低成本化

寧浩

當(dāng)今，現(xiàn)代空戰(zhàn)模式已經(jīng)由平臺(tái)中心戰(zhàn)加速向網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)轉(zhuǎn)變，“無(wú)人僚機(jī)”編隊(duì)是一個(gè)聚焦點(diǎn)。

2015年，美國(guó)空軍提出了“忠誠(chéng)僚機(jī)”計(jì)劃，該計(jì)劃的目的就是為F22和F35開(kāi)發(fā)一款忠誠(chéng)可靠的“無(wú)人僚機(jī)”。2017年4月，基于“忠誠(chéng)僚機(jī)”概念的有人/無(wú)人機(jī)編組演示實(shí)驗(yàn)成功完成，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人僚機(jī)自主與長(zhǎng)機(jī)編隊(duì)飛行并開(kāi)展對(duì)地打擊，為美軍翹首以盼的新型空中作戰(zhàn)打上了一針“興奮劑”。以制造無(wú)人靶機(jī)聞名的美國(guó)克拉托斯防衛(wèi)與安全公司正在為美空軍研究實(shí)驗(yàn)室的“忠誠(chéng)僚機(jī)”概念制造“低成本可消耗打擊演示機(jī)”（以下簡(jiǎn)稱LCASD），并正在競(jìng)爭(zhēng)“灰狼”低成本巡航導(dǎo)彈原型機(jī)項(xiàng)目。

“低成本可消耗打擊演示機(jī)”項(xiàng)目簡(jiǎn)介

LCASD項(xiàng)目旨在尋求在拒止環(huán)境下前沿基地難以使用或無(wú)法運(yùn)作時(shí)，有能力遂行打擊和信息、偵查和監(jiān)視（以下簡(jiǎn)稱ISR）任務(wù)，并可消耗的遠(yuǎn)程無(wú)人機(jī)譜系，以最大程度降低無(wú)人機(jī)壽命期成本作為重點(diǎn)，從而為美軍提供改變戰(zhàn)爭(zhēng)規(guī)則的能力。項(xiàng)目的關(guān)注重點(diǎn)是成本，即在成本、性能以及飛機(jī)的可消耗性之間實(shí)現(xiàn)平衡。同時(shí)，項(xiàng)目也將甄別關(guān)鍵使能技術(shù)，并為空軍研究實(shí)驗(yàn)室提供未來(lái)能力。

空軍研究實(shí)驗(yàn)室為L(zhǎng)CASD無(wú)人機(jī)設(shè)定的成本及能力目標(biāo)包括：99架以內(nèi)無(wú)人機(jī)單位采購(gòu)成本不超過(guò)300萬(wàn)美元，100架以上無(wú)人機(jī)的單位采購(gòu)成本不超過(guò)200萬(wàn)美元；任務(wù)范圍2780千米，有效載荷能力為230千克；內(nèi)部武器艙應(yīng)能攜載至少2枚GBU-39“小直徑炸彈”。其他目標(biāo)還包括：不依賴跑道起飛和回收的能力，最大限度地使用商業(yè)現(xiàn)貨材料、子系統(tǒng)、制造工藝及開(kāi)放式任務(wù)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)概念。

◎XQ-58A

總部位于美國(guó)加利福尼亞州的克拉托斯防務(wù)與安保解決方案公司在低成本可消耗無(wú)人機(jī)發(fā)展方面處于業(yè)界領(lǐng)先地位。2015年6月美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)啟動(dòng)LCASD項(xiàng)目不久，7月，克拉托斯公司就在LCASD項(xiàng)目競(jìng)爭(zhēng)中擊敗其他6個(gè)業(yè)界團(tuán)隊(duì)贏得了合同。根據(jù)合同，該公司將發(fā)展、制造和試飛XQ-58A“女武神”無(wú)人機(jī)。此外，該公司的UTAP-22“灰鯖鯊”無(wú)人僚機(jī)已參加了此前美軍的多次演習(xí)用以驗(yàn)證有人/無(wú)人協(xié)同作戰(zhàn)能力。在2017年6月19日開(kāi)幕的巴黎航展上，美國(guó)克拉托斯公司就高調(diào)宣傳著其科幻的“忠誠(chéng)僚機(jī)計(jì)劃”，并展出上述兩款最新無(wú)人機(jī)。這兩款無(wú)人機(jī)就是專門為有人戰(zhàn)機(jī)設(shè)計(jì)的無(wú)人僚機(jī)。

XQ-58A無(wú)人機(jī)長(zhǎng)8.8米，翼展6.7米，是新一級(jí)的高速、遠(yuǎn)程、低成本系統(tǒng)，適于有人/無(wú)人編隊(duì)，可以為ISR、打擊、空對(duì)空作戰(zhàn)或電子攻擊任務(wù)提供一種經(jīng)濟(jì)可承受的選項(xiàng)。XQ-58A采用固定式后掠翼和V形垂尾，由內(nèi)置型渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，最大速度達(dá)馬赫數(shù)0.85，最大飛行高度約13716米，最大航程為3426千米。該機(jī)的原型機(jī)計(jì)劃在2018年年初首飛。

XQ-58A的特點(diǎn)在于采用內(nèi)置武器艙，整個(gè)機(jī)身呈棱錐形，具備了低雷達(dá)截面積設(shè)計(jì)，讓它能在充滿先進(jìn)防空系統(tǒng)的戰(zhàn)場(chǎng)上大幅度增加生存力。內(nèi)置彈艙可攜帶多種致命性彈藥，必要時(shí)還可在翼下設(shè)置掛架，使其具備執(zhí)行ISR、對(duì)地攻擊、空戰(zhàn)、電子攻擊等多種任務(wù)。LCASD并不是一次性的，但具有足夠好的經(jīng)濟(jì)性，在戰(zhàn)斗中消耗得起。通過(guò)完全壓制敵方防空，可消耗的“忠誠(chéng)僚機(jī)”能夠提高有人駕駛戰(zhàn)斗機(jī)的生存力。

由于遵循“低成本可消耗”的設(shè)計(jì)原則，在機(jī)體結(jié)構(gòu)、機(jī)載設(shè)備等方面，XQ-58A都盡量采用第四代有人戰(zhàn)斗機(jī)以及無(wú)人機(jī)成熟設(shè)計(jì)，以盡量降低成本。XQ-58A單價(jià)大約是200～300萬(wàn)美元，比美軍現(xiàn)役的“捕食者”系列察打一體無(wú)人機(jī)便宜很多。LCASD整個(gè)計(jì)劃并未有預(yù)算超支的情況，且政府方給出LCASD計(jì)劃的評(píng)價(jià)為“極為杰出”，大幅降低了計(jì)劃因資金風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生腰斬的可能性。

為了進(jìn)一步降低成本，配裝忠誠(chéng)僚機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)需要設(shè)計(jì)成可以低成本制造，部件更少，并且壽命為數(shù)百小時(shí)。

◎UTAP-22“灰鯖鯊”

UTAP-22“灰鯖鯊”無(wú)人機(jī)是BQM-167A“火蜂”無(wú)人靶機(jī)的先進(jìn)衍生型，旨在作為現(xiàn)成的“力量倍增器及無(wú)人僚機(jī)”，可滿足“反介入/區(qū)域拒止”環(huán)境的作戰(zhàn)需求。

其設(shè)計(jì)的目標(biāo)是將類似戰(zhàn)斗機(jī)的戰(zhàn)術(shù)速度、機(jī)動(dòng)性與有人/無(wú)人編隊(duì)協(xié)同作戰(zhàn)能力結(jié)合起來(lái)。UTAP-22全長(zhǎng)6.12米、翼展3.2米、總重達(dá)929千克、內(nèi)部荷載226千克、外部可掛載362千克、翼端兩邊則各能掛載45.3千克電子戰(zhàn)吊艙。其極速可達(dá)馬赫數(shù)0.91，升限達(dá)15240米，可做出-2～9g的機(jī)動(dòng)，并擁有長(zhǎng)達(dá)3個(gè)小時(shí)的續(xù)航力，最大航程約2600千米。該機(jī)采用尖錐形頭部，圓柱體機(jī)身，小展弦比中等后掠角中單翼，單垂尾，后掠平尾。其采用滑軌發(fā)射、傘降降落的方式實(shí)現(xiàn)回收。

在美海軍的支持下，UTAP-22無(wú)人機(jī)已經(jīng)進(jìn)行了3次演示，驗(yàn)證了無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)相互之間以及與有人駕駛飛機(jī)之間協(xié)同行動(dòng)的概念和技術(shù)成熟性。2015年下半年，美國(guó)海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的AV-8B“獵兔犬”戰(zhàn)斗機(jī)在加利福尼亞州的中國(guó)湖測(cè)試場(chǎng)演示了飛行中控制UTAP-22無(wú)人機(jī)“狼群”的能力。據(jù)克拉托斯訪務(wù)公司防務(wù)網(wǎng)站2017年8月10日發(fā)布的公告，該公司在Mako無(wú)人機(jī)中集成了一套典型的有人機(jī)任務(wù)系統(tǒng)，結(jié)合此前通過(guò)單機(jī)、多機(jī)、有人/無(wú)人協(xié)同驗(yàn)證的自主能力，使該無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的作戰(zhàn)能力邁上了新的臺(tái)階。

發(fā)動(dòng)機(jī)是控制成本的關(guān)鍵

許多大型無(wú)人機(jī)都使用成熟的發(fā)動(dòng)機(jī)。原因包括：第一，降低風(fēng)險(xiǎn)，從而將技術(shù)發(fā)展資源集中投向無(wú)人機(jī)的機(jī)體和電子設(shè)備；第二，降低成本。然而，新一代可消耗低成本無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)和巡航導(dǎo)彈的發(fā)動(dòng)機(jī)需求有著自己的獨(dú)特性。

據(jù)《航宇日?qǐng)?bào)》網(wǎng)站2016年3月28日?qǐng)?bào)道，美國(guó)空軍正在向工業(yè)界征求能向未來(lái)亞聲速“第五集群”無(wú)人飛行器系統(tǒng)提供低成本發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)信息。該需求與LCASD相關(guān)。征詢書指出：“該工作將為高速、遠(yuǎn)程、低成本、有限壽命打擊無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、組裝和試驗(yàn)技術(shù)基線。”美國(guó)空軍稱，現(xiàn)有的商用現(xiàn)貨發(fā)動(dòng)機(jī)能提供必要的性能，但其典型的設(shè)計(jì)壽命為5000-15000小時(shí)對(duì)于這種用后可棄UAS來(lái)說(shuō)可能經(jīng)濟(jì)性難以接受。

舉例來(lái)說(shuō)，XQ-58A無(wú)人機(jī)配裝一臺(tái)美國(guó)威廉姆斯國(guó)際公司的FJ33-5渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)為正在生產(chǎn)的現(xiàn)貨，此前配裝公務(wù)機(jī)。它的大修間隔達(dá)3500小時(shí)，而可消耗型無(wú)人機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)只要求能滿足200～300小時(shí)的飛行時(shí)間。一臺(tái)可以持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)50小時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)就足以執(zhí)行5次任務(wù)，如果安排合適，那就足夠無(wú)人機(jī)完成相關(guān)的作戰(zhàn)任務(wù)。這么長(zhǎng)的壽命，實(shí)在有些浪費(fèi)。不過(guò)，最具挑戰(zhàn)性的恐怕不是XQ-58A，而是更小型的“灰狼”巡航導(dǎo)彈。因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)估計(jì)占飛行載具成本的40%，但AFRL希望將灰狼巡航導(dǎo)彈的成本控制在20萬(wàn)美元。而傳統(tǒng)的導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)攻擊就需要10萬(wàn)美元，占單價(jià)的50%。

低成本、短壽命發(fā)動(dòng)機(jī)要求制造商采取新的業(yè)務(wù)模式。這種模式不會(huì)有維護(hù)、修理和大修，而制造商的傳統(tǒng)模式是依靠MRO的收入來(lái)回收研發(fā)投入。在新的業(yè)務(wù)模式中，制造商面臨的挑戰(zhàn)是將充分降低發(fā)動(dòng)機(jī)的成本，以便在一年生產(chǎn)數(shù)百臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下掙錢。

因此，美國(guó)空軍計(jì)劃為一家單位授予745萬(wàn)美元的合同來(lái)開(kāi)展30個(gè)月的工作，其中包括一次飛行演示驗(yàn)證。對(duì)于LCASD發(fā)動(dòng)機(jī)，空軍正在啟動(dòng)技術(shù)調(diào)查以確定用于遠(yuǎn)程、高亞聲速“第五集群”UAS的推進(jìn)系統(tǒng)的“當(dāng)期和未來(lái)狀態(tài)”。空軍稱：“這一尺寸級(jí)別的發(fā)動(dòng)機(jī)的性能、壽命和成本之間很好地權(quán)衡還沒(méi)有被理解得足夠透徹”。

威廉姆斯公司是當(dāng)今世界領(lǐng)先的小型航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造商，20世紀(jì)90年代，威廉姆斯公司與羅·羅公司合作，開(kāi)發(fā)出FJ44系列民用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，在此基礎(chǔ)上又開(kāi)發(fā)出了推力較小的FJ33系列渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。

威廉姆斯公司還是美國(guó)最重要的導(dǎo)彈用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)制造商。其產(chǎn)品有F107-WR-100、F107-WR-400、F112-WR-100和F121-WR-100等，主要用于AGM-86、AGM-129等巡航導(dǎo)彈，也用于多種靶機(jī)。1999年，F(xiàn)107發(fā)動(dòng)機(jī)在繼發(fā)展型F121/ F122之后，進(jìn)—步發(fā)展出縮比型發(fā)動(dòng)機(jī)F415，用于“戰(zhàn)斧”巡航導(dǎo)彈。F107/F112/F415系列發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、耗油率低和使用維護(hù)方便，飛行重量只有50千克左右。該系列應(yīng)用范圍廣、使用成本低，是世界上用途最廣泛的彈用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。進(jìn)入21世紀(jì)，針對(duì)軍方需要，公司更是直接把民用型FJ44降低推力發(fā)展出軍用型F129發(fā)動(dòng)機(jī)，用于巡航導(dǎo)彈。

2016年美國(guó)空軍和DARPA聯(lián)合啟動(dòng)“小精靈”無(wú)人機(jī)項(xiàng)目，目標(biāo)為在C-130運(yùn)輸機(jī)上發(fā)射小型無(wú)人機(jī)蜂群，并使用其它C-130平臺(tái)進(jìn)行回收。“小精靈”無(wú)人機(jī)平臺(tái)可在對(duì)抗空域中重復(fù)使用20次，裝備偵察、監(jiān)視和電子戰(zhàn)等各種載荷，摧毀或癱瘓敵方的通信、防空導(dǎo)彈和戰(zhàn)區(qū)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并在任務(wù)完成后回收未被擊落的無(wú)人機(jī)。在“小精靈”項(xiàng)目中，威廉姆斯國(guó)際公司專門負(fù)責(zé)發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)和制造。

無(wú)人僚機(jī)/巡航導(dǎo)彈用小型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展主要采用兩種途徑：一是在現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上采用先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)一步改型發(fā)展，另一條途徑是發(fā)展全新的發(fā)動(dòng)機(jī)。大效益、低成本和大采購(gòu)量的發(fā)動(dòng)機(jī)適合全新研制。小效益、高成本和小采購(gòu)量的發(fā)動(dòng)機(jī)適合在現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上改型。而對(duì)于低成本可消耗型的無(wú)人機(jī)和一次/有限次性巡航導(dǎo)彈，美軍更傾向于全新研制。

無(wú)人僚機(jī)將成為F-35等有人戰(zhàn)斗機(jī)的“空中保鏢”

UTAP-22、XQ-58A將在加州莫哈韋沙漠進(jìn)行高級(jí)飛行試驗(yàn)，采用更先進(jìn)的感應(yīng)技術(shù)，進(jìn)一步測(cè)試戰(zhàn)斗無(wú)人機(jī)的自主飛行能力。

美空軍目前正在使用大量帶寬發(fā)送實(shí)時(shí)視頻，并已開(kāi)發(fā)出更加智能的機(jī)載處理器。這些系統(tǒng)可以隨著時(shí)間學(xué)習(xí)，進(jìn)而成為美空軍的力量倍增器。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、自主性和人工智能不斷發(fā)展，無(wú)人機(jī)未來(lái)將有能力在某個(gè)區(qū)域懸停，并且在特定時(shí)間內(nèi)識(shí)別特定的相關(guān)對(duì)象和目標(biāo)，不再需要人工操縱。這是一項(xiàng)具有特殊意義的技術(shù)，因?yàn)榇罅康腎SR視頻需要組織算法和技術(shù)幫助處理并篩選收集到的大量圖像，以查明并匯報(bào)與戰(zhàn)術(shù)相關(guān)的信息。有了圖像處理和模式識(shí)別技術(shù)，相關(guān)人員只需發(fā)送一個(gè)信號(hào)，不再占用所有帶寬發(fā)送視頻和語(yǔ)音。這種技術(shù)發(fā)展可使戰(zhàn)機(jī)攜帶更多的武器、傳感器、瞄準(zhǔn)吊艙和有效載荷來(lái)執(zhí)行任務(wù)，大大擴(kuò)展任務(wù)范圍，提高其靈活性和效能。

作為有人機(jī)的重要補(bǔ)充，無(wú)人僚機(jī)可以在有人駕駛戰(zhàn)斗機(jī)之前飛入防御密集或高風(fēng)險(xiǎn)的地區(qū)，評(píng)估敵方防空能力，減少飛行員所面臨的風(fēng)險(xiǎn)。人工智能能夠在不需要人工干預(yù)的情況下運(yùn)行，被稱為“決策輔助支持”的人工智能系統(tǒng)將在戰(zhàn)機(jī)座艙或地面，以及更多的趨于自主的平臺(tái)上運(yùn)用。為無(wú)人機(jī)開(kāi)發(fā)的自主算法可能會(huì)發(fā)展到一個(gè)節(jié)點(diǎn)，使無(wú)人機(jī)能夠自動(dòng)跟隨戰(zhàn)斗機(jī)飛行，不再需要地面導(dǎo)航員規(guī)劃飛行路線。同時(shí)自主算法必須具備應(yīng)對(duì)不可預(yù)料的事態(tài)發(fā)展、快速移動(dòng)等動(dòng)態(tài)目標(biāo)的能力，當(dāng)前空中飛行的問(wèn)題基本上已經(jīng)得到有效解決，目前正在解決的關(guān)鍵問(wèn)題是當(dāng)無(wú)人機(jī)必須對(duì)環(huán)境做出更多響應(yīng)、威脅從身后襲來(lái)時(shí)的對(duì)策。因此，研究人員正在努力提高無(wú)人機(jī)的自主水平，使其達(dá)到欺騙雷達(dá)系統(tǒng)、確定威脅方位并更快地自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)這種程度。

美空軍高級(jí)官員透露，F(xiàn)-35、F-22等戰(zhàn)斗機(jī)不久將采用升級(jí)版的人工智能來(lái)控制附近無(wú)人僚機(jī)。后者可攜帶武器測(cè)試敵方防空能力，或在高風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)執(zhí)行ISR任務(wù)。我們可以設(shè)想，在未來(lái)的戰(zhàn)場(chǎng)上F-35戰(zhàn)斗機(jī)飛行員利用數(shù)據(jù)鏈指揮命令一架XQ-222無(wú)人機(jī)或UTAP-22無(wú)人機(jī)向F-35的前方飛行出較遠(yuǎn)距離，離開(kāi)本方控制區(qū)域進(jìn)行偵察、監(jiān)視活動(dòng)，并將目標(biāo)或敵軍集結(jié)地等信號(hào)及時(shí)回傳F-35的座艙顯控系統(tǒng)，并由F-35飛行員決定是否派出另一架攻擊型的無(wú)人機(jī)，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行精確打擊。而根據(jù)目前的技術(shù)水平，F(xiàn)-35戰(zhàn)斗機(jī)可以連接10到20架甚至更多的無(wú)人機(jī)，進(jìn)行有人機(jī)控制無(wú)人機(jī)作業(yè)。

新型無(wú)人僚機(jī)計(jì)劃前景被看好

盡管克拉托斯公司獲得的高速智能無(wú)人機(jī)合同僅為1260萬(wàn)美元，無(wú)法同數(shù)億甚至數(shù)十億美元的“捕食者”無(wú)人機(jī)等大型軍事開(kāi)發(fā)項(xiàng)目相提并論。但新型戰(zhàn)斗無(wú)人機(jī)代表了美國(guó)軍方將機(jī)器人用于未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的最新探索，使智能化武器的發(fā)展向前推進(jìn)了一大步。

除了克拉托斯公司，洛馬公司的臭鼬工廠正通過(guò)與空軍研究實(shí)驗(yàn)室合作開(kāi)展“海弗-突襲者”項(xiàng)目，進(jìn)一步推動(dòng)了其有人-無(wú)人編隊(duì)能力。“海弗-突襲者”系列試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了3個(gè)目標(biāo)：基于任務(wù)優(yōu)先事項(xiàng)和可獲得的資產(chǎn)，規(guī)劃并完成了一次自主的對(duì)地打擊任務(wù)；演示了在執(zhí)行一項(xiàng)任務(wù)的過(guò)程中適應(yīng)環(huán)境變化的能力，包括“自動(dòng)地管理能力失效、路徑偏離、失去通信等意外事件”；運(yùn)用了完全符合美空軍“開(kāi)放式任務(wù)系統(tǒng)”標(biāo)準(zhǔn)的軟件集成環(huán)境。

洛馬公司在LCASD項(xiàng)目中輸給了克拉托斯公司。但是，該公司的先進(jìn)技術(shù)研發(fā)部門——“臭鼬工廠”仍看好可消耗無(wú)人機(jī)的前景，因?yàn)槌嗣揽哲娡猓绹?guó)防部國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局和美海軍也在探索它們各自的概念，低成本可消耗無(wú)人機(jī)有“許多機(jī)會(huì)”。洛馬公司正繼續(xù)投資發(fā)展，期待有朝一日這些無(wú)人機(jī)能伴隨諸如F-35等有人駕駛戰(zhàn)斗機(jī)展開(kāi)作戰(zhàn)行動(dòng)。

除了上述兩家公司，美國(guó)諾格公司、極光飛行科學(xué)公司和波音公司都已按照空軍研究實(shí)驗(yàn)室授予的小額研究合同，發(fā)展它們自己的可消耗飛機(jī)概念。可以說(shuō)，可消耗型無(wú)人機(jī)正成為美軍現(xiàn)階段重點(diǎn)發(fā)展的方向之一。對(duì)于美國(guó)空軍而言，有人機(jī)+無(wú)人機(jī)編組作戰(zhàn)方式一旦成功推出，必將在美軍甚至于全世界空軍范圍內(nèi)掀起一場(chǎng)關(guān)于無(wú)人機(jī)技術(shù)的大變革。