高空長航時競賽

無人機不用擔心人員傷亡，而且留空時間比有人駕駛飛機長許多，但其續(xù)航力畢竟有限， 飛行時間通常以小時來計算。美國國防部先進研究計劃局（DARPA）認為，“當前無人機為全部海外駐軍提供了有價值的情報，包括監(jiān)視和偵察任務(wù)……然而，無人機不能保持長時間的空中停留。” 目前，美國空軍現(xiàn)役的高空長航時無人機是諾斯羅普·格魯門公司的“全球鷹”，但是它成本高昂，并且操作較為困難。

如果有一種能連續(xù)飛行幾天甚至幾周的廉價長航時無人機，無疑將具有強大的吸引力。這類無人機通常運行在高海拔地區(qū)，由于高度比較高，又沒有城市交通因素的影響，可為地面站提供一個覆蓋范圍更廣的觀察位置。

波音公司的“鬼怪眼”和航空環(huán)境公司的“全球觀察者”是美國當前在研的長航時無人機。“這些無人機可以應(yīng)對不同的威脅，能夠持續(xù)數(shù)小時甚至數(shù)天對一個可疑的基地進行監(jiān)控，比如朝鮮或伊朗的核設(shè)施，或監(jiān)控美國在海外軍事基地的周圍情況，再或者監(jiān)視邊境和發(fā)現(xiàn)偷渡越境的路線。”

因為面臨聯(lián)邦預(yù)算的壓力，新項目一方面必須達到之前所承諾的性能，另一方面還要控制成本。“如果在技術(shù)上證明了長航時無人機是可行的，那么低成本飛行的概念就會有一個潛在的市場，”蒂爾集團的咨詢公司分析主管菲利普？芬尼根說。“成本是新一代長航時無人機所面臨的一個主要問題，同時‘全球鷹所占據(jù)的霸主地位，也暫時難以挑戰(zhàn)。”

此外，國防部正在開發(fā)的其他無人機，也可能影響“鬼怪眼”或“全球觀察者”這類長航時無人機。空軍采購代表查爾斯·戴維斯中將曾在眾議院軍事委員會提到，可在一次任務(wù)中出動多架“全球鷹”接力完成長時間的監(jiān)控任務(wù)。有分析人士認為，五角大樓可用這種方案暫時替代長航時無人機。

“鬼怪眼”

“鬼怪眼”無人機由波音公司研制，可以執(zhí)行偵察和通信中繼任務(wù)，其續(xù)航時間長達4天，中途無需加油。“鬼怪眼”飛行在高度65000英尺上（19812米）。同時它所采用的是環(huán)保燃料，主要燃料液氫被放置在零下420華氏度（零下215.5攝氏度）儲存罐中。使用后，通過排氣管排出的只有水蒸氣，并會被大氣稀釋。盡管偵察衛(wèi)星已經(jīng)能夠?qū)Υ蠓秶貐^(qū)進行持久覆蓋，但是這種長航時無人機仍有其優(yōu)勢：任務(wù)過程中可重新分配目標，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，對目標的成像分辨率優(yōu)于衛(wèi)星。

“‘鬼怪眼無人機將會是航空航天領(lǐng)域內(nèi)的下一件大事，這很令人興奮。”波音公司“鬼怪眼”項目負責人蒙泰斯說，“長航時無人機可以提供媲美衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，而成本則低得多。”與傳統(tǒng)燃料相比，同等容量下液氫所含的能量是普通航空燃油的3倍。因此波音公司認為，“鬼怪眼”無人機比“全球鷹”的續(xù)航時間（30個小時）長了許多，而飛行成本卻和“捕食者”無人機相當。“單位時間飛行成本的降低，是因為該機采用了液氫這一先進技術(shù)。”蒙泰斯說。“液氫的使用減小了飛機的整體重量，提高了攜帶燃料的能力。”所以“如果可以提供更多的燃料，那么該款無人機可以在高空飛行很長時間。”

波音公司在2008年推出了“鬼怪眼”無人機的動畫演示，2010年首架驗證機進行了展示。2012年3月，“鬼怪眼”進行了第一次滑跑測試，同年6月正式開始了飛行試驗。到2013年9月中旬，“鬼怪眼”已經(jīng)在加利福尼亞愛德華茲空軍基地進行了5次試飛。首次試飛不太完美，“鬼怪眼”無人機飛行28分鐘后返回地面，在著陸時摔壞了起落架。波音公司對此進行了改裝升級。第二次飛行在2013年2月，飛機在8000英尺（2438.4米）高度飛行了66分鐘。第三次試飛“是一次完美的飛行……盡管該機在高空中遇到了湍流，但是該機仍然操控良好。”波音公司“鬼怪眼”的項目經(jīng)理布拉德肖說到。第四次試飛是6月14日，“鬼怪眼”無人機爬升到20000英尺（6096米）高空，飛行時間約3小時。

“我們要做的就是保證飛行安全的情況下，完成全部試飛。”布拉德肖補充說。就在該機馬上要進行第4次試驗前，該項目獲得了第一筆專項資金，6月5日五角大樓宣布，美國導(dǎo)彈防御機構(gòu)授予波音公司680萬美元用于第5次飛行試驗。9月14日，“鬼怪眼”在28000英尺（8534.4米）高空，飛行約4.5小時。這一次該機進行了攜帶有效載荷試驗，通過收集“振動干擾數(shù)據(jù)”，從而為以后掛載新型激光武器系統(tǒng)埋下伏筆。

長航時無人機可以在一個穩(wěn)定的環(huán)境下操作偵察設(shè)備和激光武器。波音公司將“鬼怪眼”定位于未來無人作戰(zhàn)系統(tǒng)，那么就要探討在未來的戰(zhàn)爭模式下如何發(fā)揮無人機最大的作用。“鬼怪眼”并不是作為已終止的機載激光武器項目（ABL，以波音747為搭載平臺）的后繼者。ABL是用于戰(zhàn)區(qū)彈道導(dǎo)彈助推段攔截；而“鬼怪眼”無人機搭載的激光武器并不是用來攔截彈道導(dǎo)彈，目前的用途暫時只限于激光傳感器方面。

“鬼怪眼”無人機是波音公司基于低成本運行概念設(shè)計的。該公司在設(shè)計階段就展示了該機的構(gòu)想。“鬼怪眼”的翼展長達250英尺（76.2米）。在150英尺（45.72米）的機翼中，容納了更多的燃料，可以使其續(xù)航力長達10天，同時還可以攜帶更多的有效載荷。航空專家們正密切關(guān)注著驗證機的性能。菲利普？芬尼根認為：“‘鬼怪眼無人機已經(jīng)獲得波音公司相當大的支持，因為從技術(shù)角度來看，它可以滿足客戶需求，降低成本，增加續(xù)航力。‘鬼怪眼可以以低成本運行10天以上，這意味著可以將更少的無人機覆蓋到應(yīng)該偵察的地方上，也意味著可以利用更少運營成本對目標進行監(jiān)控。在地面操作人員獲得更大自主權(quán)的同時，還可以有效地減少人力資源。”

“全球觀察者”

波音公司并不是唯一一家發(fā)展長航時無人機的公司。航空環(huán)境公司一直致力于太陽能無人機系統(tǒng)的研發(fā)。自20世紀80年代末以來，該公司開發(fā)了多種太陽能飛機，包括“百夫長”、“赫利俄斯”、“探路者”，以及“開拓者”等型號。endprint

“探路者”在20世紀90年代推出，它已進行了10次飛行測試。2001年，“赫利俄斯”無人機創(chuàng)造了一項世界紀錄——飛行高度達到海拔97000英尺（29566米）。但太陽能無人機必須長時間背向太陽，特別是在冬天陽光不足的時候，最終航空環(huán)境公司暫時放棄了太陽能。

“全球觀察者”無人機由航空環(huán)境公司、五角大樓和國土安全部門共出資1.4億美元聯(lián)合研制，采用液氫燃料，能在65000英尺（19812米）飛行長達一個星期，提供持久的通信和監(jiān)測能力。該無人機機上空間大，由于采用了液氫燃料，可以增加有效載荷。

“全球觀察者”無人機在2010～2011年間進行了8次成功的飛行測試。但災(zāi)難發(fā)生了。2011年4月，在“全球觀察者”第9次飛行測試時，該機在連續(xù)飛行了18個小時后，突然墜毀于愛德華茲空軍基地附近。錢用光了，無人機也沒了，五角大樓也停止了合作。但“全球觀察者”無疑為高空長航時無人機項目提供了一個新的解決方案。

到底發(fā)生了什么促使五角大樓放棄了這個項目，到現(xiàn)在一直是個謎。美國空軍表示，它沒有調(diào)查這次事故，因為這不是自己的無人機。而航空環(huán)境公司也拒絕透露事故的原因。盡管項目已經(jīng)喪失了政府的支持，但航空環(huán)境公司打算繼續(xù)研制“全球觀察者”。2013年3月，該公司宣布，它已經(jīng)支付了300萬美元，買回剩余財產(chǎn)，包括生產(chǎn)第二架飛機的工裝設(shè)備。

在航空環(huán)境公司位于文圖拉縣的工廠中，第二架“全球觀察者”已經(jīng)完成了80% ～90%的制造工作。該機翼展175英尺（53.34米），比波音767還略大（波音767-200/300翼展47.57米——編者注）。該公司正與有意者聯(lián)系，希望獲得資金完成制造并把它投入生產(chǎn)。但是對這架無人機不認可的大有人在。許多分析師都認為“全球觀察者”很容易再一次失敗，因為公司的資金鏈將會是一個大問題。但是，該機也并不是一無是處，“全球觀察者”是 “鬼怪眼”無人機的一個直接競爭對手。盡管該公司的資金和投入研制的規(guī)模都無法與波音公司相提并論，但是只要資金到位后，他們完全可以同波音公司研制的“鬼怪眼”一決高下。

“離子虎”、“索拉拉”、“禿鷹”和X-56A

當然還有其他一些長航時無人機項目正在研制中。例如，美國海軍研究實驗室正在研發(fā)的一種名為“離子虎”的低空無人機。該機同樣采用了低溫貯存的液氫燃料。2013年4月，這架重量才35磅（15.8千克）的無人機卻完成了48小時1分鐘的飛行，幾乎兩倍于該機在2009年時的設(shè)計要求（采用壓縮氣態(tài)氫燃料）。相比之下，“鬼怪眼”和“全球觀察者”無人機為大型機體的設(shè)計，可在高空飛行攜帶大量有效載荷長時間飛行；而“離子虎”能夠攜帶的載荷則要小得多。

2013年8月，泰坦航空航天公司宣布發(fā)展“索拉拉”（Solara）項目，外號“大氣衛(wèi)星”，但實際上就是一架高空太陽能無人機。泰坦公司設(shè)想，“索拉拉”可以在空中停留幾個月或幾年時間執(zhí)行通信、偵察和其他任務(wù)。“索拉拉”長航時無人機執(zhí)行任務(wù)的高度將處于地球大氣層的邊緣。但是與衛(wèi)星不同，索拉拉更加便宜，同時發(fā)射更方便。最重要的是，它可以很容易地返回維修或進行升級，其使用中的靈活性遠勝于其他的航天飛行任務(wù)。

美國國防部高級研究計劃局的“禿鷹”項目也逐漸放棄了最初的目標，開始了對“索拉拉”無人機進行全面的飛行演示。現(xiàn)在，這個項目主要技術(shù)難點在于如何合理地收集和儲存足夠的太陽能，使得一架太陽能無人機可以滯留在空中五年。如果這些技術(shù)能夠成熟，那么它將會保證“索拉拉”長航時無人機飛上若干年頭不用降落。

波音公司正計劃在美國的幾個地點，包括亨廷頓海灘和圣路易斯使用他們?yōu)椤岸d鷹”項目開發(fā)的無人機。“禿鷹”項目采用了先進能源存儲系統(tǒng)技術(shù)會使得能量合理地分配及任務(wù)合理地再分配，甚至于還包括了模擬衛(wèi)星的能力！這樣先進的系統(tǒng)會結(jié)合無人機的靈活性和快速性，而靈活的傳感器可以減少傳輸/接收所需的電能。利用無人機的好處在于飛行的持久性、后勤維修的要求低、燃料獨立、機隊規(guī)模可相應(yīng)縮小。

另一項無人機計劃X-56A多用途技術(shù)試驗平臺（MUTT）也正在探索中。X-56A無人機最主要的問題是，如何很好地控制輕量級無人機的飛行效率。2013年7月26日，X-56A無人機在愛德華茲空軍基地進行了第一次試飛。X-56A無人機是美國國家航空航天局、空軍研究實驗室、洛克希德·馬丁公司“臭鼬”團隊共同努力的結(jié)果。

飛艇與固定翼

固定翼機缺乏長航時飛行的條件，因此近年來有一些項目嘗試利用無人飛艇的持久滯空能力。然而，這樣的努力遇到了嚴重的問題。在2013年年中，美國軍方宣布取消了相關(guān)的項目，對無人飛艇的興趣似乎已經(jīng)消退。這里的主要問題，是飛艇計劃研制進度超期了10個月，同時項目超重。調(diào)查機構(gòu)政府問責局曾在2012年11月將飛艇浮空器寫入了報告中。美國空軍在此后開始了對長航時飛艇的研制，由此代號為“藍色魔鬼Ⅱ”的軟式飛艇項目誕生了。

但是在2013年6月，這個項目就因為“有重大技術(shù)問題造成費用超限和日程表延遲”而被終止了。五角大樓的總監(jiān)察長在9月19日的報告中認為，美國空軍忽略了該項目研發(fā)的時間，同時對該計劃開發(fā)進度過于雄心勃勃。報告中稱，“藍色魔鬼Ⅱ”飛艇超過了10000磅（4535.9千克）的重量，從而限制了飛艇的持續(xù)飛行能力。同時，該報告還指出，由于超量問題導(dǎo)致了其他設(shè)計問題，“（飛艇）重量問題導(dǎo)致其他設(shè)計擔憂，尾翼太沉重，在測試過程中受到了損壞，同時飛控軟件也涉及到在體積變大之后如何很好地操控飛艇的問題。”

飛艇項目的進度落后使得固定翼無人機的支持者很高興。固定翼無人機的支持者并不驚訝飛艇項目遇到的挫折，因為他們的系統(tǒng)已經(jīng)比飛艇項目獲得了更多的支持。但是從現(xiàn)在來說，固定翼無人機在高空長航時競賽中還有很長的路要走，而飛艇可能最終也會擁有自己的藍天。endprint