“防御者”無人機與有人機協同作戰愿景揭秘

史蒂夫·特林布爾（華盛頓）

數十架“防御者”無人機搭載長波雷達并組成集群，形成一種空對空持久監視網，每次前出執行任務長達一個月。在未來作戰中，“防御者”無人機保護有人加油機和偵察機，有人機在空中為“防御者”無人機加油。

在美國國防部戰略能力辦公室原主任威爾·羅珀（Will Roper）推動下，通用原子航空系統公司（GA-ASI，下稱通用原子公司）重新明確了中空長航時無人機在未來“高價值空中平臺”（HVAA）保護任務中的作用。

2016年，通用原子公司啟動“防御者”概念無人機研究，希望在未來作戰中保護“高價值空中平臺”。

2020年，通用原子公司發布“防御者”無人機概念圖，但拒絕在公開場合解釋細節。

在美國空軍尋找下一代多用途無人機系統（也稱MQ-下一代）方案的背景下，通用原子公司立時推出了“防御者”概念無人機。最近，該公司高管在接受美國《航空周刊》采訪時首次透露了“防御者”中空長航時無人機的作戰愿景，該無人機將跟隨MQ-9“死神”（下稱MQ-9）無人機一起作戰。

美國空軍2021年3月發布的信息征詢書提及，MQ-9的替代機須具有更強的生存力、更合理的價格，早期任務是保護“高價值空中平臺”。

目前，有人戰斗機用于保護波音公司RC-135“鉚接”（Rivet Joint）偵察機和KC-46“飛馬座”（Pegasus）加油機等“高價值空中平臺”機隊。未來，通用原子公司新型中空長航時“防御者”無人機有能力與有人機協同作戰，遠程監視空中威脅并執行保護任務。這將使有人戰斗機騰出時間，執行進攻性打擊任務，不用再保護那些易遭打擊的支援型飛機。

圖1 未來，“防御者”無人機（上）將跟隨MQ-9 無人機（下）一起作戰。

圖2 在概念圖中，KC-46 有人加油機在空中為“防御者”無人機加油，而“防御者”無人機對KC-46加油機進行保護。

圖3 “防御者”無人機機載監視系統的設計，借鑒了MQ-1和MQ-9 機隊的實戰經驗。

作戰愿景

通用原子公司設想，數十架新型油電混動“防御者”無人機組成集群，在363萬平方千米的中國南海上空飛行，形成一個空對空持久監視網，每次前出執行任務將長達一個月。在飛行中，有人機為集群無人機加油。

通用原子公司也描繪了“防御者”無人機集群另一種作戰愿景：一組“防御者”無人機集群搭載長波雷達，采用無線網格網絡技術，形成一個多基地雷達系統，在西太平洋上空的四分之一空域構建一個穹頂形狀的保護網，使友軍空中加油機和偵察機免遭敵機和導彈襲擊。任何一架敵機只要進入“防御者”無人機集群的廣域監視網，都能被無人機探測和跟蹤，同時“防御者”無人機集群將敵機的定位數據實時傳輸給友軍隱身戰斗機。在作戰中，憑借數量多、作戰能力強等優勢，“防御者”無人機集群能獲得自我防御能力。敵方必須擊毀足夠數量的無人機，才能挫敗無人機集群的任務。

設計與技術

設計靈感

在“防御者”無人機機載監視系統的設計過程中，通用原子公司借鑒了MQ-1無人機和MQ-9無人機機隊數十年來執行地面目標監視任務所積累的經驗。該公司先進項目部高級主管邁克爾·阿特伍德（Michael Atwood）表示，通用原子公司的設計靈感來自MQ-9無人機在中東的實戰經驗。美軍之所以能對塔利班的行動做出快速反應，得益于通用原子公司無人機一直在該地區執行監視任務，無人機的探測直接給敵方帶來了威懾。具體而言，無人機提供了一種持久、廣域監視系統，敵方不敢出動轟炸機，因為一旦轟炸機離開海岸線，美軍馬上能看到并實施快速打擊。在無人機監視系統支撐下，F-35和F-22戰斗機將發揮強大的戰斗力，擁有更重要的作戰價值，因為它們不用再執行非傳統的情報、監視和偵察任務。

多種新技術開發

“防御者”無人機集群將集成多功能射頻傳感器、自主控制、無線網格網絡、混合動力等一系列新技術。通用原子公司利用內部研發資源為“防御者”無人機設計了富有創意的新機身，這種內部研發資源即將產生重大的新技術。

（1）長波雷達技術

機載火控雷達通常是典型的X波段微波雷達，例如洛克希德-馬丁公司F-22戰斗機機載APG-77有源相控陣雷達（AESA）。這種厘米級波長的微波雷達雖然可以提供高精度目標跟蹤信息，但探測范圍有限。而米級波長的長波超高頻或甚高頻雷達雖然能以更低的功率，獲得更長的探測距離和更大的跟蹤范圍，但跟蹤信息的精度低。

“防御者”無人機作戰概念涉及的核心技術是新型機載射頻傳感器技術。該技術最終將為空對空作戰人員提供高質量態勢感知信息。通用原子公司一直致力于多功能長波雷達的技術研究，取得了一定突破。目前，該公司研制的新型多功能長波雷達已進入最后研制階段。

“防御者”無人機采用新型傳感器的目的是，提供與微波火控雷達相似的跟蹤精度，但探測距離通常與預警雷達的性能有關。

通用原子公司總裁大衛·亞歷山大（David Alexander）表示，新型機載射頻傳感器具有關聯跟蹤目標的能力、空對空精準瞄準能力和超廣域作戰能力。“防御者”無人機集群利用機載傳感器多源融合數據，解決了單一傳感器數據獲取量有限的問題。

（2）自主控制技術

美國國防部正在測試兩種不同的自主控制系統。

一是最具代表性的美國空軍研究實驗室（AFRL）“天空堡”（Skyborg）自主控制系統。美國空軍和防務承包商計劃在2021年夏季開展一系列飛行試驗，測試“天空堡”（Skyborg）自主控制系統的性能，并開始討論“天空堡”無人機的服役時間和作戰樣式。2021年4月，美國空軍研究實驗室啟動“自主可消耗無人機試驗”（AAAX）多項測試，一架克拉托斯公司UTAP-22“灰鯖鯊”無人機集成“天空堡”自主控制系統開展飛行測試；6月24日，美國空軍研究實驗室利用通用原子公司增程型MQ-20“復仇者”無人機測試“天空堡”軟件。

二是另一種獨立的自主控制技術。在“拒止環境中協同作戰”項目支撐下，美國國防預研局（DARPA）牽頭開發了該技術，后來該局將雷神（Raytheon）公司開發的“拒止環境中協同作戰”項目的算法移交給海軍航空系統司令部。在“自主創新開發環境與智庫”（Raider）項目支撐下，海軍航空系統司令部將繼續開發自主控制技術。

盡管“天空堡”項目和“自主創新開發環境和智庫”項目由不同的軍種開發，但是將實現共同的目標，即無人機在通信拒止環境中面臨真實威脅時，能利用算法做出響應，例如自主規避突然出現的防空導彈，而不須要通過人類操控員控制。

自主控制技術取得的新進展是建立“防御者”無人機作戰概念的基礎。雖然自主控制技術歸美國政府所有，通用原子公司不開發該技術。但是，未來“防御者”無人機必須集成這種技術，其機載系統必須接入自主算法，以感知環境并做出響應。同時，自主算法能控制無人機不去執行非必要的不安全飛行。

通用原子公司面臨的挑戰是，在“防御者”無人機飛行計算機中創建“作戰飛行程序”（OFP）軟件接口。該接口既要有兼容性，以供“天空堡”或“自主創新開發環境和智庫”軟件使用，又要有限制性以保證安全。通用原子公司一直在研究“開放式作戰飛行程序”（Open OFP）軟件。總裁亞歷山大將其比喻為一種驗證器，如果“開放式作戰飛行程序”驗證出錯誤指令，無人機操控人員將不會執行。

圖4 通用原子公司設想了一種改進型MQ-9 概念無人機，以期在西歐發揮基地防御作用，抵御俄羅斯的導彈襲擊。

（3）混合動力技術

為適應西太平洋的廣域作戰環境，通用原子公司超長航時概念無人機須采用混合動力推進系統，這項技術可能須要更長的時間才能成熟。該公司表示，取決于資金支撐和興趣，最快可能4年，長則7年。

改進型MQ-9無人機

通用原子公司正在軟件接口的兩側創建開放式任務能力，不久將推出長波傳感器、無線網格網絡和“開放式作戰飛行程序”軟件等組合式技術。通用原子公司計劃近期將這些技術集成于MQ-9無人機，使MQ-9能在西歐陸地的上空執行基地防御任務。例如，MQ-9無人機將使用傳感器和無線網格網絡創建一個空中監視系統，以探測俄羅斯9M729中程陸基巡航導彈等武器。總裁亞歷山大認為，MQ-9具備這種跟蹤能力后，可以攻擊巡航導彈，這是美國空軍目前最容易實現的目標。