UAV无人驾驶飞机
UAV无人驾驶飞机的英文缩写(UnmannedAerialVehicle),简称无人机。目前,全球约有4.8万架无人机。现在可以断言,无人机将在未来20年至50年主宰人类天空。 无人机不需要飞行员在机舱内进行驾驶,飞行全过程在电子设备的控制下自动完成。无人机上不用安装任何与飞行员有关的设备,这样可以腾出空间和重量装更重要的设备。另外,使用无人机不用担心飞行员伤亡的问题。无人战斗航空器 (UCAV)构想将在比有人系统低得多的全寿命周期费用下为先进空中力量增加战术威慑,美国计划将 UCAV武器系统作为 2010后军力结构的一个完整组成部分,初期作战目标是作为有人飞机的有机补充,通过在处于安全地区的操作员控制其执行对敌防空压制 (SEAD)任务来支持攻击计划。在 2002年的阿富汗战场上,美军使用 Tier—2“捕食者”无人驾驶飞机向基地组织的车队发射了“海尔法”空地导弹。UAV和UCAV毫无疑问将成为未来航空器发展热点。
美国海军研究实验室(NRL)正在开发一种名为“西卡德”(CICADA,close-in covert autonomous disposable aircraft/“近距、隐蔽、自主、一次性使用的航空器”)的新概念微型无人机(UAV)。“西卡德”可大批量部署,用来进行电子情报搜集,为前进中的部队预先构建战场通信网络。美海军将其形容为“可飞行的印制计算机集成电路板”。它采用滑翔飞行,可以折叠存储和运输,也可以数千个装在一起由一架运输机运往战区并同时投射。
8月底,NRL在美国佛罗里达州奥兰多市举行的国际无人系统协会(AUVSI)北美讨论会上公布了这一设想,同时展出了一架初步的样机(如图所示)。每架“西卡德”都集成了一套飞行控制组件、综合式全球定位系统(GPS)、基于微机电系统(MEMS)的作动器(可将UAV从折叠状态展开并驱动控制面)、一台电源、一套微型通信系统和一套微型电子情报搜集传感器。在存贮状态下,这些“可飞行的电路板”彼此间通过印制在其外蒙皮上的标准化接触面互连,并组成一个数据网络。这样就能在将它们运往战区的途中同时对数千架UAV进行编程。按目前的封装概念设计,在一个边长15厘米的立方体中可装入18架“西卡德”;而当使用美空军标准的萨金特-弗莱彻公司(SergeantFletcher)贮运吊舱装载时,一架C-130战术运输机一次可运输9800架。这么多“西卡德”可通过撒布,在25分钟内覆盖4800平方千米的地域。
按目前的设计,每架“西卡德”仅重20~30克,采用静稳定布局以降低彼此间发生碰撞时的影响。该机的滑翔比为3.5,飞行速度为92.5千米/小时,验证型样机翼展为210毫米,NRL正在进行风洞试验以优化设计。通过集群编程,每架UAV将被设定一个位于目标区域内的着陆点坐标,在着陆时该机的上翼面将用作天线,多架UAV之间将通过互联互通和同步建立一个通用分布式网络。所有UAV可合成为一个超大型电子侦察阵列,也可由部分通过协同形成辐射源定位星座——由于参与监控的节点很多,故将具有更高的辐射源地理空间定位精度。
2005年,NRL获得为该概念构想提供的5年拨款支持,并启动研制工作。目前,有效载荷的研制工作进展良好,其中飞行控制系统已利用替代机完成试飞,电子情报传感器样机将在今年9~10月进行振动试验。该机生产型的目标单价是100美元,而目前的不带任务载荷的样机成本已做到90美元。NRL还在研制至少2种派生型,其中一种用一个低成本扩音器取代上翼面天线,用于在敌占区组成心理战广播系统;另一种则由120毫米口径炮弹搭载,为此改用圆形机翼;其他改型概念还包括搭载标准的战斗机用箔条/热焰干扰弹发射装置等。
"赫特"(HURT)项目是美国诺斯罗普·格鲁门公司在美国陆军(潜在用户)和美国国防预先研究计划局(DARPA)的支持和资助下,正在进行的一个UAV(无人机)大系统开发和验证项目。"HURT"实际上是"综合异类无人平台的侦察群"(Heterogeneous Unmanned Reconnaissance Team)的英语缩写。该项目的目标主要有两个:一是实现对给定空域中自主式UAV机群(可包含多种型号/型别的UAV)及其地面站的指挥与控制,使之可协同完成ISR(情报/监视/侦察)任务;二是使系统可处理来自班一级建制的信息/情报(例如图像)请求,并根据请求选择机群中最合适的UAV来完成信息获取任务,最后将信息提供给请求者。该项目第一阶段的工作集中于技术开发,目前已经结束;第二阶段的开发和验证合同即将在未来数周内授予诺·格公司,但这一阶段的工作实际上已从2007年9月提前开始。
HURT项目的第二阶段将持续26个月(以2007年9月为起点),DARPA和诺·格公司将集中于更好地解决大系统中UAV的指挥控制问题,主要目标是开发并验证新的计算机指挥控制系统,这种系统能自动地协调美国陆军在整个战区内每架UAV的飞行任务和路径,并显著缩短地面部队从发出信息/情报请求到获得UAV传感器提供的信息/情报的时间(据称可从现在的"分"级缩短到"秒"级)。在这一阶段,HURT项目将以每四个月为一个小阶段进行螺旋式渐进开发,每个小阶段结束时都将在美国陆军的设施或试验场进行一次演示验证。每一次演示验证都将为美国陆军一个机会,一个把已开发和验证的技术投入实际使用的机会。按DARPA的说法,在该项目的最后8个月左右(大约从2009年3月开始),它将启动一项雄心勃勃的计划,把整个HURT系统转化为可实战使用的系统。
第二阶段工作的主要内容之一将是建立可区分请求优先级的战术-技能-操作程序(TTP)。DARPA拟采用经验方法来完成优先级排序,即以信息/情报请求者的军衔作为基本判定依据,也就是说,高军衔军人的信息/情报请求在原则上比低军衔军人的请求有更高的优先级。但DARPA的HURT项目经理Michael Pagels承认这种方法将面对挑战--"如果你的任务确实很关键,但你的指挥官却不同意这点……那这就是我作为一名技术专家所无法解决的问题之一了"。不过研究人员们正试图在HURT系统中建立一种通信互联,允许士兵们在生命安全很快就会受到严重威胁的情况下,对其信息请求赋予"911"式的紧急优先级。显然,这样的设计使UAV机群的指挥控制权随时都有可能从指挥官手中溜走,预计某些指挥官们将很难接受这一点。在UAV数量有限的情况下,在指挥官的指挥控制权和请求优先级之间将不得不进行平衡处理。
英国国防部(MOD)授予泰莱斯英国公司、波音公司和QinetiQ公司一份合同,将开展无人机(UAV)研究工作。这三家公司组成的JUEP小组将制造联合UAV试验项目(JUEP)中的海上无人机,泰莱斯英国公司负责领导项目实施。JUEP工作组将飞行"扫描鹰"UAV,以便了解联合军种对未来海上无人机的作战需求。该项目将为MOD提供探索无人机系统在未来网络化的海上ISTAR(情报、监视、目标获取和侦察)能力中所起作用的最初机会。
波音公司将提供改装的"扫描鹰"飞行器和UAV专门技术,QinetiQ公司将提供英国无人机试验实施、安全性和适航性方面的专门技术。泰莱斯英国公司将领导小组工作,还将承担舰载综合、作战分析等工作。小组还将开展"海王"Mk7空中监视与控制直升机的试验。作为"联合无人机试验计划"(JUEP)的一部分,英国国防部已采用"扫描鹰"(ScanEagle)无人机(UAV)进行了名为"警惕的毒蛇"(Trial Vigilant Viper)的海上作战试验。该试验是在苏格兰西岸进行的,包括一系列海上作战试验。"扫描鹰"由英国皇家海军(RN)的一艘23型导弹护卫舰--"萨瑟兰郡"号发射和回收,飞行图像由"海王"Mk7直升机实时监视。
JUEP项目这一部分的目标是探索UAV在海上和近海作战中的作用。"扫描鹰"在试验中用于对水面/地面进行监视、侦察、遮断和火力支援,"萨瑟兰郡"号还在一次实弹射击练习中,利用该机传回的图像校正了对浮筒靶标的瞄准。另一次试验包括在一次持续6小时的飞行中将视频图像传回护卫舰,以及通过卫星发送到几百英里外的一个指挥中心。
泰莱斯公司是执行此次试验的工业界领导,参与者还有美国波音公司和英国奎奈蒂克公司。泰莱斯航宇英国公司管理董事理查德·戴肯(Richard Deakin)称,在此次试验中所获得的经验将用于英国皇家海军未来ISTAR(一种高速垂直起落UAV系列)概念的发展,并将为一些项目,例如"海上空中监视与控制"(MASC)飞机和未来海上无人机制订要求提供参考。英国国防部UAV项目小组领导凯文·哈维(Kevin Harvey)补充说,这些经验将为英国皇家海军在考虑此技术领域的未来能力需求时指明方向。
泰莱斯公司也是"守望者"(Watchkeeper)情报/监视/侦察(ISR)UAV项目的主承包商,该项目是英国至今为止最大的UAV采办项目,总值预计可达12亿美元,将在2010年开始服役。
俄罗斯航空企业正推进无人机(UAV)和无人作战飞机(UCAV)的研究工作,指望能因此获得更多的政府投资。而欧洲企业也在探寻与俄罗斯在这一领域合作的可能性。目前俄罗斯已涉足UAV/UCAV研究的企业包括卡莫夫设计局(Kamov)、Kvand公司和雅科夫列夫设计局(Yakovlev)和伊尔库特公司(Irkut)等。俄目前的国防预算仍有限,但由于油价上涨,俄出口石油获得的收入增加,因此明年的国防预算将增长。参加今年莫斯科航展(MAKS 2005)的俄业界官员们暗示说,有些拨款已用于无人机项目,但主要工作仍处于保密阶段。
苏霍伊设计局也在探索UAV概念,并已提出"探测器"(Zond)系列高空监视无人机设计。卡莫夫设计局正在继续开发其卡-37和卡-137之后的无人旋翼机,并展出了一个装有传感器和武器的小尺寸共轴反转无人旋翼机模型。卡莫夫设计局官员称,该机可执行侦察和攻击任务,并可为其他直升机提供目标照射。该官员还声称俄国防部已对其表现出兴趣,且该局正在进行的某些工作已获得国防部拨款的支持。
原来从事飞机内饰设计和制造的Kvand公司则在航展上展示了一种UAV的全尺寸模型。该公司正与位于白俄罗斯的Indela实验室合作开发一系列具有冒险性的UAV设计,其中一种是固定翼垂直起降UAV。公司官员们称,一架用于验证基本设计的常规起降型试验平台将在年底前首飞,而一些子系统现在已在试验。Kvand展出的UAV设想用于侦察和电子干扰任务,能携带包括昼/夜光电传感器在内的多种载荷。该机长10.8英尺(约3.3米),翼展10.2英尺(约3.1米),所宣称的最大航程超过500英里(约805千米)。 德国议会经济与合作分委会主席Bonde在国际无人机系统协会于德国Cologne举行的无人系统欧洲会议上发表讲话时说,德国国内目前正在就本国采购长航时无人机(UAV)一事展开政治争论。德国议会今年一月批准采购5架诺斯罗普·格鲁门公司的RQ-4B欧洲鹰高空长航时UAV,并正在考虑采购通用原子公司的MQ-9捕食者B中航时UAV。
Bonde还是议会国防、国土安全和外交委员会成员,他说,国内的争论焦点是长航时UAV在未来的军事作战中可能引起冲突升级,即使是仅仅用于侦察也可能引起国家间的冲突;德国是否要拥有武装型UAV也是此次争论的一部分。他说,欧洲鹰今后的批准使用对议会来说将是一个问题。他说,德国空军相当长一段时间以来非常渴望采购捕食者B用作侦察UAV,如果这一采购最终未能如愿他会感到非常惊讶;但是该机的武器系统能力目前是一个争论的话题。
美国政府获得中国决定致力于研发最先进的无人机(UAV)系统的相关情报之后,立即向盟国施压,收紧了对华无人机技术转移,以防中国在无人机领域发展过快,进而缩小与美国在无人机技术方面的差距。尽管美国竭尽打压之能事,通过一切渠道阻挠中国获得最先进的无人机技术,并且这些手段也取得了一定效果,但是在中国获得相关技术的渠道被美方完全封锁起来之前,中国已经从以色列方面获得了足够的技术支持。
事实上,中国已经通过以色列方面提供的无人机技术,同时结合自身科研创新,制造出了ASN-105型无人侦察机。报道称,ASN-105型无人侦察机自身重量308磅,有效载荷88磅,空中续航时间大约两个小时。此外,中国最近并对该型无人侦察机实施了升级改造,将机上配备的胶片照相机更换成了摄影机。
不仅如此,中国还研究开发出了比ASN-105型无人侦察机更大的ASN-206型多用途无人机。ASN-206型多用途无人机重约488磅,空中续航时间比ASN-105型无人侦察机大为延长,滞空时间增加到了8个小时。据美方通过相关渠道获得的情报显示,ASN-206型多用途无人机并使用了现有最先进的摄影以及通信技术。
尽管中国已经在无人机领域取得了一定成就,但是中国相关科研人员正越来越清楚地意识到,建造一种性能稳定的无人机(主要影响因素包括机身、发动机以及电气系统等)才是他们当前面临的最大挑战。
西方国家反间谍机构掌握到的情报资料显示,中国对无人机技术的兴趣正日益加大。中国目前正投入大量资金以及人力物力,加紧研制可以挑战美国等西方国家无人机技术的先进无人机系统。当然,中国也努力通过友好国家获得先进的无人机技术,以便为已所用,进而有效缩短研发进程。鉴于这一情况,美国等西方国家加大了对华无人机技术封锁,以便保持他们在无人机领域的绝对优势。
中国的UAV(无人驾驶飞机)於1958年诞生於西北工业大学,亦曾进口过一批俄制La一17靶机,不过因受「文革」冲击,导致长期徘徊於低水平的螺旋桨UAV阶段。现在使用的喷射UAV长虹一号/无侦5(DR-5)仿自美国BQM-34火蜂IA,正如俄罗斯的UR-1可能仿自AQM-35一样,它是中国第一种专门长程喷射侦察UAV,仿制时间共用了15年,X证明中方对这类的技术相当陌生
第一种中国自制的的喷射UAV是长空一号(K-1/D-5),由王存山、陈绍周、赵熙以La一17C为基础,改良构造及装上歼6的WP-6发动机而成。H1968年开始研制,翌年底首飞,1976年底定型投产。主要是把WP-6取代原冲压发动机,设计起飞小车,克服低头力短,目前有5种机型:基本型(CK-1)、取样型(CK-IA)、低空靶机(CK-1B)、高机动型(CK-IC)、超低空型(CK一1E),机上有KJ-9三轴稳定自动驾驶舱,583遥控接收机、应答机、5个角反射器、4枚海鹰1号曳光弹等。配套设备有25YF-1遥控车、PUT06甲遥测车及黑龙江型测控雷达。其中CK一1A/Dl53取样机於1978年开始在罗布泊核试场使用,结束了中国长期付出高昂人命代价飞入核试区穿云取样的历史。CK-l系列UAV是中国最成功的喷射UAV,目前仍在发展中,正如俄军仍在使用La-17K一样。
1990年初中国决定投入超音速UAV的研制,美国在这一个项目中已经投入了8年的时间以及数十亿的美元,仅仅一个辅助软体就要270万美元,因此他们断言中国在20年之内无法完成。这种名为长空2号(CK-2)的UAV,仍由负责CK-l的赵煦担任总设计师。先後突X破了大空域、大速度、今权限数字飞控系统、稳杆爬升、高速飞行中虚假信号干扰、软体编写等难关,并继承了CK-1的滑车起飞,沿用现役战机发动机(WP-7)的传统,缩短了研发时间,於1994年4月13日上午9时55分首飞成功,1997年12月定型投产,前後只花去不过800万元人民币!使中国成为继美国後全球第二个制成超音速UAV的国家,赵煦少将也因此被称为「靶机王」。CK-2可用于打靶、核取样、大型军演、侦察、电干扰等任务。
同样由赵煦设计,也采用WP-7发动机的歼靶7(QF一7/JB7)於1984年夏制成,它开创了中国利用退役飞机作靶机的先河。这两种飞机的飞控系统前者采用全权限数字技术,後者则采用模数(A/P)转换技术,说明了对於UCAV最为关键的数字式自动驾驶仪和数字飞控软体等方面,中国基本上已可掌握技术。
此外值得注意的是,以往中国的UAV遥控设备,是50年代引进苏联的30年代装备,X真空管器件可装6台卡车,却只能遥控一架UAV,几十个人的维修中队每次都忙得要命。但1991年2月13日启动的213工程,经4年努力,终于运用数位技术把6台卡车的东西,压缩成长15公分、宽60公分、高35公分,重20公斤的长盒之中,接收系统只重3公斤,可以一个人控制多目标、多批次的UAV。这一成果使中国由落後列强几十年跃居世界先进的地位。
同时,值得注意的有中国UAV的第一把交椅一爱生集团,经过7年努力所制成的微型涡喷发动机,以及江西气象所开发的微型UAV。後者虽然默默无闻,但以数位技术设计的微型摇测UAV长只有1。8公尺,翼展3公尺,重12公斤,航程800公里,机上有先进的数位电脑、GPS/INS综合导航系统,是全球最小的UAV,足见大陆在微型化、数位化方面的巨大潜力。
中国的UAV综合水准虽落後於美俄,但10多年来的进步,远超过传统飞机的领域,X预料可为在二年内开始论证的UCAV提供技术保障。大陆的最大顺难在于高速收发及处理无数数据和自动目标识别(ATR),但其快速发展的神经网路技术已带来了一线希望。
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