舰载无人机的发展*

2010-01-16赵涛

舰船电子工程 2010年4期

赵涛

(海军驻锦州地区军事代表室锦州 121000)

1 引言

舰载无人机主要装备航空母舰、战列舰、驱逐舰、护卫舰和两栖舰等军舰,利用机载照相、光电、红外、电子侦察等先进传感器,实施空中监视、侦察、通信中继、炮火校正、目标指示、充当诱饵、电子对抗、毁伤评估,以及配备机载导弹等武器,完成封锁、反舰或对陆攻击等作战任务。由于舰载无人机具有成本低、体积小、作战使用灵活、费效比高、可避免人员伤亡等优势,因而备受世界各国海军的青睐。本文就国外舰载无人机、发展动向、发展分析等,作进一步的研究和探讨[1]。

2 舰载无人机

舰载无人机是海基航空力量的合理补充,可以执行战场侦察、目标监视、电子对抗、通信中继等任务[2]。

2.1 优点

1)无人机系统操作、使用方便。无人机系统配置较为完整,自成系统,不需要其他保障条件,操作使用十分方便。

2)部署灵活机动,具有良好的伴随性。舰载无人机系统可以随战斗舰船出航执行任务,结合舰船的远航能力,海上作战范围广。

3)可构成多任务系统,协同作战能力强。无人机系统可配置不同的任务设备完成战场侦察、监视、目标定位、侦察校射、电子对抗等多项任务,同时由于升空作战,其超微频段的工作性能有无可比拟的优势,可以方便地融入C4ISR系统,成为网络中心站的一个节点。

4)具有优良的效费比。无人机系统结构简单、重量轻、成本与使用费用低、无人员生命危险,可以以优良的效费比完成任务。

2.2 分类

按翼型来划分,舰载无人机可分为旋转翼无人机和固定翼无人机。

1)固定翼无人机。舰载固定翼无人机的最大弊端就在于它的起飞与降落。目前,大多数舰载固定翼无人机的起飞采取弹射起飞方式。这种弹射起飞方式虽然比有人机要简单得多,但毕竟要占据一定的空间,使用一定的设施、设备。而固定翼无人机更大的问题在于它的回收过程复杂,目前各国普遍采用的方法是:撞网回收、打捞回收和使用机械臂空中回收等。撞网回收,即在舰上安装尼龙绳网将减速低飞的固定翼无人机兜住;打捞回收,即使用机上降落伞降落在战舰附近的海面上,然后再将其打捞回来。

2)旋转翼无人机。旋转翼无人机尤其是共轴双旋翼无人机的最大优点就在于它体积小、重量轻、起降方便、操作保养简单等。共轴双旋翼无人机一般来说机体体积很小,重量较轻,旋翼直径不大,所需的着舰设备不多。

2.3 应用

高科技军事技术在舰载无人机上的广泛应用,使舰载无人机装备的有效载荷具有更多的功能、更强的战斗力,能够执行多种作战任务。

1)情报侦察和战场监视。无人机上可搭载电视摄像机、光电/红外/紫外、前向红外传感器、激光指示器、合成孔径雷达等多种传感器;能够对可能发生武装冲突、局部战争的海域进行长时间的实时侦察、监视。

2)空中电子压制和干扰。无人机可搭载有源干扰机,在战前或战争中担负电子压制和干扰的任务。

3)用作舰外有源诱饵。装载有源诱饵的舰载无人机可以作为舰外有源诱饵系统,在可能交战的区域,在预计要受到导弹攻击的紧急情况下发射出去,发射后按预先编制的程序飞行,利用无人机承载的电子战有效载荷对来袭导弹实施干扰。

4)用作反辐射攻击武器。在无人机上搭载截获接收机、自动寻的器和战斗部,可用作对敌防空压制的有效兵器,不仅可攻击雷达,还可攻击干扰机、预警机及专用电子战飞机等辐射源。

5)目标指示、攻击制导、战损评估和通信中继。无人机可为舰艇炮火和导弹选定攻击目标、测定目标参数,协助舰载火控系统计算射击诸元,进行目标分析;可用激光目标指示器照射目标,对激光制导武器进行精确制导;攻击过后,可测定弹着校正参数、检查目标的毁伤程度。

3 发展动向

1)俄罗斯无线电电子技术企业推出多款舰载无人驾驶飞行器。俄罗斯《航空港》网站2009年7月6日报道:俄罗斯“雷达-医疗微系统”公司在不久前结束的圣彼得堡国际海军展会上展示了系列舰载无人机[3]。

无人驾驶直升机系列首推最大起飞质量450kg的无人直升机,其螺旋桨直径6.2m,有效载荷75kg,从无人机遥控点的观测距离约为200km,最大续航时间约为3h。将来,无人直升机可能应用于舰艇上,这将大大改善舰艇的地形熟悉性能。无人机可发现面积为3m2的地面和水面目标,坐标判断误差不超过50m。

除此之外,俄罗斯“雷达-医疗微系统”公司还展出了起飞质量12千克和50千克的无人直升机,以及微型无人机。

2)海军全球鹰无人机完成第一次部署。法国航宇防务网2009年10月20日报道:2009年10月1日,在美国海军中央司令部完成第一次成功部署后,美国海军执行广域海上监视验证任务的全球鹰无人机返回了帕特克森特河海军航空站。

由美国持久海上无人机系统办公室管理的全球鹰无人机,在为期8个月的部署期内,飞行超过60次,飞行时间超过1000多个小时,为第57特遣部队(CTF-57)提供了数千张的照片,极大的支援了海上情报和监视活动。从2006年11月开始,美国海军广域海上监视验证项目就发展了使用高空无人巡逻机的战术和原则。

由第2侦察巡逻联队、第5侦察巡逻联队、美国海军系统司令部和诺◦格公司组成的小组执行了此次部署。诺◦格公司人员组成的前沿部署特遣分队,在第2、5分队的监督下,和来自空军全球鹰维护队的人员一起为海军的全球鹰提供维护。

一旦升空,全球鹰无人机就由帕特克森特河边的地面站操作。小组操纵飞机,运转传感器,对情报数据执行第一次分析并在第一时间向第57特遣分队提供信息。

在第一架全球鹰返回之前,第二架已经从帕特克森特河海军航空站部署。返回的飞机将接受基地级维护和执行测试飞行。

3)诺◦格公司向美国海军交付第一批MQ-8B火力侦察兵舰载无人机。诺◦格公司网站2009年11月24日报道:诺◦格公司日前向美国海军交付了第一批3架MQ-8B火力侦察兵舰载无人机,完成了垂直起降战术无人机计划的第一年的小批量生产任务。

这3架火力侦察兵中的2架已经按照预先的作战部署计划部署在麦金纳尼号驱逐舰上,以便完成火力侦察兵的军用评估(MUA)。在这之前,从2008年12月开始,火力侦察兵已经4次部署在麦金纳尼号驱逐舰上,完成了110次舰上起飞和降落以及45次鱼叉格栅助降系统的降落,累计超过47个飞行小时。

火力侦察兵在麦金纳尼号上的表现为我们提供了非常宝贵的使用经验,并且提升了我们支持海军的能力,诺◦格公司宇航系统部门战术无人系统负责人说:“我们对与麦金纳尼号驱逐舰上的水兵共同工作进行火力侦察兵的首次作战部署感到非常兴奋”。

4)美海军X-47无人机将在2010年初首飞。法国《航宇防务》2009年11月25日报道:美国海军的X-47B无人作战空中系统验证机(UCSA-D)将于2010年第二季度在加里福利亚爱德华兹空军基地首飞,该机原计划于2009年底首飞。美国海军空中系统UCSA-D项目办公室和诺斯罗普◦格鲁曼公司正继续为飞机做首飞前的测试工作,确保飞机2010年初的飞行战备。

X-47B无人机的陆基检查、替代飞机飞行测试和实验室综合测试显示了新型飞机对引导员的巨大挑战。X-47B无人机最近的测试结果显示,推进声学和发动机启动顺序没有达到要求的性能水平,在进一步行动前,需要工程师进行故障检修,做出相关调整并增加实验室和飞机搭载测试

推迟首飞时间后,允许海军航空兵武器系统部和诺◦格公司学科问题专家对飞机进行彻底的首飞评审,而飞机依然计划于2012年海试,不会推迟。滑行测试是飞行前准备工作的重要阶段,低速滑行测试有望于2009年12月前进行。

X-47B无人机将是第一型实现航母起降的无人机,也是30多年来首款在航母上飞行的全新型飞机。该机将演示论证大作战半径、低空侦察、固定翼无人作战飞机可以安全地在航母上起降并实现自主空中加油,以达到更大的续航力。

5)美国海军离子虎无人机创造续航时间记录。美国《防务新闻》网2009年11月30日报道:26小时零1分钟,这是离子虎(Ion Tiger)无人机在马里兰州阿伯丁验证基地上空创造的不间断盘旋时长。这一成绩成为燃料电池动力无人机的续航时间记录,超过同级别对手的两倍。这款无人机是一架美国海军试验机。

此次飞行从11月16日开始,一直持续到17日。机上搭载一个压缩氢气箱和一台轻量级但动力强劲的燃料电池发动机。

像离子虎这样具有26h续航能力的无人机完全可以用来执行远程任务。装上昼夜摄像机,该机就变身为一个侦察和监视平台;装上通信设备,又可变身为一个信息中继平台。

不过,目前来说这还只能是预测,离子虎还没有达到这一步。研究人员反复强调:该机目前只是做一次长航时的展示,尚未执行任何作战任务。

该机的设计宗旨只有一个,那就是最大化续航时间。推进用的小型螺旋桨从机头伸出。机身内有一个碳纤维包裹的铝合金“油箱”,“油箱”里面填装的是500克的氢,其气压为5000psi。机身内还容纳有一个燃料电池。

燃料电池是离子虎的关键部件。这款电池的制造商Protonex称,这是一种高性能、超轻量级质子交换膜(proton-exchange membrane,PEM)燃料电池,可以产生550W 的功率(约0.75马力),是目前小型PEM燃料电池里面功率密度最大的。

美国海军称,相比于其他目前普遍用于无人机的动力源,这款燃料电池产生的功率是其他同重量电池的7倍,是级别相当的内燃式引擎的4倍。与那些配备内燃式引擎的大型无人机不同,离子虎无人机的噪音极低,热信号也很小。这意味着同样在不被发现的情况下,它可以飞得更低来执行侦察任务。

6)美国海军-海军陆战队小型战术无人机系统合同延期。美国《航宇日报》2009年12月14日报道:为了获得更多的时间对合同进行评估,美国海军和海军陆战队已经将小型战术无人机系统(Stuas/Tier 2)合同的授予时间从原定的今年9月推迟至2010年3月。这也使得该系统具备初始作战能力的时间从原来计划的2012财年第四季度推迟至2013财年第二季度。为了弥补由此可能产生的缺口,波音公司向美国军方提供扫描鹰(ScanEagle)无人机的合同规模将会扩大。目前,AAI、波音和雷声等公司以及通用动力/埃尔比特公司团队都参与了ST UAS/Tier 2合同。

7)诺◦格公司的火力侦察兵无人机成功完成海上传感器演示试验。美国诺◦格公司网站2009年12月16日报道:诺◦格公司已成功地使用MQ-8B火力侦察兵战术垂直起降无人机完成了海上传感器演示。装备了Telephonics公司雷达和FLIR公司光电红外系统的多用途火力侦察兵无人机突出的特点是采用了模块化载荷构架,集成了合适的现货供应载荷。

这份系统工程技术援助演示合同是由ABS组织于2009年9月授予诺◦格公司的。这次为期一周的演示于2009年10月19日在位于美国马里兰州帕图森河的海军航空站—切萨皮克湾进行。

在海上传感器演示之后,美国海岸警卫队也参加了位于加利福尼亚州圣地亚哥的诺◦格公司无人系统开发中心进行的多日虚拟演习。此次演习的地点是诺◦格公司的模拟网络战集成节点(Cyber Warfare Integration Node,CWIN)。

8)AAI公司获得3900万美元影子战术无人机系统的附加订单。英国Shephard集团网2010年1月4日报道:AAI公司宣布它已经获得价值3900万美元影子战术无人机系统(TUAS)的附加订单。该订单包括美国陆军订购的2套系统和美国海军陆战队订购的一套系统。包括新订单在内,美国陆军、陆军国民警卫队,陆军特种部队和海军陆战队总计已经订购了116套影子 TUAS。截至目前,AAI已经交付91套影子系统,后续的交付将持续至2011年3月。每套影子系统包括4架影子无人机;2个单一系统地面控制站和地面数据终端;4个单一系统远程视频终端,或OSRVT;一个单一系统便携式地面站;以及相关的备件和保障装备。

AAI负责无人机系统的副总裁Steven Reid表示已经有众多的影子系统装备部队,累计飞行小时已经达到46万小时,我们正见证在任务能力方面发生的难以置信的变革。我们的目标是持续增强部队对无人机的使用,提高我们的地面控制技术和系统辅助能力。因此,我们将实现任务能力从侦察和监视拓展至目标捕获、情报搜集和通信中继。”

9)AeroVironment公司获得大乌鸦无人机升级合同。美国《每日航宇》2010年1月4日报道:美国陆军和海军陆战队近日授予AeroVironment公司一笔价值2390万美元的变更合同,用于采购大乌鸦(Raven)无人机的升级套件。该合同包括对目前的大乌鸦系统进行改进升级,为其加装数字式数据链。用于该合同的全部资金均来自于国防部的追加资金法案,其潜在价值达6660万美元,到目前为止其中的4270万美元还没有到位。

4 发展分析

未来舰载无人机的任务不仅限于利用夜间电视、低亮度电视、前视红外和合成孔径雷达等各种传感器对广阔的海面进行监视,提供超视距瞄准数据,还将兼顾陆用无人机的职能,提供有关陆上地形、战场态势的精确信息等[4]。

1)海军型无人战斗机。美国海军目前认为,UCAS-N项目要验证的舰载无人作战飞机在航母上起降所需的关键技术包括:低可探测技术;结构加强的无人机机体设计技术;无人机舰面/机库储存和转运技术;自动弹射和着舰技术,包括允许人工干预的自动导引和控制技术,高效的数据链传输技术等;模块化建造技术;自主空中加油控制技术。

例如,诺斯罗普◦格鲁门公司研制的可垂直起降的x-47a飞马无人机,是x-47b海军型无人战斗机(ucav-n)的低风险验证机,是目前世界上技术最先进的无人作战飞机。美国海军计划将海军型无人作战飞机作为航母舰载侦察和攻击武器,与有人驾驶飞机一起执行海上侦察、攻击和压制敌防空系统等作战任务。

2)侦察、告警、作战一体化。未来的无人机系统需要进入能够实现交互操作、用得起、响应好、可持续的战术网络超级系统(system of systems),其具备满足军种、联合、部门间和联盟间的战术信息交换的能力。这一战术网络系统将是分布式的可升级的和安全的。它包括但不仅限于:人员接口、软件应用和接口、网络传送、网络服务、信息服务、必要的硬件和接口(以形成完整的系统来传送战术行动结果)。战术网络系统作为独立的小型战斗子网,相互联接并接入全球信息网格(GIG)。这种结构的优点是无人机系统实现全球实时信息分发,无人机系统操作手可以获得全球实时信息。