从FARA计划浅析美军攻击侦察直升机发展

杨洪波,黄恒伟

(陆军航空兵学院,北京 101100)

1 引 言

陆军部队行动对战场情报掌握的准确性、时效性、可信度要求较高,并且陆战场地广阔、地形复杂多样、敌我目标交织,运用雷达、技侦、航天侦察手段难以满足指挥员对战场态势时效性、真实性的把控,故而在美陆军体系中,攻击侦察直升机一直是战场上不可或缺的侦察力量。

“未来攻击侦察飞行器”(Future Attack Reconnaissance Aircraft,FARA)计划于2018年发起,是美陆军“未来垂直起降飞行器”FVL研发项目中的重要部分,目的是开发代替已退役的贝尔OH-58“基奥瓦”侦察直升机。该计划开始授予5家制造商进行方案竞标,2020年3月,美陆军宣布贝尔360“无敌”和西科斯基“突袭者”X进入最终角逐,如图1所示。

图1 正在组装的“突袭者”X和360“无敌”

实际上,FARA计划已不是美陆军首次为OH-58系列寻找下一代替代机型。早在1982年,美军方便开展了新型攻击侦察直升机的研制,并诞生了著名的“科曼奇”隐身直升机。该机采用的大量先进技术即便在如今也属前沿,但最终在2004年,由于诸多因素项目被取消。在此期间,无人机战场运用的兴起,曾一度出现用无人机代替有人侦察直升机的争论,但美军在辗转伊拉克、利比亚等战场实践中发现,轻型攻击侦察直升机依然具备难以被取代的优势,从而又持续展开了近20年的项目研发。

2 攻击侦察直升机项目发展历程

受益于陆军航空兵在越战中取得的出色战绩,美军战后提出要将陆航部队多型直升机整合为4种性能优越的机型,要求研发一款集攻击、侦察和隐身能力于一体的轻型侦察直升机,以替代OH-58机型,此后美国陆军开展了多次项目尝试,如图2所示。

图2 攻击侦察直升机发展历程

2.1 耗资巨大的科技杰作

与冷战时期大多数武器研制思路相同,RAH-66“科曼奇”直升机迎合美军纵深攻击理论,研发理念上以开发平台隐身性能为重点,目的是突破苏联防空体系实施纵深目标打击。为此,RAH-66采用了占整机结构重量约51%的复合材料,前所未有地进行了直升机整体隐身设计,从降低雷达反射截面、红外辐射、噪声和目视分辨4个方面入手,对机身、旋翼、武器挂架、发动机进/排气口、尾桨等多处进行了特殊的设计处理,并加装雷达干扰器、红外抑制器、自卫电子对抗装置等设备,可谓极尽可能地打造完美的隐身能力。不过,这也导致项目开支巨大、技术成型时间长、进度严重滞后、制造维修成本高等一系列的问题。加之苏联的解体,使得美军战略重心发生转移,开支巨大的“科曼奇”研制计划不得不中止。

虽然该项目最终没有列装部队,但项目研制在科研技术领域取得了许多突破和积累,比如各类隐身手段、先进的侦测装置搭配计算机自主辅助处理技术、三军实时态势传递的通信技术(JTIDS)、头盔显示瞄准技术等,都被应用在后续的众多项目中,FARA计划也明显受到了其设计理念的影响。

2.2 无果而终的过渡项目

2004年“科曼奇”项目取消后,美军空闲出140亿美元发布了ARH提案,用以寻找一种低成本的攻击侦察直升机。最终,贝尔公司在其原有直升机基础上的改进方案赢得了订单,型号定为ARH-70“阿拉帕霍”直升机,原型机在2006年7月首飞。该机可定义为OH-58的升级型,除配备了先进的数字座舱、机载设备和武器系统外,还提升了飞行性能、机内空间以及载重,使其具备更强的运用灵活度,并可根据作战需要在座舱内增加侦察设备、副油箱,或用于运送、乘载作战人员执行任务。同时,为提高生存能力,该机也沿用了部分RAH-66项目中的隐身手段,如在旋翼上采用高效阻尼器、支架隔音系统,加装红外抑制器和主/被动电子战设备等。总体而言,该机已在有限成本内大量集中当时的前沿技术,但随后在2008年7月9日项目调查中依然因研发超支而接受审查并终止。

ARH-70项目终止后,在21世纪的局部冲突中,由于OH-58D机型出现高温高海拔环境下性能衰减、航程不足、速度较慢、迫降生存能力差、火力不足、机体老化严重等问题,2011年美陆军又制定了“攻击空中侦察平台”AAS项目。项目要求AAS单机价格控制1300～1500万美元之间,且在航程、速度、滞空时间、悬停性能等方面需有所突破。经历2年6家公司的努力,项目在最终没有达标者的情况下而告终。

综上2个过渡项目的研制可以看出,美军对陆军航空装备在未来战场的定位始终处于争论、探索的阶段,令其一方面难以摆脱对攻击侦察直升机战场使用的依赖,另一方面又不愿为提升性能而消耗过大的研发费用。

2.3 未能如愿的替代尝试

迫于OH-58型直升机再无延寿计划,美陆军在经历3次项目相继被取消后,提出改用AH-64E“阿帕奇”武装直升机和MQ-1C“灰鹰”无人机编队,由直升机控制无人机前出执行武装侦察任务。战术无人侦察机制造成本低、雷达反射截面小,解决了直升机在复杂战场纵深实施侦察的生存难题。美军为此方案做过大量努力,并取得了实质性进展,开发出较为成熟的有人/无人机协同控制技术。最新陆军航空兵部队列装的AH-64E“阿帕奇”V6型直升机上就安装了有人/无人编队-能力拓展(MUMT-X)技术,飞行员在座舱内可以直接控制无人机传感器、武器系统以及除起降之外的飞行过程(如图3所示)。但在实际操作中美军发现,无人机受智能化程度限制,暂无法完全取代有人直升机,且“阿帕奇”为重型攻击直升机,其出动准备时间长、使用成本较高,难以适应瞬息万变的战场侦察任务。此次尝试虽未能如愿,却为继续研发下一代攻击侦察直升机下定了决心,其中更为深远的影响,是实现直升机与无人机协同的全新作战模式,为后续的FARA在该技术上的引用打下扎实基础。

图3 有人/无人编队-能力拓展(MUMT-X)技术演示

3 FARA计划研制目标及作战流程

从美攻击侦察直升机的发展历程不难看出,现代战争已跨入体系对抗时代,武器平台不再是各自独立、自成一体的存在,不能仅围绕性能提升作为研发重点,而是强调在战场空间内不同武器装备之间的协同配合,一并实现“杀伤链”闭环。因此,FARA计划以践行陆军“多域作战行动”作战概念为牵引,旨在制造一款战场生存能力强、智能程度高、作战半径大、具备指挥无人机协同作战能力的轻型高机动飞行器平台,能够执行轻型攻击、侦察、城市特种作战和陆航战斗编队护航任务,在整个作战体系中扮演着关键角色(如图4所示)。

突破前沿防线的“先锋官”:侦察是“侦、控、打、评”链路的第一环节,FARA先于陆军地面机动野战部队和航空兵部队首先进入战场实施先期作战。但与研发于冷战时期、迎合美军纵深攻击理论的“科曼奇”直升机不同,其不再依赖自身隐身能力单机突防进入敌防空圈内将目标摧毁,而是在提升直升机战场生存能力和灵敏性的基础上,使其突防至敌人探测感知范围及武器射程之外,直接控制地面起飞的长航程先进无人机(AUAS)或空射自身携带的近程微型无人机(ALE)进入敌防空圈内,协同完成前沿目标的定位识别和威胁判定。

联动武器平台的“关节点”:以FARA为“多域作战行动”的网络中心,将前沿侦察中判定妨碍部队下步行动的威胁目标的信息通过可靠无线网络传递至指挥所及各武器平台。指挥员根据威胁目标的属性和等级,决策选用远程精确火力(LRPF)或FARA直接控制长航程先进无人机(AUAS)、近程微型无人机(ALE)等手段进行软/硬杀伤,粉碎敌方以远程防御武器为主体的多层次防御体系,为友邻撕开敌前沿防线,开辟出通道和航路。此外,FARA构成前沿战场无形的网络媒介,可有效减轻战时武器平台对卫星通信的依赖,也能够将指挥决策位置前移至一线,有效缩短指令延迟时间,提高恶劣气候和复杂电磁环境下的抗干扰性。

掌握实时态势的“千里眼”:根据陆军设计要求,FARA能够在1h内达到250km以外的作战地域进行快速支援,并能在到达后保持90min以上的续航时间。利用中低空长续航优势,以及控制半自主无人机(AUAS、ALE)协同技术,为友邻部队传递实时、准确的目标定位和毁伤效果等信息,以此保障由新一代陆军战车(NGCV)、远程精确火力(LRPF)等地面机动部队,或由重型攻击直升机、未来远程突击机(FLRAA)等空中突击部队组成的第二梯队进入战场完成作战任务。

从美陆军整体作战而言,由于当前难以将重型装备或大量作战单元投入跨域作战,因此希望陆航可以利用FARA开辟空中通道,配合未来远程突击机(FLRAA)投送机降部队至作战地域,补充陆军超地平线登陆作战能力,更加凸显陆军空地一体战效应[2]。其次,从陆航战术体系层面看,FARA是破解先进防空体系,威胁陆航战斗实施的最佳方案,有人/无人协同作战使其具备跨视距情报获取和打击能力,通过可靠的数据链传输态势,能够协同各武器平台利用优势火力,经济有效地压制/摧毁敌防空乃至要点防御系统,令陆航与防空系统之间对抗向陆航大幅倾斜,可以说FARA计划对提升美军陆航战斗力和战术地位都具有里程碑意义。

4 FARA计划关键技术发展

攻击侦察直升机项目的坎坷遭遇,却也使得美军不断在摸索中积累和发展自主技术,并运用于FARA的设计指标中,支撑其融入到联合作战体系中。

4.1 多方式提升战场生存能力

作为战术体系中的抵近战场的侦察作战平台,要求出动时机早、待战时间长,虽然与“科曼奇”直升机相比,FARA不再需要依靠自身隐身能力突防进入防空识别范围内,但随着声源定位技术、便携式防空导弹、雷达探测技术快速发展,加之直升机平台存在噪声大、抗击打能力弱的固有局限,依然极大地威胁直升机的战场生存。为解决该问题,FARA虽然没有对机体雷达反射截面积(RCS)做出特别要求,不过飞机制造商通过外形设计一体性、改良发动机尾喷口、安装红外抑制设备、运用部分雷达吸波材料等一系列手段,并利用部分声学隐身技术为新机提供一定的隐身性能[3],降低被探测到的可能性。同时,为进一步加强新机的灵敏性,FARA除使用单台大功率发动机外,还大量使用高度集成、可靠、能效比高的机载元件,以减轻机体自重、体积和构型负荷,使其能够在城市街道或山地丛林中灵活穿梭,或隐藏在山丘和建筑物之中,降低直升机因低高度、低速度而受轻武器打击的风险。

4.2 重点开发无人机协同技术

实现有人/无人机协同作战,对陆军航空兵实施空中侦察和战术发展具有变革性的意义,是FARA计划中的核心内容。相较于远程静态的地面控制站,利用空中高机动平台近距控制无人机实施侦察,能保持数据链控制稳定、延迟更低,不易受到干扰[4],可近乎实时地为指挥员提供更清晰的可视化战场态势,加快“侦察―指挥―打击―评估”的链路闭环,更好地完成OODA循环周期,形成1+1>2的效果。

美陆军其实早在1993年便开始该技术研发,并自2017年正式运用在现役“阿帕奇”直升机中,FARA协同作战系统是该基础上的迭代升级。在新机设计中,驾驶舱人机交互界面更为简洁高效。为减少飞行员同时操纵直升机与无人机的负荷,军方还要求直升机可选择无人驾驶模式;同时,无人机的智能化程度更高,采用基于决策辅助的任务规划系统,可根据地理、环境、态势、平台载荷能力和机动性等限制,规划出无人机最佳观测位置、最佳攻击阵位,以及处理不可预测事件[5]。这意味着飞行员能够通过发送简单指令便可实现无人机控制,完成非接触侦察和打击,并且伴随着无人机武器平台能力拓展,未来还可与直升机协同执行诱骗、干扰、电子对抗等多样化任务。

4.3 计算机自主态势融合分发

美军早在RAH-66项目中,便开始研发计算机辅助处理技术,实现通过侦察传感器半自主搜索和追踪目标,获取目标信息后与储存资料进行类比分析,自主判断情报真伪,将最终得出的目标属性以及数据显示在座舱中,并根据飞行员指令,近乎实时地传送给地面部队指挥员或编队内其他空中机组。而如今,FARA在此基础上,还需处理来自无人机的侦察数据,为此,美陆军运用了分级式融合系统和按需自主信息分发技术,此技术属前期有人/无人机协同项目开发的积累,即经过对机载计算机的智能化升级,可集中对直升机与无人机上的光电、红外成像、电子侦察设备等异构传感器数据进行自主融合处理,将战场态势利用三维彩色数字地图叠加,显示在座舱综合显示器中;且能够通过汇总体系内各作战单元上报的情报需求,将有价值和重要性的实时信息自动推送。

4.4 综合运用高性能通用装备

众所周知,装备通用化是影响战时武器效能发挥的重要因素。攻击侦察直升机充当陆军突破前沿防线的先锋官角色,要拥有随时快速机动部署的能力、应对各类突发情况的手段,以及应尽量缩短再次出动准备的时间。因此,美陆军基于通用性和作战性能考虑,对新机运用的系统和部件都做出了规定。比如动力系统指定安装单台T901-900涡轴发动机,该发动机是陆军改进型涡轴发动机项目(ITEP)的获胜者,其性能参数极其出色,长度仅1.2m、直径660mm,但最大输出功率却高达约2237kW,比现役大部分直升机装备的T700发动机功率高出近50%,油耗却降低了25%。该发动机赋予直升机更强性能和更远航程,后续除作为FARA指定动力系统外,还将全面替换至陆军现役直升机中。武器配备上,指定装备XM915型三管20mm速射炮,采用集成导弹、火箭、炸弹等多种弹药的综合武器挂架,并要求能够挂载新型AGM-179A联合空地导弹(JAG)。这两种武器均以升级杀伤力和提高通用性为目的,XM915速射炮重量轻、射速快、备弹量大,可选配至多款现役直升机中;AGM-179A联合空地导弹则是美军为多发射平台而研发的导弹配置,将取代目前BGM-71陶氏反坦克导弹、AGM-114地狱火导弹和AGM-6小牛导弹。该导弹射程远、精准高、威力大,配备了双模导引头和一个多用途战斗部,能够使用半主动激光制导或主动毫米波制导,射程达500～8000m,今后将作为主要武器选配至美各军种的固定翼飞机、直升机和无人机中。

4.5 建立标准模块化开放系统

FARA利用其空中战场感知优势,与地面作战部队紧密协作、相互保护,通过空地战场信息共享和武器平台协同,撕开敌前沿防线。为此,美陆军针对FLV项目开发了MOSA(Modular Open Systems Approach)模块化开放系统架构[6],运用在航电和任务系统中,其要求不同厂商武器系统的接口和网关进行标准化统一,解决以往系统不兼容而信息无法流转的问题,从而最大限度构建陆空跨平台间互联、互通、互操作的开放性协同架构。其次,开放系统架构将成为美陆航所用航空平台的数据中心,以此实现平台间从目标坐标位置到发动机诊断等所有数据的无缝推送,便于产生、处理和传播情报以及引导空/地火力支援,也便于掌握机内各系统工作状况,节约战场维护时间。另外,开放系统架构有利于后期进行软件和集成新硬件的迭代升级,以此保持装备技术领先,延长可服役年限。最后,开放系统架构整合机内多个处理模块,减少机上零件数量,降低了新机的开发成本和整机重量。总而言之,模块化开放系统架构对于FVL项目飞行器的全面性至关重要,其也成为了美国国防部的一项战略标准化计划,被编入美军面向各类武器平台的采购法规中。

5 借鉴和启示

美军是陆军航空兵运用最成熟、战场经验最丰富的军队,其攻击侦察直升机项目虽屡屡受挫,却从未停止,归根结底是研制方向始终难以与作战概念并行的矛盾。而FARA计划作为军方现阶段寻索的答卷,展现了其对陆军航空装备未来作战方式演变的研判,其航空装备技术和策略对我军航空工业发展具有良好的借鉴和启示作用。

5.1 着眼融入体系,重视顶层规划

新型武器装备的设计研发应紧密围绕战略要求和使命任务,以武器装备和战斗单元的横向一体化联合作战为原则,依据作战流程构建完整的架构体系,明确各装备系统的功能、性能、接口及成员交互关系等,统一做好整体联动的研发规划,区分类别,分阶段、有步骤地实施,真正贯彻和落实体系顶层设计。尤其是攻击侦察直升机作为陆军体系内唯一的有人空中侦察力量,是陆军指挥员战场感知和串联地面部队发挥整体效能的重要关节,对数据网络以及作战信息系统集成的依赖程更高,需要建立标准化、通用化、开放化的链路中枢,才能将整个战场中的各作战单元、火力单位、保障装备等联为一体,在共通的平台上实现信息共享、综合作业、协调行动,充分发挥武器装备的整体作战效能。

5.2 加强需求分析,谋可持续发展

梳理美军项目研制过程,对攻击侦察直升机不能仅单一关注其性能指标,更要注重对体系作战流程、成员节点协作关系等环节进行综合分析,从任务适用性、战术成熟度、研制成本、时间跨度和后勤维护链等方面确定作战需求。此外,要立足于新时期信息化装备的特点,既要立足当前,也要对战争形态的发展变化保持一定的前瞻性,为未来发展留有余地,具备“一代平台、多代负载”的功能,便于平台的更新升级和重新配置。

5.3 落实技术路径,积累关键能力

FARA计划作为美军新一代武器装备研制的代表项目,对无人化、智能化、自动化技术的重视程度日益加深。以其协同无人机作战的核心能力为例,根据北约STANAG4586关于有人/无人机协同技术的等级划分标准(如表1所示),FARA在该技术已突破5级互操作水平。相比而言,虽然我国在无人机领域近年来发展十分迅猛,科研单位早已对协同技术开展了多项试验和攻关,并取得了一定成效,但目前现役列装的陆航无人机也仅能达到初级的协同水平,差距依然明显。因而要充分总结高新技术的发展规律,瞄准未来关键能力加大预研力度,通过迭代求精逐步完善,同步做好积累储备。

表1 有人/无人机协同技术的等级划分标准

6 结束语

通过本文分析可知,美军FARA计划的完成,将是陆军航空兵作战模式的一次重要变革,对兵种战斗生成和提升联合作战协同效能都具有重大意义。美军长达数十年的研制经验表明,攻击侦察直升机是集感知、杀伤、敏捷、生存和可持续于一体的高科技航空装备,其体系融合程度高、技术研发难度大、成本控制难,需要清晰的作战概念和顶层规划来确保项目的有序组织开展。

我国以直升机为主体的陆军航空装备发展起步晚、基础弱,但经过多年的复合式发展,现阶段已基本实现自主创新和国产化,多型有人/无人国产装备已全面列装部队,航空设计和制造水平都有了很大的提升,下一步应以国外先进经验为参考,注重将我军新的作战观念和需求融入到武器装备的设计研制当中,引领航空装备走向更高质量发展。