美空軍未來20年小型無人機發(fā)展計劃解讀

王大勇

美空軍未來20年小型無人機發(fā)展計劃解讀

王大勇

2016年4月30日，美國空軍發(fā)布《2016～2036小型無人航空器系統(tǒng)發(fā)展計劃》。該計劃分析了空軍小型無人航空器當前和未來的作戰(zhàn)環(huán)境，描述了對小型無人航空器的作戰(zhàn)性能需求、關(guān)鍵系統(tǒng)的研制進展，同時提出了小型無人航空器后勤與保障的有關(guān)措施。

蜂群、分組、忠誠僚機作戰(zhàn)概念比較

小型無人航空器系統(tǒng)概念界定

小型無人航空器系統(tǒng)即小型無人機系統(tǒng)。《發(fā)展計劃》從三個方面對其概念進行了界定：

一是根據(jù)質(zhì)量大小，將質(zhì)量小于594kg的無人機定義為小型無人機，在此基礎(chǔ)上再將小型無人機分為三類：9kg以下的為第一類，9～25kg的為第二類，25～594kg的為第三類。

二是為了區(qū)分部分制導(dǎo)武器與小型無人機，《發(fā)展計劃》將微型空射誘餌類平臺歸為制導(dǎo)武器類，不劃入小型無人機的范疇。

三是小型無人機系統(tǒng)是由空中或地面控制部分、一架或多架無人機、發(fā)射與回收設(shè)備以及各類任務(wù)載荷共同構(gòu)成的一套系統(tǒng)。

未來小型無人機系統(tǒng)發(fā)展環(huán)境與作戰(zhàn)概念

未來作戰(zhàn)環(huán)境給空軍帶來前所未有的挑戰(zhàn)。無人機為美國實施全球一體化的情報、監(jiān)視與偵察和全球打擊提供了重要途徑。《發(fā)展計劃》中分析了小型無人機未來主要的作戰(zhàn)概念并提出了作戰(zhàn)行動案例。

未來發(fā)展環(huán)境

《發(fā)展計劃》強調(diào)，美國國防部2013年版《無人機系統(tǒng)集成路線圖》提出的環(huán)境趨勢仍然存在，將繼續(xù)影響包括小型無人機在內(nèi)的無人系統(tǒng)的發(fā)展。

一是預(yù)算壓力下降低系統(tǒng)成本。預(yù)算的削減提高了對系統(tǒng)經(jīng)濟實用性的要求，國防預(yù)算削減情況下，考慮將小型無人機系統(tǒng)與空軍核心能力進行有機整合可降低成本。

二是處于美國軍事力量調(diào)整之中。《2014年四年一度防務(wù)評審報告》提出未來美國軍事力量調(diào)整需求，對小型無人機而言，要求其在反介入/區(qū)域拒止環(huán)境中，能在全球范圍內(nèi)向作戰(zhàn)人員提供作戰(zhàn)支持。

三是打擊暴力極端主義的需求。美國將繼續(xù)在國內(nèi)外打擊暴力極端主義，需要小型無人機遂行全球范圍內(nèi)的跟蹤、監(jiān)視和打擊恐怖組織的任務(wù)。

四是將在網(wǎng)絡(luò)對抗中發(fā)揮關(guān)鍵作用。美國的對手有能力開展網(wǎng)絡(luò)攻擊。無人機是陸、海、空、天域不可或缺的一部分，在網(wǎng)絡(luò)對抗中也發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

五是無人機技術(shù)擴散導(dǎo)致反無人機技術(shù)迅速發(fā)展。美國受到敵方無人機的威脅，美國一方面要保持其無人機技術(shù)優(yōu)勢，另一方面需要發(fā)展反無人機技術(shù)應(yīng)對威脅。

小型無人機作戰(zhàn)概念

《發(fā)展計劃》提出了四種小型無人機作戰(zhàn)概念。

一是蜂群作戰(zhàn)：指一組自主聯(lián)網(wǎng)的無人機協(xié)同作戰(zhàn)，聯(lián)網(wǎng)的機群通過共享外部數(shù)據(jù)及內(nèi)部信息實現(xiàn)態(tài)勢感知。小型無人機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具備化解集群沖突的能力，能夠根據(jù)位置、任務(wù)、載荷特征和預(yù)期效果實現(xiàn)優(yōu)化配置。2016年5月23日，美海軍研究局與喬治亞理工大學聯(lián)合開展了“低成本無人機蜂群技術(shù)”項目的連續(xù)發(fā)射與編組飛行試驗。

二是分組作戰(zhàn)：指遠程操作人員或有人飛機機組人員對無人機系統(tǒng)與相關(guān)機載傳感器實施的分組指揮與控制，同時能夠?qū)崿F(xiàn)不同組別之間的控制權(quán)的切換。

三是忠誠僚機：無人機作為僚機，可以通過實時精確定位、低附帶損毀等性能，為有人飛機提供威脅探測、風險規(guī)避和提供殺傷性攻擊等支援。

四是作為誘餌：小型無人機成本低，適合用作誘餌，通過主動發(fā)射電磁、紅外或其他信號欺騙敵人，分散其在主要任務(wù)上的注意力。

小型無人機作戰(zhàn)行動方案

《發(fā)展計劃》提出三種小型無人機作戰(zhàn)行動方案。

一是對敵防空壓制：小型無人機可在不對飛行員造成威脅的情況下，破壞甚至摧毀敵方指揮與控制設(shè)施、雷達站、地空導(dǎo)彈發(fā)射架等防空目標。

二是協(xié)同偵察與打擊：小型無人機在某一預(yù)定區(qū)域內(nèi)飛行并提供交互式指揮與控制功能，對目標實施偵察和協(xié)同打擊。

三是反無人機作戰(zhàn)：目前全球70多個國家擁有無人機，尤以小型無人機更難以跟蹤、探測，需要發(fā)展具備欺騙或摧毀敵方無人機的先進干擾器、地面雷達或機載雷達。小型無人機的作戰(zhàn)方案還包括居高監(jiān)視、空投傳感器等。

無人機作戰(zhàn)行動假想

小型無人機關(guān)鍵系統(tǒng)性能發(fā)展分析

小型無人機性能特點

一是快速部署能力。小型無人機快速部署能力是其最重要的特征之一。大多數(shù)小型無人機一旦就位，則基本不需裝配就可快速部署，并能在數(shù)分鐘內(nèi)投入使用。未來作戰(zhàn)需要小型無人機進一步縮短部署時間，快速執(zhí)行情報、監(jiān)視與偵察和打擊任務(wù)。

二是經(jīng)濟實用性。小型無人機具備低成本的特點，有較強的經(jīng)濟實用性，未來需要在作戰(zhàn)能力和經(jīng)濟性之間進一步選好平衡點，實現(xiàn)最優(yōu)效果。

三是適應(yīng)能力較強。小型無人機具有較強的作戰(zhàn)適應(yīng)性，能夠使空軍保持強勁且靈活的全球性綜合情報、監(jiān)視與偵察能力，同時可迅速適應(yīng)作戰(zhàn)人員需求，保持情報、監(jiān)視與偵察能力的抗毀性。

四是具備察打一體功能。現(xiàn)代戰(zhàn)爭對打擊時敏目標的要求十分迫切，無人機作為高度信息化武器裝備，將成為未來陸海空天信息網(wǎng)絡(luò)一體化作戰(zhàn)體系中重要的信息節(jié)點和武器節(jié)點，具備“察打一體化”能力的無人偵察機發(fā)展前景也將更加廣闊。

小型無人機關(guān)鍵分系統(tǒng)發(fā)展分析

一是在總體設(shè)計方面強調(diào)模塊化設(shè)計。小型無人機系統(tǒng)軟硬件的模塊化設(shè)計有利于實現(xiàn)經(jīng)濟性、通用性、適應(yīng)性。目前，美空軍小型無人機系統(tǒng)尚未采用模塊化設(shè)計，未來則需要重點考慮。硬件模塊化首先是機身和處理器，其他部件可根據(jù)具體任務(wù)配置，重要部件包括高速機翼、高速長航時發(fā)動機，以及光電/紅外、超光譜、電子戰(zhàn)、動能殺傷器等有效載荷。

二是通信系統(tǒng)設(shè)計強調(diào)有效連通、信息共享與抗干擾。無人機通信系統(tǒng)存在連通性和信息共享不足、易受干擾等問題。美國國防部高級研究計劃局（DARPA）“下一代”計劃及其后續(xù)的“新無線網(wǎng)絡(luò)（WNaN）”項目正在開展動態(tài)頻譜介入的可行性與相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)研究，對于小型無人機信息連通、共享產(chǎn)生重要推動作用。空軍在這方面需要解決的問題還包括抗干擾技術(shù)和通信對抗技術(shù)等。

三是控制系統(tǒng)方面需要進一步加強自主性。要對小型無人機進行改進，使其從執(zhí)行預(yù)編程任務(wù)轉(zhuǎn)為執(zhí)行獨立任務(wù)。自主系統(tǒng)的特點是能夠在不可預(yù)見的環(huán)境中堅持以目標為導(dǎo)向的能力。美國空軍、DARPA和約翰·霍普金斯應(yīng)用物理實驗室目前都在開展有關(guān)自主性的研發(fā)項目。

四是提升導(dǎo)航定位與授時系統(tǒng)的精度。當前，小型無人機主要依賴GPS系統(tǒng)確定自身時空位置。當GPS信號削弱或無法使用時，作戰(zhàn)能力將受到限制。未來的解決方案包括利用芯片級原子鐘等先進的導(dǎo)航系統(tǒng)提供定位、導(dǎo)航、授時解決方案，同時需要進一步增強在區(qū)域拒止環(huán)境下的導(dǎo)航定位能力。

五是動力系統(tǒng)方面需要提升長航時能力。為支持小型無人機系統(tǒng)執(zhí)行長航時任務(wù)，動力系統(tǒng)必須節(jié)能高效或使用可再生/替代燃料。目前，空軍研究實驗室航空航天系統(tǒng)部與空軍特種作戰(zhàn)司令部等合作，完成了用于小型無人機的燃料電池混合動力系統(tǒng)的設(shè)計，其續(xù)航能力是常規(guī)動力系統(tǒng)的3倍。

模塊化設(shè)計

小型無人機的采辦與后勤保障

小型無人機采辦

美國空軍小型無人機采辦資金主要來源于海外應(yīng)急行動專項資金，其采辦過程主要由空軍特種作戰(zhàn)司令部負責。《發(fā)展計劃》提出空軍應(yīng)建立統(tǒng)一的小型無人機項目辦公室，這樣更有利于實現(xiàn)采辦和維護的經(jīng)濟性，更有利于進行全生命周期內(nèi)預(yù)籌產(chǎn)品改進等。

小型無人機后勤保障

《發(fā)展計劃》提出空軍應(yīng)實施小型無人機全生命周期保障計劃，在美軍聯(lián)合能力集成開發(fā)早期階段，就將小型無人機生命周期計劃與成本考慮在內(nèi)，包括制訂機庫維修計劃、制定核心后勤能力采辦流程等。

未來，小型無人機憑借其成本低、靈活性強、集察打功能于一身等性能特點，在滿足空軍作戰(zhàn)需求方面將發(fā)揮重要作用。《發(fā)展計劃》同時指出，全球無人機和小型無人機市場年增長率預(yù)計將分別達到3%和21.7%。美空軍應(yīng)及時設(shè)立專門的采辦管理機構(gòu)，針對未來的作戰(zhàn)環(huán)境和作戰(zhàn)需求，有針對性地發(fā)展小型無人機關(guān)鍵分系統(tǒng)并提升整體作戰(zhàn)效能。（中國航天科技集團公司）