未来智讯 > 无人驾驶论文 > 未来战场上的无人机

未来战场上的无人机

发布时间:2019-01-05 01:06:04 文章来源:未来智讯    
    未来战场上的无人机作者: 井 凌   未来的战场对飞行器的侧重面将越来越大,很多对抗与抨击的任务将转到空中完成。作为未来空军的主力,无人机的任务将近乎无限制地扩大下去。但就近来4年的无人机发展趋势来看,对其需求主要还是集中在侦察与对地抨击这两项传统任务上。
  美国作为现今惟一的超级大国,无论是对现代战场的把握还是对未来战场的预测上都远远走在了其他国家前面,所以我们就以美国为例,来看一看军方对无人机在未来战场上担负的任务期望。
  
  立场决定一切
  
   美国军方在进行新武器的研制和部署时老是采取两种截然不同的立场。最初,美国在未来观念性武器的研制上加入巨大,其理念的前卫以及技能的超前甚至是现今军工科技所无法达到的。但这一做法却为其在未来10~30年继续保持军事力量的绝对优势起到了决定作用。而另一方面,美国在对即将部署的新式武器时却显得较为保守,这与美国现今的国际军事地位亲密相关。即使其选取相对较落后但却十分稳定的技能,也比其他国家的武器系统在战场对抗中高出一个量级。而且成熟的技能能够保证武器系统在未来的使用中可以将故障率和意外丧失率降到最低。无人机恰是相当好地体现出美国在研制、部署武器系统的这一重要的战略思想。
  
   巨额投资为未来发展奠定基础
  
   预计2003年美国花费在无人机产品和服务方面的费用将达到近15.3亿美元,比去年增长22%。近97%的采购出自军方,但军方在无人机花费中的大局部还是用于各项打算,总共达8亿美元左右,占总花费的52%,而这些打算近期不一定投产。无人机采购项目如“捕食者”、“影子200”和“全球鹰”的花费达4亿美元,占总花费的25%左右。而预先研制和验证打算方面的花费为2亿美元,占总花费的14%。民用和与军用有关的花费预计占9%左右。
  预计在未来的4年里,美国在无人机打算方面花费的年增长率将为16%。到2007年,美国在无人机方面的花费总数将达到28亿美元左右。在2003~2007年间,美国顾客在无人机方面的花费总数将达到108亿美元。军方在无人机方面的投资比国防部总预算的增长要快。到2007年,美国军方在无人机生产方面的花费将为10亿美元。军用无人机系统研制费用将增长到12.8亿美元。
  
   美军希望无人机能担负起保卫占领区的重任
  
   对于前期大量的投资,美国军方并非没有非议,这主要要看无人机对美军正在进行和将要进行的战争是否有适合其价值的表现。目前,美军最想摆脱的噩梦无疑便是伊拉克占领区了,但是出于政治目的,美国既不想让结合国或其他国家过多地插手这一地区,也不想将耗费巨资得来的胜利轻易丢掉。对于占领地区永无止境的骚扰、破坏与暗杀,小规模、长时间、多任务的巡逻行动比突防式的饱和抨击更加重要。无人机在这方面的表现显然要比有人战机要好,因此美军一直希望它能像越战中美特种部队对抗越南游击队一样(只管此战术没有奏效)担负起占领区的巡逻、地面监视、对地抨击等任务。
  
   多任务无人机将是美军优先采购的对象
  
  自从“捕食者”无人机用“海尔法”导弹在也门沙漠地带击毙拉登高级保镖、“科尔”号爆炸案主犯阿布・阿里后,这种趋势就日益明显。“捕食者”已将“毒刺”导弹列入其战斗防空挂载之中,日前又传出素以续航能力强、侦察手段高见长的“全球鹰”也将装备对地抨击武器。多任务的好处是:执行侦察任务时的无人机在发现指标时不需要呼唤有人抨击机就可对指标实施打击,这既节省了时间(许多机会稍纵即逝,等抨击机赶到战场可能什么指标都没了)又节约了经费(要求战场附近海域必须有美航母战斗群在值勤,出动1架次抨击机要几十万美金)同时还省去了地面指挥人员调度各军种协同的精力,削减了出现错误的可能性。
  
   美军士兵的“福音”:单兵用无人机
  
   这次的伊拉克战争,美军一改昔日“以空为主”的战略思维,在开战后很短时间内即派遣大批陆军长驱直入,直指巴格达。我们经常看到的是无数辆M1A2坦克以50公里/小时的速度排成“一字长蛇阵”在伊拉克沙漠地带狂飙,并接受美国电视台记者手中摄像机的“校阅”。这主要取决于在战前,美军对伊军大规模布防情况了如指掌(通过侦察卫星)。可一旦在城镇中遇到伊军零星抵制,大多美军士兵都会停下来隐蔽,同时汇报上司请求空中侦察及火力支援。这一举动既贻误战机又有损美军的总体形象,其主要原因还是对敌纵深处小规模防御体系缺乏有效的侦察。但这一现象很快就会得到改观,随着垂直起降无人机(VTUAV)陆续研制及装备部队,美军的连(甚至是排)一级单位有望拥有独立支配的战场微型侦察无人机。它们将利用光学和红外技能侦察小型战术指标,并将适时图像传递给连、排指挥车,为其采取战术行动提供第一手情报。
  综上所述,美军希望无人机能在下一场战争中尽量脱离其它武器的支援,独立完成危险性较高、战场环境较恶劣的任务。同时能尽可能地为小规模部队提供随时随地、快捷的情报来源。这些要求对于生产厂商来说并非高不可攀,而一旦得到军方的垂青,并能在战场上表现良好,就意味着几亿甚至十几亿美金的订单。难怪许多军工场商同技能成熟、竞争激烈的有人战机市场相比,无人机的买卖要好做得多。
  像民用市场一样,军工场商提供的产品及服务永远也满足不了客户(军方)不停增长的需求,无人机也不例外。军方老是希望能在最短的时间内将无人机推上战场的主力这一宝座,而厂商虽然已“竭尽全力”,这一指标到真正实施至少还需要10年左右的时间。在这段时间内,只好请军方尽量“消化”巨额的研制费用及成本非常于第4代主力战机,在战场上却只可“打下手”的各种无人机。
  
   通用原子公司:深入挖掘成熟产品的附加值
  
   该公司旗下的“捕食者”在得到了美国军方的认可之后,又首创了发射空地导弹消灭地面指标的无人机记录,并得到了美军好评如潮的肯定。自此,通用公司便认准了无人机武器化这条“生财之道”,将现有的多种武器系统分辨挂载到“捕食者”长进行实验。这其中既包括低端空空导弹“毒刺”,又包括高端空空导弹AIM-120、AIM-9以及“结合抨击弹药”GBU-38。假设这些武器都能成功安装在“捕食者”上,其无疑将成为美军执行对敌纵深中小指标打击的首选。
  同时该公司还在研讨飞行距离更远的“捕食者”B-ER作为美海军无人海上巡逻/监视机。目前,同其竞争的是诺斯罗普・格鲁曼公司装备海上雷达的“全球鹰”改型。“捕食者”B-ER远程海军巡逻机的特点是,全机翼保形油箱增加三分之一容量,并在机身下面的吊舱中装有海上雷达。改型机飞行高度为15240米,续航时间超过48小时。
  
   诺斯罗普・格鲁曼公司:技能领先,全线出击
  
   作为全美排名第3大的军工企业,其在无人机领域内可谓首屈一指,参加过21世纪历次部分战争的“全球鹰”便是该公司的杰作。只是,诺・格公司远不会满足于现状,在对未来无人机市场的把握与定位上,有其独到的见解。为了进一步加强研发力量,公司将曾为陆军生产RQ-5A“猎人”无人机的先进战术C4I机构(ATC4I)合并到无人机系统部,从而大大提高了在无人机信息传输与处理方面的能力,有利于无人机项目的竞争。
  在小型CAV方面,该公司将“火线侦察兵”无人直升机作为主打产品,竞争陆军无人战斗武装旋翼机(UCAR)项目以及海军小型舰艇搭载的无人侦察机,并成功地进行了2次飞行测试,为该机第一次实现舰上下降做好了筹备。这2次飞行测试都是在加利福尼亚的穆古海航站和在海上行进中的两栖船坞登陆舰“丹佛”号(LPD9)之间进行的。在“丹佛”号上的无人机与任务有效载荷操控员们利用“雷神”公司开发的战术抑制系统(TCS)软件和海军的S-280地面抑制站抑制“火力侦察兵”,这些操作贯穿无人机发射到回收的整个过程。
  在其所有无人机产品中,设计最为超前的要数“超壮”(Ultra Hale)高空、长航时无人侦察机了。其携带监视传感器有效载荷可滞空飞行3个月。该机翼展为182~335米,其尺寸取决于飞行的高度。机翼内的燃气储存器可随氢和氦的混合而膨胀,以达到零浮力。选取组合动力装置(包括太阳能和燃料电池)推进,要花大约半天时间爬升到24400~36600米的飞行高度,有效载荷能力为900~1800千克。巡航速度大约为170千米。该机选取太阳能为动力,使其飞行成本降到最低;飞行高度是一般战斗机与地空导弹达不到的,使它的飞行平安性得到保障;在对地面侦察时,由于其距离比侦察卫星要近得多,所以侦察精度成倍增长;卫星要变轨需要耗费巨资,而“超壮”只需利用免费能源―――太阳能飞向指标地域。由此可见,诺・格公司设计的这一CAV在未来极有可能局部取代侦察卫星的事务,成为战场侦察的主力。
  在应对美国军方最主要的CAV研制项目―――结合无人战斗机(UCAV)的竞争中,该公司的X-47也表现出色。它是为海军设计的可在航母上起降,并可执行抨击任务的无人机。日前已完成模拟着舰试验,在未来有可能和波音公司的X-45验证机项目合并,共同担负起美军无人战斗、抨击任务。
  
   波音公司:超前设计铸就未来战机
  
   在当代的CAV市场中,很难找到波音公司的产品,其发展速度远远落在了诺・格公司和通用公司的后面。对于这种尴尬的场合,该公司的策略是加速发展未来的无人战斗、抨击机。X-45是其与诺・格公司竞争结合无人战斗机(UCAV)项目的关键,同X-47相比,它的技能成熟性更好,因此也更加受到美军的青睐。在未来,X-47可能会成为海军舰载机出现(非常于F-18),而X-45则会到空军服役(非常于F-15)。
  日前,X-50A“蜻蜓”无人机在亚利桑那州尤马试验场进行了它的首飞。X-50是一种独特的混合式无人机,它有不寻常的宽旋翼。这种旋翼在起降时如同直升机的旋翼,可使无人机具有垂直起降能力。在飞行中可以慢下来最终中断,形成固定翼喷气飞机,机上的喷气发动机事务,机身、尾翼和机头上的鸭式翼在固定翼事务状态时产生升力,形成一架固定翼喷气机。这一设计很好地解决了一直困绕美国军方的喷气机垂直起降问题,因此,能够设想,X-50的先进技能不但能够用于无人机,还可作为有人战机成为美军超音速垂直起降战斗机项目中有力的竞争者。波音公司凭借这种独特的设计,在CAV市场竞争中又领先了一大步。
  在履历过21世纪初部分冲突不时的3年时光,军方对无人机未来的发展指标似乎越发的明朗了。作为今后20年内将成为主战武器的无人机,要具备同现代主战武器同样的能力,更要具有信息战中多任务集成、高抗干扰能力及高可靠性等优势。要想达到如此高的要求,笔者认为现今的无人机必须在以下几个方面大幅度提高其本能,才能适应战斗环境日益恶化的战场。
   全面改善无人机的气动外型及动力系统,做到超音速巡航飞行及具有超机动能力
   这一点在CAV的未来发展中至关重要。超音速巡航能够使CAV在第一时间赶到战场上空大大节省了部署时间,而超机动能力又可使其在空战中,面对有人飞机占据有利地位。第4代战斗机由于考虑到人的承受能力,一般过载都不会超过9G,而CAV则不必考虑这一问题,试想,在未来的空战中,在进行超音速飞行时仍能将过载做到20G左右的CAV将是有人战斗机多么可怕的噩梦啊。
  这项本能提升虽然使CAV的体积及重量有很大的增加,但会导致其成本直线上升。而且,目前还没有出现可安装在CAV上的大功率、带加力推进的发动机,在超音速飞行中进行大过载机动对目前水平的气动力布局也是一个非常大的挑战。但这些问题并非不能解决,由于不必考虑驾驶员的维生系统,同等标准的CAV造价肯定会比普通战斗机要便宜些,同时重量也要轻一些。无论多高的成本,只要在战场上可以取得压倒性的优势,便是值得的,美国目前的军研打算及历次的部分战争就充分说明了这一点。而发动机及气动布局方面的技能突破也已呼之欲出了。
  
   隐型性将使无人机在战场上的生存能力大幅提高
  
   美国政府今后将增拨25亿美元国防预算,以支持美军开发隐型无人侦察机技能。
  开发成本:据估算,开发新的隐形远程无人侦察机将耗资15亿美元。五角大楼官员则表示,根据军方对隐形技能的要求,项目的生产成本和机载设备每5~6年需耗资15亿~35亿美元。最低任务要求需要12架飞机参加。如果要达到B-2轰炸机的隐形标准,全部项目需耗资35亿美元,如不以深入敌方腹地为指标,制造成本可减为25亿美元。
  机载设备本能:新机将安装信号搜集工具包。五角大楼对主动式扫描相控阵雷达表示了高度兴趣。这种雷达是为F-22、JSF和结合之星预警机设计的,它可主动或被动地扫描指标并干扰敌方雷达,以接近实时的速度显示敌方导弹轨迹。
   新无人机执行侦察任务时,能够抑制天线角度和雷达波束宽度,从而使对方难以发现。更重要的是,新机具有“多重收发分置”功能,一架飞机发出第一雷达脉冲后,第二架再发出第二波束,这样即使敌方具有先进的反雷达技能,也无法正确判定飞机位置。
   如果无人机改善了隐形技能并装备高本能雷达,飞行高度达到21300米,一般的战斗机根本不能发现飞机。即使发现也无法抵达这一高度。
   隐型技能是当前生界各国十分重视的尖端科学技能。美国和一些先进国家竞相发展这种技能,已研制或正在研制各种隐型飞机与隐型无人机,有些已装备部队,大大增强了战场生存能力和空中作战能力。目前,隐型技能主要包括反雷达探测及反红外探测两局部。
  
   1.反雷达探测
   隐型技能的一项主要事务是提高反雷达探测的能力,常常用指标的雷达散射截面(RCS)表示。在无人机上,常从以下几种方法来减小RCS:
   a.选取复合材料:无人机上选取的复合材料主要有:玻璃纤维加强合成树脂、石墨与环氧树脂、以芳纶纤维为基础的凯芙拉雷达吸波材料。
   b.避免使用大而平的垂直面:选取内倾的双立尾、翼端(或翼上)安定面、机身侧边等构型。
   c.选取光洁平滑的外形:
  选取机翼、机身、尾翼和短舱连接处光滑地过渡,或机翼与机身高度融合的构型。机翼为下单翼时,选取平整的翼身组合下侧面;平滑的曲面外形;后掠的机翼后缘和尾翼后缘。
  d.注意凹状结构的隐型:将发动机装在机身背上,由机身挡住发动机进气道和尾喷口,以免上视雷达探测;把发动机装于机身中,发动机进气口设在机身顶上或机翼上方的机身两侧,由机身或机翼挡住进气口,以免上视雷达探测。在进气口上装金属丝网屏避罩,可控制长波雷达探测。进气道上选取高吸收率综合保护层结构。
  
  2.反红外(热)探测
   隐型技能的另一项重要事务是提高反红外(热)探测的能力,也便是减小指标的红外(热)信号特征。发动机的尾喷管或排气口是红外探测器的主要红外(热)源。因此,减小无人机的红外(热)信号特征,主要是要减小发动机尾喷管或排气口的红外(热)辐射,有以下几种方法:
   a.延长发动机尾喷管并选取热保护层。
   b.遮蔽法:如用机身或发动机短舱遮蔽红外辐射;由发动机尾喷口两侧的垂直安定面遮蔽红外辐射;由发动机排气口周围的环形罩遮蔽红外辐射。
   c.使发动机的废气按选定的方向排出,如向上排出废气。
   d.冲散发动机废气,如用旋翼冲散废气。
  无人机武器大型化
   随着美军在阿富汗使用“捕食者”A挂载“海尔法”反坦克导弹对地面指标的抨击,无人机武器化的序幕已经拉开。美国还打算在“捕食者”无人机上挂载“毒刺”空空导弹、GBU-38 JDAM炸弹等,使其具有对空、对地双重抨击能力。但同现役有人战斗抨击机相比,无人机所携带的武器系统明显处于劣势。以美国为例,装备在有人战斗抨击机上的对空武器有AIM-120、AIM-9X等本能卓越的导弹系统,而“捕食者”所要挂载的却是出生单兵肩射导弹家族的“毒刺”,其本能差距可想而知,用途也是以“防身”为主,其打击指标是直升机等慢速指标。只是,要求飞行速度惟有100~200公里的“捕食者”挂载AIM-9X与1~2马赫的有人战斗机做空中缠斗并将其击毁简直是不可能的。而GBU-38的重量仅有227千克,在JDAM中是最轻的,它的破坏力及穿透力明显不如2000千克以上的JDAM。
  美国军方提出要在未来实现无人机的主战地位,仅靠“毒刺”和GBU-38是远远不够的。要想将无人机的武器系统大型化,势必要增加其体积及有效载荷,将无人机的各项本能向有人机方向靠拢。另外,大幅度提高安装在无人机上的雷达探测距离及成像质量也是其武器大型化的关键。
  以美国正在研制的结合无人战斗机为例,其有效战斗载荷还不到1000千克,飞行速度0.8马赫。它的战场使命便是协助有人战斗机对被打击指标进行定位、跟踪,并对敌方地面雷达系统进行抨击。即使是这样的非主战武器,也要到5年后才能装备,真正意义上的战斗、抨击无人机可能要等20~30年的时间。
  
  数据传输快速化
  
  目前,限制无人机发展的“瓶颈”有许多,而数据流量达不到高对抗性战场需要是关键中的关键。未来的无人机既要对指标进行超精密的侦察(精确到分米),又要对升空拦截的敌方导弹和战机进行正确的辨认及针对来犯指标做出准确的规避动作(战术机动和施放诱饵),还要利用机载大功率雷达引导抨击性武器(空对空导弹、空对地导弹及炸弹)对敌空、地指标进行有效打击,可谓任务繁重而又艰巨。这些任务视战场情况来决定先后顺序,而往往是要求两、三项任务同时进行(比如在躲避敌导弹时就要一边做大机动转弯一边投放诱饵弹)。有的任务需要严格地限定完成时间(比如快速判定来袭导弹的型号、制导方式等)。能够看出,在完成这些任务时,只要哪个步骤动作稍慢或不同步,后果往往是相当严重的。同时,作为战场上的主战武器,要求其传输数据具有高度的可靠性,不能犯一点错误,不过这一点,就要比民用数据传输难上百倍!当今最先进的无人机对数据流的传输最快只可达到40~50M/秒,这远远不能适应战争的需要,要想让无人机达到有人驾驶战机那样的“机灵”,数据流的传输速度至少要提高10倍。而这不过最基础的要求,在战场环境中预留空间老是准确的,因此,无人机要想确保其战场生存率,数据传输通道至少要比如今快15~20倍左右。
  
   有人机改无人机效费比最高的“权宜之计”
  
   目前,世界各大军事强国国都拥有数量可观的第1、2代战机。这些飞机虽然大都超过了使用年限,但其保养状况仍然良好,不过由于其设计年代的久远,本能与第3、4代主力战机相比有明显的差距,有些“先天不足”的缺点是很难利用当代科技补救的。可是这些“老爷机”的战斗能力仍比当今最先进的结合无人战斗机(UCAV)高出许多:速度比UCAV快50%以上,战斗载荷多出近3倍。更为重要的是,改装工程并不太复杂,只需将驾驶员维生系统换装成遥控接收系统即可。这些战机的数量对于今后战场的无人战斗机需求来讲几近是无穷的,因此,其地面指挥系统能够满负荷运转(比如一个地面指挥站可同时指挥16架以上无人机),这就尽一步降低了改装成本。虽然这些改装的无人战机还不能与第3、4代主力战机对抗,但其完全能够充当UCAV的角色,担负起“第1道屏障”的作用,为主力战机护航,以及对敌方主要地面指标实施抨击,必要时甚至能够用1马赫以上的速度、7000~10000千克的机身重量以及机身内剩余的航空燃油直接撞击地面指标。这种近似“疯狂”的举动,起因在于它的成本相当低,在高对抗性的未来战场上成为能够“牺牲”的指标。
   综上所述,无人机的发展道路还不过刚刚起初,必须要履历一个军方在认识上的飞跃,就仿佛航空母舰在二战中取代战列舰成为海上霸主一样。这一过程可能会非常艰难与漫长,但无人机所具有的无与伦比的特性终将帮助它在未来的战场上争得空中霸主的地位。

转载请注明来源。原文地址:https://www.7428.cn/page/2019/0105/76891/
 与本篇相关的热门内容: