國外無人僚機項目研究進展

陳稗，宋祥，黎鑫，郝帥

海鷹航空通用裝備有限責任公司

隨著信息技術及智能技術的發展，未來作戰將趨于無人化、智能化。近年來，眾多國家不斷加大對無人裝備、有人-無人協同作戰等項目的投入力度。作為有人-無人協同作戰的核心裝備之一，無人僚機一直是各軍事強國研究的熱點。其中，美國已完成大量研究工作，該國無人僚機各項關鍵技術及平臺研制進度均處于世界前列，英國、俄羅斯、日本、印度等國也披露了相關無人僚機項目。

與有人機協同作戰，無人機可發揮機動性高、成本低、人員零傷亡等優勢。在有人機指揮下，自主無人僚機對目標實施偵察、誘騙、干擾和打擊，能大幅提高作戰效能。目前，美國、英國、澳大利亞、俄羅斯、日本、印度等國披露了相關無人僚機項目。

美國“忠誠僚機”項目

美國已相繼對“忠誠僚機”（Loyal Wingman）、“低成本可消耗無人機技術”（LCAAT） “體系集成技術與試驗”（SoSITE）、“天空堡”（Skyborg）、分布式作戰管理（DBM）等項目展開研究和試驗。目前，美軍已明確的重點型號是克拉托斯公司XQ-58A“女武神”和UTAP-22“灰鯨鯊”等無人僚機。

2015年夏季，美國空軍研究實驗室（AFRL）正式啟動“忠誠僚機”項目，并向工業界發出信息征詢書（RFI）。該征詢書提出，在未來對抗和拒止環境中，自主技術應有效增強美國空軍的作戰能力，有人戰斗機與自主無人僚機應集成多種先進技術，組成一個編隊協同作戰，從而提高作戰效能。該征詢書還要求無人僚機攜帶更多數量的機載武器，充當第五代戰斗機的彈藥庫，在戰斗機飛行員的指揮下，隨時攻擊空中和地面目標。

2015—2017年，美國空軍與洛馬公司臭融工廠等機構合作，先后完成“海弗-空襲者”I和“海弗-空襲者”II兩次驗證試驗。

根據美國空軍和洛馬公司透露的信息，首次驗證試驗“海孚-空襲者” I于2015年啟動。在試驗期間，一架F-16有人戰斗機和一架充當無人僚機的F-16驗證機組成長僚機編隊，完成了長機對僚機的指揮與控制、僚機自主編隊飛行、僚機跟隨飛行、僚機按長機指定的任務進行毀傷評估、僚機重新加入編隊、僚機自動空中防撞等試驗，為確保安全，充當無人僚機的F-16驗證機保留了飛行員。首次驗證試驗為第二次試驗“海弗-空襲者”II奠定了基礎。

2017年4月，洛馬公司宣布，臭融工廠與美國空軍研究實驗室、美國空軍試飛員學校以及卡爾斯潘（Calspan）公司合作，在美國空軍愛德華基地成功完成“海弗-空襲者”II驗證試驗。在為期兩周的專項試驗中，充當自主無人僚機的F-16驗證機與F-16長機組成編隊協同飛行，執行了一次對地打擊任務，F-16無人僚機在完成任務后重新加入編隊。

美國空軍研究實驗室在廣泛機構公告（BAA）中公布了2020—2022財年無人機自主技術整合驗證計劃。在2020財年，項目主要驗證對地攻擊概念，無人僚機主要執行空地武器發射任務并充當有人長機的目標指示器。驗證試驗要求無人僚機在GPS信號和局域通信網絡受到一定程度干擾的作戰場景下，具備在不同方位和不同海拔高度使用GPS、激光、中繼等制導方式完成打擊任務。同時，“忠誠僚機”應能夠根據作戰需求，對當前航線、目標任務等要素進行重規劃，并具備戰場毀傷效果評估的能力。在2022財年，項目主要驗證有人-無人編隊應具備的敵防空系統壓制能力（SEAD），試驗場景包括GPS受到一定程度干擾和欺騙，衛星通信受到臨時性干擾，來自敵方防空系統的威脅等。

作為具有敵防空系統壓制能力的平臺，無人僚機應能夠感知、識別和定位作戰區域中敵防空系統雷達信號發射機，且能獨立或以編隊模式執行電子戰任務。無人僚機單機或編隊應與有人長機在防區內/防區外協同執行反輻射作戰任務。“忠誠僚機”的作戰任務包括：一是充當武器發射平臺，對有人長機指定的目標發動攻擊；二是對無人機識別出的目標群實施打擊； 三是協同摧毀威脅目標，并在作戰過程中掩護有人長機；四是在防區外實施干擾；五是對情監偵（ISR）信息進行融合處理。廣泛機構公告重點指出，自主技術是美軍未來重點開發的技術，將直接提升有人-無人編隊的作戰能力。整個驗證計劃包括如下重點研發技術。

（1）作戰環境下動態自適應航線規劃技術。

（2）無人機感知數據及其他平臺傳感器數據等信息融合技術。

（3）目標識別、目標優先排序及任務分發等技術。

（4）通信干擾及復雜環境下的適應性。

（5）自主飛行控制技術。

（6）不同作戰環境、任務及通信條件下的自適應導航界面和任務載荷管理技術。

（7）任務結束后的任務報告技術。

XQ-58A 無人僚機

XQ-58A“女武神”（下稱XQ-58A）無人機是一型低成本、遠程、高亞聲速、隱身無人戰斗機，也是新一代多用途無人戰斗機的典型代表之一。XQ-58A無人機項目歸屬于美國空軍研究實驗室“低成本可消耗無人機技術計劃”（LCAAT），該計劃旨在利用更好的設計理念和成熟的快速制造技術，縮短無人機的制造時間并降低成本，從而解決現有戰術飛機成本高、研發周期長等問題。該項目現已并入“天空堡”項目計劃，并作為美國空軍F-35隱身戰斗機等其他機型的無人僚機備選方案。

（1）技術特點

XQ-58A采用了中等后掠角的中單翼、V型尾翼、背負式進氣道、扁平機身布局設計, 具有良好的隱身性。該機采用火箭助推發射方式起飛，以單臺FJ33-5型渦扇發動機為動力，機長8.84m，翼展6.7m，航程不小于3400km，最大飛行速度Ma 0.85，最大起飛重量2722kg，任務載荷重量不小于230kg，擁有2個內埋彈艙，可攜帶“游隼”（Peregrine）中程空空導彈（彈長1.83m、發射重量68kg）、“庫達”(CUDA)新概念小型空空導彈、小直徑炸彈（SDB）、“彈簧刀”巡飛彈等武器。XQ-58A外掛任務載荷能力可擴展。

（2）作戰任務

高隱身性XQ-58A可獨立或以集群模式執行作戰任務，同時還可作為有人機的“忠誠僚機”，執行偵察、監視、空中網關等任務。XQ-58A的作戰任務如下所述。

圖1 美軍XQ-58A 無人僚機有望與F-35 隱身戰斗機協同作戰。

圖2 XQ-58A 發射小直徑炸彈，對地面目標實施攻擊的想象圖。

第一，與F-22、F-35等隱身戰斗機協同作戰，構成隱身空中作戰編隊。

第二，通過換裝不同任務系統，XQ-58A可在強對抗“反介入/區域拒止”環境中執行進攻性防空/防御性防空、防空壓制、防空摧毀、電子戰和情監偵等任務。

第三，2020年初，克拉托斯公司提出一種方案，將數百架XQ-58A放入改裝后的貨柜，運送到太平洋某些小島。一旦與敵方爆發沖突，XQ-58A無人機機群將攜帶精確制導炸彈、空地導彈、空空導彈迅速出動，深入敵方區域執行遠程壓制作戰任務。

（3）低成本設計與制造技術

美國空軍最核心的要求是，XQ-58A無人機應具備有限的使用功能，且成本足夠低。因此，美國空軍提出了相對苛刻的價格要求：當采購數量在100架以內時，包含基本航電和推進系統的無人機，出廠單價不超過300萬美元；當采購數量超過（含）100架時，出廠單價不超過200萬美元。為滿足美國空軍的要求，克拉托斯公司采取了多種創新手段。

一是建立低成本設計規范和標準體系，以及與使用需求和性能要求相適應的權衡模型和經濟性評價模型。例如，大幅縮短發動機使用壽命，甚至提出考慮配裝二手發動機。

二是根據使用環境，選擇性地配置系統。例如，如果僅在限定空域內飛行，不考慮配備空管等相關設備。

三是采用模塊化任務載荷。根據任務需求，快速換裝相應的任務載荷和武器系統，有效降低單機的技術復雜性和成本。

四是采用商用現貨產品。美國空軍研究實驗室明確要求該型無人機應盡可能使用商用現貨產品和軍用常備件，并評估此研發方法的可行性。

五是采用先進低成本制造技術，探索彈性制造技術應用、自動裝配工藝等低成本制造方法的可行性，以及探索在滿足低成本制造要求的前提下，如何實現平時按需生產、戰時快速大量制造的能力。

（4）試飛任務

XQ-58A從合同授出到首飛用時兩年半，按計劃分2個階段進行5次飛行試驗，以評估系統性能、氣動特性等技術指標。

2019年3月5日，XQ-58A成功首飛。

2019年6月11日，XQ-58A完成第二次試飛，達到所有測試目標，試飛時間約71min。

2019年10月9日，XQ-58A開展第三次試飛，試飛持續了90min。但是，該機在著陸時發生意外損壞，事故原因是，降落時風速太高，并且臨時飛行測試回收系統出現故障。因此，第四次試飛被迫推遲。

2020年12月9日，XQ-58A采用半自主飛行模式，首次與F-22和F-35戰斗機開展有人機/無人機編隊飛行，XQ-58A無人機最后安全降落。在試驗中，XQ-58A無人機安裝“網關1”（Gateway ONE）任務載荷，充當F-22和F-35戰斗機的“空中網關”，同時接收、融合和傳輸兩型有人機的數據信息，在未破壞兩型戰機隱身性能的情況下，解決了這兩型戰斗機長期無法直接通信的難題。此次試驗達到了80%的總體飛行試驗目標和100%的編隊飛行目標。

圖3 XQ-58A 無人僚機發射后（左），與F-22和F-35 有人戰斗機組成編隊開展協同飛行試驗（右）。

圖4 UTAP-22既可采用火箭助推發射方式（左）起飛，也可由F-15戰斗機攜帶至空中發射（右）。

圖5 ATS無人機使用了可拆卸、具有不同任務載荷的模塊化機頭，能快速響應作戰任務。

2021年3月26日，XQ-58A無 人機完成第六次飛行測試。該機在美國亞利桑那州尤馬試驗場上空首次由內埋彈艙發射了一架AlTIUS-600小型空射無人機。美國空軍表示，2021財年將決定是否啟動型號研制項目，一旦項目啟動，XQ-58A無人機很可能2 ～3年后進入部隊服役。

UTAP-22無人機

UTAP-22“灰鯨鯊”無人機也稱“戰術無人空中平臺”-22（Unmanned Tactical Aerial Platform-22，UTAP-22），是一種由BQM-167A靶機改裝而成的無人戰斗機，航程2592km，能以半自主飛行模式執行任務。由于克拉托斯公司BQM-167A靶機是目前美國空軍現役機型，因此對其進行改裝，可以降低UTAP-22的成本。

（1）技術參數

UTAP-22機長6.1m、翼展3.2m、最大起飛重量930kg、機體內部任務載荷重量226kg、外掛任務載荷重量362kg、每個機翼翼尖能掛載45.3kg電子戰吊艙、最大飛行速度Ma 0.91、實用升限15240m、續航時間3h，可進行-2～9g的機動。

（2）試飛任務

UTAP-22是美國空軍“天空堡”項目的驗證平臺之一。 2021年4月，UTAP-22無人機集成“天空堡”項目“自主核心系統”（ACS），完成首次飛行測試。在試驗中，UTAP-22能夠自主飛行，初步驗證了“自主核心系統”的控制性能，同時該機能對導航指令、地理圍欄等做出響應。UTAP-22除能以火箭助推發射方式起飛外，還可由載機在空中發射，目前F-15戰斗機已掛裝UTAP-22開展相關試驗。

“空中力量編隊系統”無人僚機

“空中力量編隊系統”（ATS）無人僚機是波音澳大利亞分公司和澳大利亞皇家空軍聯合開發的“忠誠僚機”。2019年2月，波音澳大利亞分公司對外展出ATS無人僚機模型和系統概念。第一架ATS驗證機于2020年5月亮相，2021年3月完成首飛。

該無人僚機采用V型尾翼、兩側進氣道常規布局設計，機長11.7m，翼展7.3m，航程不小于3700km，最大飛行速度Ma 0.9。通過更換具有不同任務載荷的模塊化機頭，ATS可完成偵察，戰術預警、電子戰、近距空中支援、空對空和空對地打擊等任務。未來，ATS無人僚機有望與F/A-18F等戰斗機、E-7A預警機、EA-18G電子戰飛機、P-8A海上巡邏機等有人機組成編隊協同作戰。

圖6 2021年3月，ATS無人機驗證機完成首飛。

ATS無人僚機采用了低成本設計和制造技術。澳大利亞皇家空軍（RAAF）的愿景是，數十架低成本可消耗ATS無人僚機與有人機協同作戰。

英國“蚊子”無人僚機項目

為加快“新型輕量化經濟性無人戰斗機”（LANCA）項目進程，今年1月，英國國防部宣布，勢必銳（Spirit）航空系統公司將牽頭研制“蚊子”（Mosquito）無人機驗證機，計劃2023年底開展飛行試驗。

“新型輕量化經濟性無人戰斗機”項目由英國國防部國防科技實驗室于2015年發起，現由英國皇家空軍快速能力辦公室（RCO）主管，已納入“未來空中作戰系統技術方案”（FCAS TI）。該項目旨在研究創新技術和概念，以及如何利用這些技術增強作戰能力，縮短研發時間并降低成本。英國皇家空軍希望“蚊子”無人機的成本僅為目前戰斗機的十分之一，研發時間是現代戰斗機的五分之一。“蚊子”無人機將作為“忠誠僚機”與有人戰斗機協同作戰。

俄羅斯無人僚機項目

（1）“獵人”無人機

俄羅斯“獵人”無人機研制計劃出臺較早。2009年，俄羅斯國防部曾在莫斯科航展宣布“獵人”無人機的研制計劃。2012年，俄羅斯國防部授予蘇霍伊設計局股份公司“獵人”無人機研發合同，米格公司深度參與。但由于論證、經費等問題，“獵人”無人機項目進展緩慢，直到2015年左右才逐漸步入正軌。俄羅斯空天軍將“獵人”無人機定為高速隱身察打一體無人機系統，要求其不僅能自主執行突防和偵察任務，還應具備與有人機協同作戰的能力，發揮“忠誠僚機”的作用。

“獵人”是一種重型無人機，機長14m，翼展19m，最大飛行速度約1000km/h，最大起飛重量20 ～25t，內埋彈艙可裝載2t彈藥。2019年8月，“獵人”無人機在一名操控員控制下完成首飛。2019年9月，“獵人”無人機與“蘇”-57第五代戰斗機首次組成編隊開展協同試飛，該機在約1600m高度自主完成機動飛行。

圖7 勢必銳航空系統公司“蚊子”無人僚機概念圖。

圖8 俄羅斯國防部發布“獵人”無人機與“蘇”-57戰斗機協同試飛的視頻截圖。

圖9 “格羅姆”無人僚機全尺寸模型在2020 軍隊展會上亮相。

圖10 “勇士”無人僚機全尺寸模型在第13屆印度航展首次亮相。

目前，蘇霍伊設計局股份公司完善了“獵人”無人機的隱身性設計，正在加快試驗進度并準備量產。據稱，“蘇”-57戰斗機飛行員能同時指揮4架最新型“獵人”無人機執行作戰任務，“獵人”無人機與“蘇”-57戰斗機進行信息交互，協同打擊空中和地面目標。

（2）“格羅姆”無人僚機

在2020軍隊展會上，喀瑯施塔得集團公開展示了“格羅姆”（Grom）無人僚機全尺寸模型。據悉，一架有人戰斗機可指揮3 ～4架“格羅姆”無人僚機在一組有人機的前方飛行，由“格羅姆”無人僚機瞄準目標并使用反輻射導彈摧毀敵防空系統，為有人機開辟作戰通道。“格羅姆”還能摧毀地面目標，并執行偵察、電子干擾任務。

該機采用背負式進氣道，發動機尾噴口經隱身處理，降低了雷達反射截面積和紅外特征，可有效防御敵防空系統的探測。

日本無人僚機計劃

2016年8月，日本防衛省首次發布《未來無人裝備研發愿景》。該報告以無人機為重點，分析并提出日本未來無人裝備的研發計劃，即日本決定采取跨越式發展路線，跳過空地型，直接研制空戰型無人機。日本防衛省提出了一種高性能自主無人機概念，稱為“戰斗支援無人機”或無人僚機。該型無人僚機作為有人戰斗機的助手，將接受有人機飛行員下達的指令，在有人機前方飛行，并攜帶先進傳感器執行偵察任務，而緊隨其后的有人戰斗機執行瞄準和攻擊任務。

日本防衛省表示，日本將在未來15～20年內研制出無人僚機所需的高等級自主控制技術，并計劃在2029—2033財年對該技術進行驗證。與此同時，F-35戰斗機將進行適應性升級，進而與無人僚機組成編隊協同作戰。

第一型無人僚機可能是一種偵察型僚機，有望在15 ～20年內定型。2036年之后，日本將開發第二型無人僚機，該型無人機可能采用與第一型無人僚機相同的機身和發動機，并能攜帶武器，成為一種攻擊型無人僚機。同時，日本防衛省要求偵察型僚機必須利用戰術策略和電子對抗手段來防御導彈的攻擊，因為搭載先進傳感器的偵察型僚機比發射導彈的攻擊型僚機成本高很多，應盡量避免遭受打擊。

印度“勇士”無人僚機項目

今年2月4日，印度斯坦航空有限公司（HAL）在第13屆印度航展上公開了“空戰編隊系統”（CATS）技術發展計劃。該計劃旨在開發一種作戰體系，其中，一架“光輝”有人戰斗機作為核心平臺，與多架具有不同功能的“勇士”（Warrior）無人僚機組成編隊協同作戰。在“光輝”有人戰斗機指揮下，“勇士”無人僚機前出，執行偵察、打擊任務，進而增強印度空軍的作戰能力。

美國有人機/無人機協同作戰項目

“體系集成技術與試驗”項目

2014年，美國國防預研局（DARPA）啟動“體系集成技術與試驗”項目，目的是研究分布式作戰概念。

“拒止環境中協同作戰”項目

美國國防預研局“拒止環境中協同作戰”（CODE）項目將對無人機/有人機協同作戰涉及的人機接口、自主編隊、開放式架構等關鍵技術進行研究。為驗證這些關鍵技術，美軍利用1 ～2架真機和若干架模擬機組成編隊，開展飛行試驗。如果試驗成功，美軍將在下一階段使用6架真機和若干架模擬機組成編隊，開展協同作戰試驗，例如，協同執行目標偵察、識別、打擊等復雜任務。針對通信受干擾的場景，該項目開發了模塊化軟件架構、無人機自主協同、人機交互架構等技術，并針對無人機戰術偵察、反水面戰、打擊防空陣地三類典型場景，開展基于增強現實技術的全任務能力飛行測試，驗證了單人指揮無人機編隊執行偵察、識別及打擊任務的能力。2019年2月，在通信和GPS拒止環境下，美軍使用6架真機和14架RQ-23“虎鯊”無人機模擬機成功執行任務。當“拒止環境中協同作戰”項目軟件開發和所有飛行試驗完成后，該項目于2019年結束，項目的軟件資源被移交給美國海軍航空系統司令部。

“分布式作戰管理”項目

美國國防預研局在2016年授出“分布式作戰管理”項目階段合同。該項目將對有人機/無人機編隊在強對抗環境下，協同執行預警、偵察、戰術規劃、輔助決策和作戰管理等任務進行研究，并開展作戰仿真試驗及飛行試驗。2017年9月，BAE系統公司、洛馬公司、美國空軍研究實驗室和美國國防預研局聯合開展了首輪“分布式作戰管理”項目飛行測試。目前，該項目已結束，進入應用階段。

“天空堡”項目

2018年10月，美國空軍研究實驗室正式啟動“天空堡”項目。美國空軍對“天空堡”人工智能技術及無人機平臺提出了如下要求。

（1）無人機須在2023年具備作戰能力。

（2）無人機是一種低成本可消耗產品，易更換配置。

（3）無人機采用模塊化、開放式設計架構，后續可助力發展能執行更復雜任務的智能無人機。

（4）無人機可利用簡單算法開展自主飛行和控制試驗，也可以利用更先進的人工智能技術，完成特定任務。

（5）人工智能技術可以集成于不同無人機平臺。

美國空軍對“天空堡”無人機提出如下作戰能力要求。

（1）無人機將接受有人戰斗機的指揮，利用人工智能技術，執行偵察、打擊等作戰任務。

（2）無人機可執行通信中繼任務，為多架裝備不同通信系統的戰斗機建立空中網關。

（3）無人機能自動規避其他飛行器及障礙物。

（4）無人機應具備全天候作戰能力。

“天空堡”項目的主要任務是，開發“天空堡”自主核心系統，并將該系統集成于低成本無人機，最終提升低成本無人機自主飛行、協同作戰的能力。“天空堡”項目合同中涉及驗證機設計、試驗和自主能力開發的基本條款，其履行周期為5年，選擇性條款周期為6年。2020年12月7日，美國空軍授予波音公司、通用原子航空系統公司和克拉托斯公司“天空堡”項目驗證機研發合同，該驗證機將在一系列試驗中作為“忠誠僚機”進行驗證試驗。同時，“天空堡”項目和“空戰演進”（ACE）項目的工作人員開展密切交流。如果“空戰演進”項目的格斗算法獲得突破，將被快速融入“天空堡”項目，實現技術轉化并為美軍未來制空型無人機奠定牢固技術基礎。