“复仇者”系列无人机延续“捕食者”的辉煌？
2017-01-09温杰
温杰
2016年11月10日，美国通用原子航空系统公司（简称通用原子公司）宣布，自行投资研制的“复仇者”增程型（Avenger Extended Range）无人机于10月27日在位于加利福尼亚州的格雷·比尤特飞行试验基地成功地完成了首次飞行。尽管脱胎于“捕食者”家族，但新一代“复仇者”无人机通过“小步快跑”，在总体设计和作战效能上已经今非昔比。
据通用原子公司介绍，“复仇者”ER在原型机的基础上进一步优化了外部构型和总体尺寸，不仅延长了续航时间，同时还增加了任务载荷，可以执行持久态势感知与攻击任务，作战能力更强。面对日益激烈的市场竞争，该公司正在积极推销这种具备一定隐身能力的无人驾驶作战平台，希望在中空长航时无人机市场上继续独占鳌头。
酝酿升级换代
通用原子公司自行投资研制“复仇者”无人机的主要目的是满足美国空军不断增加的无人机作战需求。作为当今最成功的无人机系统制造商，通用原子公司研制和生产的“捕食者”系列无人机不仅在反恐前线大显身手，承担情报侦察和定点清除任务，还陆续出口多个国家，在欧洲和中东地区落户，并创造了多个世界第一。
近20年前，美国空军为满足紧急作战需求而直接从通用原子公司采购了“捕食者”和“收割者”，在经过广泛的作战使用后，总结出一些经验教训，于是开始考虑发展下一代具备侦察和打击能力的无人驾驶作战平台。与此前最大的不同在于，美国空军将采用投标竞争的方式实施下一代无人机计划。对此，通用原子公司自然不敢怠慢，立足“捕食者”系列无人机的生产和使用经验，准备通过换装一些成熟系统和技术，着手研制一种显著提升性能的新型无人机系统。
早在2004年9月，美国空军研究实验室（AFRL）在芝加哥举办的AIAA无人机会议上，首次透露了正在评估三项潜在的X飞机计划，将为美国空军探索未来持续打击任务的新方式。其中，首次公开提到了MQ-X计划，预计将研制一种采用无人驾驶模式的新型多任务攻击平台，而DE-X计划则考虑研制一种可以携带定向能武器的专用飞行器。此举表明，美国空军针对未来战争的需要，开始积极探索多种全新概念，推动关键技术的发展和成熟。
时隔近5年后，美国空军着手在2009年启动了MQ-X无人机系统计划的选择性分析，计划在2010年秋天完成现役MQ-1和MQ-9无人机的后继机概念分析与评估。美国空军认为，“收割者”一类的无人驾驶平台目前还处于无人机发展的初级阶段，如果以飞机的发展历程作比喻，它仅相当于第一次世界大战时期的双翼机，而MQ-X将是一种全新无人机，将完全摆脱“捕食者”系列的发展思路，实现从“双翼机到喷气式飞机”的跨越。
当时，美国空军的无人航空系统专门工作组的负责人埃里克·马斯沃森上校表示，将全面评估包括低可探测性在内的下一代无人机的各方面性能，MQ-X计划作为一个“试验台”，用于验证采用模块化设计的情报、监视与侦察（ISR）和无人作战、电子攻击和其他任务等不同飞行器的概念，而确定新型无人机系统的服役时间还为时尚早。
从下一代无人机作战需求来看，美国空军希望进一步提高飞行速度、扩大作战半径、增加续航时间和任务载荷等方面的性能，强调改进可靠性和减少地面控制人员的负荷，在设计上采用开放式架构，以便能够同时控制多架无人机。从当初雄心勃勃的发展目标来看，美国空军原计划在2015年开始装备新一代无人机，后来推迟到2019年，又再次推迟到2022年，最终因作战需求不明确和年度预算不断削减而暂时终止了MQ-X计划。
完成首次飞行
尽管并不清楚美国空军具体在什么时间启动MQ-X计划，但是各大防务承包商还是推出了各自的设计方案，积极参与日益增长的中高空、长航时无人机系统的市场，意欲打破通用原子公司一家独大的局面。
2009年6月，波音公司在巴黎航展上首次展出了采用了独木舟式机身和后掠翼的MQ-X概念。同年9月，洛马公司的臭鼬工厂对外展示了一种具有隐身特征和采用模块化机翼的混合动力MQ-X方案。与此同时，诺格公司考虑相应放大“蝙蝠”（Bat）无人机的尺寸，作为MQ-X计划的候选方案。此外，雷锡恩公司作为无人机系统传感器的传统供应商，也准备与斯威夫特工程公司合作，放大“杀人蜂”-4（KillerBee-4）无人机的总体尺寸，参与MQ-X计划的竞争。
与上述几家实力雄厚的防务公司相比，通用原子公司作为一家小型私营公司，在航空领域的技术储备和研发实力上明显处于下风，只能借助于多年改进和生产“捕食者”系列无人机所积累的丰富经验，与各大防务巨头抗衡。
本世纪初，通用原子公司就研制和生产出以活塞式发动机为动力的MQ-1“捕食者”A无人机，首次将中空长航时侦察和精确武器打击能力集于一身。接着，该公司又针对美国空军的需求，通过增大机身尺寸、换装涡桨发动机和重新设计尾翼，改进发展出“捕食者”B/MQ-9“收割者”无人机（一些媒体译为“死神”），增加了飞行速度、作战高度和起飞重量，同时可以携带更多类型的任务载荷。
遵循这一思路，通用原子公司在2005年就利用内部研究与发展（IRAD）资金，启动了“捕食者”C研制计划，在“捕食者”A/B的基础上着手研制第三种重大升级型号。最初，研制人员还只是考虑在现役“收割者”无人机的基础上加长机翼和换装更大功率发动机，以提高飞行速度和延长续航时间，并乐观地将首次试飞的时间定在了2006年底。
然而，研制团队在设计过程中，密切关注着美国空军有关MQ-X计划的潜在需求，多次更改设计方案，在喷气动力选型和隐身细节设计等陌生领域中苦苦摸索，导致了研制进度不断延期，因此几度推迟了原型机的升空时间。正因如此，外界似乎低估了通用原子公司在中空长航时无人机方面的后续发展工作。
2008年5月30日，通用原子公司负责飞机系统业务发展的经理克里斯·埃姆斯对简氏防务集团的记者表示，新型无人机将会“飞得更高和更快，并且更加隐身”。时隔不到一年，通用原子公司就在2009年4月15日首次宣布，“捕食者”C原型机在4月4日实现了首次飞行，随后又在13日和14日完成了两次试飞。同时，该公司还对外公布了有关首飞的图片。由此，备受关注的“捕食者”家族新成员终于浮出水面。
更令外界意外的是，该公司将新型无人机重新命名为“复仇者”，意在借助《星球大战》影片中星际战舰的威名，凸显新型无人机系统将具备优异快速反应、武装打击与监视侦察能力，并强调为用户生产一架“复仇者”无人机的周期只需6～9月。
优化总体设计
尽管一直被看作“捕食者”家族的新成员，但“复仇者”无人机实际上已经脱胎换骨，与现役的MQ-1和MQ-9无人机可谓大相径庭。从当年的原型机公开亮相到目前的增程型首次升空，“复仇者”系列无人机正在从研制与试飞的幕后走向投标和竞争的前台，并逐步公开了诸多设计细节。
从外形来看，这架原型机基本沿用了“收割者”无人机的机体构型，但机身加长了1.46米，达到12.49米，同时还加宽了机身，显著扩大了机体空间，为内部燃油箱、武器舱和推进系统提供了足够的空间，可以搭载1 362千克的任务载荷。
该机采用了双余度飞行控制系统，利用两套伺服系统来控制全动式双垂尾。遵循快速原型发展的方式，首架原型机直接采用了F-5战斗机的起落架，并设计有防滑刹车系统。与“收割者”的起落架收于机身内不同，“复仇者”的主起落架收于机翼内侧段。
为了满足以高空、高速执行战术任务的需要，研制人员重点优化了机翼外形，将原来的平直机翼修改为前缘后掠17度的后掠翼，以适应更大飞行速度。从翼根到翼尖，机翼分为内、外两段，曲柄状的后缘在充分利用结构效益的基础上，增大了气动表面，获得更大的空气动力。机翼内段不仅能够容纳主起落架的收放机构，还可以在内部分别安装一个油箱，可以储存50%的机内燃油。
从空气动力角度来看，机翼内侧具有较大的结构厚度和表面曲率，表明研制人员在机翼上实现了层流设计。在最初研制阶段，首架原型机在左侧的机翼/机身连接部位安装了丝线，便于工程师们可以更加直观地观察到这一部位的空气流动状态。
值得注意的是，“复仇者”原型机在设计过程中采用了可以折叠的外段机翼，一方面能直接停放在美国空军的现有无人机机库内，另一方面还考虑到如果获得美国海军的青睐，有利于在航空母舰上停放。而且，该机还在后机身下部配备了尾钩，表明将承担一些航母起降模拟试验。
在动力装置方面，“复仇者”无人机换装了一台普惠加拿大公司生产的PW545B涡扇发动机，推力为21.4千牛，耗油率较预期低10%。为此，“复仇者”采用了明显加长的进气道，使进气口位置大大前移，位于机身背部的中部，并且设计有附面层隔板，为发动机提供稳定的气流。
凭借着全新的动力装置，该机最大飞行速度超过740千米/小时，约为“收割者”的两倍，飞行高度超过15 000米。但是，该机在续航时间方面相对“收割者”减少了近10小时，有可能成为战术使用中的一个“短板”，在投标竞争中可能会处于劣势。为此，通用原子公司开始秘密发展“复仇者”ER无人机，旨在进一步增强这种平台的长航时能力。
与原型机相比，“复仇者”ER无人机承袭了13.4米的机身和1 360千克的任务载荷能力，但是将机翼长度增加了3.2米，同时将翼尖略微上翘，使翼展增加到23.2米。利用内段机翼的增大的空间，该机的机内燃油增加了1 000千克，可以将航程增大到12 900千米，将总续航时间延长5小时至20小时。
采取隐身措施
除了速度快、航程远之外，“复仇者”从原型机到增程型的一个共同特征是采用了多种隐身设计来降低雷达反射截面积，包括优化外部构型、遮蔽发动机进气道和排气管遮蔽、采用内置式武器舱并使用了多种隐身材料。一定程度的隐身能力，意味着该机在执行任务时有效增强了突防能力和生存能力，可以更好地适应高威胁环境下作战需要。
通用原子公司在设计“复仇者”无人机时充分借鉴了现役F-22战斗机和B-2轰炸机的隐身设计机理。直观可见，该机从机头到机尾，两面斜削的拱形上表面与平坦的独木舟式下表面形成了一条连续的脊线，从而有效避免了侧面弯曲所引发的雷达波侧面反射。从俯视图看，它的机翼前缘和机翼外段后缘相互平行，后掠角均为17度，而机翼内段的后缘前掠角也为17度，与另一侧机翼前缘保持平行，这种设计可以将机翼的雷达反射波控制在两个方向。
该机采用了S形进气道，可以有效地限制雷达波直接到达发动机。同时，曲柄状的机翼具有较大的结构表面，有助于遮挡发动机进气道，避免来自下方的雷达波的探测。利用X-47B验证机的技术，普惠公司研制出一种S形排气装置，可以有效避免雷达探测，并且通过冷却来减少红外信号特征。
发动机舱的驼背式设计为采用蛇形排气装置提供了足够的空间，可以更好地消除发动机所产生的雷达反射信号，同时增强了排气流的冷却效应，以减少红外特征。在外部，“复仇者”的V形尾翼能有效偏转雷达反射波，同时又能遮挡发动机燃气的红外特征。
为了更好地实现隐身能力，通用原子公司还仿效了F-22和F-35战斗机的设计，正在为“复仇者”无人机研制一种可以选择性透过不同频率功能的雷达罩，可以保证机载卫星通信所采用的Ku波段信号正常使用，但是能够有效屏蔽现役战斗机和导弹上的雷达所使用的较低频率信号。
与“捕食者”系列无人机明显不同之处在于，“复仇者”在机身腹部设计了一个内置式武器舱。在中、高威胁环境下，该机将采用所有武器全部内埋挂载，保持外部平顺光滑，降低雷达反射截面积。在低威胁环境中，该机可以在武器舱内和机翼挂点上挂载各型武器。
武器舱的长3米，宽0.8米，高0.6米，不仅可以挂载一枚225千克的GBU-38激光制导型JDAM炸弹，还能够挂载小直径炸弹、轻型反辐射导弹和小型多用途空地导弹，执行精确打击任务。
从模块化设计角度来看，“复仇者”无人机可以快速重新配置任务载荷，增加了执行任务的灵活性。根据ISR任务需要，该机还可以在武器舱内临时加装辅助油箱，从而增加2小时的续航时间。同时，该机可以拆除武器舱的舱门，换装一种半埋式的广域监视吊舱。
扩大任务范围
截至2016年10月底，“复仇者”机队的累计飞行时间已经超过13 000小时，其中95%以上的飞行时间是在最近三年内完成的，表明通用原子公司加快了研制与试验进度。此前，该公司在7月11日宣布，“复仇者”无人机系统在2016年获得了美国联邦航空局（FAA）颁发的试验证书（EC），允许其在美国国家空域系统（NAS）内实施常规飞行。
2009年4月，“复仇者”原型机在首次露面时，在机头下部并未安装传统的光电传感器转塔，给外界留下诸多猜测。通用原子公司表示，正在发展一种可以收放的全动式转塔系统，以便更好地满足隐身性能的需要。时隔一年，洛马公司与通用原子公司合作，着手将一种称之为“先进低观测性嵌入式侦察标准”（ALERT）的系统加装到“复仇者”上。该系统为F-35战斗机上使用的光电瞄准系统（EOTS）的改进型。
与外置式光电传感器转塔相比，ALERT系统能够有效降低采用后掠翼和喷气式推进的“复仇者”无人机的信号特征，但是因安装在窗口后面，会相应降低传感器的性能。从此次首飞的“复仇者”ER无人机来看，机头下部重新出现了光电传感器的转塔，表明ALERT系统的发展有可能处于停滞状态。
2016年1月至2月，通用原子公司为“复仇者”原型机加装了最新的MS-177传感器后，在位于加利福尼亚州中国湖的美国海军航空站实施了7次飞行测试，主要验证了在11 200米高空搜集陆地和沿海目标的高分辨率图像的能力。此次试飞的MS-177传感器为7波段多频谱系统，可以根据战术任务需要升级到10波段系统，以提升海上目标探测能力。
MS-177传感器由UTC航空航天公司研制，可以为“复仇者”提供远程成像能力。因此，“复仇者”在配备了MS-177传感器后，以相当于其它ISR平台的一小部分成本，提供了战略ISR能力，即远距离高分辨率图像，极大地提高了作战人员的态势感知能力。
“复仇者”还将配备高性能的“山猫”多模式雷达，包括合成孔径雷达（SAR）、地面移动目标指示器（GMTI）和海上广域搜索（MWAS）模式，最大目标探测距离可以达到80千米。该雷达可以透过云、雨、灰尘、烟雾和雾霾，在各种气候条件下精确地探测敏感目标，显著增强了态势感知能力，在更大的范围内探测和定位地面移动目标的位置，图像分辨率在10厘米以内。
与此同时，通用原子公司正在将IRAD资金投入到大功率、热管理、波束开支和波束定向器等定向能技术的研究中，旨在发展一种可以在“复仇者”上使用的高能激光武器。这与AFRL在2004年首次提到的DE-X计划不谋而合。按照计划，通用原子公司将在2017年测试一种安装在“复仇者”无人机上的固态激光武器，如果测试工作顺利，将大大扩大无人机的作战潜力。
早在2010年，美国导弹防御局表现出对“复仇者”无人机的兴趣。该部门计划将“复仇者”无人机用于导弹防御领域，基本方案是利用几架“复仇者”无人机通过一种保密数据链实现数据通信，协同对对弹道导弹发射阵地进行持续监视，并在弹道导弹助推阶段进行拦截。
面临计划调整
尽管改进与发展工作比较顺利，但通用原子公司略感遗憾的是，“复仇者”系列到目前为止尚未收获批量生产的订单。基于前面提到的原因，美国空军并未将“复仇者”列入装备计划，只是采购过一架“复仇者”作为技术验证机。此前，国外有关媒体推测，美国中央情报局（CIA）近年来一直在秘密地使用“复仇者”，直到近期才间接地得到证实。2016年10月26日，通用原子公司副总裁唐纳德·卡特尔在无人系统防御会议上透露，“复仇者”无人机曾用于在叙利亚投放宣传单。
实际上，美国空军早在2009年5月就正式发布了《无人机系统飞行计划（2009～2047）》，全面描绘了无人机系统的未来发展前景。虽然并未预言有人驾驶作战飞机时代的结束，但这项计划不仅将无人机融入到美国空军作战装备的行列中，并且为作战使用规划了一条清晰的发展方向，同时还表明了无人机将在美国空军独立百年之际（即2047年）的各项计划中处于非常突出的地位。
根据计划，美国空军将在2017财政年度正式结束MQ-9无人机的采购工作，通用原子公司将向美国空军交付最后24架“收割者”无人机。从发展路线图来看，美国空军替换“收割者”无人机的最早时间是在2020～2022年，即开始装备MQ-X的目标期限。但是，美国空军在2010年4月放弃了此前有关MQ-X的一些研究和分析方案，认为这些方案的功能范围都过于狭窄，缺乏适应各种任务的灵活性。
在这一背景下，美国空军可能继续装备和使用性能相对有限的“收割者”无人机。2016年4月，通用原子公司负责战略发展的高级主管克里斯·皮尔逊在接受《国际飞行》记者采访时表示，展望MQ-9无人机之后可能发生的事情，美国空军计划继续让“收割者”飞行到2035年或2045年。显然，这对于各家承包商来说都不是一个好消息。
同时，通用原子公司也注意到了美国空军正在发展的“忠诚的僚机”计划。成本相对低廉的“复仇者”无人机可以作为僚机，与F-22和F-35A战斗机协同作战，自主执行空对空或空对地任务，同时承担起突破严密防空网络的重要角色。这样，一名飞行员就可以控制多架无人机，以密集方式攻击敌方的有生力量。
与此同时，通用原子公司针对美国海军“无人舰载起飞空中监视与攻击”（UCLASS）计划的作战需求，在2010年4月正式公布了“海上复仇者”（Sea Avenger）方案，将与诺格公司的X-47B无人机等其它方案竞争。根据航母的使用要求，该机将在陆基型基础上进行几处改进，包括折叠机翼、加强起落架和结构、适用于海上使用的电子设备。它可以在武器舱内携带弹药，如果美国海军需要，也可以在机翼下部加装外挂点。
然而，当美国国防部在2015年发布了《战略组合审查》后，美国海军基于未来装备发展需求，在完成X-47B验证计划后突然改弦更张，放弃了多年追求的UCLASS计划，转而考虑发展一种兼具ISR角色的舰载无人驾驶空中加油平台，仅仅具备有限的打击能力。
与诺格公司的X-47B验证机、波音公司的“鬼怪鳐”验证机和洛马公司推出的海上无人机概念相比，采用常规设计的“复仇者”系列无人机在扮演空中加油角色方面显然有些力不从心，而通用原子公司是否还能及时拿出一个新方案，目前还不得而知。
着眼海外用户
为了尽快投入生产，通用原子公司正在积极游说美国国会，希望早日获准出口“复仇者”。早在2012年7月，通用原子公司就开始在范堡罗航展上推介“复仇者”无人机，暗示加拿大空军和英国空军对这种新型无人机系统表示了兴趣。“复仇者”无人机最近一次公开亮相是在2016年10月12日至16日举行的东京航空航天展上，这意味着通用原子公司有可能将日本航空自卫队视为一位潜在用户。从目前来看，印度空军最有可能成为“复仇者”无人机的首位用户。
近年来，印度国防部大规模全球采购最先进作战飞机的行动已经扩展到隐身无人战斗机领域。2010年，印度空军向全球防务承包商发布了一个无人战斗机（UCAV）的信息征询书，提出了应具备低雷达反射截面、高升限和航程超过925千米等性能要求，同时还希望该机能够在武器舱内携带精确制导武器。目前，世界范围内有几种UCAV验证机还处于技术发展和飞行测试阶段，而“复仇者”无人机借助于衍生发展途径，在研制进度和批生产能力方面占据明显优势。
对于印度提出采购“复仇者”的意向，奥巴马政府一直犹豫不决，担心可能会加剧印度与巴基斯坦的紧张关系。实际上，印度自2015年来就一直与美国进行谈判，准备购买40架“捕食者”XP无人机，用于监视印度与巴基斯坦、中国接壤的边境地区。当年底，美国政府批准了通用原子公司向印度销售非武装“捕食者”XP无人机的建议，但双方尚未签署正式的采购合同。
相比之下，可携带和发射导弹的“复仇者”无人机属于致命性武器，受到导弹及相关技术控制制度（MTCR）的制约，此外还需要获得美国国会批准。然而，美国政府在2016年9月22日发表声明，支持印度加入MTCR组织。时隔仅仅两天，印度空军就致函通用原子公司，有意采购100架“复仇者”无人机。近日，当唐纳德·特朗普赢得美国下一届总统的大选时，日本、韩国等美国的盟国惶恐不安，而印度则似乎看到了引进“复仇者”无人机的机会。
至于“复仇者”无人机能否在近期获准出口印度，美国国防部长阿什顿·卡特在12月份到访印度时，出于巩固两国军事关系的目的，有可能会给出一个明确的答案。
