艦載無人機的發展*

趙 濤

(海軍駐錦州地區軍事代表室 錦州 121000)

1 引言

艦載無人機主要裝備航空母艦、戰列艦、驅逐艦、護衛艦和兩棲艦等軍艦,利用機載照相、光電、紅外、電子偵察等先進傳感器,實施空中監視、偵察、通信中繼、炮火校正、目標指示、充當誘餌、電子對抗、毀傷評估,以及配備機載導彈等武器,完成封鎖、反艦或對陸攻擊等作戰任務。由于艦載無人機具有成本低、體積小、作戰使用靈活、費效比高、可避免人員傷亡等優勢,因而備受世界各國海軍的青睞。本文就國外艦載無人機、發展動向、發展分析等,作進一步的研究和探討[1]。

2 艦載無人機

艦載無人機是海基航空力量的合理補充,可以執行戰場偵察、目標監視、電子對抗、通信中繼等任務[2]。

2.1 優點

1)無人機系統操作、使用方便。無人機系統配置較為完整,自成系統,不需要其他保障條件,操作使用十分方便。

2)部署靈活機動,具有良好的伴隨性。艦載無人機系統可以隨戰斗艦船出航執行任務,結合艦船的遠航能力,海上作戰范圍廣。

3)可構成多任務系統,協同作戰能力強。無人機系統可配置不同的任務設備完成戰場偵察、監視、目標定位、偵察校射、電子對抗等多項任務,同時由于升空作戰,其超微頻段的工作性能有無可比擬的優勢,可以方便地融入C4ISR系統,成為網絡中心站的一個節點。

4)具有優良的效費比。無人機系統結構簡單、重量輕、成本與使用費用低、無人員生命危險,可以以優良的效費比完成任務。

2.2 分類

按翼型來劃分,艦載無人機可分為旋轉翼無人機和固定翼無人機。

1)固定翼無人機。艦載固定翼無人機的最大弊端就在于它的起飛與降落。目前,大多數艦載固定翼無人機的起飛采取彈射起飛方式。這種彈射起飛方式雖然比有人機要簡單得多,但畢竟要占據一定的空間,使用一定的設施、設備。而固定翼無人機更大的問題在于它的回收過程復雜,目前各國普遍采用的方法是:撞網回收、打撈回收和使用機械臂空中回收等。撞網回收,即在艦上安裝尼龍繩網將減速低飛的固定翼無人機兜住;打撈回收,即使用機上降落傘降落在戰艦附近的海面上,然后再將其打撈回來。

2)旋轉翼無人機。旋轉翼無人機尤其是共軸雙旋翼無人機的最大優點就在于它體積小、重量輕、起降方便、操作保養簡單等。共軸雙旋翼無人機一般來說機體體積很小,重量較輕,旋翼直徑不大,所需的著艦設備不多。

2.3 應用

高科技軍事技術在艦載無人機上的廣泛應用,使艦載無人機裝備的有效載荷具有更多的功能、更強的戰斗力,能夠執行多種作戰任務。

1)情報偵察和戰場監視。無人機上可搭載電視攝像機、光電/紅外/紫外、前向紅外傳感器、激光指示器、合成孔徑雷達等多種傳感器;能夠對可能發生武裝沖突、局部戰爭的海域進行長時間的實時偵察、監視。

2)空中電子壓制和干擾。無人機可搭載有源干擾機,在戰前或戰爭中擔負電子壓制和干擾的任務。

3)用作艦外有源誘餌。裝載有源誘餌的艦載無人機可以作為艦外有源誘餌系統,在可能交戰的區域,在預計要受到導彈攻擊的緊急情況下發射出去,發射后按預先編制的程序飛行,利用無人機承載的電子戰有效載荷對來襲導彈實施干擾。

4)用作反輻射攻擊武器。在無人機上搭載截獲接收機、自動尋的器和戰斗部,可用作對敵防空壓制的有效兵器,不僅可攻擊雷達,還可攻擊干擾機、預警機及專用電子戰飛機等輻射源。

5)目標指示、攻擊制導、戰損評估和通信中繼。無人機可為艦艇炮火和導彈選定攻擊目標、測定目標參數,協助艦載火控系統計算射擊諸元,進行目標分析;可用激光目標指示器照射目標,對激光制導武器進行精確制導;攻擊過后,可測定彈著校正參數、檢查目標的毀傷程度。

3 發展動向

1)俄羅斯無線電電子技術企業推出多款艦載無人駕駛飛行器。俄羅斯《航空港》網站2009年7月6日報道:俄羅斯“雷達-醫療微系統”公司在不久前結束的圣彼得堡國際海軍展會上展示了系列艦載無人機[3]。

無人駕駛直升機系列首推最大起飛質量450kg的無人直升機,其螺旋槳直徑6.2m,有效載荷75kg,從無人機遙控點的觀測距離約為200km,最大續航時間約為3h。將來,無人直升機可能應用于艦艇上,這將大大改善艦艇的地形熟悉性能。無人機可發現面積為3m2的地面和水面目標,坐標判斷誤差不超過50m。

除此之外,俄羅斯“雷達-醫療微系統”公司還展出了起飛質量12千克和50千克的無人直升機,以及微型無人機。

2)海軍全球鷹無人機完成第一次部署。法國航宇防務網2009年10月20日報道:2009年10月1日,在美國海軍中央司令部完成第一次成功部署后,美國海軍執行廣域海上監視驗證任務的全球鷹無人機返回了帕特克森特河海軍航空站。

由美國持久海上無人機系統辦公室管理的全球鷹無人機,在為期8個月的部署期內,飛行超過60次,飛行時間超過1000多個小時,為第57特遣部隊(CTF-57)提供了數千張的照片,極大的支援了海上情報和監視活動。從2006年11月開始,美國海軍廣域海上監視驗證項目就發展了使用高空無人巡邏機的戰術和原則。

由第2偵察巡邏聯隊、第5偵察巡邏聯隊、美國海軍系統司令部和諾?格公司組成的小組執行了此次部署。諾?格公司人員組成的前沿部署特遣分隊,在第2、5分隊的監督下,和來自空軍全球鷹維護隊的人員一起為海軍的全球鷹提供維護。

一旦升空,全球鷹無人機就由帕特克森特河邊的地面站操作。小組操縱飛機,運轉傳感器,對情報數據執行第一次分析并在第一時間向第57特遣分隊提供信息。

在第一架全球鷹返回之前,第二架已經從帕特克森特河海軍航空站部署。返回的飛機將接受基地級維護和執行測試飛行。

3)諾?格公司向美國海軍交付第一批MQ-8B火力偵察兵艦載無人機。諾?格公司網站2009年11月24日報道:諾?格公司日前向美國海軍交付了第一批3架MQ-8B火力偵察兵艦載無人機,完成了垂直起降戰術無人機計劃的第一年的小批量生產任務。

這3架火力偵察兵中的2架已經按照預先的作戰部署計劃部署在麥金納尼號驅逐艦上,以便完成火力偵察兵的軍用評估(MUA)。在這之前,從2008年12月開始,火力偵察兵已經4次部署在麥金納尼號驅逐艦上,完成了110次艦上起飛和降落以及45次魚叉格柵助降系統的降落,累計超過47個飛行小時。

火力偵察兵在麥金納尼號上的表現為我們提供了非常寶貴的使用經驗,并且提升了我們支持海軍的能力,諾?格公司宇航系統部門戰術無人系統負責人說:“我們對與麥金納尼號驅逐艦上的水兵共同工作進行火力偵察兵的首次作戰部署感到非常興奮”。

4)美海軍X-47無人機將在2010年初首飛。法國《航宇防務》2009年11月25日報道:美國海軍的X-47B無人作戰空中系統驗證機(UCSA-D)將于2010年第二季度在加里福利亞愛德華茲空軍基地首飛,該機原計劃于2009年底首飛。美國海軍空中系統UCSA-D項目辦公室和諾斯羅普?格魯曼公司正繼續為飛機做首飛前的測試工作,確保飛機2010年初的飛行戰備。

X-47B無人機的陸基檢查、替代飛機飛行測試和實驗室綜合測試顯示了新型飛機對引導員的巨大挑戰。X-47B無人機最近的測試結果顯示,推進聲學和發動機啟動順序沒有達到要求的性能水平,在進一步行動前,需要工程師進行故障檢修,做出相關調整并增加實驗室和飛機搭載測試

推遲首飛時間后,允許海軍航空兵武器系統部和諾?格公司學科問題專家對飛機進行徹底的首飛評審,而飛機依然計劃于2012年海試,不會推遲。滑行測試是飛行前準備工作的重要階段,低速滑行測試有望于2009年12月前進行。

X-47B無人機將是第一型實現航母起降的無人機,也是30多年來首款在航母上飛行的全新型飛機。該機將演示論證大作戰半徑、低空偵察、固定翼無人作戰飛機可以安全地在航母上起降并實現自主空中加油,以達到更大的續航力。

5)美國海軍離子虎無人機創造續航時間記錄。美國《防務新聞》網2009年11月30日報道:26小時零1分鐘,這是離子虎(Ion Tiger)無人機在馬里蘭州阿伯丁驗證基地上空創造的不間斷盤旋時長。這一成績成為燃料電池動力無人機的續航時間記錄,超過同級別對手的兩倍。這款無人機是一架美國海軍試驗機。

此次飛行從11月16日開始,一直持續到17日。機上搭載一個壓縮氫氣箱和一臺輕量級但動力強勁的燃料電池發動機。

像離子虎這樣具有26h續航能力的無人機完全可以用來執行遠程任務。裝上晝夜攝像機,該機就變身為一個偵察和監視平臺;裝上通信設備,又可變身為一個信息中繼平臺。

不過,目前來說這還只能是預測,離子虎還沒有達到這一步。研究人員反復強調:該機目前只是做一次長航時的展示,尚未執行任何作戰任務。

該機的設計宗旨只有一個,那就是最大化續航時間。推進用的小型螺旋槳從機頭伸出。機身內有一個碳纖維包裹的鋁合金“油箱”,“油箱”里面填裝的是500克的氫,其氣壓為5000psi。機身內還容納有一個燃料電池。

燃料電池是離子虎的關鍵部件。這款電池的制造商Protonex稱,這是一種高性能、超輕量級質子交換膜(proton-exchange membrane,PEM)燃料電池,可以產生550W 的功率(約0.75馬力),是目前小型PEM燃料電池里面功率密度最大的。

美國海軍稱,相比于其他目前普遍用于無人機的動力源,這款燃料電池產生的功率是其他同重量電池的7倍,是級別相當的內燃式引擎的4倍。與那些配備內燃式引擎的大型無人機不同,離子虎無人機的噪音極低,熱信號也很小。這意味著同樣在不被發現的情況下,它可以飛得更低來執行偵察任務。

6)美國海軍-海軍陸戰隊小型戰術無人機系統合同延期。美國《航宇日報》2009年12月14日報道:為了獲得更多的時間對合同進行評估,美國海軍和海軍陸戰隊已經將小型戰術無人機系統(Stuas/Tier 2)合同的授予時間從原定的今年9月推遲至2010年3月。這也使得該系統具備初始作戰能力的時間從原來計劃的2012財年第四季度推遲至2013財年第二季度。為了彌補由此可能產生的缺口,波音公司向美國軍方提供掃描鷹(ScanEagle)無人機的合同規模將會擴大。目前,AAI、波音和雷聲等公司以及通用動力/埃爾比特公司團隊都參與了ST UAS/Tier 2合同。

7)諾?格公司的火力偵察兵無人機成功完成海上傳感器演示試驗。美國諾?格公司網站2009年12月16日報道:諾?格公司已成功地使用MQ-8B火力偵察兵戰術垂直起降無人機完成了海上傳感器演示。裝備了Telephonics公司雷達和FLIR公司光電紅外系統的多用途火力偵察兵無人機突出的特點是采用了模塊化載荷構架,集成了合適的現貨供應載荷。

這份系統工程技術援助演示合同是由ABS組織于2009年9月授予諾?格公司的。這次為期一周的演示于2009年10月19日在位于美國馬里蘭州帕圖森河的海軍航空站—切薩皮克灣進行。

在海上傳感器演示之后,美國海岸警衛隊也參加了位于加利福尼亞州圣地亞哥的諾?格公司無人系統開發中心進行的多日虛擬演習。此次演習的地點是諾?格公司的模擬網絡戰集成節點(Cyber Warfare Integration Node,CWIN)。

8)AAI公司獲得3900萬美元影子戰術無人機系統的附加訂單。英國Shephard集團網2010年1月4日報道:AAI公司宣布它已經獲得價值3900萬美元影子戰術無人機系統(TUAS)的附加訂單。該訂單包括美國陸軍訂購的2套系統和美國海軍陸戰隊訂購的一套系統。包括新訂單在內,美國陸軍、陸軍國民警衛隊,陸軍特種部隊和海軍陸戰隊總計已經訂購了116套影子 TUAS。截至目前,AAI已經交付91套影子系統,后續的交付將持續至2011年3月。每套影子系統包括4架影子無人機;2個單一系統地面控制站和地面數據終端;4個單一系統遠程視頻終端,或OSRVT;一個單一系統便攜式地面站;以及相關的備件和保障裝備。

AAI負責無人機系統的副總裁Steven Reid表示已經有眾多的影子系統裝備部隊,累計飛行小時已經達到46萬小時,我們正見證在任務能力方面發生的難以置信的變革。我們的目標是持續增強部隊對無人機的使用,提高我們的地面控制技術和系統輔助能力。因此,我們將實現任務能力從偵察和監視拓展至目標捕獲、情報搜集和通信中繼。”

9)AeroVironment公司獲得大烏鴉無人機升級合同。美國《每日航宇》2010年1月4日報道:美國陸軍和海軍陸戰隊近日授予AeroVironment公司一筆價值2390萬美元的變更合同,用于采購大烏鴉(Raven)無人機的升級套件。該合同包括對目前的大烏鴉系統進行改進升級,為其加裝數字式數據鏈。用于該合同的全部資金均來自于國防部的追加資金法案,其潛在價值達6660萬美元,到目前為止其中的4270萬美元還沒有到位。

4 發展分析

未來艦載無人機的任務不僅限于利用夜間電視、低亮度電視、前視紅外和合成孔徑雷達等各種傳感器對廣闊的海面進行監視,提供超視距瞄準數據,還將兼顧陸用無人機的職能,提供有關陸上地形、戰場態勢的精確信息等[4]。

1)海軍型無人戰斗機。美國海軍目前認為,UCAS-N項目要驗證的艦載無人作戰飛機在航母上起降所需的關鍵技術包括:低可探測技術;結構加強的無人機機體設計技術;無人機艦面/機庫儲存和轉運技術;自動彈射和著艦技術,包括允許人工干預的自動導引和控制技術,高效的數據鏈傳輸技術等;模塊化建造技術;自主空中加油控制技術。

例如,諾斯羅普?格魯門公司研制的可垂直起降的x-47a飛馬無人機,是x-47b海軍型無人戰斗機(ucav-n)的低風險驗證機,是目前世界上技術最先進的無人作戰飛機。美國海軍計劃將海軍型無人作戰飛機作為航母艦載偵察和攻擊武器,與有人駕駛飛機一起執行海上偵察、攻擊和壓制敵防空系統等作戰任務。

2)偵察、告警、作戰一體化。未來的無人機系統需要進入能夠實現交互操作、用得起、響應好、可持續的戰術網絡超級系統(system of systems),其具備滿足軍種、聯合、部門間和聯盟間的戰術信息交換的能力。這一戰術網絡系統將是分布式的可升級的和安全的。它包括但不僅限于:人員接口、軟件應用和接口、網絡傳送、網絡服務、信息服務、必要的硬件和接口(以形成完整的系統來傳送戰術行動結果)。戰術網絡系統作為獨立的小型戰斗子網,相互聯接并接入全球信息網格(GIG)。這種結構的優點是無人機系統實現全球實時信息分發,無人機系統操作手可以獲得全球實時信息。

5 結語

無人機作為現代化航空朝智能化、高性能、多功能、高科技方向發展的新增長點,各國海軍比任何時候都更重視艦載無人機的開發、研制、試飛、批產與裝備使用,賦予其更多的使命,并將其列為面向未來大中型艦艇的重要裝備,相信在不久的將來艦載無人機在使用范圍上將有較大的突破和拓展[5]。

[1]朱峰.艦載無人機[J].航空知識,2004(4):15～17

[2]肖曠明,于鵬宇.艦載無人機作戰使用及關鍵技術[J].飛航導彈,2008(3):7～9

[3]蘇鑫鑫,洛靜.美國軍用無人機的發展新動態[J].飛航導彈,2007(5):27～30

[4]周玉娟,程韌,鄭博.無人機戰場通信網絡的發展及相關技術[J].飛航導彈,2007(9):32～35

[5]于兵,張祥林.淺析艦載無人機的戰術用途及發展設想[J].艦船科學技術,2005(1):55～57