“捕食者”系列無人機地面控制系統的現狀與未來

錢　錕　張　坤

經過多年的發展，“捕食者”系列無人機已經成為了美軍反恐戰爭的主戰裝備，美國空軍正計劃為其采購操作界面更為友好的地面控制系統，以改善美國空軍裝備的“捕食者”系列(MQ-1“捕食者”、MQ-9“死神”)無人機的使用安全性。雷聲公司和通用原子公司正在全力以赴競標“捕食者”系列無人機的下一代地面控制系統。

經過眾多實戰的考驗，通用原子航空系統公司的“捕食者”系列無人機已經成為了美軍重要的反恐情報、監視、偵察(ISR)平臺和戰場時敏性目標精確打擊平臺。但是，現有簡陋的地面控制系統(GCS)已經不能滿足“捕食者”系列無人機面臨的日益復雜任務要求了，美國空軍急需研制新一代操作界面更為友好的無人機地面控制系統。

從“捕食者”到“死神”

RQ-1/MQ-1“捕食者”無人機是由通用原子航空系統公司開發的多用途中高空長航時無人機系統(MALE)，自從1995年交付部隊使用以來，“捕食者”無人機已經在阿富汗、巴基斯坦、波斯尼亞、塞爾維亞、伊拉克和也門等戰場執行過作戰任務，也成為目前世界上參戰次數最多、使用范圍最廣的無人機系統。正是憑借其優異的表現，“捕食者”成為了美軍重要的戰場ISR平臺和時敏性目標精確打擊平臺。

“捕食者”無人機最大滯空時間高達40小時，巡航速度126千米/小時。“捕食者”無人機裝備有作用距離280千米的C波段數據鏈用于近距離通信，裝備有Ku波段的衛星數據鏈用于超遠距離通信。其機頭下方可攜帶重量為204千克的光電/紅外(EO/IR)監視偵察吊艙，吊艙內可容納彩色攝像機、高分辨率的前視紅外系統，而諾斯羅普格魯曼公司提供的小型機載合成孔徑雷達(sAR)為“捕食者”提供了全天候監視能力，其SAR成像分辨率達到了0.3米量級水平。另外，“捕食者”的監視偵察吊艙還具有激光指示/測距、電子對抗和地面機動目標指示(GMTI)的功能。

“捕食者”無人機系統可以攜帶兩枚AGM-114“海爾法”反坦克導彈或兩枚AIM-92“毒刺”空空導彈，使得該無人機系統具備了攻擊地面和空中目標的能力。2005年，美軍正式將“捕食者”無人機的編號從RQ-1改為MQ-1，以表示其主要使命已經由戰場偵察轉變為執行多用途任務，包括使用精確制導武器攻擊地面時敏性目標甚至空中目標的能力。在伊拉克戰場，“捕食者”無人機曾經有過和伊拉克空軍“米格-25”戰斗機交火的經歷，從而使之成為了世界上第一種進行過空戰的無人機。

為了滿足日益增加的民用和軍用的需求，通用原子公司在“捕食者”無人機系統的基礎上開發了“捕食者B”型無人機，編號為MQ-9，也叫“死神”無人機。為了降低風險，節約研發成本，它繼承了“捕食者”無人機的氣動布局、數據鏈系統和飛行控制系統。和“捕食者”無人機相比，“死神”無人機尺寸更大、飛得更快、更高，有效載荷更大，作戰效能更強。“死神”無人機一次可攜帶多達14枚“海爾法”反坦克導彈，或者攜帶兩枚GBU-12“寶石路II”激光制導炸彈加4枚“海爾法”反坦克導彈。將來，通用原子公司還計劃在“死神”無人機上集成227千克的GBU-38 JDAM精確制導炸彈和AIM-9“響尾蛇”空空導彈。而美國空軍還計劃在“死神”無人機上集成具備網絡中心戰能力的空基彈道導彈防御單元(NCADE)，從而使之成為一種能夠部署在戰場前沿并能夠對處于上升/助推段的彈道導彈進行快速打擊的空基反導武器系統發射平臺。

“死神”無人機裝備有改進過的EO/IR系統監視吊艙、AN/APY-8“山貓2”合成孔徑雷達(作用距離超過80千米，其SAR成像分辨率達到了0.1米量級水平。)和地面機動目標指示雷達(功能和美國空軍的JSTARS“聯合星”對地監視飛機上裝備的雷達功能類似)，這套先進的傳感器系統使得“死神”無人機具備了極強的戰場態勢感知能力；“死神”無人機也可裝備多模式海面搜索雷達發展成RQ-9“水手”無人機，為美國海軍提供卓越的廣域海面ISR服務。由于“死神”無人機具備強大的戰場態勢感知能力，并能夠攜帶多種精確打擊武器系統對時敏性目標進行打擊，因此得到了包括美國國土安全部(DHS)/海關和邊境保護局(CBP)、美國海軍、美國航天局，以及英國皇家空軍的青睞。目前，美國空軍計劃采購70架MQ-9，而英國皇家空軍計劃采購13架，另外，德國和意大利空軍也計劃采購MQ-9無人機。

美國空軍前參謀總長麥克莫斯利(Michael Moseley)評論到：“‘死神無人機代表了無人機的技術革命，以前無人機的主要用途還停留在執行ISR任務，而隨著‘死神這樣的專用攻擊無人機的出現，無人機將具備執行多種作戰任務的能力……”

“捕食者”系列無人機的地面控制系統

為了對“捕食者”系列無人機的作戰行動進行遙測控制，通用原子公司為其研發了配套的數字地面控制系統(GCS)?！安妒痴摺睙o人機的地面控制系統由兩名操作人員控制：一名駕駛員(PPO-1)，負責操縱無人機的飛行；一名傳感器操作員(PPO-2)，負責控制各種機載傳感器和武器系統。兩名操作人員并排坐在GCS控制臺前，PPO-1坐左側，PPO-2坐右側。兩者的人機界面類似，都是由四個液晶顯示器組成，其中最上方的顯示器顯示無人機航路規劃和數字地圖疊加信息；而中間的顯示器則實時顯示無人機頭部的彩色攝像機拍攝到的畫面，其作用相當于有人駕駛戰斗機上的平視顯示器(HUD)，而最下方的兩個顯示器則顯示各種傳感器采集到的信息、圖像、戰術信息、飛機狀態和飛行儀表等內容，相當于有人駕駛戰斗機上的多功能下視顯示器(MFD)。在GCS系統的右側安裝有操縱桿，而在座艙左側安裝有油門桿，十分符合美軍戰斗機飛行的側桿操縱習慣。正因為PPO-1和PPO-2的控制界面十分類似，所以，在必要時PPO-1和PPO-2的角色也可迅速進行切換。GCS系統可裝在很多移動平臺上，例如車輛、艦船甚至大型飛機上，以便操作人員在遠離戰場千里之外的任意地點對“捕食者”系列無人機進行遙控。

“捕食者”無人機和地面控制系統都裝備L-3通信公司提供的C波段數據鏈系統終端和Ku波段衛星數據鏈系統通信終端，這樣即使在地球的另一端也可對“捕食者”系列無人機進行遙控。

“捕食者”無人機系統的地面遙控方式有四種：第一種方式是通過C波段數據鏈對無人機進行近程直線(LOS)遙控，其遙控范圍可達280千米，主要適用于無人機的起飛和降落階段，第二種方式是以一架無人機作為通信中繼機對戰場前沿的另一架無人機進行遠程遙控：第三種方式是以一架無人機和一個地面控制系統分別作為通信中繼機和中繼站對戰場前沿的無人機進行遠程遙控而第四種方式則是通過Ku波段的衛星數據鏈中繼對遠在萬里之外的無

人機進行遙控。

2007年9月27日，首架“死神”無人機被派往阿富汗戰場執行作戰任務。10月27日，“死神”無人機首次向恐怖分子發射了“海爾法”空地導彈，11月6日，“死神”無人機首次在實戰中發射了“寶石路”激光制導炸彈。通過衛星中繼遙控的方式，位于美國本土內華達里奇空軍基地的第42無人攻擊機中隊的控制人員，可足不出戶地遙控遠在1.1萬千米之外的阿富汗戰場上的“死神”無人機執行作戰任務地面控制人員將通過衛星數據鏈向無人機傳遞導航和作戰指令，隨時對戰場上的時敏目標發動攻擊。并同時與駐阿富汗戰場的的無人機部隊地面控制站點進行即時衛星圖像聯線。真正實現了“零傷亡”的目標，達到了“決勝千里之外”的效果。

2008年6月7日，一架‘死神在阿富汗用一枚“寶石路”激光制導炸彈擊中了一輛行進中的基地組織的車輛，“死神”無人機從發現目標到擊毀目標總計用時不到6分鐘。這次成功的作戰行動被認為是無人機的主要功能從執行ISR任務擴展到執行多種作戰任務的標志性事件。

現有地面控制系統的局限性

在現有地面控制系統的指揮下，“捕食者”系列無人機完成了很多有人駕駛戰斗機無法完成的任務，極大提升了無人機在現代戰爭中的地位。然而從2003年參加伊拉克戰爭迄今，美軍第15遠征偵察中隊的無人機群損失慘重，不斷有戰場墜毀或報廢的“捕食者”系列無人機需要緊急替換。美軍投入實戰的90余架“捕食者”系列無人機，超過一半已徹底損失。美國空軍前參謀總長莫斯利坦言，美軍無人機作戰部隊的平均出勤損失率接近50％這意味著捕食者無人機每出動兩個架次，就有一個架次飛不回來。

美軍的統計表明，無人機的損失除了敵方的地對空火力、惡劣的自然環境和空中相撞事故等原因外還有一個主要的原因就是“人為因素”，即由于地面操縱人員的失誤而引發的墜毀事故?？哲娧芯咳藛T羅伯特·P·赫爾調查發現，盡管美國政府將無人機的年度研發與裝備經費從上世紀90年代的30億美元上調至2009年的120億美元，但在操控人員的培訓上的投資卻遠遠不夠。美國空軍第432空中遠征聯隊的司令官克里斯查姆布里斯上校解釋道：早期“捕食者”無人機的PPO-1與PP0-2要求必須具備豐富的有人戰斗機駕駛經驗，并且執行過實戰任務，但是隨著“捕食者”無人機的裝備規模擴大，現在有一半以上的無人機地面操控員是“接受新兵訓練后就直接上崗”，更不要談實戰經驗了。

同時，“捕食者”無人機的地面控制系統采用的是上個世紀90年代的技術，根本不符合人機工程學的設計理念，查姆布里斯說道：“要從一架‘捕食者無人機上發射一枚‘海爾法導彈，必須在下拉式菜單中點擊鼠標以進行一系列不同的操作，這樣的復雜操作多達17次之多。而在F-16戰斗機的座艙中，只用按一個按鈕就可以發射導彈?，F有的地面控制系統的另外一個設計缺陷是發射導彈和關閉無人機的發動機用的按鈕設置位置，這兩個按鈕離得太近，很容易造成誤操作?！眳⒓印２妒痴邿o人機操作培訓的前戰斗機飛行員們說，如果他們能得到一個像先進戰斗機座艙那樣好用的無人機地面控制系統，那么，他們將可以執行更多的任務。

顯然，現有簡陋的地面控制系統已經不能滿足“捕食者”無人機系統面臨的日益復雜任務要求了，美國空軍急需制新一代操作界面更為友好的無人機地面控制系統。

通用原子公司的“先進座艙”GCS

升級計劃

通用原子公司正致力于利用美國空軍提供的經費和公司自籌的資金開發“捕食者”和“死神”無人機的下一代地面控制系統(GCS)并宣稱他們能夠為美國空軍的無人機作戰系統提供循序漸進式的技術支持，并最終開發用于遠程遙控無人機的“先進座艙”GCS，這種新的GCS降擁有全新的人機交互界面。美國空軍表示他們已經與通用原子公司簽訂專項合同，但同時也在考慮雷聲公司的競標方案。目前，美國空軍僅裝備了10余架MQ-9“死神”無人機，因此，任何一支美國空軍部隊只要有意購買MQ-9“死神”無人機，哪怕是一架，都會影響到“捕食者”系列無人機新的地面控制系統競標的結果。

美國空軍目前使用的地面控制系統(GCS)的架構最早可追溯到“捕食者”無人機的早期概念論證階段，這種老舊的GCS已經被證實不能適應“捕食者”無人機日益復雜的作戰功能和不斷升級的技術要求了。通用原子公司業務總監克里斯艾姆斯(chris Ames)透露：GCS的“先進座艙”升級計劃中硬件的技術升級將分為兩個階段進行，第一階段升級工作是在現有的GCS架構上改進顯示器和核心處理器，而第二階段升級將徹底改變GCS系統架構，并采用全新的人機交互界面。

“捕食者”無人機“先進座艙”GCS升級計劃第一階段工作已經完成，通用原子公司自籌資金對GCS的飛行員操作席和傳感器操作席進行了升級，并在2007年7月控制“捕食者”無人機進行了首次飛行試驗，艾姆斯還透露；經過第一階段的升級的GCS在作戰功能上有很大的提高，目前，通用原子公司正準備為升級后的GCS進行第二次飛行試驗。

需要指出的是“先進座艙”GCS升級計劃試飛中使用到的軟件系統是由美國空軍出資研發的，該軟件系統的技術升級將經歷5個階段：版本1.0的軟件已經集成到MQ-1無人機和GCS上準備進行飛行試驗，而版本5.0的軟件預計到2010年中期完成艾姆斯解釋道：分階段對GCS的人機交互界面軟件進行升級并采用逐步趨于成熟的后端結構會顯著降低技術風險。

他還說“空軍資助的是MQ-1的GCS的升級計劃，并正為MQ-9的GCS升級計劃尋找資金來源。目前，MQ-9的GCS升級計劃是在公司自籌資金的基礎上進行的，并計劃2010年完成?！蓖ㄓ迷雍娇障到y公司希望經過技術升級的GCS能在2010年實現對多種無人機的并行控制。

艾姆斯堅信通用原子公司研制的下一代GCS系統會贏得競爭，并隨著捕食者”系列無人機的批次升級進入量產，并交付美國空軍形成戰斗力。但是，在美國空軍下一代GCS競標過程中，通用原子公司將不得不面臨雷聲公司強有力的挑戰。

雷聲公司的競爭方案

目前，雷聲公司正致力于開發新的無人機地面控制系統，以求取代通用原子航空系統公司研制的老系統，從而代替通用原子航空系統公司成為美國空軍無人機部隊地面控制系統的供應商。雷聲公司向空軍軍方提出了采用開放式架構設計的通用式地面控制系統(CGCS)的競爭方案，初步設想是用于遠程控制MQ-9“死神”無人機，將來還可用于控制其他型號的無人機，但空軍暫時還沒就此給出回應。

雷聲公司在情報、監視和偵察系統技術研發領域擁有傳統的優勢，該公司早在兩年前就開始研究無人機的先進地面控制系統，以求提升無人機的作戰效能、增強無人機的ISR能力并大幅降低地面操作人員的工作負擔。鑒于目前美國空軍裝備的無人機GCS性能落后的問題，雷聲公司適時地推出了CGCS方案，并表示CGCS可將美國空軍對于無人機操作人員的培訓費用降低20％，培訓時間縮短30％，將由人為因素造成的無人機損失數量降低50％。雷聲公司表示：隨著“捕食者”無人機裝備規模的逐步擴大，在未來10年里，CGCS系統可為美國空軍節省5億美元的開支。

雷聲公司于2008年g月份主動向美國空軍提交的標書里表示該公司將拿出了一個開放式的接口控制文件，雷聲公司將在這個接口控制文件的基礎上自主開發GCS核心軟件，同時，希望這個開放式的接口控制文件由美國空軍轉交給無人機系統的制造商通用原子公司，以便后者制造三架采用這個開發式接口控制文件的MQ-1B無人機進行飛行認證。

為了預防通用原子公司拒絕公開“捕食者”無人機系統接口的狀況出現雷聲公司早在提交給美國空軍的標書里就有所準備，雷聲公司的要求是：只有在美國空軍提供3架用于開發GCS的“捕食者”無人機，并提供所有相關資料的前提之下，雷聲公司才向空軍提交開放式接口控制文件。在雷聲公司的CGCS研發完成之后，雷聲公司將交還給空軍3架經過CGCS飛行認證的“捕食者”無人機。雷聲公司的市場開發總監馬克·比哈姆(Mark Bigham)強調：“我們對于美國空軍和通用原子公司所要求的就是開放無人機系統接口，這樣我們才具備公平競爭的條件?！?/p>

雷聲公司堅信通用原子公司必將公開其“捕食者”系列無人機的系統接口，以便于各家公司競標捕食者無人機的下一代GCS系統，顯然這是美國空軍樂于見到的局面。倘若通用原子公司態度依舊強硬，美國空軍將撤掉“捕食者”系列無人機的發展計劃。這樣，通用原子公司不僅會輸掉了這次GCS競標，更會失去整個“捕食者”系列無人機發展項目，其中的利害關系，通用原子公司自然會知道如何權衡。