美空军未来20年小型无人机发展计划解读

王大勇

美空军未来20年小型无人机发展计划解读

王大勇

2016年4月30日，美国空军发布《2016～2036小型无人航空器系统发展计划》。该计划分析了空军小型无人航空器当前和未来的作战环境，描述了对小型无人航空器的作战性能需求、关键系统的研制进展，同时提出了小型无人航空器后勤与保障的有关措施。

蜂群、分组、忠诚僚机作战概念比较

小型无人航空器系统概念界定

小型无人航空器系统即小型无人机系统。《发展计划》从三个方面对其概念进行了界定：

一是根据质量大小，将质量小于594kg的无人机定义为小型无人机，在此基础上再将小型无人机分为三类：9kg以下的为第一类，9～25kg的为第二类，25～594kg的为第三类。

二是为了区分部分制导武器与小型无人机，《发展计划》将微型空射诱饵类平台归为制导武器类，不划入小型无人机的范畴。

三是小型无人机系统是由空中或地面控制部分、一架或多架无人机、发射与回收设备以及各类任务载荷共同构成的一套系统。

未来小型无人机系统发展环境与作战概念

未来作战环境给空军带来前所未有的挑战。无人机为美国实施全球一体化的情报、监视与侦察和全球打击提供了重要途径。《发展计划》中分析了小型无人机未来主要的作战概念并提出了作战行动案例。

未来发展环境

《发展计划》强调，美国国防部2013年版《无人机系统集成路线图》提出的环境趋势仍然存在，将继续影响包括小型无人机在内的无人系统的发展。

一是预算压力下降低系统成本。预算的削减提高了对系统经济实用性的要求，国防预算削减情况下，考虑将小型无人机系统与空军核心能力进行有机整合可降低成本。

二是处于美国军事力量调整之中。《2014年四年一度防务评审报告》提出未来美国军事力量调整需求，对小型无人机而言，要求其在反介入/区域拒止环境中，能在全球范围内向作战人员提供作战支持。

三是打击暴力极端主义的需求。美国将继续在国内外打击暴力极端主义，需要小型无人机遂行全球范围内的跟踪、监视和打击恐怖组织的任务。

四是将在网络对抗中发挥关键作用。美国的对手有能力开展网络攻击。无人机是陆、海、空、天域不可或缺的一部分，在网络对抗中也发挥着关键作用。

五是无人机技术扩散导致反无人机技术迅速发展。美国受到敌方无人机的威胁，美国一方面要保持其无人机技术优势，另一方面需要发展反无人机技术应对威胁。

小型无人机作战概念

《发展计划》提出了四种小型无人机作战概念。

一是蜂群作战：指一组自主联网的无人机协同作战，联网的机群通过共享外部数据及内部信息实现态势感知。小型无人机网络应具备化解集群冲突的能力，能够根据位置、任务、载荷特征和预期效果实现优化配置。2016年5月23日，美海军研究局与乔治亚理工大学联合开展了“低成本无人机蜂群技术”项目的连续发射与编组飞行试验。

二是分组作战：指远程操作人员或有人飞机机组人员对无人机系统与相关机载传感器实施的分组指挥与控制，同时能够实现不同组别之间的控制权的切换。

三是忠诚僚机：无人机作为僚机，可以通过实时精确定位、低附带损毁等性能，为有人飞机提供威胁探测、风险规避和提供杀伤性攻击等支援。

四是作为诱饵：小型无人机成本低，适合用作诱饵，通过主动发射电磁、红外或其他信号欺骗敌人，分散其在主要任务上的注意力。

小型无人机作战行动方案

《发展计划》提出三种小型无人机作战行动方案。

一是对敌防空压制：小型无人机可在不对飞行员造成威胁的情况下，破坏甚至摧毁敌方指挥与控制设施、雷达站、地空导弹发射架等防空目标。

二是协同侦察与打击：小型无人机在某一预定区域内飞行并提供交互式指挥与控制功能，对目标实施侦察和协同打击。

三是反无人机作战：目前全球70多个国家拥有无人机，尤以小型无人机更难以跟踪、探测，需要发展具备欺骗或摧毁敌方无人机的先进干扰器、地面雷达或机载雷达。小型无人机的作战方案还包括居高监视、空投传感器等。

无人机作战行动假想

小型无人机关键系统性能发展分析

小型无人机性能特点

一是快速部署能力。小型无人机快速部署能力是其最重要的特征之一。大多数小型无人机一旦就位，则基本不需装配就可快速部署，并能在数分钟内投入使用。未来作战需要小型无人机进一步缩短部署时间，快速执行情报、监视与侦察和打击任务。

二是经济实用性。小型无人机具备低成本的特点，有较强的经济实用性，未来需要在作战能力和经济性之间进一步选好平衡点，实现最优效果。

三是适应能力较强。小型无人机具有较强的作战适应性，能够使空军保持强劲且灵活的全球性综合情报、监视与侦察能力，同时可迅速适应作战人员需求，保持情报、监视与侦察能力的抗毁性。

四是具备察打一体功能。现代战争对打击时敏目标的要求十分迫切，无人机作为高度信息化武器装备，将成为未来陆海空天信息网络一体化作战体系中重要的信息节点和武器节点，具备“察打一体化”能力的无人侦察机发展前景也将更加广阔。

小型无人机关键分系统发展分析

一是在总体设计方面强调模块化设计。小型无人机系统软硬件的模块化设计有利于实现经济性、通用性、适应性。目前，美空军小型无人机系统尚未采用模块化设计，未来则需要重点考虑。硬件模块化首先是机身和处理器，其他部件可根据具体任务配置，重要部件包括高速机翼、高速长航时发动机，以及光电/红外、超光谱、电子战、动能杀伤器等有效载荷。

二是通信系统设计强调有效连通、信息共享与抗干扰。无人机通信系统存在连通性和信息共享不足、易受干扰等问题。美国国防部高级研究计划局（DARPA）“下一代”计划及其后续的“新无线网络（WNaN）”项目正在开展动态频谱介入的可行性与相关关键技术研究，对于小型无人机信息连通、共享产生重要推动作用。空军在这方面需要解决的问题还包括抗干扰技术和通信对抗技术等。

三是控制系统方面需要进一步加强自主性。要对小型无人机进行改进，使其从执行预编程任务转为执行独立任务。自主系统的特点是能够在不可预见的环境中坚持以目标为导向的能力。美国空军、DARPA和约翰·霍普金斯应用物理实验室目前都在开展有关自主性的研发项目。

四是提升导航定位与授时系统的精度。当前，小型无人机主要依赖GPS系统确定自身时空位置。当GPS信号削弱或无法使用时，作战能力将受到限制。未来的解决方案包括利用芯片级原子钟等先进的导航系统提供定位、导航、授时解决方案，同时需要进一步增强在区域拒止环境下的导航定位能力。

五是动力系统方面需要提升长航时能力。为支持小型无人机系统执行长航时任务，动力系统必须节能高效或使用可再生/替代燃料。目前，空军研究实验室航空航天系统部与空军特种作战司令部等合作，完成了用于小型无人机的燃料电池混合动力系统的设计，其续航能力是常规动力系统的3倍。

模块化设计

小型无人机的采办与后勤保障

小型无人机采办

美国空军小型无人机采办资金主要来源于海外应急行动专项资金，其采办过程主要由空军特种作战司令部负责。《发展计划》提出空军应建立统一的小型无人机项目办公室，这样更有利于实现采办和维护的经济性，更有利于进行全生命周期内预筹产品改进等。

小型无人机后勤保障

《发展计划》提出空军应实施小型无人机全生命周期保障计划，在美军联合能力集成开发早期阶段，就将小型无人机生命周期计划与成本考虑在内，包括制订机库维修计划、制定核心后勤能力采办流程等。

未来，小型无人机凭借其成本低、灵活性强、集察打功能于一身等性能特点，在满足空军作战需求方面将发挥重要作用。《发展计划》同时指出，全球无人机和小型无人机市场年增长率预计将分别达到3%和21.7%。美空军应及时设立专门的采办管理机构，针对未来的作战环境和作战需求，有针对性地发展小型无人机关键分系统并提升整体作战效能。（中国航天科技集团公司）