美國國防部預研局近期無人機項目發展綜述

20世紀60年代美國國防部預研局（DARPA）率先開始研發無人機技術，然而卻在美國軍界引起了廣泛爭論，特別是各軍種并不支持無人機。但是在DARPA持之以恒的推動下，經過近半個世紀的發展，無人機在自主控制、結構、動力、導航、傳感器、通信、武器化和創新構型方面取得飛速發展，不但成功轉化出多個經過實戰考驗的型號，還使無人機甚至是無人系統成為未來軍用裝備最重要的發展方向。目前，DARPA正以豐富的無人機技術開發經驗為基礎，力求不斷拓展美軍無人機的運用方式和任務能力。通過開發無人機蜂群、運輸無人機、海上使用無人機等技術演示驗證機，期望為美軍繼續維持壓倒性空中作戰優勢做出重要貢獻。

無人機蜂群

無人機蜂群技術是DARPA當前關注重點，通過“小精靈”、“拒止環境協同作戰”（CODE）和“進攻性蜂群使能戰術”（OFFSET）等項目分別研究與無人機蜂群相關的各類關鍵技術，以降低技術風險，推動無人機蜂群的實戰化進程。

“小精靈”項目

2015年DARPA推出“小精靈”項目，研究小型無人機蜂群的空中發射/回收、低成本機體設計、高速數字式飛行控制等關鍵技術。當前，DARPA設想的“小精靈”無人機可以對抗中、俄等國的高性能一體化防空系統，作戰半徑926km、作戰半徑處可巡邏3h、設計載重54.5kg、最大速度不小于Ma0.8、最大發射高度超過12192m。2017年3月，DARPA宣布“小精靈”項目第一階段任務順利完成，并授予動力系統公司（Dynetics）和通用原子航空系統公司第二階段合同。根據當前安排，“小精靈”項目的第二階段會持續一年，將初步設計全尺寸的技術驗證系統，并針對系統部件開展風險降低試驗。DARPA計劃在2018年初選擇一家承包商進入項目第三階段，研制完成全尺寸技術驗證系統，并在2019年開展“小精靈”蜂群的空中發射和回收飛行試驗。

CODE項目

CODE項目的目標是發展一套包含協同算法的軟件系統。這套系統可以適應帶寬限制和通信干擾，減少操作人員的認知負擔，并能與現有標準兼容，以較低成本集成到已有平臺中。DARPA設想的CODE無人機蜂群可由一名操作人員管理，蜂群在執行任務時可以互相或向操作人員分享數據、協商任務分配、實現行動和通信同步化，并根據已經建立的交戰規則在高強度對抗環境中執行目標搜索、識別和交戰等任務。2016年6月，DARPA向洛馬公司及雷神公司授予項目第二階段系統集成合同，開展由1～2架真實飛機和若干虛擬飛機組隊的飛行試驗。預計CODE項目將在2018年年底結束，并在實際飛行試驗中驗證全部任務能力。

OFFSET項目

2017年1月27日，DAR PA公布了OFFSET項目的招標書初稿，研發并驗證規模大于100架的與作戰相關的蜂群戰術，提升部隊的防御、火力、精確打擊效果及情報、監視與偵察（ISR）能力。項目的主要技術指標為：每季度產生的戰術超過10種、評估新戰術的時間小于15min、部署新戰術的時間小于1min、向100個無人平臺的集成時間小于24h。DARPA將利用Unity 3D、Unreal等游戲開發軟件搭建虛擬的蜂群作戰場景，創建并推演蜂群戰術，使用增強現實、虛擬現實等手段減少人機交互認知誤差，評估蜂群戰術作戰效果。最終，項目發展的蜂群戰術將集成至真實平臺開展驗證。預計，OFFSET項目將進行42個月，并分為3個研究階段，其中第1階段持續18個月，第2、第3階段為期12個月。

運輸無人機

運輸類無人機是DARPA在無人機領域的另一發展重點，啟動了“可重構嵌入式航空系統”（ARES）和“入境、可控、空中發射和不回收系統”（ICARUS）等項目，支持美國地面作戰部隊設想的在更廣地區的高強度分布式作戰。

ARES項目

ARES項目聚焦發展模塊化垂直起降無人運輸機技術，通過運載不同類型、即插即用的任務模塊，在戰場實現傷員運輸、貨物補給和ISR等多種功能。驗證機由主承包商洛馬公司聯合皮亞塞基飛機公司（Piasecki）研制，采用傾轉涵道風扇布局，機身寬12.5m，2個涵道推進風扇直徑2.44m。機身在2個涵道風扇之間，可攜帶各種即插即用的載荷模塊，包括貨運、傳感器、生命支持設備等。驗證機最大起飛重量3178kg、最大巡航速度314km/h、升限6096m、作戰半徑282km。另外，目前洛馬公司正在研究驗證機的改型，最大巡航速度將達到463km/h，作戰半徑媲美V-22“魚鷹”。由于驗證機的涵道風扇等部件屬于全新設計，它們需要開展的額外測試使驗證機的首飛時間從去年6月推遲到了2017年秋季。

ICARUS項目

2015年9月，DARPA啟動ICARUS項目，發展可融化消失的貨運無人機，以避免落入敵人手中。ICARUS無人機的最大尺寸不大于3m，可以在最高10668m的高空投放，最遠滑翔飛行161km。可空運重量不超過1.362kg的小型包裹，并根據GPS進行定位，投放精度10m。這種小型無人機可根據指令在著陸4h內融化，殘留物的尺寸不大于100μm。2016年6月，DARPA授予施樂公司帕洛阿爾托研究中心（Xerox PARC）、Dzyne技術公司（Dzyne Technologies）和Morsecorp公司第一階段合同。這一階段發展和驗證的無人機將使用不可消失材料，但采用可消失材料的制造工藝。在項目第二階段，DARPA將開展可消失貨運無人驗證機的外場飛行試驗。

海上無人機

目前，美軍服役的無人機多為陸地起降，機場的可用性成為限制無人機使用的重要因素。而海上使用的無人機多為無人直升機或小型固定翼無人機，作戰半徑和續航時間有限。因此，DARPA正通過“戰術偵察節點”（TERN）和“升降載荷”（UFP）等項目，發展性能水平更高的海上使用無人驗證機，拓展美軍無人機的使用范圍和作戰能力。

TERN項目和“側邊吊臂”子項目

TERN項目旨在為美軍普通艦船發展一型中空長航時察打一體無人演示驗證機，要求在攜帶272kg有效載荷的情況下，在距離艦船1700km的范圍內（在海上或深入內地）執行持久ISR和打擊任務。TERN驗證機由諾格公司研制，采用尾坐式垂直起降飛翼布局，并在2016年完成了機翼制造、發動機試驗和軟件集成等技術里程碑。目前，諾格公司正在制造和試驗第二架驗證機。

除了發展無人驗證機，TERN項目還包含若干子項目，發展相應驗證系統，其中“側邊吊臂”（Side Arm）子項目近期取得了重大進展。該項目旨在發展一套獨立且便攜的裝備，可以水平發射和回收最重408.6kg的無人機。2016年12月，子項目承包商極光飛行科學公司開展全尺寸側邊吊臂系統的演示驗證試驗，重復捕捉了由外部彈射器發射并達到相應速度的洛馬公司“狂怒”（Fury）無人機。經過試驗驗證，極光飛行科學公司的側邊吊臂系統最大可回收500kg的無人機，超出DARPA設計目標。目前，側邊吊臂系統的試驗已經完成，DARPA正在尋找潛在的轉化對象并探索在其他無人機平臺上的使用。

UFP項目

UFP項目將發展可在海水下待機發射的無人驗證機系統。UFP項目的無人機發射艙具有休眠的功能，在深海難以被察覺。其可以承受海底巨大的水壓，并在難以預測的海底環境中不易損壞。無人機發射艙能夠在海底休眠數月或數年后激活使用，“喚醒”信號可在全球任何地方發送。激活后的發射艙將快速升至水面并釋放無人機飛向天空，執行監視和打擊行動。目前該項目處于第3階段，將在海上開展演示驗證試驗。

不斷拓展性能包線

除了發展無人機蜂群、無人運輸機和海上使用高性能無人機等新概念無人機，DARPA還在不斷拓展各類無人機的性能包線。

VA001無人機項目

VA001是DARPA發展的小型低成本中空長航時無人驗證機，承包商是美國香草飛機公司。按照設計，該機最大起飛重量 272kg，有效載荷13.6kg，可在4572m高度連續飛行10天。2017年1月4日，VA001無人機在新墨西哥州的拉斯克魯塞斯上空連續飛行了56h，平均飛行速度106km/h，創下了同重量等級和動力類型無人機（50～500kg級燃燒動力無人機子類，國際航空聯合會U-1.c類第1組）新的續航時間世界紀錄。該紀錄在迄今所有記錄在案的無人機續航時間中排名第4，而實際上如不是受惡劣天氣影響，飛行時間還要比56h長不少。VA001安全降落后，機內還有超過一半的燃料，這意味著其能夠繼續刷新紀錄，并最終可為地面部隊和其他用戶提供重要

能力。

“垂直起降驗證飛機”（VTOL X-Plane）項目

VTOL X-Plane項目旨在開發性能更強的垂直起降無人驗證機，主要技術指標包括：持續飛行速度556～741km/h、懸停效率不低于75%、巡航狀態升阻比不低于10、能夠承受-0.5g～2.0g過載、驗證機最大起飛重量在4500～5400kg之間。2016年3月，DARPA宣布極光飛行科學公司的“雷擊”（Lightning Strike）無人機贏得競標，并授予其8944萬美元的第2、第3階段研究合同。“雷擊”采用了鴨翼布局的傾轉機翼設計，由發動機驅動發電機產生電力，并將電力分配至全機24個涵道式風扇上：2個鴨翼各安裝3個，2個主機翼上則各安裝9個。2016年4月，極光飛行科學公司開始1/5比例“雷擊”縮比驗證機的飛行試驗，驗證機重量146kg。一年之后的2017年4月，DARPA宣布縮比驗證機完成飛行試驗，驗證了自動起飛、持續懸停、方向與平移控制、航路點導航和自動著陸等內容。DARPA項目經理巴蓋稱，該縮比驗證機飛行特性出色，從垂直飛行過渡至水平飛行可保持飛行高度不變。此外，驗證機的分布式推進系統的空氣動力學效能也十分優異。接下來，VTOL X-Plane的工作重點是開發已命名為XV-24A的全尺寸驗證機，其重量將達到5443kg。XV-24A的飛行試驗預計于2018年開始，以驗證項目設定的各技術指標。

結束語

無人機不受人類飛行員的生理限制，可以突破過載、座艙、留空時間等一系列約束，大幅度拓展飛行包線，同時提高在高威脅環境中部署的自由度，已成為美軍當前重要的航空武器裝備。但是，目前美軍在役的絕大部分無人機在強對抗環境中尚不具備威懾力。為此，五角大樓的《無人系統綜合路線圖（2013-2038財年）》認為，無人機需具備在反介入/區域拒止（A2/ AD）等環境中作戰的能力，且是未來戰爭勝利的關鍵性因素。與國防部一致，空軍《遙控駕駛飛機（RPA）指導：愿景與賦能概念（2013-2038）》認為，下一代RPA需在強對抗環境中具備電子對抗、超視距快速打擊、戰斗搜索與救援等能力；而《小型無人機系統（sUAS）飛行規劃：2016-2036》也指出，未來sUAS能在A2/AD環境中大顯身手，可遂行壓制/摧毀敵防空火力、網絡化ISR和動能殺傷等多種任務。因此，DARPA啟動的各類無人機項目不但貼合了國防部和軍種發展愿景，又可拓展無人機的使用范圍和性能指標，將推動無人機成為在強對抗環境中使用的重要裝備。

（袁成，中國航空工業發展研究中心）