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無人機戰場 未來戰場上的無人機

未來的戰場對飛行器的側重面將越來越大,很多對抗與攻擊的任務將轉到空中完成。作為未來空軍的主力,無人機的任務將近乎無限制地擴大下去。但就最近4年的無人機發展趨勢來看,對其需求主要還是集中在偵察與對地攻擊這兩項傳統任務上。

 美國作為現今惟壹的超級大國,無論是對現代戰場的把握還是對未來戰場的預測上都遠遠走在了其他國家前面,所以我們就以美國為例,來看壹看軍方對無人機在未來戰場上擔負的任務期望。

 

 態度決定壹切

 

  美國軍方在進行新武器的研制和部署時總是采取兩種截然不同的態度。首先,美國在未來概念性武器的研制上投入巨大,其理念的前衛以及技術的超前甚至是現今軍工科技所無法達到的。但這壹做法卻為其在未來10~30年繼續保持軍事力量的絕對優勢起到了決定作用。而另壹方面,美國在對即將部署的新式武器時卻顯得較為保守,這與美國現今的國際軍事地位密切相關。即使其采用相對較落後但卻十分穩定的技術,也比其他國家的武器系統在戰場對抗中高出壹個量級。而且成熟的技術可以保證武器系統在未來的使用中能夠將故障率和意外損失率降到最低。無人機正是非常好地體現出美國在研制、部署武器系統的這壹重要的戰略思維。

 

  巨額投資為未來發展奠定基礎

 

  預計2003年美國花費在無人機產品和服務方面的費用將達到近15.3億美元,比去年增長22%。近97%的采購出自軍方,但軍方在無人機花費中的大部分還是用於各項計劃,總***達8億美元左右,占總花費的52%,而這些計劃近期不壹定投產。無人機采購項目如“捕食者”、“影子200”和“全球鷹”的花費達4億美元,占總花費的25%左右。而預先研制和驗證計劃方面的花費為2億美元,占總花費的14%。民用和與軍用有關的花費預計占9%左右。

 預計在未來的4年裏,美國在無人機計劃方面花費的年增長率將為16%。到2007年,美國在無人機方面的花費總額將達到28億美元左右。在2003~2007年間,美國顧客在無人機方面的花費總額將達到108億美元。軍方在無人機方面的投資比國防部總預算的增長要快。到2007年,美國軍方在無人機生產方面的花費將為10億美元。軍用無人機系統研制費用將增長到12.8億美元。

 

  美軍希望無人機能擔負起保衛占領區的重任

 

  對於前期大量的投資,美國軍方並非沒有非議,這主要要看無人機對美軍正在進行和將要進行的戰爭是否有符合其價值的表現。目前,美軍最想擺脫的噩夢無疑就是伊拉克占領區了,然而出於政治目的,美國既不想讓聯合國或其他國家過多地插手這壹地區,也不想將耗費巨資得來的勝利輕易丟掉。對於占領地區永無止境的騷擾、破壞與暗殺,小規模、長時間、多任務的巡邏行動比突防式的飽和攻擊更加重要。無人機在這方面的表現顯然要比有人戰機要好,因此美軍壹直希望它能像越戰中美特種部隊對抗越南遊擊隊壹樣(盡管此戰術沒有奏效)擔負起占領區的巡邏、地面監視、對地攻擊等任務。

 

  多任務無人機將是美軍優先采購的對象

 

 自從“捕食者”無人機用“海爾法”導彈在也門沙漠地帶擊斃拉登高級保鏢、“科爾”號爆炸案主犯阿布?阿裏後,這種趨勢就日益明顯。“捕食者”已將“毒刺”導彈列入其戰鬥防空掛載之中,日前又傳出素以續航能力強、偵察手段高見長的“全球鷹”也將裝備對地攻擊武器。多任務的好處是:執行偵察任務時的無人機在發現目標時不需要召喚有人攻擊機就可對目標實施打擊,這既節省了時間(許多機會稍縱即逝,等攻擊機趕到戰場可能什麽目標都沒了)又節約了經費(要求戰場附近海域必須有美航母戰鬥群在值勤,出動1架次攻擊機要幾十萬美金)同時還省去了地面指揮人員調度各軍種協同的精力,減少了出現錯誤的可能性。

 

  美軍士兵的“福音”:單兵用無人機

 

  這次的伊拉克戰爭,美軍壹改往日“以空為主”的戰略思想,在開戰後很短時間內即派遣大批陸軍長驅直入,直指巴格達。我們經常看到的是無數輛M1A2坦克以50公裏/小時的速度排成“壹字長蛇陣”在伊拉克沙漠地帶狂飆,並接受美國電視臺記者手中攝像機的“檢閱”。這主要取決於在戰前,美軍對伊軍大規模布防情況了如指掌(通過偵察衛星)。可壹旦在城鎮中遇到伊軍零星抵抗,大多美軍士兵都會停下來隱蔽,同時報告上級請求空中偵察及火力支援。這壹舉動既貽誤戰機又有損美軍的整體形象,其主要原因還是對敵縱深處小規模防禦體系缺乏有效的偵察。但這壹現象很快就會得到改觀,隨著垂直起降無人機(VTUAV)陸續研制及裝備部隊,美軍的連(甚至是排)壹級單位有望擁有獨立支配的戰場微型偵察無人機。它們將利用光學和紅外技術偵察小型戰術目標,並將適時圖像傳遞給連、排指揮車,為其采取戰術行動提供第壹手情報。

 綜上所述,美軍希望無人機能在下壹場戰爭中盡量脫離其它武器的支援,獨立完成危險性較高、戰場環境較惡劣的任務。同時能盡可能地為小規模部隊提供隨時隨地、快捷的情報來源。這些要求對於生產廠商來說並非高不可攀,而壹旦得到軍方的垂青,並能在戰場上表現良好,就意味著幾億甚至十幾億美金的訂單。難怪許多軍工廠商同技術成熟、競爭激烈的有人戰機市場相比,無人機的生意要好做得多。

 像民用市場壹樣,軍工廠商提供的產品及服務永遠也滿足不了客戶(軍方)不停增長的需求,無人機也不例外。軍方總是希望能在最短的時間內將無人機推上戰場的主力這壹寶座,而廠商雖然已“竭盡全力”,這壹目標到真正實施至少還需要10年左右的時間。在這段時間內,只好請軍方盡量“消化”巨額的研制費用及成本相當於第4代主力戰機,在戰場上卻只能“打下手”的各種無人機。

 

  通用原子公司:深入挖掘成熟產品的附加值

 

  該公司旗下的“捕食者”在得到了美國軍方的認可之後,又首創了發射空地導彈消滅地面目標的無人機記錄,並得到了美軍好評如潮的肯定。自此,通用公司便認準了無人機武器化這條“生財之道”,將現有的多種武器系統分別掛載到“捕食者”上進行實驗。這其中既包括低端空空導彈“毒刺”,又包括高端空空導彈AIM-120、AIM-9以及“聯合攻擊彈藥”GBU-38。假如這些武器都能成功安裝在“捕食者”上,其無疑將成為美軍執行對敵縱深中小目標打擊的首選。

 同時該公司還在研究飛行距離更遠的“捕食者”B-ER作為美海軍無人海上巡邏/監視機。目前,同其競爭的是諾斯羅普?格魯曼公司裝備海上雷達的“全球鷹”改型。“捕食者”B-ER遠程海軍巡邏機的特點是,全機翼保形油箱增加三分之壹容量,並在機身下面的吊艙中裝有海上雷達。改型機飛行高度為15240米,續航時間超過48小時。

 

  諾斯羅普?格魯曼公司:技術領先,全線出擊

 

  作為全美排名第3大的軍工企業,其在無人機領域內可謂首屈壹指,參加過21世紀歷次局部戰爭的“全球鷹”就是該公司的傑作。不過,諾?格公司遠不會滿足於現狀,在對未來無人機市場的把握與定位上,有其獨到的見解。為了進壹步加強研發力量,公司將曾為陸軍生產RQ-5A“獵人”無人機的先進戰術C4I機構(ATC4I)合並到無人機系統部,從而大大提高了在無人機信息傳輸與處理方面的能力,有利於無人機項目的競爭。

 在小型CAV方面,該公司將“火線偵察兵”無人直升機作為主打產品,競爭陸軍無人戰鬥武裝旋翼機(UCAR)項目以及海軍小型艦艇搭載的無人偵察機,並成功地進行了2次飛行測試,為該機第壹次實現艦上降落做好了準備。這2次飛行測試都是在加利福尼亞的穆古海航站和在海上行進中的兩棲船塢登陸艦“丹佛”號(LPD9)之間進行的。在“丹佛”號上的無人機與任務有效載荷操控員們利用“雷神”公司開發的戰術控制系統(TCS)軟件和海軍的S-280地面控制站控制“火力偵察兵”,這些操作貫穿無人機發射到回收的整個過程。

 在其所有無人機產品中,設計最為超前的要數“超壯”(Ultra Hale)高空、長航時無人偵察機了。其攜帶監視傳感器有效載荷可滯空飛行3個月。該機翼展為182~335米,其尺寸取決於飛行的高度。機翼內的燃氣儲存器可隨氫和氦的混合而膨脹,以達到零浮力。采用組合動力裝置(包括太陽能和燃料電池)推進,要花大約半天時間爬升到24400~36600米的飛行高度,有效載荷能力為900~1800千克。巡航速度大約為170千米。該機采用太陽能為動力,使其飛行成本降到最低;飛行高度是壹般戰鬥機與地空導彈達不到的,使它的飛行安全性得到保障;在對地面偵察時,由於其距離比偵察衛星要近得多,所以偵察精度成倍增長;衛星要變軌需要耗費巨資,而“超壯”只需利用免費能源―――太陽能飛向目標地域。由此可見,諾?格公司設計的這壹CAV在未來極有可能部分取代偵察衛星的工作,成為戰場偵察的主力。

 在應對美國軍方最主要的CAV研制項目―――聯合無人戰鬥機(UCAV)的競爭中,該公司的X-47也表現出色。它是為海軍設計的可在航母上起降,並可執行攻擊任務的無人機。日前已完成模擬著艦試驗,在未來有可能和波音公司的X-45驗證機項目合並,***同擔負起美軍無人戰鬥、攻擊任務。

 

  波音公司:超前設計鑄就未來戰機

 

  在當代的CAV市場中,很難找到波音公司的產品,其發展速度遠遠落在了諾?格公司和通用公司的後面。對於這種尷尬的局面,該公司的策略是加速發展未來的無人戰鬥、攻擊機。X-45是其與諾?格公司競爭聯合無人戰鬥機(UCAV)項目的關鍵,同X-47相比,它的技術成熟性更好,因此也更加受到美軍的青睞。在未來,X-47可能會成為海軍艦載機出現(相當於F-18),而X-45則會到空軍服役(相當於F-15)。

 日前,X-50A“蜻蜓”無人機在亞利桑那州尤馬試驗場進行了它的首飛。X-50是壹種獨特的混合式無人機,它有不尋常的寬旋翼。這種旋翼在起降時如同直升機的旋翼,可使無人機具有垂直起降能力。在飛行中能夠慢下來最後停止,變成固定翼噴氣飛機,機上的噴氣發動機工作,機身、尾翼和機頭上的鴨式翼在固定翼工作狀態時產生升力,變成壹架固定翼噴氣機。這壹設計很好地解決了壹直困繞美國軍方的噴氣機垂直起降問題,因此,可以設想,X-50的先進技術不僅可以用於無人機,還可作為有人戰機成為美軍超音速垂直起降戰鬥機項目中有力的競爭者。波音公司憑借這種獨特的設計,在CAV市場競爭中又領先了壹大步。

 在經歷過21世紀初局部沖突不斷的3年時光,軍方對無人機未來的發展目標似乎越發的明朗了。作為今後20年內將成為主戰武器的無人機,要具備同現代主戰武器同樣的能力,更要具有信息戰中多任務集成、高抗幹擾能力及高可靠性等優勢。要想達到如此高的要求,筆者認為現今的無人機必須在以下幾個方面大幅度提高其性能,才能適應戰鬥環境日益惡化的戰場。

  全面改善無人機的氣動外型及動力系統,做到超音速巡航飛行及具有超機動能力

  這壹點在CAV的未來發展中至關重要。超音速巡航可以使CAV在第壹時間趕到戰場上空大大節省了部署時間,而超機動能力又可使其在空戰中,面對有人飛機占據有利地位。第4代戰鬥機由於考慮到人的承受能力,壹般過載都不會超過9G,而CAV則不必考慮這壹問題,試想,在未來的空戰中,在進行超音速飛行時仍能將過載做到20G左右的CAV將是有人戰鬥機多麽可怕的噩夢啊。

 這項性能提升雖然使CAV的體積及重量有很大的增加,但會導致其成本直線上升。而且,目前還沒有出現可安裝在CAV上的大功率、帶加力推進的發動機,在超音速飛行中進行大過載機動對目前水平的氣動力布局也是壹個相當大的挑戰。但這些問題並非不能解決,由於不必考慮駕駛員的維生系統,同等標準的CAV造價肯定會比普通戰鬥機要便宜些,同時重量也要輕壹些。無論多高的成本,只要在戰場上能夠取得壓倒性的優勢,就是值得的,美國目前的軍研計劃及歷次的局部戰爭就充分說明了這壹點。而發動機及氣動布局方面的技術突破也已呼之欲出了。

 

  隱型性將使無人機在戰場上的生存能力大幅提高

 

  美國政府今後將增撥25億美元國防預算,以支持美軍開發隱型無人偵察機技術。

 開發成本:據估算,開發新的隱形遠程無人偵察機將耗資15億美元。五角大樓官員則表示,根據軍方對隱形技術的要求,項目的生產成本和機載設備每5~6年需耗資15億~35億美元。最低任務要求需要12架飛機參加。如果要達到B-2轟炸機的隱形標準,全部項目需耗資35億美元,如不以深入敵方腹地為目標,制造成本可減為25億美元。

機載設備性能:新機將安裝信號搜集工具包。五角大樓對主動式掃描相控陣雷達表示了高度興趣。這種雷達是為F-22、JSF和聯合之星預警機設計的,它可主動或被動地掃描目標並幹擾敵方雷達,以接近實時的速度顯示敵方導彈軌跡。

  新無人機執行偵察任務時,可以控制天線角度和雷達波束寬度,從而使對方難以發現。更重要的是,新機具有“多重收發分置”功能,壹架飛機發出第壹雷達脈沖後,第二架再發出第二波束,這樣即使敵方具有先進的反雷達技術,也無法準確判定飛機位置。

  如果無人機改善了隱形技術並裝備高性能雷達,飛行高度達到21300米,壹般的戰鬥機根本不能發現飛機。即使發現也無法到達這壹高度。

  隱型技術是當前世界各國十分重視的尖端科學技術。美國和壹些先進國家競相發展這種技術,已研制或正在研制各種隱型飛機與隱型無人機,有些已裝備部隊,大大增強了戰場生存能力和空中作戰能力。目前,隱型技術主要包括反雷達探測及反紅外探測兩部分。

 

  1.反雷達探測

  隱型技術的壹項主要工作是提高反雷達探測的能力,通常用目標的雷達散射截面(RCS)表示。在無人機上,常從以下幾種方法來減小RCS:

  a.采用復合材料:無人機上采用的復合材料主要有:玻璃纖維加強合成樹脂、石墨與環氧樹脂、以芳綸纖維為基礎的凱芙拉雷達吸波材料。

  b.避免使用大而平的垂直面:采用內傾的雙立尾、翼端(或翼上)安定面、機身側邊等構型。

  c.采用光潔平滑的外形:

 采用機翼、機身、尾翼和短艙連接處光滑地過渡,或機翼與機身高度融合的構型。機翼為下單翼時,采用平整的翼身組合下側面;平滑的曲面外形;後掠的機翼後緣和尾翼後緣。

 d.註意凹狀結構的隱型:將發動機裝在機身背上,由機身擋住發動機進氣道和尾噴口,以免上視雷達探測;把發動機裝於機身中,發動機進氣口設在機身頂上或機翼上方的機身兩側,由機身或機翼擋住進氣口,以免上視雷達探測。在進氣口上裝金屬絲網屏避罩,可抑制長波雷達探測。進氣道上采用高吸收率綜合保護層結構。

 

 2.反紅外(熱)探測

  隱型技術的另壹項重要工作是提高反紅外(熱)探測的能力,也就是減小目標的紅外(熱)信號特征。發動機的尾噴管或排氣口是紅外探測器的主要紅外(熱)源。因此,減小無人機的紅外(熱)信號特征,主要是要減小發動機尾噴管或排氣口的紅外(熱)輻射,有以下幾種方法:

  a.延長發動機尾噴管並采用熱保護層。

  b.遮蔽法:如用機身或發動機短艙遮蔽紅外輻射;由發動機尾噴口兩側的垂直安定面遮蔽紅外輻射;由發動機排氣口周圍的環形罩遮蔽紅外輻射。

  c.使發動機的廢氣按選定的方向排出,如向上排出廢氣。

  d.沖散發動機廢氣,如用旋翼沖散廢氣。

 無人機武器大型化

  隨著美軍在阿富汗使用“捕食者”A掛載“海爾法”反坦克導彈對地面目標的攻擊,無人機武器化的序幕已經拉開。美國還計劃在“捕食者”無人機上掛載“毒刺”空空導彈、GBU-38 JDAM炸彈等,使其具有對空、對地雙重攻擊能力。但同現役有人戰鬥攻擊機相比,無人機所攜帶的武器系統明顯處於劣勢。以美國為例,裝備在有人戰鬥攻擊機上的對空武器有AIM-120、AIM-9X等性能卓越的導彈系統,而“捕食者”所要掛載的卻是出身單兵肩射導彈家族的“毒刺”,其性能差距可想而知,用途也是以“防身”為主,其打擊目標是直升機等慢速目標。不過,要求飛行速度只有100~200公裏的“捕食者”掛載AIM-9X與1~2馬赫的有人戰鬥機做空中纏鬥並將其擊毀簡直是不可能的。而GBU-38的重量僅有227千克,在JDAM中是最輕的,它的破壞力及穿透力明顯不如2000千克以上的JDAM。

 美國軍方提出要在未來實現無人機的主戰地位,僅靠“毒刺”和GBU-38是遠遠不夠的。要想將無人機的武器系統大型化,勢必要增加其體積及有效載荷,將無人機的各項性能向有人機方向靠攏。另外,大幅度提高安裝在無人機上的雷達探測距離及成像質量也是其武器大型化的關鍵。

 以美國正在研制的聯合無人戰鬥機為例,其有效戰鬥載荷還不到1000千克,飛行速度0.8馬赫。它的戰場使命就是協助有人戰鬥機對被打擊目標進行定位、跟蹤,並對敵方地面雷達系統進行攻擊。即使是這樣的非主戰武器,也要到5年後才能裝備,真正意義上的戰鬥、攻擊無人機可能要等20~30年的時間。

 

 數據傳輸快速化

 

 目前,限制無人機發展的“瓶頸”有許多,而數據流量達不到高對抗性戰場需要是關鍵中的關鍵。未來的無人機既要對目標進行超精密的偵察(精確到分米),又要對升空攔截的敵方導彈和戰機進行準確的辨認及針對來犯目標做出正確的規避動作(戰術機動和施放誘餌),還要利用機載大功率雷達指引攻擊性武器(空對空導彈、空對地導彈及炸彈)對敵空、地目標進行有效打擊,可謂任務繁重而又艱巨。這些任務視戰場情況來決定先後順序,而往往是要求兩、三項任務同時進行(比如在躲避敵導彈時就要壹邊做大機動轉彎壹邊投放誘餌彈)。有的任務需要嚴格地限定完成時間(比如快速判定來襲導彈的型號、制導方式等)。可以看出,在完成這些任務時,只要哪個步驟動作稍慢或不同步,後果往往是非常嚴重的。同時,作為戰場上的主戰武器,要求其傳輸數據具有高度的可靠性,不能犯壹點錯誤,只是這壹點,就要比民用數據傳輸難上百倍!當今最先進的無人機對數據流的傳輸最快只能達到40~50M/秒,這遠遠不能適應戰爭的需要,要想讓無人機達到有人駕駛戰機那樣的“機靈”,數據流的傳輸速度至少要提高10倍。而這只是最基礎的要求,在戰場環境中預留空間總是正確的,因此,無人機要想確保其戰場生存率,數據傳輸通道至少要比現在快15~20倍左右。

 

  有人機改無人機效費比最高的“權宜之計”

 

  目前,世界各大軍事強國國都擁有數量可觀的第1、2代戰機。這些飛機雖然大都超過了使用年限,但其保養狀況仍然良好,只是由於其設計年代的久遠,性能與第3、4代主力戰機相比有明顯的差距,有些“先天不足”的缺點是很難利用當代科技彌補的。可是這些“老爺機”的戰鬥能力仍比當今最先進的聯合無人戰鬥機(UCAV)高出許多:速度比UCAV快50%以上,戰鬥載荷多出近3倍。更為重要的是,改裝工程並不太復雜,只需將駕駛員維生系統換裝成遙控接收系統即可。這些戰機的數量對於今後戰場的無人戰鬥機需求來講幾乎是無窮的,因此,其地面指揮系統可以滿負荷運轉(比如壹個地面指揮站可同時指揮16架以上無人機),這就盡壹步降低了改裝成本。雖然這些改裝的無人戰機還不能與第3、4代主力戰機對抗,但其完全可以充當UCAV的角色,擔負起“第1道屏障”的作用,為主力戰機護航,以及對敵方主要地面目標實施攻擊,必要時甚至可以用1馬赫以上的速度、7000~10000千克的機身重量以及機身內剩余的航空燃油直接撞擊地面目標。這種近似“瘋狂”的舉動,起因在於它的成本非常低,在高對抗性的未來戰場上成為可以“犧牲”的目標。

  綜上所述,無人機的發展道路還只是剛剛開始,必須要經歷壹個軍方在認識上的飛躍,就好像航空母艦在二戰中取代戰列艦成為海上霸主壹樣。這壹過程可能會相當艱難與漫長,但無人機所具有的無與倫比的特性終將幫助它在未來的戰場上爭得空中霸主的地位。

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