無人戰機的裝備技術與發展*

李　旻

(海軍駐武漢438廠軍事代表室　武漢　430060)

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無人戰機的裝備技術與發展*

李旻

(海軍駐武漢438廠軍事代表室武漢430060)

摘要無人機從過去主要是執行空中偵察、戰場監視和戰斗毀傷評估等任務的作戰支援裝備，升級成為能執行壓制敵防空系統、對地攻擊，甚至可以執行對空作戰任務的主要作戰裝備之一。文章概述了無人戰機技術、無人戰機系統。最后論述了無人戰機的裝備技術與發展分析。

關鍵詞無人戰機； 裝備技術； 發展

Class NumberTN97

1　引言

隨著空戰武器和一體化防空系統的飛速發展，靠有人駕駛飛機在未來戰場執行空中格斗、對地轟炸與攻擊，所冒的風險更大，代價更高，戰爭損耗與政治風險將難以承受。而無人作戰飛機的出現將一改過去在戰場上主要充當輔助角色的狀況，其擔負的任務也從戰場偵察和監視擴展到海域巡邏、反潛戰、對艦(地)攻擊、電子干擾、通信截聽、目標精確定位、中繼通信等領域，甚至擴展到壓制敵防空系統、戰區空中導彈防御、對空(地)作戰任務。本文就無人戰機技術、無人戰機系統、發展動向和發展分析等，作進一步的探討[1]。

2　無人戰機技術

目前，世界主要軍事強國已著手研究和評估無人作戰飛機的軍事效用和實戰價值，并投巨資探索論證各種方案，發展各類無人作戰飛機[2]。

2.1特點

1) 以任務為中心設計。無人作戰機設計的最大特點是，它可以主要以任務為中心來設計，而不用考慮人的因素。

2) 結構簡單，系統復雜。在結構上比較簡單，可以采用模塊式設計，以便更換任務組件。無人作戰飛機整個系統卻比較復雜，其機載系統包括信息存儲與傳輸系統、信息感知與信息對抗系統、任務規劃與管理系統、飛行器飛行控制與管理系統、能源管理系統、突防系統、自主起飛著陸系統等。

3) 可在危險環境作戰。面對一些必須去執行的危險系數極大的工作，可以交給無人機去執行，這樣就不存在飛行員喪命的風險。

4) 使用費用降低。無人作戰飛機由于不需要座艙、顯示器、環境控制和防護救生系統，費用會低一些。

2.2功能

海軍無人戰機的功能主要包括：突防打擊，突防情報，監視和偵察，信情報搜集，子發報搜集，空中格斗，空中電子攻擊，敵防空系統壓制，近距離空中支援，核、生、化和放射性武器探測。

1) 突防打擊。無人戰斗機的機身可以設計成隱身結構，便于執行突防打擊任務，其低截獲概率戰術數據鏈對無人機的突防打擊應用很重要。無人戰斗機還具備兩個優點：航程更遠和沒有人員生命危險。例如，在不進行空中加油的情況下，無人戰斗機的飛行距離是F-35C戰斗機1400海里的兩倍以上。

2) 突防情報、監視和偵察。無人戰斗機更適合用于執行突防打擊任務而不是情報、監視和偵察任務，因為所搜集到的信息要么必須儲存到無人機脫離威脅環境后再進行處理，要么通過通信鏈發回地面，而這樣無人機就容易被敵人探測到。

3) 通信情報搜集。信號情報可分為兩類：通信情報(COMINT)和電子情報(ELINT)。通信情報是被動搜集情報，所搜集到的數據產品需要進行人工分析，對無人機來說，數據產品必須以高數據率(20Mb/s)發送給地面分析員，或儲存到返回基地后再處理。

4) 電子情報搜集。電子情報主要通過被動獲取雷達信號來搜集。電子情報是突防飛機用以自我保護的早期預警雷達的重要組成部分。無人機的機上處理系統可用于探測、識別和定位電子情報發射源。與原始信號數據不同，電子情報發射機的特征和位置可機外傳送。這就大大減少了將情報傳送到地面站所需之主動發射信號功率，因為其數據率通常將小于100Kb/s。如果原始信號數據必須在機外分析(如有時搜集到不明類型的發射源發射的信號時)，那就要儲存到返回時再分析，只有發射機的特征和位置才能實時傳送。

無人戰斗機可用于搜集電子情報，因為所需數據率和主動發射信號比通信情報低。例如，諾斯羅普格魯曼公司為包括RQ-4B全球鷹和捕食者在內的無人機研制了各種機載信號情報載荷(ASIP)傳感器和LR-100 電子情報傳感器。

5) 空中格斗。無人機可用于執行空對空作戰任務，如攻擊機動性不強的高價空中目標，如轟炸機或情報、監視和偵察飛機。將無人機用于空中格斗的最佳方式是與有人駕駛飛機組成聯合編隊。諸如海軍的F-35等有人駕駛飛機可帶領無人機實施作戰，并為無人機的武器使用進行指導。

6) 機載電子戰。無人戰斗機的隱身性能使其能接近威脅并出其不意地發動電子攻擊。無人機可以用于在高威脅環境中執行某些特殊的攻擊任務，以便充分發揮其隱身優勢來發動突然襲擊。

7) 壓制敵防空系統。無人戰斗機的隱身性能使其能夠接近敵防空系統。這有助于縮短攻擊鏈和提高壓制成功率。裝載了武器系統、具備有限電子攻擊能力的隱形無人戰斗機將具有能接近目標和沒有人員危險的優勢。

8) 近距離空中支援。目前，有人和無人機系統都能執行近距離空中支援任務。例如，MQ-9死神無人機可執行近距離空中支援任務。

9) 核、生、化和放射性物質探測與跟蹤。無人機可用于探測核、生、化和放射性威脅。探測任務可能在這些武器使用前或使用后實施。使用后要比使用前更容易探測到。例如，在敵實施攻擊后立即飛過可疑區域上空的污染層來搜集樣本，或通過傳感器在遠處分析被污染空氣的成份，就能探測出是否有這類物質并對其進行跟蹤。

3　無人戰機系統

3.1海軍垂直起降無人機系統[3]

廣域海上監視無人機是岸基無人機，海軍無人戰斗機將從航母上起降，而MQ-8B火力偵察兵垂直起降無人機則能在各種艦船上起降，從而使這些艦船也具備無人機優勢。火力偵察兵”是為濱海戰斗艦而研制的，專門用于支援反水雷、水面戰和反潛戰等任務。裝有激光指示器光電系統和小型海面搜索雷達的MQ-8B也能為各種水面艦只提供超視距海上監視支援。此外，火力偵察兵也能攜帶少量武器系統。武裝型火力偵察兵可用于攔截一些小型艦船。

A160T 蜂鳥無人機是美國國防高級研究計劃局和波音公司聯合開發的垂直起降無人機項目，計劃在近期內進行試飛。這種無人機比火力偵察兵大，其足跡與MH-60直升機相當，飛得更高，載荷也更大。飛得更高可讓“蜂鳥”具備更遠的視距，載荷更大可讓其攜帶更多的傳感器和武器系統。

3.2海軍小型戰術無人機系統

美國海軍和陸戰隊的小型戰術無人機/二級無人機計劃的目標是為戰術機動決策提供持續情報、監視和偵察支援，為海軍艦只和陸戰隊地面部隊提供保護。對海軍而言，它將是其它作戰能力更強的戰術無人機的補充。它能從條件簡陋的甲板上發射和回收，所以它能為一些無法使用較大無人機系統(如火力偵察兵)的艦只提供支援。掃描鷹就是這種小型戰術無人機的后選機種；它具備長航時能力和一定的情報、監視和偵察能力，可從許多艦船上發射和回收。

3.3非隱形航母艦載無人機系統

死神和復仇者的體積小于E-2C 鷹眼，因此適合裝備航母，但要對其機翼和著陸裝置進行改進以承受起飛彈射器和著陸掛鉤的巨大壓力，垂直穩定裝置的尺度和位置或許需要調整并加裝尾部掛鉤。

雖然海軍隱形無人戰斗機也具備同樣的能力，但非隱形攻擊平臺的引進和使用成本將更低。海軍可混合使用隱形和非隱形艦載無人機編隊來滿足其任務需求。

3.4復仇者、雷神、X-47B、梭魚、神經元件無人機等

1) 通原用子公司的復仇者。這款翼展20.1m、重8255.5kg的由通用原子公司自己投資研制的捕食者C，用于無人艦載監視與打擊系統(UCLASS)。

2) 波音公司的X-45A。該機于2002年首飛，翼展14.9m，重5529kg，在DARPA/美國空軍2006年完成的項目中演示了對敵防空系統的自動壓制功能。

3) 法國/英國的未來空戰系統。BAE系統公司和達索公司正領導英法兩國工業界合作開展一項為期2年、價值3億多美元的聯合無人作戰飛機驗證機的可行性研究，該驗證機或將在2020年左右首飛，這一項目還有可能推動雙方共同開發2030年左右服役的未來空戰系統。

4) BAE系統公司的雷神。該機由英國獨立研制，BAE系統公司設計制造，耗資2.9億美元，重約8164.8kg。

5) 諾斯羅普·格魯門的X-47B。這款翼展18.9m、重19958.4kg的無人作戰飛機。

6) 美國海軍的UCLASS。美國海軍的UCLASS，14個小時的續航時間、保持距母船2222公里范圍內持續監視能力、攜帶453.6kg彈藥飛行3704公里等。

7) EADS的梭魚。該機翼展7.2m，重3250kg。

8) 達索公司的神經元。該機重7030.8kg。

4　發展動向

1) 美軍計劃在2019年之前將基于無人機的戰斗空中巡邏圈數量增加百分之五十。據美國《空軍雜志》網站2015年8月18日報道：2015年8月17日，美國國防部發言人、美國陸軍中校喬·修爾斯(Army Lt. Col. Joe Sowers)透露，美國國防部正在最終確定一項規劃，是使美軍基于無人機的戰斗空中巡邏(CAP)圈的數量在未來四年內(在2019年之前)增加50%，達到90個。其中，美國空軍占60個，美國陸軍占10～20個(依托MQ-1C“灰鷹”無人機建立)，美國特種作戰司令部占不多于10個，依托政府擁有飛機而合同商操作飛機模式建立的約占10個。其中、政府擁有飛機而合同商操作飛機的模式將只執行情報、監視與偵察任務，而不會執行空中打擊任務[4]。

與目前的數量相比，美國空軍的這種CAP圈的數量有所減少，而美國陸軍、特種作戰部隊和合同商操作的數量有所增加。美國空軍在2014年實現了其原定的能力目標——可建立65個基于無人機的CAP圈。但是為了緩解其無人機部隊人手不足和工作負荷太高的狀況，該軍種一方面努力補充人力資源，另一方面提出將其CAP圈數量由65個減少到60個，其中后一計劃最近獲得了美國國防部的批準。

2) 美導彈防御局研發激光無人機項目。據俄羅斯衛星網2015年8月18日和美國戰略與預算評估中心8月17日綜合報道：美國防部導彈防御局(MDA)正在制定計劃，欲開發一種高空長航時無人機，用來裝備可擊落彈道導彈的緊湊型電驅動激光器[5]。

最開始美國防部利用一架波音747飛機作為機載激光器測試平臺(ALTB)搭載一名機組人員和化學氧碘激光器。2012年美國防部因財政問題擱置該機，中止了長達15年的ALTB項目。

目前美國防部正在重啟ALTB項目，并計劃利用無人機來落實這項技術。

雖然計劃改變，但面臨的技術和戰術挑戰仍然存在：飛機在發射激光武器之前，需要足夠接近敵方彈道導彈，此時極易被對手擊落。

ALTB首次提出時即存在許多懸而未決的問題。但MDA局長詹姆斯·賽林稱，本次將在知識增長的基礎上實行一種漸進式方案。

賽琳承認項目仍處于起步階段，有大量工作需要展開。據之前的報道，MDA將在2018或2019年之前進行試驗并評估備選方案，從中挑出最有前景的技術，然后在2021年左右使用無人機完成低功率激光器的演示驗證。

美國戰略與預算評估中心(CSBA)的一名激光專家認為美國可在五年內開發出無人機搭載激光武器的技術。他認為ALTB的概念并不是恢復曾被擱置的機載激光器項目。

3) 美海軍在2015年9月份對特里同無人機展開作戰評估試驗。據英國《國際飛行》網站2015年8月20日報道：美海軍計劃在9月份對諾斯羅普·格魯曼公司研制的MQ-4C“特里同”高空長航時無人機開始作戰評估，為該無人機進入低速率試生產階段鋪平道路[6]。

試驗將在馬里蘭州帕圖森河的美海軍航空站進行，預計持續兩個月。如果試驗成功，美海軍計劃在2016年第二季度授予諾斯羅普·格魯曼公司特里同無人機初始生產合同。

美海軍航空系統司令部(NAVAIR)特里同項目經理伯克稱，根據項目進度表，美海軍計劃在2018年宣布該無人機具備初始作戰能力。

當前進展特里同無人機的電磁兼容測試近期已經展開。無人機目前已進入帕圖森河航空站的消聲室接受一系列測試，時間大約持續8周，以確保安裝的系統不會互相干擾。

據NAVAIR稱，這是首次對無人系統從消聲室外進行操控。

除了美海軍，澳大利亞皇家空軍(RAAF)是特里同無人機僅有的客戶。RAAF將采購7架“特里同”無人機，補充其P-8巡邏機機隊。

4) 俄羅斯正在開發的新型無人機可捕殺F-35戰機。據英國《國際飛行》網2015年8月27日報道：俄羅斯無線電子設備制造商“無線電電子技術”聯合集團(KRET)在2015年莫斯科航展上展出一架無人機新模型。據該公司副CEO米赫耶夫稱，這是俄羅斯聯合飛機制造公司(UAC)正在開發的一款可捕殺F-35戰機的高級軍用隱身無人機。無人機采用的是高度集成的電子戰系統，能夠躲過雷達的偵察[7]。

作為分包商，KRET集團負責為該項目提供基礎通信、雷達、電子戰和自衛系統以及地面控制站。

米赫耶夫稱，KRET集團當前正在參與兩個新型無人機項目，一個處于研制階段，另外一個處在概念階段。他沒有透露項目及負責的設計局名稱，但確認了新無人機的部分關鍵性能。

米赫耶夫稱，設計者引入俄羅斯和美國的相關技術，在此基礎上開發出與中國“神雕”無人機相似的可偵察隱身飛機的能力。

該機旨在利用X波段和超高頻雷達來探測美國的低可探測性戰斗機，特別是F-22、F-35戰斗機及B-2隱身轟炸機。另外還具有空中偵察能力。

KRET提供的一種高度集成的電子戰系統，不僅使無人機擁有可對抗敵方空空導彈的電磁保護罩，還可使飛機對雷達隱身。

無人機外形酷似諾斯羅普·格魯曼公司生產的艦載X-47B演示驗證機，但在機翼兩側各增加了兩個升力風扇以及垂直安定面。

米赫耶夫稱，無人機的航電、雷達和電子戰系統全部來自為蘇-35多用途戰機和KA-50武裝直升機生產的元器件。KRET公司也參與了T-50戰機的大量工作。

該無人機項目是一種航展營銷手段，抑或是一個成熟的開發項目，還有待后觀。

5) DARPA研發小精靈無人機用于分布式空中作戰。據DARPA網站2015年8月28日報道：美國國防高級研究計劃局(DARPA)計劃研發小精靈(Gremlins)無人機，執行更加高效、成本低廉的分布式空中作戰任務。該無人機將可從較大型飛機上投放，執行完任務后實現空中回收；是一種可重復使用的無人機，每架無人機預期可執行約20次任務[8]。

小精靈無人機的預期使用壽命大約為20次，與現有導彈和傳統飛機相比，在設計及使用上具有一些優勢：既無需像導彈一樣，執行完一次任務就拋棄整個機身、引擎、航電設備和有效載荷；也無需如當前服役年限達數十年的可重復使用系統那樣，帶來高額的維修和任務成本負擔；如果能如預期利用現有技術，并且僅對當前飛機提出適當的調整要求，小精靈飛機將具備較高的效費比。

小精靈項目將重點關注安全、可靠地從空中投放和回收大量無人機的技術；還將研究新的作戰能力、空中作戰體系以及潛在的成本優勢。項目計劃探索大量技術領域，包括：(1)投放和回收技術，設備及飛機集成概念；(2)低成本、有限使用期的機身設計；(3)高保真度分析，精密數字飛行控制，相對導航和位置保持。

6) 無人機蜂群作戰將成為未來軍事作戰的新趨勢。軍事航空航天電子學網站2015年9月22日報道：團隊作戰是現代軍事學說的一個核心組成部分。然而，當考慮無人機的作用時，通常只考慮單架無人機的作用，而非將其作為一個團隊成員來考慮其作用。

DARPA并不是唯一一家尋求無人機蜂群技術的機構。目前，還有許多軍方機構正在努力研制利用無人機向敵人開展蜂群式進攻的能力。

7) 俄媒稱目前僅美以有真正攻擊無人機中俄還在追趕。俄羅斯軍事觀察網12月12日發表題為《俄羅斯正重建空天力量體系中的薄弱環節》的報道稱，俄羅斯軍隊2016年將開始接收新型超遠程無人機。它們將進入東部軍區無人機分隊服役。早前曾有媒體報道稱，航程達1000公里的先進無人機將在2016年裝備部隊[9]。

專家推斷，這指的是重量約為1t～20t的重型攻擊無人機。這類重型機可搭載數枚炸彈和空對地導彈。俄羅斯軍隊目前還沒有可進行遠程偵察及攻擊的先進無人機。

俄國防工業綜合體自21世紀伊始就啟動了此類無人機的建造工作。俄空天力量體系中的這一薄弱環節預計將在2020年前被完全填補。

5　發展分析

無人作戰機的裝備技術的發展趨勢：推進系統的選擇與發展、機載通信系統的發展、武器和設備的小型化、生存能力的考慮、無人作戰飛機的保障與維修、無人作戰飛機的訓練[10]。

1) 推進系統的選擇與發展。在無人機推進系統方面，目前正處于研究階段的可用于無人機的新概念動力系統很多，其中對未來無人機發展最具影響力的新型動力系統可能是脈沖爆震發動機和電推進系統。

脈沖爆震發動機是一種利用間隙式或脈沖式爆震波產生推力的新概念吸氣式發動機，一般由進氣道、爆震室、尾噴管、推力壁、爆震觸發器、燃料供給和噴射系統及控制系統組成。脈沖爆震發動機獨特的工作原理決定了它具有其它發動機無法與其比擬的優勢，主要表現在：循環的熱效率高、由于沒有壓氣機、渦輪等轉動部件，其結構簡單，重量輕，推重比大，比沖大、耗油率低、工作范圍寬，可在M=0～10t、飛行高度H=0～50km飛行。

2) 機載通信系統的發展問題。無人機機載通信系統未來的發展趨勢是提高數據率，這主要依賴于紅外通信系統和光學通信系統的發展。光學通信系統以激光為基礎，它所提供的數據率要比紅外通信系統的最大值還要大兩到三倍。盡管激光通信系統的數據率要遠遠高于紅外通信系統，但是紅外通信系統未來仍然將在很長一段時間內存在，因為紅外通信系統能夠在各種氣象條件下工作。

3) 武器和設備的小型化。在機載武器系統方面，將會采用最先進的空對空和空對地武器，使用非常小、非常靈巧的炸彈和導彈，使有效載荷能力最優化，從而在同樣的重量下，其破壞能力將比現在增加10倍。

4) 生存能力的考慮。飛行控制系統、推進系統和操作訓練方面的失誤是造成無人機事故的主要因素，估計要占整個事故的75%，所以提高無人機的可靠性和生存性主要從這三個方面入手。低可靠性和低生存性會導致無人機損失率和維護費用的增加，因此在未來無人作戰飛機的設計中，要權衡飛行控制系統、推進系統、使用訓練與無人機的可靠性和生存性之間的關系，爭取在費用和性能的折衷上達到平衡。否則就會出現為了節省費用而使無人機的可靠性變得很低，而一旦無人機失事則在費用上更不合算。

5) 無人作戰飛機的保障與維修。無人機系統的保障工作包括使用保障與維修保障兩大類。在使用保障方面，無人機系統與有人駕駛飛機的主要區別是，它不只包括飛機本身，還包括任務控制站。因此，飛機和任務控制站的使用保障問題都應考慮到。在維修保障方面，大多數無人機常常幾個月、甚至幾年都保存在倉庫中，無人作戰飛機甚至能貯存10年以上，因而外場使用維修時間所占比重明顯減小，從而大量節省人力、物力與材料消耗，降低了使用和保障費用。無人作戰飛機的使用和保障費用有望比目前的戰術飛機降低50%～80%。

6) 無人作戰飛機的訓練。目前，對無人機系統操作員的要求比一般的飛行員還要高。無人機同有人駕駛飛機等其它平臺一起協同作戰的次數今后會越來越多，這就要求無人機系統操作員除了要對無人機操作非常熟悉外，還要了解其它飛行平臺的操作飛行特點。

6　結語

無人機從過去主要是執行空中偵察、戰場監視和戰斗毀傷評估等任務的作戰支援裝備，升級成為能執行壓制敵防空系統、對地攻擊，甚至可以執行對空作戰任務的主要作戰裝備之一。無人作戰飛機不僅會在未來戰場上與有人戰斗機并肩作戰，甚至在某些條件下還有可能替代有人戰斗機執行作戰任務，從而成為未來空中作戰的主力航空武器裝備[11]。

參 考 文 獻

[1] 楊遵，雷虎民，唐治理.基于作戰效能的無人機航路規劃研究[J].電光與控制，2009，16(11)：14-18.

[2] 楊遵.無人作戰飛機自主控制體系結構與航路規劃研究[D].西安：空軍工程大學，2007.

[3] 曹璐.UCAV偵察/打擊一體化自主控制關鍵技術研究[D].西安：西北工業大學， 2011.

[4] 美軍計劃在2019年之前將基于無人機的戰斗空中巡邏圈數量增加百分之五十[N].每防務快訊，2015-08-21.

[5] 美導彈防御局研發激光無人機項目[N].每防務快訊，2015-08-24.

[6] 美海軍計劃在9月份對“特里同”無人機展開作戰評估試驗[N].每防務快訊，2015-08-26.

[7] 俄羅斯正在開發的新型無人機可捕殺F-35戰機[N].每防務快訊，2015-09-01.

[8] DARPA研發“小精靈”無人機用于分布式空中作戰[J].每防務快訊，2015-09-02.

[9] 無人機蜂群作戰將成為未來軍事作戰的新趨勢[N].每防務快訊，2015-09-28.

[10] 俄媒稱目前僅美以有真正攻擊無人機中俄還在追趕[J].每防務快訊，2015-12-18.

[11] 郭昊，周德云，張堃.無人作戰飛機空戰自主機動決策研究[J].電光與控制，2010，17(8)：28-32.

[12] 任宏光， 劉穎.無人作戰飛機偵察打擊一體化武器系統發展[J].飛航導彈，2009(6)：47-49.

*收稿日期：2015年10月10日,修回日期：2015年11月27日

作者簡介：李旻，男，工程師，研究方向：艦船導航工程。

中圖分類號TN97

DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2016.04.006

Equipment Technology and Development of Drones

LI Min

(Navy Representative Office in Wuhan 438 Factory，Wuhan430060)

AbstractUnmanned aerial vehicle is mainly from the past to perform aerial reconnaissance， battlefield surveillance， and battle damage assessment tasks such as operational support equipment， upgrade become able to carry out suppression of enemy air defense system， ground attack， and even can be performed on one of the main combat equipment of air combat mission. The article summarizes the drone technology， unmanned aircraft system. Finally discusses the drone equipment technology and development of the analysis.

Key WordsUCAV, equipment technology, develop