艦載無人直升機試訓應用及關鍵技術研究

艦載無人直升機相對于固定翼無人機，不需要滑跑或彈射，較好解決了著艦回收困難的關鍵問題，可大量裝配驅護艦等中小艦艇，對提高艦艇作戰(zhàn)能力具有重要意義，近年來受到了各國海軍關注并得到了快速發(fā)展。目前，美國、俄羅斯、以色列、加拿大等國家海軍裝備有艦載無人直升機，主要型號包括MQ-8B、MQ-8C、卡-137、S-100等。國內(nèi)AR-500BJ無人直升機完成了船載試飛試驗，研制取得了新的重要突破。隨著艦載無人直升機技術發(fā)展，在靶場應用條件已基本成熟，通過合理規(guī)劃論證，必將較好的提升靶場空基保障能力。

試訓應用場景分析

直升機類目標模擬

艦載直升機是海空戰(zhàn)場上的一類重要目標，承擔著反潛、預警、通信中繼等重要作戰(zhàn)任務，由于直升機類目標有低速運動、懸停、垂直上下運動等特殊運動方式，給艦空武器的制導控制帶來了特殊的要求，其中以依靠旋翼的較小RCS和調(diào)制特性進行制導跟蹤為技術難點。艦空武器試驗對直升機類靶標有明確的需求，長期以來，由于國內(nèi)無人直升機技術滯后和成本制約，制約著直升機類靶標應用。隨著新型艦空導彈和潛空導彈系統(tǒng)的發(fā)展，這一需求更加迫切，通過建設專用的艦載無人直升機靶機，開展目標特性加改裝，設置典型作戰(zhàn)樣式，既可以檢驗艦空武器系統(tǒng)性能，又可作為藍軍體系重要組成部分，形成編隊對抗態(tài)勢，錘煉部隊實戰(zhàn)化下訓練水平。

遠海反艦導彈中靶信息獲取

反艦導彈中靶實況監(jiān)測和脫靶量測量是試驗訓練信息獲取的重點和難點，相比固定翼飛機無法定點懸停及系留式多旋翼氣象要求高等不足，艦載無人直升機可加裝高速、紅外、可見光等高性能光電設備，具有拍攝距離遠、穩(wěn)定精度高、拍攝角度可自由調(diào)整等優(yōu)勢，較好的解決遠海反艦導彈中靶信息獲取難題。目前，無人直升機平臺通過搭載高清高速攝錄設備，配合高精度穩(wěn)定平臺，能夠滿足3Ma以上小型高速目標識別以及最高可達到1m脫靶量判讀精度，較大提升靶場中靶實況信息獲取能力。

多種任務設備掛飛

復雜電磁環(huán)境下試訓任務對空基平臺的需求包括導引頭帶飛、干擾對抗、態(tài)勢監(jiān)測、通信中繼等，在以往急需的任務中，一般用有人直升機來完成，但安全性問題、兵力協(xié)調(diào)問題是很大的困擾，無人直升機載重大、可外掛設備、可靠性高等優(yōu)勢能夠有效彌補靶場空基保障能力不足。具體應用包括，搭載導引頭可以用于艦空導彈導引頭帶飛，檢測反艦導彈海背景導引頭性能試驗；搭載干擾對抗設備，可用于支援、掩護、壓制干擾，提升對抗實戰(zhàn)化水平；搭載態(tài)勢監(jiān)測設備可以用于戰(zhàn)術導彈干擾態(tài)勢監(jiān)測，對構建的有源電磁干擾和無源箔條電磁干擾態(tài)勢數(shù)據(jù)進行采集，為試驗訓練及演習研練態(tài)勢復盤、干擾對抗效果評判提供數(shù)據(jù)支撐。搭載通信中繼設備，可以在較高高度執(zhí)行通信中繼任務，解決地面遙控遙測設備能力不足或掠海目標通信存在的盲區(qū)。

艦載無人直升機關鍵技術

自主著艦技術

艦載無人直升機飛行面臨著復雜的氣流環(huán)境，特別是在著艦階段尤為嚴峻，這大大增加了人工控制的難度，因此，高度自主的著艦控制技術是需解決的關鍵技術之一。著艦階段一般包括著艦引導、著艦跟蹤、著艦固定，當前，采用的著艦引導技術包括差分GPS引導、視覺引導、雷達引導、無線電引導等，幾種引導方式各有優(yōu)缺點，最常用的是差分GPS引導，引導技術未來趨勢將是多技術融合。著艦跟蹤系統(tǒng)要能夠預測船體的運動和飛行甲板的搖擺運動參數(shù)，提供一定的預測提前量，當出現(xiàn)如引導系統(tǒng)失效等應急故障時，能夠快速判斷并執(zhí)行預定的安全控制策略；著艦固定關鍵技術包括捕獲時機判斷、連接方式等。為適應復雜的艦載環(huán)境，應在傳統(tǒng)控制方法的基礎上，發(fā)展非線性控制、自適應控制、智能控制等著艦技術以及基于深度學習的著艦環(huán)境感知方法，研發(fā)出智能化程度較高的飛行控制系統(tǒng)。

目標特性模擬技術

無人直升機作為靶標使用時，必須能夠準確模擬目標直升機的雷達散射特性、紅外特性，國內(nèi)在此方面研究較少，而且多以數(shù)字仿真為主，真實性不高，如何有效模擬直升機的目標特性是建設無人直升機類靶標的關鍵難點技術。目標特性模擬技術研究應在情報資料收集基礎上，首先通過理論估算和實測提供模擬對象的雷達截面積（RCS）、紅外特性、旋翼調(diào)制特性等數(shù)據(jù)，結合國內(nèi)無人直升機平臺進行詳細對比分析研究，針對差距和不足進行適應性改進，一般可采取加裝隱身涂層、龍伯球、角反射器、曳光管等手段，也可使用有源模擬設備，有源模擬設備要綜合考慮與平臺目標特性的匹配性。考慮到使用成本，應盡量做到通用化，根據(jù)不同目標的需求加載不同的模塊或者通過不同的參數(shù)設定，實現(xiàn)不同目標特性的模擬。后續(xù)應依托國內(nèi)目標特性研究單位逐步建立相應的模型或數(shù)據(jù)庫，研制較為逼真的模擬器，解決旋翼類靶標目標特性問題。

多機協(xié)同控制能力

艦載無人直升機多機編隊飛行也是較為常用的應用場景，如雙機編隊供靶、交匯信息測量、多機航區(qū)態(tài)勢監(jiān)測等，主要關鍵技術包括任務規(guī)劃技術、編隊重構技術、控制權交接技術、防碰撞技術等。特別是無人直升機長距離超低空飛行時，為了確保多機飛行可靠性，一般需要多個艦面或地面測控設備對其控制，需要對無人直升機測控數(shù)據(jù)鏈統(tǒng)一設計，研究建設多機協(xié)同控制系統(tǒng)，實現(xiàn)機間數(shù)據(jù)交換，提升編隊自主決策能力。

建設總體要求

區(qū)別于岸基起降無人直升機，靶場艦載無人直升機建設應能滿足長時間海上存貯、不同艦船裝載、環(huán)境適應性高等總體要求。

適應不同艦船加裝要求

艦載無人直升機通常需要加裝格柵裝置、引導系統(tǒng)、測控系統(tǒng)以及供電、儲存、防護等設備，有人直升機格柵等裝置一般在艦船上預先安裝，通用性強，而靶場艦載無人直升機作為臨時使用裝備，需要根據(jù)任務需求臨時安裝。由于起降甲板尺寸、甲板紊流場、艦船運動、復雜電磁環(huán)境、駐艦維修保障等方面均對艦載無人直升機使用存在制約和限制，因此，設計時要充分考慮測控系統(tǒng)、引導裝置、著艦輔助裝置、運輸裝置的通用性和可拆卸性。特別是著艦輔助裝置，需要臨時搭建格柵固定平臺，尺寸、重量較大，要充分考慮安裝可行性、拆卸靈活性，避免出現(xiàn)使用保障難題。

適應特殊的海洋環(huán)境

艦載無人直升機隨艦航行執(zhí)行任務，短則數(shù)周，長則數(shù)月時間，由于保障條件限制，特別是沒有機庫保障條件下，無人直升機技術維護及操作使用均需要在甲板上進行，需要長時間面對高溫、濕熱、霉菌、鹽霧以及晃動等均對艦載直升機的使用帶來問題，如濕熱、霉菌、鹽霧對機體結構、發(fā)動機、傳動系統(tǒng)等的腐蝕，風速對直升機發(fā)動機開/關車的限制，高溫降低發(fā)動機功率等。在裝備建設中應嚴格按照相關標準開展設計及試驗工作，詳細分析長時間暴露在海洋環(huán)境下對各種部件影響，有針對做好應對措施。

適應復雜的氣流影響

相對于陸地而言，無人直升機著艦的區(qū)域一般在艦艇尾部的甲板上，其后面是開闊的空間，其前部是艦艇的上層建筑物，這樣造成了該區(qū)域空氣流場特性復雜多變。為確保較高任務執(zhí)行率，需要艦載無人直升機具有優(yōu)良的抗風能力，特別是在抗大側風和紊流能力。這就要求艦載無人直升機的槳盤載荷要大，動力儲備要足，而機身截面積和側面積要小。一般情況下艦載無人直升機在側風中懸停風速小于10m/s時，直升機的總距、橫向周期變距、縱向周期變距以及尾槳槳距的操縱量應比較小，確保能夠穩(wěn)定懸停。

適應多樣化的任務加載

能通過預留空間或外掛方式搭載攝錄設備、電子干擾設備、通信中繼設備、導引頭、目標模擬器等，能提供容量不小于2kw的供電，安裝平臺預留數(shù)據(jù)、電氣、機械接口，統(tǒng)一接口方式、通信協(xié)議，進行低頻減震、電磁兼容、供電隔離等處理。遙控遙測采用通用化無人機測控系統(tǒng)來實現(xiàn)，能夠適應海洋環(huán)境，具備一定動平臺穩(wěn)定能力，傳輸協(xié)議能夠由系統(tǒng)總體自定義確定，顯控臺能夠按照無人直升機及搭載任務設備操作控制要求設置界面、定義指令、連接操縱桿。

建設目標與思路

靶場建設艦載無人直升機系統(tǒng)應以需求為牽引，以國內(nèi)無人直升機發(fā)展技術為基礎，采用分步實施的方法進行，分近期（3-5年）和遠期（5-10年）來逐步實現(xiàn)。

近期目標：建成中小型艦載無人直升機系統(tǒng)，滿足現(xiàn)有試驗航區(qū)供靶、定點監(jiān)控、較大搭載能力的試驗需要。主要建設和解決如下問題：

（1）具備巡航速度150km/h、載荷80kg、續(xù)航時間4h、起飛重量500kg、任務載荷供電2kw左右的平臺保障能力，解決海上靶場用無人直升機進行試驗保障的問題；

（2）研究探索直升機類目標特性，重點分析典型艦載無人直升機目標與新建無人直升機的雷達與紅外特性，研究有源和無源模擬方法，建立相應的數(shù)字化模型或數(shù)據(jù)庫，解決旋翼類靶標特性問題；

（3）積累實際飛行數(shù)據(jù)，建立自主飛行與自主著艦的數(shù)學模型，研究無人直升機艦載起降方法，完善飛行風限圖，實現(xiàn)不同加裝平臺、3級海況、無輔助條件下自由起降，解決無人直升機艦載起降的技術問題；

遠期目標：建成中型艦載起降無人直升機系統(tǒng)與實體直升機靶，更好滿足大航區(qū)試驗保障和艦空武器試驗供靶的需求。主要建設和解決如下問題：

（1）建成巡航速度220km/h、載荷300kg、續(xù)航時間4h、起飛重量2000kg、成本可控的艦載起降為主的飛行平臺，解決海上靶場復雜場景下用艦載無人直升機進行試驗保障的問題；

（2）以國內(nèi)某型艦載直升機為基礎，改造為艦載無人直升機系統(tǒng)，按照典型目標特性進行改裝，建成實體直升機靶，更好解決艦/潛空武器試驗對直升機目標需求的問題；

（3）基本形成內(nèi)部依托中/小型無人直升機裝備保障試驗、外部依靠主要協(xié)作單位技術拓展研究的格局，初步構建起靶場無人直升機系統(tǒng)的體系。

為有效實現(xiàn)上述目標，靶場建設和應用艦載無人直升機系統(tǒng)，應突出直升機特點確定建設要求，避免重復建設和追求高性能；應采用成熟技術確定建設方案，避免有較大風險的技術攻關和資金投入；應堅持效益優(yōu)先評價建設目標，避免盲目建設和資源浪費。

結束語

隨著軍隊軍事需求和重視程度的增加，目前艦載無人直升機進入了一個快速發(fā)展的階段，重油發(fā)動機、著艦引導、自主著艦等關鍵技術得到攻克，靶場應把握艦載無人直升機技術發(fā)展方向，發(fā)揮試訓任務需求牽引作用，持續(xù)跟進無人直升機技術進展，不斷推動艦載無人直升機在靶場試訓任務中深入應用。