無人直升機任務能力及使用方式分析

溫德宏

(裝備項目管理中心，北京 100070)

0 引言

軍事裝備無人化是未來戰爭模式的重要發展方向，無人直升機以其固有的垂直起降、空中懸停、續航時間長、無人操縱等優點，在未來戰場上將有著不可替代的作用。民用方面,在長時間交通執法監控、海洋監測、航空測量等諸多領域也有著廣泛的應用需求。隨著無人直升機平臺總體設計技術、自主飛行控制技術、鏈路技術的日趨成熟，無人直升機的研制技術壁壘已經打破。為更好地發展無人直升機裝備，本文就無人直升機的使用能力及使用方式等進行研究分析。

1 國外典型無人直升機介紹

目前，世界上最典型的現役無人直升機為美國諾斯羅普·格魯門公司的“火力偵察兵”RQ-8A/MQ-8B無人直升機。“火力偵察兵”是在施韋策333輕型直升機的基礎上改裝而成的。主要改裝包括機身的流線型設計、旋翼折疊、魚叉以及最大燃油量增加等。動力裝置為1臺313千瓦(420軸馬力)羅·羅250-C20W渦輪軸發動機。航空電子設備是以“全球鷹”無人機所用設備為基礎選擇的。

“火力偵察兵”無人直升機主要用于執行海軍水面火力支援/空戰目標獲取、戰場偵察監視、超視距目標指示等任務。此外，美國陸軍于2003年將其納入“未來作戰系統”一環，配備于旅級部隊，用于空中兵力協同行動、地面部隊聯合監視、目標獲取和通信中繼。

2000年，諾斯羅普·格魯門公司在美海軍組織的垂直起降無人機地面和艦載適配競爭性演示試驗中獲勝，開始研制“火力偵察兵”無人直升機，代號RQ-8A。阿富汗戰爭后，由于有人直升機損失嚴重，美國海軍重新評估了無人直升機的要求，諾斯羅普·格魯門公司根據新的需求開發了功能更強的MQ-8B：最大起飛重量1430千克，任務載重50～250千克，續航時間5～8小時，升限6100米，作戰半徑204千米。任務載荷采用模塊化設計，主要有AN/ZPY-4雷達、Brite Star II光電探測設備、艦船自動識別系統(AIS)和通信中繼設備等。1套MQ-8B“火力偵察兵”無人直升機系統典型組成包括3架無人直升機、1套地面系統、1套艦面系統以及配套保障設備。

“火力偵察兵”無人直升機主要配備給瀕海作戰艦。瀕海戰斗艦可搭載1架MH-60艦載直升機和2～3 架“火力偵察兵”無人直升機，通過有人-無人混編，為水面艦艇遂行水面戰、反潛戰及反水雷戰任務提供支持。2011年以來，MQ-8B無人直升機先后搭載于“麥金納尼”號護衛艦、“哈里伯頓”驅逐艦、“辛普森”號護衛艦、“自由”號瀕海作戰艦等，在利比亞、阿富汗、反海盜和緝毒行動中投入了使用。

MQ-8B主要技術數據如下[1]：

外形尺寸

旋翼直徑 8.398m2

旋翼槳盤面積 55.18m2

尾槳直徑 1.30m

尾槳槳盤面積 1.32m2

機身長度 6.97m

總高 2.87m

垂直尾翼面積 0.44m2

水平尾翼面積 0.29m2

滑撬間距 1.75m

重量

空機重量 661kg

燃油重量 360 kg

滿載燃油時最大載荷 91 kg

最大起飛重量 1202 kg

性能

海平面最大平飛速度 231km/h

實用升限 6100m

無地效懸停升限 1525m

任務半徑 204km

最大續航時間 6h

2 無人直升機任務能力分析

結合“火力偵察兵”任務載荷配置，并充分考慮無人直升機技術特點，無人直升機的應用主要包括以下幾個方面：戰場偵察監視、通信中繼、目標指示與武裝打擊等[2-3]。

2.1 戰場偵察監視

無人直升機攜帶光電探測設備、雷達等任務設備，主要執行戰場偵察監視任務，這也是目前無人直升機應用最廣泛且最成熟的領域。

無人直升機使用機載光電探測系統，可通過紅外、可見光、紫外等不同譜段的圖像信息，充分反映出目標區域的輻射特征。其中紅外偵察系統是實施晝夜偵察的主要設備。機載光電探測設備的紅外偵察設備主要是紅外行掃儀和紅外前視儀，紅外行掃儀視場大，適用于大面積搜索或對大型目標偵察，紅外前視儀的主要特點是溫度靈敏度、空間分辨率均高于行掃儀，且可以實施目標跟蹤及懸停成像。另外，使用光電探測設備的照相功能和電視攝像功能可實時反饋戰場形勢變化，對作戰區域進行長時間有效偵察。

2.2 通信中繼

信息化時代作戰，更強調火力協同打擊，但同時兵力更加分散，已從傳統的單平臺作戰向多平臺協同作戰轉變，從單編隊向多個編隊協同作戰轉變，更加依賴編隊間的通信保障。

無人直升機通信中繼是一種非常有效的空中平臺中繼方式，無人直升機的通信中繼主要方式有3種：

1)機-地之間通信中繼。無人直升機作為中繼平臺，為有人直升機或其他空中武器裝備與地面控制指揮系統之間進行中繼，主要用于多兵種協同作戰時為兩支相互不在視距通信范圍內的部隊提供通信連接。

2)機-衛星-地之間通信中繼。該種通信中繼方式主要用于控制視距范圍之外的無人直升機。衛星導航設備一般體積與重量較大，故這種通信中級方式一般用大型長航時無人直升機。當無人直升機深入敵方前沿陣地，且需要在較低高度執行任務時，無人直升機不能通過測控鏈路與地面控制系統聯系，此時利用無人直升機-衛星中繼通信鏈路就能很好地解決該問題，無人直升機可將偵察監視信息通過衛星數據鏈傳輸給衛星，最后傳回地面指揮控制系統。

3)機-機之間的通信中繼。該種方式一般用于有人/無人直升機協同作戰，可盡可能地增加部隊的偵察作戰區域。

2.3 武裝打擊

武裝打擊是無人直升機發展的重點方向。無人直升機同時配置光電探測設備和對地攻擊武器，發現目標后，利用光電探測設備進行目標指示，并迅速開展武裝攻擊。

3 無人直升機使用方式分析

3.1 單機自主作戰

考慮無人直升機特點，在未來戰場上的單機使用主要是執行晝夜長航時巡邏監視、遠距離偵察探測、通信中繼和低空/超低空火力打擊任務，任務載荷大，留空時間長，可發展為偵察機、中繼機和察打一體無人直升機。

3.1.1 執行長航時偵察監視作戰任務

偵察型是無人直升機發展的主流模式，以中小型無人直升機為主，起飛重量一般在2噸以下，留空時間一般在4～8小時，主要攜帶光學照相機、紅外掃描器、電視攝像機和合成孔徑雷達等探測設備，可完成偵察、監視、警戒、氣象、戰傷評估、目標跟蹤等任務。典型代表為美國的RQ-8A/MQ-8B “火力偵察兵”無人直升機。

3.1.2 執行通信中繼任務

中繼型是無人直升機發展的一個主要方向，以中大型無人直升機為主，起飛重量一般在2噸以上，留空時間一般在8～12小時，主要攜帶通信中繼設備和信息處理設備，可完成通信中繼、通信管理、戰場信息搜集與分發、情報處理等任務。隨著智能化、無人化戰場的發展，作戰指揮控制系統將處于戰場后方，急需穩定的空中信息中繼和處理平臺，用于搜集、處理和傳遞戰場信息。傳統的有人駕駛空中指揮控制系統和通信中繼系統比較靠近戰場前端，對作戰指揮人員生命安全具有較大威脅，無人直升機以其特有的空中懸停的優勢，成為戰場通信中繼、信息傳遞的理想平臺。

3.1.3 執行低空/超低空火力打擊作戰任務

察打一體無人直升機是未來無人直升機發展的主要方向之一，以中大型無人直升機為主，起飛重量一般在3噸以上，留空時間一般在12小時以上，主要攜帶光電轉塔和空空/空地武器系統，具有偵察、監視、捕獲和目標實時打擊的能力，可對高價值、時間敏感目標實施精確攻擊，能極大地縮短從發現到摧毀目標的時間。察打一體無人直升機并不是簡單的“無人直升機+導彈”，它具有“靈魂”(作戰使命)、“眼睛”(偵察系統)、“大腦”(控制系統)和“心臟”(動力系統)，充分適用于未來信息化、智能化作戰。典型代表為美國的MQ-8C“火力偵察兵”和A160T“蜂鳥”無人直升機。

3.2 雙機協同作戰

3.2.1 兩架無人直升機協同作戰

雙無人直升機圍繞編隊，呈扇形執行作戰任務，主要有偵察監視等。模式一：兩架無人直升機圍繞編隊執行作戰任務，見圖 1。模式二：一架無人直升機執行遠距離作戰任務，一架無人直升機執行中繼任務，見圖 2。

圖1 雙無人直升機任務模式一

圖2 雙無人直升機任務模式二

3.2.2 1架有人/1架無人直升機協同作戰

無人直升機處于戰場前沿，執行偵察、目標指示、毀傷評估等作戰任務；有人直升機處于戰場后方，控制無人直升機，并根據無人直升機偵察結果執行目標打擊、火力支援等作戰任務，見圖 3。

3.3 三機協同作戰

3.3.1 三架無人直升機協同作戰

模式一：三架無人直升機圍繞編隊執行作戰任務，見圖 4。模式二：兩架無人直升機執行遠距離作戰任務，一架無人直升機執行中繼任務，見圖 5。

圖3 1架有人/1架無人直升機協同作戰

圖4 三架無人直升機任務模式一

圖5 三架無人直升機任務模式二

3.3.2 1架有人/2架無人直升機協同作戰

模式一：兩架無人直升機處于戰場前沿，執行偵察、目標指示、毀傷評估等作戰任務；有人直升機處于戰場后方，控制無人直升機，并根據無人直升機偵察結果執行目標打擊、火力支援等作戰任務，見圖 6。模式二：一架無人直升機處于戰場前沿，執行偵察、目標指示、毀傷評估等作戰任務；有人直升機處于戰場后方，控制無人直升機，并根據無人直升機偵察結果執行目標打擊、火力支援等作戰任務；另一架無人直升機處于有人直升機附近巡邏，可配合執行偵察、火力攻擊等作戰任務，見圖 7。

圖6 1架有人/2架無人直升機協同作戰

圖7 1架有人/2架無人直升機協同作戰

3.4 多機協同作戰

3.4.1 無人直升機集群作戰

基于自主化、智能化技術的深度發展，無人直升機將出現一種全新的作戰應用模式，那就是集群作戰。集群作戰目前還處于理論研究階段，但其必然是未來最主要的作戰方式之一。集群概念起源于蜜蜂，蜂群內部分工明確，具有很強的自主性；個體之間又存在著豐富的信息交流和社會行為，具有很強的協同性。從數學模型的角度來看，個體遵循簡單的運動和邏輯規則，不需要任何有中心的中央協調，而又能自然而然地呈現群體特征。

無人直升機集群作戰將形成規模優勢，具有極佳的戰場生存能力和任務完成能力，主要可以用來完成復雜戰場環境下的協同搜索、協同攻擊、集群對抗等作戰任務。協同搜索則是利用多架無人直升機配備不同類型傳感器，充分發揮各傳感器的優勢，如可見光、紅外、雷達等傳感器相互配合，完成疑似目標的搜索與定位，并且通過任務分工，提高區域覆蓋范圍，解決復雜戰場環境下的目標不確定性問題。協同攻擊可以實現從多個攻擊陣位、多個攻擊角度對單個或多個目標進行火力齊射，從而徹底有效地殺傷敵方目標，作戰效能高。唯一能應對無人機集群作戰的是另一群無人機，故應盡早開展無人機集群對抗技術研究，避免受制于人。

3.4.2 有人機/無人直升機協同作戰

根據現有的技術發展，可以預測未來20年-30年內，無人直升機完全自主作戰技術尚未能成熟，協同作戰將是無人直升機作戰最典型的應用方式。無人直升機協同作戰方式多樣，包括有人固定翼飛機和無人直升機之間的協同、無人固定翼飛機和無人直升機之間的協同、有人直升機和無人直升機之間的協同以及無人直升機和無人直升機之間的協同。從飛行速度、飛行高度、航時、航程、任務載荷配置以及戰場布置多角度分析，有人直升機和無人直升機的協同作戰將是無人直升機協同作戰的主流。有人/無人直升機協同作戰模式下，無人直升機可直接接受有人直升機的指揮控制，實施可控起飛和著陸、聯合目標識別與確認、快速打擊和戰場動態評估等戰術任務。美國對有人直升機和無人機的協同作戰能力也進行了等級劃分，見表1。

表1 有人直升機與無人機協同等級[4]

典型有人/旋翼無人機協同作戰想定，假設由1架有人直升機和多架旋翼無人機組成的編隊協同對某目標區域實施作戰，包括偵察、打擊等任務。編隊中以有人直升機作為長機，多架旋翼無人機作為編隊僚機。在網絡中心戰環境下，由地面指揮控制中心或預警機通過聯合戰術分發系統實現對聯合編隊的指揮控制；由有人直升機完成編隊戰術決策和任務控制，包括戰場態勢評估、旋翼無人機協同目標分配、旋翼無人機協同航路規劃等；由旋翼無人機完成攻擊任務。能夠充分實現有人直升機與旋翼無人機聯合編隊之間的信息共享，可用資源的統一調度和作戰任務的綜合管理。

作戰起初有人機/無人機處于待命狀態，當收到地面導航站的起飛命令后，有人直升機起飛，起飛后發送旋翼無人機飛行控制指令及旋翼無人機起飛應答指令。如果未遇突發威脅或未進入目標區域，旋翼無人機按預先規劃好的航路飛行，有人直升機和旋翼無人機保持安全飛行距離。當進入目標區域或者發現威脅時，旋翼無人機將目標或威脅信息傳遞給有人機，有人直升機發出任務級命令，無人機收到命令后，按命令完成任務。完成任務后，旋翼無人機返航，最后有人直升機返航回到基地。

3.5 體系作戰

未來大規模戰爭中，陸、海、空、天、電五維一體化作戰環境下，無人直升機將會和包括有人機、岸基、艦船在內的更多作戰平臺進行協同作戰。無人機與無人直升機利用其無人特點，將在戰場最前沿執行最危險的作戰任務，包括偵察預警、目標指示、火力打擊、毀傷評估等。

4 結束語

目前，世界上無人直升機正處于蓬勃發展之勢，美國“蜂鳥”長航時無人直升機、以色列“斗牛士”無人直升機、俄羅斯Ka-137無人直升機、加拿大CL-327無人直升機、格魯吉亞攻擊無人直升機等相繼亮相，但投入實戰使用的相對較少。一方面是受限于技術的成熟度，另一方面也是對無人直升機的任務能力及使用方式尚缺乏更深入的研究，距離列裝部隊有一定的差距。后續需要深入開展無人直升機作戰方針研究，進一步挖掘和分析無人直升機的任務能力和使用方式。