美国军用无人机步入黄金时代

宁浩

2017年11月16日,美國国会以压倒性的优势通过了2018年7000亿美元的国防支出法案。此次通过的金额比上个财年6190亿美元的国防预算,增加了810个亿,增长约13%。其中,用于无人机及系统的采购就达69.7亿美元,相比2017年猛增21%。占比最大的型号是由美国通用原子集团开发的 MQ-9 Reaper(“收割者”无人机),得到12.3亿美元。

与5年前相比,美军在无人机方面的支出比预计高出90%。这进一步证明了无人机是当今美国军队中的重要装备。随着无人机相关技术的不断进步,特别是自主无人机和无人机集群方面的技术投入,使得美军在相关技术和战术方面更具优势。无人机载激光武器

2018年美国国防预算中与导弹防御相关的预算约103亿美元,包括79亿美元导弹防御局预算。该预算中包括多项先进技术研究,其中一项是机载激光拦截和探测技术。该计划将先进传感器集成到多光谱瞄准系统和MQ-9“死神”无人机上,以解决精确跟踪和识别问题,称为低功率激光武器验证器(LPLD)。

导弹防御局一直在研制和演示验证可集成至“弹道导弹防御系统”的定向能和激光技术。其中一个可能的概念就是利用无人机机载激光器远距离摧毁洲际弹道导弹。LPLD项目就是该工作的一部分。该项目有助于政府和工业部门的专家理解如何使用高空无人机激光器摧毁处于助推阶段的弹道导弹,并最终完成这种固态高能激光器的研制。

美国导弹防御局在2016年提出LPLD项目。2017年6月13日,美国导弹防御局发布先进技术创新跨部门公告,向工业界寻求利用无人机携带激光器拦截洲际弹道导弹的技术方案,标志着该项目正式进入研发阶段。公告要求高空长航时无人机平台的飞行高度在2万米以上,续航时间至少达到36小时,巡航速度达到马赫数0.45,有效载荷最高达到5670千克。无人机同时能够为激光器提供140~280千瓦的电能,在不影响飞行性能的情况下,为激光器持续供电30分钟以上。

2017年10月、11月和12月美国导弹防御局先后向洛-马公司、通用原子公司和波音公司授出共三份合同,用于LPLD第一阶段的工作。合同价值分别为940万美元、880万美元和1000万美元,向实现高空长航时无人机加装高能激光武器迈出第一步。

三家公司在高能激光器方面都有一定的技术储备。波音公司曾研制过用于对抗空中和地面目标的车载“高能激光移动验证机”,以及安装在改版波音747-400F客机上的“YAL-1机载激光器试验平台”。这是一种兆瓦级的氧碘化学激光器。洛-马公司正参与美国空军“适用于下一代紧凑环境的激光器改进”(LANCE)项目,是空军的“自防护高能激光演示验证器”的一部分,旨在研制和评估一种对抗敌机、导弹和其他空中威胁的高能激光器,用一种紧凑的高能激光器,保护以声速或超音速飞行的战术飞机免遭敌机和导弹的攻击。通用原子公司则擅长先进的电磁与电能生成技术,专门从事面向直流电、脉冲功率、高频交流电和脉冲功率系统的高压电容器业务,可为未来的轨道炮应用和全电航母弹射装置提供支持。根据之前的合同,通用原子公司已在其MQ-9“死神”无人机上利用雷声公司研制的“多光谱瞄准系统”-C型光电/红外转塔完成了精确追踪演示验证。其长波红外传感器能够帮助激光器追踪巡航阶段的无助推动力飞行器和弹道导弹。在激光技术日新月异的情况下,30千瓦级激光器已经能被安装在体积不大的MQ-9无人机上进行试验。

在开发出能够拦截助推段洲际弹道导弹的无人机之前,前期工作将率先解决激光器远程激光束的稳定性以及使光束焦点对准目标的能力问题。LPLD虽然不会具备拦截助推段导弹的能力,但将为后续目标更为远大的定向能项目奠定基础。它用来了解运用高空飞机进行助推段拦截这一作战概念,以及远距离完成激光束瞄准并保持持续瞄准的需求。

据美国媒体报道,2018年7月前,三家公司将分别建造原型无人机。如果第一阶段取得成功,预计于2018年末进入项目第二阶段,即技术演示验证阶段,主要是建造、集成及试验低功率激光器的光束控制与稳定性,将以关键设计评审宣告结束。第三阶段可能于2019年开始,如果一切进展顺利,可能于2023年结束。第三阶段将开展一系列空中试验,旨在试验典型距离内捕获导弹及将激光光束稳定瞄准目标的能力。导弹防御局官员预测,低功率激光器飞行试验将在2020年开展,光束稳定试验将在2021年开展。

舰载无人加油机

2 0 1 8年的美国国防预算海军RDT&E;研发预算中,MQ-25A无人机控制站和数据链在内的升级改装研发费用上又得到了约2.22亿美元的拨款,该条款编号为0605414N。这项拨款是在2017年新增的,当时立项名称为“航母舰载空中加油系统”,价值8900万美元。整个项目的研发成本约 25亿美元,每年的投入将从2017财年的8900万美元增加到2022年的5.546亿美元。MQ-25A计划在2019年上舰,在2020年部署。如果该项目研制成功,这将是世界上第一款无人加油机。

2017年8月13日,据美国《航空周刊》报道,美国海军提出MQ-25“黄貂鱼”无人加油机计划,实现在航母上的无人机搭载,并向4个国防厂商征求原型机。四家公司参与竞争MQ-25研制生产合同的公司包括:波音、通用原子航空系统、洛-马公司和诺格公司。2017年9月11日,美国海军精简了MQ-25无人加油机的参数。最终目的是打造一个仅需满足舰载适配性和空中加油需求的精简的“斯巴达式的”平台。不过在2017年10月份,诺格公司宣布退出MQ-25。这样竞争者只剩下另外三家公司。据一些分析家认为,诺格公司的退出,是其认为海军的竞标要求更倾向于有机翼、机身、尾翼的常规布局,而不是诺格和洛-马提出的飞翼方案。美国海军计划在2018年夏季选一家企业继续研制。此后,海军计划购首先购买4架进行评估,以决定是否执行共计72架的采购计划。

MQ-25主要作为加油机,也可执行情报、侦察和监视任务,并在“卡尔·文森”号航母上设立了无人机控制中心。

波音公司在2017年12月19日就发布了MQ-25的原型机,其可以为F/ A-18“超级大黄蜂”战斗机、EA-18G“咆哮者”电子攻击机以及最新型的F-35C战斗机提供空中加油服务。它可以携带15000磅(6.8吨)的燃料飞行500英里(804千米),所提供的燃料使“超级大黄蜂”战斗机有效作战半径从724千米增加到1126千米以上。根据此前波音公司的声明,将会从2018年底开始在圣路易斯的波音场地内对这款无人机进行动力滑行测试,随后将开始进行甲板适应性测试。期间,波音公司将会把飞机运到航母模拟甲板设施上,地面操作人员将尝试利用遥控系统控制飞机进行甲板作业,并测试该机与航母弹射器之间的兼容性。不过,在测试期间,该型飞机还是不会升空,波音也尚未透露具体的首飞时间。

MQ-25将继承“航母发射无人侦察和攻击飞行器”——也就是X-47B——一些最重要的技术,尤其是基于无线电和卫星的控制系统。但MQ-25最初不会像X-47B一样携带武器或先进的传感器,也不具备很强的隐形能力。

美军航母搭载无人加油机可改善其舰载机联队缺乏加油机的现状,大幅提升舰载机的作战效能、生存力和使用灵活性。同时也表明,美国海军在舰载无人机的发展路线上发生了变化。无人加油机首先不要求隐身,其次气动布局设计不要求高速机动性,最后也不用装备先进的传感器。这些因素都大大降低了研发的技术难度。航母空间有限,放不下大型加油机,以往航母都是采用伙伴加油的方式为战机空中加油,即同类型战机间的空中加油,但这会占用不少舰载机。如果能研制出无人加油机,将节省大量的舰载机。此外,无人加油机由于省去了很多有人战机必备设备,比如生命保障系统、座舱等,在起飞重量相同的情况下,其载油量比伙伴加油的方式要大,续航时间更长,而且造价也会降低不少。最后,由于舰载无人机前期的研制和验证工作卓有成效,很多技术都已经成熟。在此基础上研制无人加油机,其周期将会很短。无人机集群

随着芯片研发、材料制造、大数据等技术的不断进步,无人机逐步向智能化、集群化方向发展。在军事领域,无人机集群具有抗毁重构性强、分布协同性高、军事经济效益显著等优势,可对敌方实施广域分布式多点多向突击,快速达成作战目的,极大提升作战效能。

无人机集群可以从多个方向对不同作战目标实施全方位、立体式饱和攻击,对敌方作战体系和要害部位进行高精度重点打击,使敌方应对能力迅速达到饱和,防御难度大大增加。通过自主集群控制系统和动态无中心网络技术,无人机集群可以自主安排作战计划,进行作战任务分配,决定使用攻击弹药类型,对作战目标发起联合打击,实现任务能力的扩展及整体作战效能的提升。美军一个研究团队曾经对无人机集群攻击“宙斯盾”驱逐舰进行了仿真试验。结果表明,由8架无人机组成的集群以250千米/小时的速度进行攻击时,平均有2.8架无人机能够突破防御对舰艇发动攻击。有1架无人机能够突破防御。如果将无人机增加至80架甚至更多,再强大的拦截网也难以招架。

根据2018国防预算文件,美国防部计划在2018财年为科学技术投入132亿美元,其中就包括为战略能力办公室的“灰山鹑”和海军的“低成本无人机系统蜂群技术”等低成本无人系统投资。

◎低成本无人机集群技术项目

低成本无人机集群技术(Low- cost UAV Swarming Technology,以下简称LOCUST)是美国海军未来三十年内计划打造的无人自主系统环境中的一项关键技术。2015年4月16日,美国海军研究办公室公布了LOCUST项目,聚焦于通过发射管将大量可进行数据共享、自主协同的无人机快速连续、发射至空中的技术。这类发射装置及无人机体积较小,可方便整合到舰船、装甲车辆、飞机等平台之上。它们有目的性地集群飞行、协同配合,对敌方目标执行侦察、打击任务,从作战使用角度看,具有明显优势。

美国海军研究办公室于2015年3月在多个地点完成演示验证工作,其中包括发射可携带不同任务载荷的“郊狼”无人机,并完成了9架无人机完全自主同步和编队飞行的技术验证。2016年4月成功完成30架“郊狼”的连续发射及编队飞行试验。“郊狼”是在海军研究办公室资助下由先进陶瓷研究公司(后被BAE收购)研制,长仅1米左右,重不到7千克。该型无人机采用发射管发射,可在不依赖GPS的环境下,基于光电/红外传感器及惯导装置进行导航。该无人机现阶段配装美国国家海洋和大气管理局的P-3“猎户座”飞机上开展飓风的监测工作。另外,雷声公司也在C-130“大力神”运输机上测试“郊狼”无人机的发射,后续还打算在P-8“波塞冬”海上巡逻机、V-22“鱼鹰”以及“捕食者”无人机上进行“郊狼”的发射试验。

◎灰山鹑项目

“灰山鹑”用于项目验证战斗机发射可执行情报、监视、侦察任务的自主无人机蜂群能力。

“灰山鹑”无人机由SCO公司与美国麻省理工学院的林肯实验室联合发展,是一种一次性的无人机,可从战斗机的干扰弹发射装置投放,飞往低空并摄像。“灰山鹑”由凯芙拉合成纤维和碳纤维通过3D打印技术制造。机身主体长16.5厘米,翼展30厘米,全重290克,续航时间大于20分钟,时速74-111千米/小时,由锂离子聚合物电池供电。“灰山鹑”有前后两副机翼,而且上下高度错开。在被发射出去之前,该无人机的前部和后部机翼都折叠起来以装入干扰弹发射筒;飞行时依靠尾部一个螺旋桨推进。飞行过程中具备数据通信能力。该无人机还可由地面发射装置发射或通过地面人员投掷发射,未来将采用大量、不可回收部署方式。

“灰山鹑”无人机于2011年研制。2012年,美国防部战略能力办公室成立后,采纳了该型无人机,并为其配套开发了由战机进行空中投放的技术,并于2014年开始进行试验。2015年6月在北方利刃軍演中,该无人机进行了150次试验,其中包括72次由F-16战机通过曳光弹投放器投放试验。2016年10月美军在加州的“中国湖靶场”上空进行了无人机抛撒实验,三架海军F/A-18F“超级大黄蜂”战斗机成功抛洒出103架“灰山鹑”微型无人机。无人机在脱离发射箱后的短时间内能相互发现队友并组成集群队形,展示了美军的集群自组网技术达到了实用性阶段。

传统上,美国空军战机用“微型空射诱饵弹”(以下简称MALD)对敌方防空系统进行干扰欺骗。而无人机蜂群与MALD的不同之处在于:首先,单架F-16战机仅能搭载数枚MALD,而在加装标准ALE-47曳光弹投放器后,可搭载达30架“灰山鹑”及其配套载具;其次,3D打印的“灰山鹑”价格较MALD低廉,具备明显的经济可承受性;由于其数量庞大,可使敌方跟踪能力达到饱和,并增加敌防空系统识别难度。

当进入敌方战区时,可以大量发射这种载有电子发射机的“灰山鹑”,形成干扰云,致盲敌方雷达。而如果遇到导弹袭击,“灰山鹑”也可以作为雷达诱饵发射出去,将敌方导弹引向他处,保证战机的安全。

除了电子干扰外,“灰山鹑”还带有高质量摄像头,可以成群地在目标区域上空活动,以追捕恐怖分子。而其微小的体型,使其不可能成为防空导弹打击的目标,而其飞行高度和快速飞行能力,也可以避开一般的高射机枪、狙击步枪的打击。而如果“灰山鹑”任务舱中换装微型战斗部,则可以变身成为一种小型巡飞弹,打击人员和轻型车辆等恐怖分子目标。而一旦一次投放上百架微型无人机,将对覆盖区域内的无防护目标实现全面打击。

目前该机已经获得美军订单,将于2018年投入使用,部署到敏感地区执行巡逻任务。美军的最终目标是1000架“灰山鹑”组成集群。无人机技术进入黄金时代

在过去20年时间里,随着通信技术的扩张,再加上电子元器件持续微型化,迎来如今的“无人机技术黄金时代”。合成孔径雷达、日益增强的微处理器、更快的数据链路速率、雷达波吸收隐形材料、高带宽通信的运用以及卫星通信等尖端技术不断集成到无人机平台上,使得无人机成为全球军队的重要装备,其应用范围也在不断扩大。

美国目前控制全球35%的无人机市场,也是全球最大的无人机市场。霍尼韦尔、航空环境、波音、雷声、洛-马公司和通用原子等美国公司在技术上名列前茅。美国在伊拉克、阿富汗、巴基斯坦等国持续性反恐战争中部署了数千台无人机,用于执行从情报、监视、侦察到致命打击等多种任务。这极大地促成了巨大的无人机技术创新浪潮,带来了隐形、高空侦察无人机、无人机集群、自主无人机技术方面的许多新进步。

从美军2018年国防预算可以看出,无人机及其系统技术发展将继续是军事技术发展的重中之重。

文章来源于:兵器

浏览次数:  更新时间:2018-04-26 13:57:39
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