于空中自防御)等与MIL STD 1760兼容的武器。另外,该无人机还可挂载海尔法反坦克导弹及激光制导型海德拉火箭弹。当挂载激光制导型海德拉火箭弹时,死神就变身为近空支援战斗机(只是态势感知能力稍差、速度略低、生存能力较弱),能够保持更长时间的战斗状态。有人已将MQ-9归为首批装备的无人战斗机(UCAV)。
7 多任务无人机
就任务而言,无人机今后将承担更多的角色。例如,无人机与直升机一样能执行战术补给任务;无人机在侦察与攻击任务中,电子战任务是由EA-6B徘徊者和EC-130罗盘呼叫飞机执行的[8]。
2009年7月20日美国《航空航天技术周刊》报道:美国导弹防御局(MDA)正在考虑使用已部署的无人机传感器和发展轻型拦截器,作为助推段弹道导弹的拦截方案。
一直以来,MDA重点关注发展中段弹道导弹的拦截能力。但是,由于在2010财年预算中MDA的预算被削减12亿美元,使得MDA转向发展上升段弹道导弹拦截能力。目前,MDA的多拦截器(MKV)计划被中止,动能拦截器(KEI)计划经费被削减。
MDA主任、陆军中将Patrick O'Reilly表示,目前探测系统还无法全程跟踪弹道导弹发射。天基预警卫星,如国防支援计划(DSP)卫星和天基红外系统卫星,在导弹穿出云层前,还不能准确跟踪导弹发射情况。因此,为实施准确拦截,应提供更为前沿的预警跟踪能力。目前,无人机显示了在前线跟踪弹道导弹发射的潜力。
2009年4月7日,美空军进行了无人机跟踪弹道导弹发射的试验。在试验中, MQ-9收割机(Reaper)无人机携带MTS-B光电/红外传感器,跟踪了以色列箭-2导弹的发射,箭-2能模拟伊朗的“流星”-3(Shahab-3)中程弹道导弹。MTS-B传感器由雷声公司研制,能跟踪处于上升段以多种速度飞行的目标。美军没有透露无人机的跟踪位置与跟踪距离的相关数据。MQ-9无人机获取的跟踪据通过卫星传回了国防部的分布式共用地面系统,该系统还处理U-2飞机、全球鹰无人机、捕食者无人机等获取的信息。
O'Reilly认为无人机以及MTS-B传感器再经过几次测试,可在2年内形成作战能力。为实现导弹拦截,MDA还需提高标准-3导弹的发射速度和研制质量更小的轻型拦截弹,拦截能力有望在数年内实现。目前,拦截弹的备选方案有:标准-3导弹的Block I B弹头和Block IIA弹头。
2009年8月13日英国《飞行国际》报道:一系列已经准备就绪用于飞行和地面测试的技术将加速美国有人机和无人机的综合,这些飞机既执行战略任务也执行复杂的战术感知任务。
8月21日,针对探测和规避等战术任务的空中测试将在纽约开始,目标是测试为全球鹰(潜在平台包括大型民用无人机系统)设计的新型感知和规避算法。
工程师正在为Calspan公司的庞巴迪利尔喷气(Learjet)25飞机安装诺斯罗普·格鲁门公司研制的新型计算机(使用升级型DRA光学器件和处理器),该机将模拟全球鹰的飞行,感知和规避算法将决定飞机针对入侵目标做出的反应。
三部光学传感器外,利尔喷气25还将在机头装备一部ICx公司研制的空对空雷达、一部交通和防撞系统(TCAS II)以及FAA提供的自动相关监视广播系统。
根据与诺·格公司的合同,去年,Calspan公司测试了用于生成规避路线的早期型硬件和软件。本月将进行的7次飞行中,Calspan公司的另外一架利尔喷气作为入侵目标。9月的7次飞行中,将使用两架FAA拥有的飞机作为入侵目标,全球鹰的模拟机将首次进行自主规避机动。[page]
明年合同到期之前,Calspan公司将试飞全球鹰选装的新型空对空雷达。在马里兰州,GE航空将很快启动战略飞行轨迹项目,从而将无人航空系统综合进空中交通管制系统。项目成果是可以减少未来客货航班的机组人员。
在与FAA和AAI(无人机制造商)等机构联合进行的研究项目中,GE将改进其新一代飞行管理系统(FMS),在飞机、飞机地面站和空中交通管制之间进行联合的四维飞行轨迹协调。项目的目标是使有人机和无人机都融入空中交通管制系统。2009年9月18日美国《航宇日报》报道:洛克希德·马丁公司正联合通用原子航空系统公司计划在2010年下半年将F-35用光电瞄准系统(EOTS)的改型—先进低观测性嵌入式侦察标准(ALERT)系统应用到复仇者无人机上。
由于被安装在多面体蓝宝石玻璃窗口后方,该中波红外传感器与捕食者或死神无人机用的传统、外置型光电/红外(EO/IR)转塔相比,能够有效降低采取后掠翼机型和喷气式推进方式的复仇者无人机的信号特征。但洛克希德·马丁公司指出,通过将传感器安装在窗口后方的方式使得传统的EO/IR传感器具备隐身性能,传感器性能会降低。
F-35用EOTS为了最大化孔径尺寸,其光学装置被设计安装在靠近窗口的地方。
复仇者无人机是通用原子公司正在研发的用来满足美国空军MQ-X无人机需求的备选对象。MQ-X是该公司MQ-1捕食者和MQ-9死神无人机的后继机,拟于2015年后进入服役。
8 结语
随着通信技术、控制技术、材料技术以及计算技术的飞速发展,无人机的技术越来越成熟,在未来现代化战争或局部战争中,对于防空反导、对敌进行近距侦察、对于移动或重点目标,实施有效干扰、突然袭击等,适时运用无人机,都会达到预期的效果[9]。
参考文献
[1]沧桑.国外正在研制的无人战斗机[J].国外科技动态,2005(5):35~38
[2] EADS希望在2010年签署Talarion中空长航时无人机协定[DB/OL].2009:11,23,中国国防科技信息网
[3]波音公司演示用于无人机的微型武器技术[Z].每日防务快讯,2009,12,3
[4]刘焕松.微型无人机的尖端领域[J].轻兵器,2005(11):32~34
[5]波音公司公司获得跟踪潜艇无人机系统研究合同[Z].每日防务快讯,2009,11,1
[6]美空军和海军将继续合作开发隐身无人机[Z].每日防务快讯,2009,8,31
[7]美国MQ-9死神无人机或将成为第一种无人作战飞机[Z].每日防务快讯,2009,11,30
[8]美国陆军计划用天空勇士无人机实弹射击海尔法导弹[DB/OL].中国国防科技信息网,2009,12,4
[9]王永寿.美国加紧开发无人战斗机[J].飞航导弹,2004(1):40~43
