未來戰(zhàn)場特征及旋翼機(jī)發(fā)展設(shè)想

蔡海亮

(中國直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所，江西 景德鎮(zhèn) 333001)

0 引言

未來旋翼機(jī)將是能全面覆蓋現(xiàn)有直升機(jī)甚至是部分固定翼飛機(jī)任務(wù)能力的特殊航空器，其執(zhí)行任務(wù)的時效性、經(jīng)濟(jì)性將是現(xiàn)有直升機(jī)、固定翼飛機(jī)無法比擬的。當(dāng)前不論是國外先進(jìn)航空大國還是國內(nèi)高端研究院所，在旋翼類航空器發(fā)展方向上都聚焦于高速、隱身、無人等方面。但從技術(shù)發(fā)展的角度看，這些發(fā)展方向在2030年前后基本都能逐步實(shí)現(xiàn)。針對更長遠(yuǎn)的未來,旋翼機(jī)30年后、40年后該如何呢？2050年又將發(fā)展怎樣的旋翼機(jī)？本文基于現(xiàn)有科技的發(fā)展以及未來的作戰(zhàn)場景分析，透析戰(zhàn)爭勝利的本質(zhì)，明確未來旋翼機(jī)的戰(zhàn)場定位及作戰(zhàn)能力需求，并基于需求開展未來旋翼機(jī)總體構(gòu)型、旋翼、動力、機(jī)載武器和駕駛艙等典型系統(tǒng)的設(shè)想。

1 未來戰(zhàn)爭模式及旋翼機(jī)定位

1.1 技術(shù)的發(fā)展正在顛覆現(xiàn)有的作戰(zhàn)模式

當(dāng)今世界正處于新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)革命發(fā)展的關(guān)鍵時期。在人工智能領(lǐng)域的帶動下，大量新技術(shù)涌現(xiàn)，必將對軍事領(lǐng)域產(chǎn)生廣泛而深遠(yuǎn)的影響。而軍事領(lǐng)域的變革又將直接推動旋翼機(jī)裝備的重大轉(zhuǎn)變。從目前技術(shù)發(fā)展看，將對旋翼機(jī)研制起顛覆性作用的技術(shù)主要有人工智能技術(shù)、高能電池技術(shù)和高能武器技術(shù)。其中人工智能技術(shù)對旋翼機(jī)的駕駛模式的改變將是巨大的；高能電池技術(shù)將顛覆傳統(tǒng)旋翼機(jī)油動力使用方式；高能武器技術(shù)將徹底改變旋翼機(jī)的任務(wù)模式。

1.2 未來戰(zhàn)場的設(shè)想

戰(zhàn)爭勝利的本質(zhì)是消滅敵人。自古以來戰(zhàn)爭取勝的條件是消滅敵有生作戰(zhàn)力量。古代主要是人員，到了近代和現(xiàn)代主要是人和地面武裝。那么未來呢？個人認(rèn)為基于未來技術(shù)的發(fā)展以及對人權(quán)的重視，人在戰(zhàn)爭中的參與力度小，重在決策。而且隨著武器的高能化，個人武裝力量將直線衰落，直接參與戰(zhàn)爭的作用日趨變小。那么戰(zhàn)爭勝利的條件則演變成控制或消滅敵指揮控制系統(tǒng)，主要包括敵全域武裝+指揮系統(tǒng)。

參考?xì)W美未來戰(zhàn)爭預(yù)測[1-3]，反思戰(zhàn)爭勝利原則，結(jié)合可預(yù)見的未來技術(shù)發(fā)展，未來戰(zhàn)場呈現(xiàn)以下五大特點(diǎn)。

1)空天一體化：海、陸、空、天“一體化”。隨著航天航空技術(shù)的迅猛發(fā)展和新軍事變革的不斷變化，空天逐漸融為一個統(tǒng)一的作戰(zhàn)空間，一體化的空天襲擊是未來發(fā)展的必然趨勢。空天戰(zhàn)略高地一旦喪失，將對其他作戰(zhàn)領(lǐng)域的作戰(zhàn)行動產(chǎn)生致命影響，并最終決定整個戰(zhàn)爭的勝負(fù)。在此背景下，未來戰(zhàn)爭中前線和后方的劃分將失去意義，必須將所有的空天防御兵力兵器在功能上聯(lián)為一體，共同應(yīng)對日益嚴(yán)峻的空天安全威脅。

2)反應(yīng)快速化：全球快速抵達(dá)，作戰(zhàn)反應(yīng)快。未來戰(zhàn)爭條件下，常規(guī)力量的威懾和打擊效果主要取決于對抗雙方誰能更高效地組織攻防行動，而不僅是誰能在更遠(yuǎn)距離上發(fā)起打擊，需要大幅壓縮“發(fā)現(xiàn)—決策—打擊”這一殺傷鏈的時間。在網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)場空間，網(wǎng)絡(luò)攻防行動以光速進(jìn)行，服務(wù)器和終端在地理上的距離不再是主要影響因素。基因武器更具致命性，且種族、民族、地域、氣候等因素對其作戰(zhàn)效能有著更大影響。

3)武器高能化：以摧毀敵作戰(zhàn)力量為作戰(zhàn)目標(biāo)。高能武器系統(tǒng)使用激光、微波和粒子束對抗敵方目標(biāo)，可提供彈藥量大、射程更遠(yuǎn)以及具有光速殺傷效應(yīng)等優(yōu)勢，是未來武裝攻擊的重要組成部分。未來高能武器可在地面、空中、海上和太空領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)跨域應(yīng)用，包括大型激光器、高功率微波和中性粒子束武器等等。不同的高能武器系統(tǒng)都有其自身不同的優(yōu)勢和劣勢。例如高功率微波可能會形成電子殺傷，這些系統(tǒng)和中性粒子束具有不可歸因的特點(diǎn)，不會留下碎片。

4)作戰(zhàn)智能化：徹底解放基層戰(zhàn)場指揮員，使其只進(jìn)行頂層戰(zhàn)爭決策。各類智能化武器裝備在執(zhí)行偵察、機(jī)動、打擊、防護(hù)等智能化作戰(zhàn)任務(wù)的過程中，能夠根據(jù)任務(wù)目標(biāo)、敵方情況、戰(zhàn)場環(huán)境、自身狀態(tài)的實(shí)時變化，自主判斷情況，選擇和執(zhí)行恰當(dāng)?shù)男袆臃桨福⒂性谧鲬?zhàn)過程中不斷學(xué)習(xí)、改進(jìn)判斷和決策的能力。

5)裝備無人化：無人化裝備是戰(zhàn)場上的主體作戰(zhàn)單元。未來智能化作戰(zhàn)行動，主要依靠無人化武器裝備在網(wǎng)絡(luò)體系支撐下，在后臺人的控制或授權(quán)下自主地在前沿一線實(shí)施高危險(xiǎn)性的偵察探測、機(jī)動、打擊等作戰(zhàn)行動。無人作戰(zhàn)并非沒有人的參與，不是讓無人智能自主武器裝備完全自行決定和實(shí)施行動，而是由人主導(dǎo)，采用人機(jī)結(jié)合的不同方式。人在后臺賦予機(jī)器一定程度的自主行動權(quán)限，讓機(jī)器在一線實(shí)施作戰(zhàn)行動。

1.3 旋翼機(jī)戰(zhàn)場定位

空天一體化作戰(zhàn)下，戰(zhàn)場分五個層級體系：太空、臨近空間、中空、低空和地面。太空主要作戰(zhàn)單元是衛(wèi)星/天基武器等；臨近空間主要作戰(zhàn)單元是高空飛艇等；中空主要是固定翼類的戰(zhàn)斗機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、轟炸機(jī)等；地面主要是裝甲武器等；而低空/超低空則是旋翼機(jī)的天下。未來旋翼機(jī)以其精確飛行、定點(diǎn)懸停的突出特性執(zhí)行偵察、打擊和運(yùn)輸?shù)茸鲬?zhàn)任務(wù)。

按照戰(zhàn)場安全，考慮任務(wù)出動順序，則太空武器和臨近空間武器處于戰(zhàn)爭發(fā)動后的第一輪攻擊序列，中空固定翼裝備作為第二輪攻擊序列，低空旋翼機(jī)屬于第三級攻擊序列，地面武裝則屬于第四級攻擊序列。旋翼機(jī)作為第三級投入戰(zhàn)斗的序列，是真正的低空霸主，對地面/海面戰(zhàn)爭勝利起決定性作用。

2 旋翼機(jī)能力需求

考慮未來戰(zhàn)爭特點(diǎn)，并結(jié)合旋翼機(jī)的戰(zhàn)場定位，未來旋翼機(jī)裝備需要具備以下六大能力。

一是通用化。通用化主要指兩個方面：一方面主要表現(xiàn)是“一機(jī)多型、一機(jī)多用”，在同一個平臺上，可發(fā)展偵察型、中繼型、武裝型、勤務(wù)運(yùn)輸型等等。另一方面主要表現(xiàn)是全軍通用化。目前國內(nèi)外直升機(jī)在研制時都具有較為鮮明的軍兵種特色，比如陸軍、海軍在研制各自直升機(jī)的過程中，更加注重各自的使用及作戰(zhàn)要求，陸軍型直升機(jī)改海軍型或者海軍型直升機(jī)改陸軍型的改裝工作量都相對較大。未來的旋翼機(jī)裝備，在設(shè)計(jì)之初應(yīng)是站在全軍的使用角度考慮，考慮“陸、海、空”甚至是“陸、海、空、天”部隊(duì)的作戰(zhàn)使用需求。

二是高速化。戰(zhàn)場反應(yīng)快速化，會大幅壓縮“發(fā)現(xiàn)—決策—打擊”這一殺傷鏈的時間，這也要求未來旋翼機(jī)裝備必須具備快速化反應(yīng)能力。常規(guī)直升機(jī)任務(wù)半徑小、航程短、飛行速度慢、振動和噪聲大等缺點(diǎn)，限制了直升機(jī)的使用范圍。隨著常規(guī)直升機(jī)技術(shù)的成熟，突破常規(guī)構(gòu)型設(shè)計(jì)技術(shù)，研制適應(yīng)未來對大速度、高機(jī)動性以及大航程的要求，滿足更高軍事需求的新構(gòu)型旋翼機(jī)已成為軍用直升機(jī)未來發(fā)展的必然選擇。

三是高能化。高能化主要體現(xiàn)兩個方面：一是動力系統(tǒng)的高能化。主要是高能電池將取代現(xiàn)有的油動力，動力更加清潔，對環(huán)境的污染少，也減少了機(jī)上動部件設(shè)備數(shù)量，機(jī)體振動和噪聲水平大幅下降，同時減少部隊(duì)后勤對油料的保障。二是武器系統(tǒng)的高能化。與常規(guī)彈藥和武器系統(tǒng)相比，高能武器具備速度更快、精度更高等特點(diǎn)。且高能武器可對地面、海上、空中以及太空目標(biāo)發(fā)射作用，威力更大，效用更強(qiáng)，是未來戰(zhàn)場上的主要攻擊和防御武器。

四是智能化。當(dāng)前的主流觀點(diǎn)是，第四次工業(yè)革命的重點(diǎn)是智能化的發(fā)展。可以預(yù)見的是，智能化飛行控制系統(tǒng)、智能化航電系統(tǒng)、智能化機(jī)電系統(tǒng)、智能化任務(wù)控制系統(tǒng)等等智能化系統(tǒng)將在未來旋翼機(jī)上普及，極大地減少地面操作人員的工作量，使地面人員從繁重的飛行操縱及任務(wù)操縱中解放出來，更多地投入于指揮決策，提高作戰(zhàn)效能。目前的智能化發(fā)展尚處于理論研究及初步試驗(yàn)階段。各國雖然在機(jī)器狗、機(jī)器人等方面雖取得了較為突出的成就，但總體上看，距離工業(yè)應(yīng)用還有一段距離。對于旋翼機(jī)裝備研制來講，單獨(dú)從事智能化旋翼機(jī)研究的效費(fèi)比不高，較為成功的方法是待智能化技術(shù)基本成熟后在旋翼機(jī)上開展應(yīng)用。

五是無人化。信息化、智能化技術(shù)的高速發(fā)展，將徹底顛覆傳統(tǒng)的以人員為作戰(zhàn)主體的戰(zhàn)爭模式。未來戰(zhàn)場可能實(shí)現(xiàn)無人化作戰(zhàn)，人直接參與作戰(zhàn)的場景會越來越少，徹底改變現(xiàn)有戰(zhàn)爭形態(tài)。戰(zhàn)場無人化是未來智能化戰(zhàn)爭的主要發(fā)展方向。無人旋翼機(jī)將以其特有的起降場地小、可垂直起降、空中懸停、可長時間在超低空飛行、使用靈活、不需要復(fù)雜的發(fā)射與回收設(shè)備等特點(diǎn)，適用于在低空和超低空執(zhí)行情報(bào)收集、監(jiān)視和偵察任務(wù)，還可進(jìn)行戰(zhàn)損評估、通信中繼、電子戰(zhàn)、武裝攻擊等作戰(zhàn)任務(wù)。可單獨(dú)執(zhí)行任務(wù)、也可集群化執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)，是未來戰(zhàn)場上中低空領(lǐng)域不可或缺的武器裝備。

六是便捷化。未來一體化作戰(zhàn)及戰(zhàn)場的快速反應(yīng)，要求裝備具備快速反應(yīng)能力，這就要求裝備具備便捷化能力。主要體現(xiàn)在未來旋翼機(jī)要具備運(yùn)輸方便特性，要實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)快拆、快裝功能，且能通過空運(yùn)、公路運(yùn)輸、海運(yùn)等途徑實(shí)現(xiàn)快速移動。

3 旋翼機(jī)發(fā)展設(shè)想

航空飛行器的能力主要分飛行能力和任務(wù)能力。直升機(jī)自形成裝備以來，任務(wù)能力不斷提升，但總體看每一代直升機(jī)的變化主要還是以提升飛行能力為主。高速化以后，直升機(jī)飛行能力基本已發(fā)展到極致，未來旋翼機(jī)將以任務(wù)能力突破為主。未來旋翼機(jī)的發(fā)展將實(shí)現(xiàn)任務(wù)能力跨越式的發(fā)展[4]。

3.1 主要系統(tǒng)發(fā)展設(shè)想

3.1.1 構(gòu)型

技術(shù)的成熟也意味著未來旋翼機(jī)可選構(gòu)型的多樣化。從現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)展來看，未來旋翼機(jī)構(gòu)型可劃分為三個階段：

第一階段：以滿足高速飛行能力為目標(biāo)的構(gòu)型，較為成熟的有傾轉(zhuǎn)旋翼構(gòu)型和共軸復(fù)合推力構(gòu)型；

第二階段：滿足戰(zhàn)場快速反應(yīng)要求的模塊化構(gòu)型，機(jī)體飛行功能硬件模塊和任務(wù)功能模塊可實(shí)現(xiàn)快速的模塊化更換；

第三階段：以任務(wù)為主的智能變體構(gòu)型，可變形材料等未來技術(shù)的出現(xiàn)將徹底打破旋翼機(jī)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思維，也許“變形金剛”是未來旋翼機(jī)的終極樣式。

3.1.2 旋翼

現(xiàn)有旋翼的直徑大、所用翼型的性能不高、槳尖速度快是制約未來旋翼機(jī)發(fā)展的關(guān)鍵因素，發(fā)展高性能翼型和槳葉，模塊化旋翼系統(tǒng)，使整個旋翼系統(tǒng)尺寸更小、可快速折疊、可模塊化更換等等，才能使未來旋翼機(jī)的發(fā)展隨心所欲。

3.1.3 動力

純電動力是未來旋翼機(jī)發(fā)展的必然趨勢，從技術(shù)的發(fā)展看會經(jīng)歷三個階段：

第一階段：油動力時代，也是現(xiàn)有的動力模式；

第二階段：油電混合動力時代，高密度電池不斷發(fā)展，預(yù)計(jì)會在2030年左右出現(xiàn)裝機(jī)使用；

第三階段：純電動時代，燃料/鋰蓄電池和太陽能電池將在2030年左右實(shí)現(xiàn)在旋翼機(jī)上的應(yīng)用，2050年前隨著小型核動力的發(fā)展，純電動旋翼機(jī)將成為常態(tài)。

3.1.4 武器

傳統(tǒng)的熱武器已經(jīng)不能滿足未來作戰(zhàn)需要，能量武器才是未來常用機(jī)載武器裝備，分四個階段：

第一階段：常規(guī)熱武器，導(dǎo)彈與大口徑航炮結(jié)合，滿足30分鐘作戰(zhàn)時間，可有效殺傷地面裝甲和武裝人員；

第二階段：常規(guī)武器和激光武器相結(jié)合，配裝導(dǎo)彈和激光武器，可滿足60分鐘作戰(zhàn)時間，有效殺傷地面裝甲和低空目標(biāo)；

第三階段：能量武器，配裝電磁武器和激光武器，可滿足全程作戰(zhàn)時間，有效殺傷地面裝甲和中/低空目標(biāo)；

第四階段：能量武器和核生化武器相結(jié)合，配裝電磁武器、激光武器和核生化武器，可滿足全程作戰(zhàn)時間，有效殺傷全域目標(biāo)；

3.1.5 座艙

座艙將隨智能化技術(shù)的發(fā)展而變化，可以預(yù)見的是座艙將經(jīng)歷四個階段的變化。

第一階段：傳統(tǒng)座艙，一般位于機(jī)頭位置，需進(jìn)行復(fù)雜的飛行操縱和任務(wù)操縱，須配備兩名駕駛員；

第二階段：綜合化座艙，一般位于機(jī)頭位置，飛行操縱簡化，重點(diǎn)進(jìn)行任務(wù)操縱，須配備兩名駕駛員；

第三階段：視景化座艙，可位于機(jī)身任意位置，飛行操縱自動化，只進(jìn)行任務(wù)操縱，配備1名任務(wù)操縱員；

第四階段：智能化座艙，可位于機(jī)身任意位置，基本無操縱，只進(jìn)行飛行與任務(wù)指令的下達(dá)，機(jī)上乘員更多的是參與指揮和決策。

3.2 未來旋翼機(jī)典型特征

基于以上未來旋翼機(jī)的設(shè)想，未來旋翼直升機(jī)典型特征可以進(jìn)行如下假定：

第四代直升機(jī)：以航電綜合化為典型特征；

第五代直升機(jī)：以高速新構(gòu)型為典型特征，第五代將是顛覆性的一代，“直升機(jī)”的稱呼將成為歷史，未來進(jìn)入旋翼機(jī)時代；

第六代旋翼機(jī)：以高能模塊化為典型特征，第六代是“突破任務(wù)能力”的一代，典型技術(shù)特征如油電混合動力、小尺寸高效能旋翼、簡化操縱座艙、任務(wù)模塊化快速切換等等，其任務(wù)能力表現(xiàn)為強(qiáng)攻擊/運(yùn)輸任務(wù)能力、戰(zhàn)場高生存能力、任務(wù)長航時、通用性強(qiáng)等等；

第七代旋翼機(jī)：以智能全域化為典型特征，第七代是“科幻的、隨心所欲”的一代，典型技術(shù)特征如核電動力、指令操縱等等，其任務(wù)能力表現(xiàn)為全域到達(dá)、真安全、真可靠、真好用等等。

4 建議

科技的快速發(fā)展不斷推動戰(zhàn)爭形式的轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)的以功能為出發(fā)點(diǎn)，以建體系為手段的裝備發(fā)展思路，隨著未來戰(zhàn)場形式的轉(zhuǎn)變而發(fā)生變化，以能力為牽引的裝備發(fā)展將形成。傳統(tǒng)技術(shù)以功能和體系為牽引誕生和發(fā)展了固定翼和直升機(jī)兩類大型裝備。在未來以突破任務(wù)能力為主的設(shè)計(jì)方案中，將兼顧固定翼和直升機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)界限將被打破，“未來飛行器”將逐漸成為統(tǒng)一，進(jìn)而從事裝備研制的人員的研制思路、設(shè)計(jì)手段也將更加開放、更加靈活。