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详述军用无人机的前世今生(下)

 书海探幽 2015-04-19

远程无人机的发展

   自上世纪 80 年代以来,军用无人机飞行控制技术出现了两大分支,即自动飞行控制系统和指令控制系统。自动控制是飞行控制系统的早期形式,需要在发射起飞前对无人机的飞行控制系统预先输入控制程序,这对于使用胶片侦察照相机的早期军用无人侦察机而言是可行的。但是,由于战场情况瞬息万变,无人机机载传感器也越来越先进和复杂,在无人机和地面站之间采用无线数据链路通信的指令控制系统开始大行其道。最初采用指令控制系统的无人机可由雷达跟踪,地面站的控制人员通过无线链路发送指令纠正无人机的航向。随着电视制导技术在无人机上开始应用,越战期间的“萤火虫”得以在无人机和母舰控制站之间传输侦察图象信息,而后者也可以随意控制无人机的动作。80 年代以后,指令控制技术逐渐成为军用无人机飞行控制系统的主流,当然也有部分无人机在部分飞行阶段混合使用了自动控制系统,但在空中侦察和情报搜集任务阶段还是基本以指令控制为主。

   应该看到的是,指令控制技术也绝非完美,无线链路就是它的短板。我们知道,无线信号容易受大气条件的影响,设备故障和来自敌方的干扰都容易令控制失效,从而导致无人机失去控制而坠毁。另一方面,无线链路这种控制方式也决定了无人机有限的航程。为了解决这一问题,美国空军曾在越战期间动用 DC-130 运输机作为无人机载机,借此延长其航程。而地面发射的采用指令控制系统的无人机问题更复杂,无线链路受山川等地理条件影响更大,航程也更有限。到了上世纪 90 年代,用于无人机的卫星数据链路出现了,地面控制站可以将控制信号上传至空间通信卫星,再通过中继放大发送至无人机接收天线上,这就完全突破了地面障碍物和地平线的限制。特别是当控制指令受到干扰时,GPS 卫星导航系统还能帮助无人机返航回收。对于小型战术无人机来说,要容纳下这些体积庞大的设备是很困难的,直到上世纪 90 年代新一代大型远程无人机出现后这才真正成为可能。

DC-130 无人机载机

   上世纪 70 年代,侦察卫星开始成为战略侦察的重要手段。不过,由于侦察卫星拍摄到的图片容易受大气条件(如云层、湿气等)的影响,而且只能按照预设飞行轨道飞行,侦察卫星的使用是存在很大限制的。与此同时,前苏联开始部署 S-200(SA-5)防空导弹,这种导弹将首次对高空飞行的 SR-71 构成严重威胁。因此美国空军特别重视远程无人侦察机的发展,希望以此取代有人驾驶的 U-2 和 SR-71 侦察机。70年代中期,美国波音公司研制了 YQM-94“罗盘帽”(Compass Cope)无人战略侦察机,这种无人机外形酷似滑翔机,翼展达 90 英尺。由于机身够大,机上可以容纳进卫星上行链路天线。“罗盘帽”无人机尽管最终没能投产,但却为此后远程战略无人侦察机的发展奠定了基础。80 年代,美国国防部高级研究规划局(DARPA)出资展开了一项远程无人机的论证计划,波音公司的“秃鹰”(Condor)、前沿系统公司的“琥珀”(Amber)IV、通用原子公司的“琥珀”以及 E 系统公司的 EVER 无人机项目共同参与了此次论证计划。到了 1988 年,美国国防部提出了一个名为 UAV-E 的远程无人机的战术需求,要求新的远程无人战略侦察机可以在战场或海面上空完成目标截获和监视任务,其航程至少要达到 1,000 英里,续航力不少于 48 小时。后来,CIA 接管了这个项目,而兼并了破产的前沿系统公司的通用原子公司在“琥珀”的基础上研制出了“蚊”(Gnat)-750 型无人机,并于 1989 年成功首飞。1994 年初,“蚊”-750 I 型系统开始装备部队,但由于当时机上并未安装卫星上行链路天线,后来又改进研制了“蚊”-750 II 型远程无人机并正式命名为 RQ-1,这就是著名的“捕食者”无人机。该机翼展比其前身更大,拥有安装了卫星上行链路天线的外形独特的机首。

YQM-94“罗盘帽”(Compass Cope)无人战略侦察机

波音公司的“秃鹰”(Condor)

通用原子公司的“琥珀”,实际上从破产的前沿系统公司购买的设计

“蚊”(Gnat)-750 型无人机

RQ-1“捕食者”无人机

  首批“蚊”-750 无人机系统于 1995 年在阿尔巴尼亚地区首次部署,主要用于对前南地区的内战局势进行监视。美国空军于 1995 年 7 月 29 日重新组建了自越战结束以来的第一支无人机部队,这就是驻扎在内利斯空军基地的第 57 飞行大队所属的第 11 侦察飞行中队。该中队原来装备的是 RF-4C 侦察机,后来开始装备使用由 DC-130 投放的无人靶机。1996 年 2 月,美国空军在巴尔干地区将“捕食者”无人机首次投入实战使用。执行任务过程中,“捕食者”从位于匈牙利境内的基地起飞,但途中突然发生了卫星通信故障。通过机上先进的 GPS 导航系统,“捕食者”仍然顺利返回了基地,可见 GPS 系统对于无人机飞行控制系统的巨大价值。到了 1997 年,第 11 侦察飞行中队已全面装备“捕食者”无人机并开始执行日常飞行任务。

军用无人机的发展现状

   除了“捕食者”外,美国空军和 CIA 方面还联合进行了隐身无人机方面的研究,这种无人机将更加适用于那些存在高度防空导弹威胁的作战区域。起初,该计划是作为“捕食者”III 型的改进项目开展起来的。到了 1994 年,该项目一分为二,即名为 2+ 型的超远程无人机项目以及较小的 3- 型隐身无人机项目。后者的研制合同授予了洛克希德马丁公司的臭鼬工厂,后来顺利研制出了酷似 B-2 隐身轰炸机的 RQ-3“暗星”(Dark Star)无人侦察机。该机于 1996 年 3 月首飞,但在第二次试飞过程中原型机却意外坠毁。由于潜在成本过高,该计划后来被迫取消。2+ 型超远程无人机的研制合同则被特里达因.瑞安(Teledyne-Ryan)公司获得,该公司后来在上世纪 90 年代美国航空业兼并浪潮中被诺斯罗普-格鲁曼公司所收购。而该计划后来则发展成为 RQ-4“全球鹰”(Global Hawk)无人侦察机。与“捕食者”一样,“全球鹰”状似大型滑翔机,所不同的是采用了喷气发动机,具备更大的巡航速度,并且有高达 1 吨的负载能力。RQ-4“全球鹰”于 1998 年 2 月首飞,顺利投产后于 2003 年 9 月交付加州比尔空军基地内的美国空军第 9 侦察大队。

RQ-3“暗星”(Dark Star)无人侦察机

RQ-4“全球鹰”(Global Hawk)无人侦察机

  9.11 事件后,美国空军和 CIA 方面均加强了军用无人机的部署和使用。阿富汗战争期间,美军的“捕食者”和预生产型的“全球鹰”无人机执行了大量空中侦察任务。除了执行侦察任务,美军自 2000 年起又对“捕食者”进行了改进,使其具备武装攻击能力。通过在其机首安装激光指示器,“捕食者”无人机便拥有了引导“地狱火”导弹进行精确打击的能力,本文一开始所描述的战例就是这种无人攻击机的首次作战使用。同样的,美国人也计划对“全球鹰”进行类似的改进,但由于该机执行的一般是高空侦察任务,空军方面后来放弃了这一想法。而原有的 RQ-1 型“捕食者”则全部被改装为 MQ-1 无人攻击机。2006 年,一种体积更大、性能更先进的“捕食者”升级版无人攻击机问世,这就是 MQ-9“死神”(Reaper)无人攻击机。为了提高无人攻击机的作战效能,自 2002 年起美军还在各型无人机上试验了包括“蝰蛇打击”(Viper Strike)反坦克导弹和“宝石路”(Paveway)激光制导炸弹在内的一系列机载制导武器,取得了良好成效。2002 年 3 月,美国空军成立了世界上第一个无人攻击机中队。该中队由 20 架“捕食者”无人机组成,每架“捕食者”无人攻击机上都装备有数枚 AGM-114“地狱火”反坦克导弹。

MQ-1 无人攻击机

MQ-9“死神”(Reaper)无人攻击机

MQ-9 的机头卫星通讯天线

   伊拉克战争为包括远程无人侦察机在内的各型军用无人机的广泛使用提供了良好的舞台。美国陆军此时也终于开始装备使用新的战术无人机——RQ-7“影子”无人侦察机,该机首先装备的是美陆军第 4 步兵师第 104 情报营,在提克里特地区的战斗中首次投入实战使用。此后该机又开始陆续装备其他美国陆军部队。此外,海军陆战队的 RQ-2“先锋”无人机同样出现在了伊拉克战场上。

RQ-7“影子”无人侦察机

   阿富汗和伊拉克战争结束后,驻阿和驻伊美军仍然麻烦不断。为了应对来自塔利班残余势力和伊拉克反美武装的威胁,一批新型的微型无人侦察机相继投入使用,这些无人机有的体积几乎与模型飞机并无二致。早在上世纪 80 年代,美国陆军和海军陆战队就对包括 BQM-147“敢死蜂”(Exdrone)和 FQM-151“指针”(Pointer)在内的微型无人机进行过相关试验,并且在 1991 年海湾战争期间进行了小规模部署使用。不过,由于当时机上安装的黑白侦察照相机在沙漠地区无法有效识别目标特征,航程过短的缺陷也限制了微型无人机的性能,从上世纪末开始这些微型无人机都进行了大幅度改进。改进重点放在了换装彩色侦察摄像机和更紧凑的飞行控制系统和地面站上。伊战前夕,美国陆军又开展了新一代微型无人机的研制计划,即针对特种部队特点而研制的 RQ-11“大乌鸦”(Raven)无人侦察机。海军陆战队则发展了“龙眼”(Dragon Eye)微型无人机。这批微型无人机的出现使军用无人机的部署和作战方式发生了极大的变化,由于微型无人机体积轻巧便于携带,这意味着这种无人机将可以配备到最基层的作战部队中去,在日常的巡逻和战斗活动中的部署和使用将更为灵活,因此特别适用于反恐作战。

BQM-147“敢死蜂”(Exdrone),翼展 2.5 米

FQM-151“指针”(Pointer),翼展 2.74 米

RQ-11“大乌鸦”(Raven)无人侦察机

RQ-14“龙眼”(Dragon Eye)微型无人机

   伊战期间,由于英军装备的“不死鸟”无人机在炎热的沙漠地区性能极不可靠,于是临时从美军处租借了一批“捕食者”、“大乌鸦”无人侦察机和“沙漠鹰”微型无人机投入了使用。在阿富汗地区,加拿大部队也使用了法国研制的 SAGEM“斯佩威尔”(Sperwer)战术无人机,意军则再次动用了“捕食者”,德国人则得到了“月神”(Luna)和“阿拉丁”(Aladin)微型无人机的助阵。

“沙漠鹰”微型无人机

SAGEM“斯佩威尔”(Sperwer)战术无人机

“月神”(Luna)无人机,翼展 4.17 米

“阿拉丁”(Aladin)微型无人机

新一代无人战斗飞行器

   前文提到,无人攻击机的概念可以追溯至二战前夕。直到 1944 年美国海军 TDR-1 和 TDN-1 无人攻击机出现前,人们对这种无人机的兴趣都不算大,这一时期的热点无疑是在早期的制导武器上。越战结束后,无人攻击机重新吸引了世人的目光,美国空军率先于 1972 年至 1973 年间对装备各式制导武器(包括 AGM-65“幼畜”导弹和“宝石路”激光制导炸弹在内)的 BGM-34“火蜂”无人机展开了大量试验。美国国防部高级研究规划局也在美国海军 QH-50 无人直升机的基础上改进研制了武装攻击型,并进行了一系列试验。前苏联苏霍伊设计局也曾研制过一种名为“库尔申”(Korshun)的无人攻击机,该机可以由苏-24 战斗轰炸机投放并控制。

挂载AGM-65“幼畜”导弹的 BGM-34C“火蜂”无人机

   上世纪 90 年代末,美国海军和空军联合对“无人战斗飞行器”(UCAV)展开了研究,探讨军用无人机在不适合有人驾驶战机的区域(如由防空导弹重点防护的地区)作战的可行性。这种无人攻击机的首要任务是对敌防空压制,当然也将具备一定多用途能力,特别是成本将进一步降低。美国空军和海军因此分别发展了 X-45 和 X-47“飞马”(Pegasus)无人机,后来则干脆于 2003 年合并为 J-UCAS(联合无人战斗飞行器系统)计划,然而该计划很快于 2005 年 12 月终止了。尽管如此,美国海军方面并没有半途而废,针对航母作战行动的特点,美国海军对诺斯罗普-格鲁曼 X-47B 方案展开了大量技术论证工作。而普遍观点认为,美国空军的 X-45 项目也并未真正终止,而是演变为一项更为机密的发展计划。

波音 X-45A 无人机

诺格X-47A“飞马”(Pegasus)

X-47B 已经开始上舰测试

  当今世界存在着一种观点,认为各国现役的有人驾驶作战飞机将是最后一代,军用无人机将在不久的将来彻底取而代之。显然现在就下此结论还为时过早,不但目前无人机的技术和性能还不尽完善,成本问题还未得到有效解决,特别是无人机在制空作战和空中格斗领域还远未达到人们的要求。1995 年莫斯科航展上,俄罗斯展示了图-300“风筝”无人战斗飞行器的原型机模型,此外俄罗斯还研制了一种 由在雅克-130 教练机基础上发展而来的名为“突破”(Proryv)的无人战斗飞行器;法国也曾在欧洲范围内寻找合作伙伴共同开发一种名为“神经元”(Neuron)的欧洲无人战斗机项目;德国方面,曾经成功研制出一架名为“梭鱼”(Barrakuda)的大型无人战斗机,该机不但具备出色的空中侦察能力,还将拥有使用机载武器对目标实施直接摧毁的能力。不幸的是,该机于2006 年初在一次试验飞行过程中失事坠毁,遭遇这一重大挫折后目前该项目的进展仍不明朗;意大利的 Sky-X 无人战斗机项目也许开展的最为迅速,该机在 2005 年 5 月的一次试验中充分展示了其高超的空中机动性能和飞行控制能力;英国也于 2006 年试验了其下一代无人战斗机项目——“塔拉尼斯”(Taranis)。该机采用了当前最先进的隐形技术和自动控制技术,甚至被认为有可能在不久的将来完全取代英军现役的“狂风”战斗机。

图-300“风筝”无人战斗飞行器概念图

“突破”(Proryv)无人战斗飞行器

“神经元”(Neuron)的欧洲无人战斗机已在 2012 年 12 月完成首飞

“梭鱼”(Barrakuda)的大型无人战斗机

意大利 Sky-X 无人战斗机

“塔拉尼斯”无人战斗机

   当今世界各国在无人战斗飞行器的发展方向上已经大致形成了两个主要方面,即航速较慢的无人攻击机和高速无人隐身战斗机。前者的代表是 MQ-9“死神”无人攻击机,其首要任务是执行空中侦察,此外还可在适当的时机完成对地攻击,飞行控制则由地面站遥控进行;无人战斗机可兼具自动飞行和遥控两种飞行控制方式,可以根据预设程序攻击特定目标,也可以通过遥控方式打击诸如机动导弹发射车辆一类的移动目标。目前还有更具前瞻性的军用无人机概念,即航程可绕地球半圈的远程超音速无人战略攻击机。这种无人机可以在大气层外飞行,并使用精确制导弹药攻击目标。美国空军就有意把无人轰炸机作为下一代远程无人攻击机(NGLRS)项目的重点加以发展,只是目前还停留在概念论证阶段。

MQ-9 的地面控制站

军用无人机的未来

   在未来战场上,只要被发现就意味着被摧毁。信息战和网络战环境中,实时情报信息的搜集和处理显得尤为重要。早在 20 世纪初,实时目标的发现和瞄准还只能在肉眼所及的范围内进行,而当无人机出现后,发现并锁定敌境后方数百公里外的目标也不是什么难事。从现阶段来看,军用无人侦察机无疑是最适合执行情报搜集任务的装备,它不但部署灵活,而且情报准确清晰,甚至可以将侦察和攻击有效结合起来,大大提高了作战效率。

   近年,一种体积更小、甚至在自然界飞行过程中几乎不会引起注意的袖珍无人机开始受到越来越多的瞩目。在美国,国防部高级研究规划局曾出资对一系列袖珍无人飞行器进行过相关研究,其中不少这种无人机看起来类似昆虫或鸟类,一些甚至可以放在掌心上。军方对此怀有浓厚的兴趣,毕竟在城市中心区域,这类袖珍无人飞行器在执行任务时几乎不会引人注意,在楼宇间飞行时不会对公众造成惊扰,特别适合执行反恐侦察任务。不过,袖珍无人机也存在一定的缺陷,由于机身过小,信号收发、图象采集和动力装置很难同时容纳。也许当技术得到进一步改进后,这种袖珍无人机将在未来战场上大显身手。


目前各国的无人机:


当今在无人机领域取得最突出成绩的国家是以色列,它研制成第一代“侦察兵(Scout)”无人机,第二代“先锋(Pioneer)”无人机,第三代“搜索者(Searcher)”无人机,与美国TRW公司合作研制的 “猎人(Hunter)”无人机,以及中空长航时多用途“苍鹭(Heron)”无人机。


美国重点发展三军通用的长航时无人机,长航时指空中工作在十几至几十小时的无人机,通常在7000m~20000m中高空飞行。它必须备有通信中继设备和数字链路,以确保数据、图像实时传输给地面指挥中心。为此实施了“蒂尔(Tier)”系列长航时无人机发展计划,如蒂尔I、II、II+和III四种,其中“蒂尔-II”就是前面提到的“捕食者” ,“蒂尔-II+”又称“全球鹰(Global Hawk)”,是高空长航时无人机,也是当代水平最高的无人机,“蒂尔-III”又称“暗星(Dark Star)”。


据报道,美国国防部空中侦察处(DARO)在规划21世纪空中侦察力量时,已考虑用蒂尔系列无人机取代U-2R、SR-71有人驾驶侦察机。


为解决三军通用,1985年成立了由国防部牵头的“无人机联合计划项目办公室”(UAV—JPO),提出按距离分近程、短程、中程和长航时四个系列总体规划,研制了三军通用、近程与短程合并的“战术无人侦察机”(TUAV),即骑士系列(Qutrider)无人机。


除此以外,欧洲国家如法、德、意、英、俄等都增加了研制力度。80年代中到90年代先后装备的有:


法国的红隼(crecerelle)


德国装备了CL-89及CL-289


英国装备了“不死鸟(Phoenix)”


俄罗斯的“队列П”、”蜜蜂-I” 无人机以及雅克福烈夫和图波烈夫设计局正在研制的高速无人机


南非的兀鹰


加拿大的“CL-227 (哨兵)”垂直起降无人侦察机


军事无人机的分类:


美国空军顾问委员会在1996年的《新世纪展示—21世纪的航空力量》研究报告中提出,“不久的将来,无人作战飞机将有可能成为21世纪空中作战的主力”。美国空军的《2025年空军》认为:一种可用来执行侦察、攻击和电子战任务的多用途无人战斗机,将是空军今后几十年内的一项关键需求,为此各国争相投入力量发展。根据新时期对无人机的需求,国外按功能把无人飞行器划分为四类,即:


战术无人侦察机(TUAV):主要功能为侦察、搜索、目标截获、部队战役管理与战场目标与战斗损失的评估等。


战略无人侦察机(SUAV):主要承担对敌方部队动向的长期跟踪、工业产量情报及武器系统试验监视等。


无人战斗机(UCAV):它不仅作为地面战争中的攻击平台,而且更是空中决斗的载机及直接攻击武器。


靶机(Target Drone)


美国陆军重视战术无人飞行器,要求在远、中、近多层次信道UAV的配合下,能及时提供信息进行战役指挥。以便陆军部队能有效的完成作战任务。这套装备装于两辆高机动的轮式车上,信息直接与陆军的C4I系统相连,以便最大限度地降低从传感器到发射器的时间。并提出需要按完成的任务地优先次序配备相应的有效载荷(传感器)。


战术无人机(TUAV)是陆军旅指挥员的眼睛,主要传感器是装于无人机外吊舱内的光学/红外探测器和综合孔径雷达(SAR)/动目标显示器(MTI)。


除了上述传感器外,为完成侦察任务,还需配置其它的传感器与特种设备。


无人机除了上述按功能划分四类外,还可按作战纵深及空中停留时间划分为:


分类 子类航程(km) 续航时间(h) 飞行高度(m)


战术无人机


微型无人机(m ) <10 <1.0 250

小型无人机(Mini) <10 <2.0 250

近程无人机(CR) 10~30 2~4 3000

短程无人机(SR) 30~70 3~6 3000

中程无人机(MR) 70~20 6~10 3~5000

低空突防无人机(LADP) >250 0.5~1.0 0.12~9000

远程无人机(LR) 1000 6~13 5000

续航型无人机(EN) >500 12~24 5~8000


战略无人机


中空远续航型无人机(MALE) 500~700 24~48 5~8000

高空远续航型无人机(HALE)6000 24~48 15~20000


攻击无人机


杀伤型 300 4 3~4000



在研制战术与战略无人机领域中,除完善无人飞行器本身性能外,还全面改进配套机载设备与地面站。


90年代中期后,在无人飞行器领域,还大力开发了无人战斗机(UCAV)与微型无人机(MAV),把无人机推向新的领域。


西方军事家预测,目前无人战斗机处在幼年时期,下世纪中叶将会有更高级的无人战斗机投入战争。他们预计未来的空战将是具有隐身特性的无人战斗机与防空武器之间作战,也有认为未来空战将是无人机与无人机之间的对抗。目前设想的作战方式有如下三种:

程序控制方式——

被动式无人战斗机:由有人驾驶战斗机携带多架无人战斗机,在空中发射后执行攻击任务;

自主式无人战斗机:根据自主探测到的目标,通过地面站控制攻击目标。

无人机的另一个发展方向是微型无人机。美国国防预研规划局(Darpa)提出的微型无人机(MAV)计划,已经初步取得进展,4种15cm(6英寸)长的微型无人机已开始进入飞行试验阶段。4种布局中2种为固定型翼,一种为直升机型,另一种为扑翼布局。要求在3~4年内研制成具有自动驾驶仪及电视摄像机的微型无人机,要求它的航程在5~10000m,翼展和机长不超过15cm,质量为100g。它能进入建筑物内部实施侦察,或粘附在结构或设备上充当潜听哨和视频监视哨,用于侦察机和侦察卫星侦察不到的死角。


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