微小型無人機(jī)

日益復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境要求提高單兵的綜合作戰(zhàn)能力。因此，必須利用新技術(shù)發(fā)展新武器以順利完成作戰(zhàn)任務(wù)。隨著人工智能、傳感技術(shù)、運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的快速發(fā)展，世界各國都開始競(jìng)相開發(fā)研制遙控式、半自主式或自主式的單兵可攜帶的微小型無人機(jī)，并逐步裝備部隊(duì)?？梢灶A(yù)見，微小型無人機(jī)在未來的戰(zhàn)爭(zhēng)中將會(huì)展露鋒芒，發(fā)揮巨大的作用。

微小型無人機(jī)的研制熱潮始干上世紀(jì)末，其領(lǐng)頭羊是美國。之后，隨著對(duì)其軍事價(jià)值的認(rèn)同，許多國家，如以色列、英國、法國、德國、瑞典、加拿大等相繼投入研制。無人機(jī)已在本世紀(jì)的阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)、伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中，卓有成效地執(zhí)行了多種軍事任務(wù)，顯示了其廣闊的軍事應(yīng)用前景。

各國研制情況

目前國外微小型無人機(jī)的研究正在緊鑼密鼓地進(jìn)行，從研制類型來看，主要分3類：旋翼式無人機(jī)、固定翼式無人機(jī)和撲翼式無人機(jī)。

旋翼式無人機(jī)

旋翼式無人機(jī)的最大特點(diǎn)就是能夠垂直起飛和降落，具有很強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性和可操作性，便于操作員進(jìn)行控制和偵察，因此具有很好的發(fā)展空間。

美國研制的OAV無人機(jī)是一種可用背包攜帶的超小型全自主垂直起降的函道式無人機(jī)(即螺旋槳在圓形通道內(nèi)，這種設(shè)計(jì)可保護(hù)螺旋槳免受外部氣流干擾)，能夠在任何時(shí)間(晝夜)、任何戰(zhàn)場(chǎng)天氣條件下作戰(zhàn)，可在未來戰(zhàn)斗系統(tǒng)(FCS)的無人車上自主起飛、降落及加油，用于近距離偵察，幫助FCS作戰(zhàn)小分隊(duì)的指揮員了解障礙物后面及附近的情況。在城市作戰(zhàn)中，OAV無人機(jī)可以飛到建筑物頂上的一個(gè)角落里，停下并利用傳感器觀察樓下的情況，這樣就可以避免指派士兵進(jìn)行危險(xiǎn)的偵察和攻擊活動(dòng)。

其直徑23cm，系統(tǒng)質(zhì)量1．8kg，續(xù)航時(shí)間1小時(shí)，巡航速度大干93kin／h，發(fā)動(dòng)機(jī)功率900W，發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量250g。

OAV無人機(jī)有3種大小不同的尺寸，可根據(jù)所執(zhí)行的任務(wù)、航程和有效載荷選擇具體的尺寸。

德國EMT公司研制的“扇鳳機(jī)”無人機(jī)執(zhí)行任務(wù)半徑超過500m，續(xù)航時(shí)間超過15分鐘，起飛質(zhì)量約為750g，翼展小于50cm。它能夠垂直起降，采用共軸雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)雙螺旋槳提供動(dòng)力。

加拿大研制出更具特色的四旋翼無人機(jī)，其直徑70cm，質(zhì)量lkg。它用4個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)4個(gè)螺旋槳，能提供2kg的升力，其中2個(gè)螺旋槳是反槳，以抵消另外1個(gè)螺旋槳的扭矩。其靠遙控器控制幾個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)直行、轉(zhuǎn)向和升降，具有飛行穩(wěn)定性強(qiáng)、操控簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。

2005年1月，美國霍尼韋爾公司進(jìn)行了函道式鳳扇小型無人機(jī)的飛行試驗(yàn)。該無人機(jī)高56cm、直徑35．5cm、質(zhì)量2．2kg。

霍尼韋爾公司還在進(jìn)行一種直徑為33cm的自主式“監(jiān)視”無人機(jī)的飛行試驗(yàn)。這種無人機(jī)可由一名步兵背負(fù)攜帶，使用封裝在外罩內(nèi)的垂直定向螺旋槳。這種函道式螺旋槳使氣體穿過外罩進(jìn)行起飛和垂直著陸。

“金眼”無人機(jī)是由美國極光公司開發(fā)酌一種垂直起落無人機(jī)，采用函道式鳳扇發(fā)動(dòng)機(jī)，既能像直升機(jī)那樣垂直起落，又能夠傾轉(zhuǎn)機(jī)翼使無人機(jī)采用水平飛行模式?！敖鹧邸庇袃煞N型號(hào)——“金眼”100和“金眼”50。“金眼”100的翼展長為2．7 4m，最大速度達(dá)到296km／h?！敖鹧邸?0的翼展為1．52m，最大速度達(dá)185km／h。

固定翼式無人機(jī)

美國研制的固定翼式無人機(jī)，大型的包括“捕食者”、“全球鷹”，小型的有“大烏鴉”、“黑寡婦”、“龍眼”、“掃描鷹”，“沙漠鷹”等等。在伊拉克和阿富汗的作戰(zhàn)中，美空軍使用“捕食者”完成了各種偵察、情報(bào)、監(jiān)視任務(wù)，同時(shí)“捕食者”還被用來執(zhí)行低空支援、火力打擊等任務(wù)。而諸如“沙漠鷹”，“大烏鴉”等一類的小型無人機(jī)，在實(shí)戰(zhàn)中主要負(fù)責(zé)引導(dǎo)部隊(duì)發(fā)現(xiàn)、跟蹤、摧毀敵方目標(biāo)。小型無人機(jī)可使地面部隊(duì)在距敵軍很遠(yuǎn)的地方完成任務(wù)，增大了兩軍之間的對(duì)峙距離，大大減少了美陸軍在作戰(zhàn)中的傷亡。

1999年，美國的航空環(huán)境公司研制出了“黑寡婦”固定翼式微型無人機(jī)。該機(jī)是直徑15cm的圓盤形，采用輕木結(jié)構(gòu)，螺旋槳驅(qū)動(dòng)。最大起飛質(zhì)量60g，最大載荷量7g，翼展15cm，續(xù)航時(shí)間22分鐘。

以色列IAI公司研制的“蚊式”偵察機(jī)翼展為33cm，質(zhì)量為250g。另一種“蚊式”1．5偵察機(jī)質(zhì)量比其大2倍，翼展同為33cm。這兩種“蚊式”偵察機(jī)都可以輕易地放入步兵的背囊中。兩種偵察機(jī)續(xù)航時(shí)間均為1小時(shí)，并能將拍攝的圖像實(shí)時(shí)傳送回地面指揮所。其主要用途是偵察樓房和軍事設(shè)備內(nèi)的情況。

“龍眼”無人機(jī)由位干弗吉尼亞州匡提科的海軍陸戰(zhàn)隊(duì)?wèi)?zhàn)斗實(shí)驗(yàn)室研制，由位于加利福尼亞州蒙羅維亞的航空環(huán)境公司制造，主要為地面部隊(duì)提供空中觀察信息，目前正在伊拉克使用。

“龍眼”無人機(jī)質(zhì)量2．3kg，通過手持發(fā)射，可以重復(fù)使用。翼展約1．1m，飛行高度91～152m，時(shí)速約56km／h，續(xù)航時(shí)間為30～60分鐘。該無人機(jī)裝備的可以拆換的載荷，自動(dòng)駕駛儀和推進(jìn)系統(tǒng)都來自商用現(xiàn)貨。地面控制站使用1臺(tái)加固的商用現(xiàn)貨膝上電腦。每個(gè)“龍眼”系統(tǒng)包括3架無人機(jī)和1個(gè)地面控制站。

該無人機(jī)發(fā)射后，按照事先編奸的GPS路徑飛行。一旦進(jìn)入目標(biāo)區(qū)域，就會(huì)使用自身攜帶的傳感器收集信息并將圖片傳回到地面控制站。

海軍陸戰(zhàn)隊(duì)士兵可以用背包攜帶“龍眼”無人機(jī)。2名士兵組成一個(gè)小組能夠攜帶無人機(jī)，4．5kg的地面控制站和備用電池徒步執(zhí)行任務(wù)?！褒堁邸笨梢员粦?yīng)用在城市作戰(zhàn)環(huán)境中，也可以在執(zhí)行掩護(hù)任務(wù)時(shí)提供路徑偵察。

在伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中，美軍首次裝備了“沙漠鷹”無人偵察機(jī)，其能出色地完成空中觀測(cè)任務(wù)，特別是能探測(cè)基地周邊來自便攜式火箭發(fā)射器與導(dǎo)彈的威脅，在戰(zhàn)場(chǎng)中發(fā)揮了巨大的作用。它由美國洛基德公司的一個(gè)超絕密項(xiàng)目組“臭鼬鼠工作組”研制。該無人機(jī)起飛后按照機(jī)載計(jì)算機(jī)預(yù)先輸入的飛行航線飛行。利用全球定位系統(tǒng)提供精確的定位信號(hào)，計(jì)算機(jī)根據(jù)定位信號(hào)修正航線，實(shí)現(xiàn)精確制導(dǎo)。無人機(jī)上的觀測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)地將觀測(cè)到的圖像傳送給操作人員，當(dāng)發(fā)現(xiàn)值得注意的目標(biāo)時(shí)，操作人員就會(huì)發(fā)出無線電引航信號(hào)，使無人機(jī)接近目標(biāo)，并在目標(biāo)上方緩慢盤旋，拍攝大量照片之后返回基地。

“大烏鴉”無人機(jī)由加利福尼亞州的航宇環(huán)境公司生產(chǎn)，是“指針”無人機(jī)的縮小型，供部隊(duì)排級(jí)單位使用。該無人機(jī)質(zhì)量2．72kg，使用電池驅(qū)動(dòng)，可攜帶紅外攝像機(jī)，續(xù)航時(shí)間為90分鐘。每套系統(tǒng)包括1個(gè)地面控制中心和3架無人機(jī)。

由波音公司與英思圖集團(tuán)共同研制的“掃描鷹”自主無人機(jī)(UAV)完成了15．2小時(shí)的飛行，成功地驗(yàn)證了其長時(shí)間耐久飛行的能力。

長時(shí)間持久飛行是“掃描鷹”無人機(jī)的最重要特征之一，其能夠持續(xù)飛行15～48小時(shí)。“掃描鷹”的另一個(gè)特點(diǎn)是具有包括慣性穩(wěn)定平衡環(huán)支撐的攝像機(jī)在內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)載荷。攝像機(jī)具有充分的全景、傾角和放大(PTZ)功能，可使其更奸地跟蹤和攝錄目標(biāo)。操作員可在地面，移動(dòng)車輛或小型海上艦艇上操縱該無人機(jī)。根據(jù)客戶需求，還可以集成大量的其他傳感器裁荷。

利用空中著陸攔阻鉤，通過15m高桿上懸掛的繩索可回收“掃描鷹”無人

“黃蜂”是五角大樓制造的最小的無人機(jī)之一，其質(zhì)量只有200g，長度不過33cm。其裝備有兩部微型攝像機(jī)，能夠長時(shí)間地搜集戰(zhàn)場(chǎng)信息并將其實(shí)時(shí)傳送給地面或艦艇上的操作人員?！包S蜂”無人機(jī)裝有一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，電力由蓄電池組提供。另外，機(jī)身上安裝的太陽能電池板可隨時(shí)為蓄電池充電。由于質(zhì)量小，其可由士兵投擲發(fā)射，飛行姿態(tài)由一臺(tái)機(jī)載計(jì)算機(jī)控制。

撲翼式無人機(jī)

與傳統(tǒng)的固定翼和旋翼式無人機(jī)相比，撲翼式無人機(jī)的主要特點(diǎn)是將升力、懸停、推進(jìn)、控制功能集成于撲翼系統(tǒng)中，可以用很少的能量進(jìn)行遠(yuǎn)距離飛行，同時(shí)具有高效率、高機(jī)動(dòng)性、低噪聲、無須專用起飛著陸場(chǎng)地等特點(diǎn)。大自然中所有能飛的生物無一例外地采用撲翼飛行方式。

“大鴨掌”是世界上第一架載人撲翼式飛機(jī)，由加拿大多倫多大學(xué)研制。它的機(jī)翼展開有12．5m長。在一臺(tái)18千瓦的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)下，機(jī)翼能上下?lián)鋭?dòng)，產(chǎn)生向前的推力和向上的升力。在跑道上滑行最高速度達(dá)89．5km／h，但它的起飛還不盡如人意。

英國的皇家軍事科學(xué)院從1998年就開始研制類昆蟲撲翼式飛行控制系統(tǒng)，并取得了很大的進(jìn)展。

發(fā)展中的“瓶頸”

目前微小型無人機(jī)的發(fā)展存在很多技術(shù)難題：

一是微型動(dòng)力問題。要求動(dòng)力設(shè)備既能裝在微型飛行器內(nèi)，又要能儲(chǔ)備足夠的能量，除維持飛行器的飛行外，還能對(duì)機(jī)載設(shè)備提供能源。因此需要對(duì)高能效的電源技術(shù)進(jìn)行研究，以解決能源供給問題。

二是天氣和環(huán)境問題。在阿富汗和伊拉克的作戰(zhàn)表明，天氣和環(huán)境因素是影響無人機(jī)作戰(zhàn)的一個(gè)關(guān)鍵因素。從目前來看，美國的無人機(jī)普遍不能在包括沙暴、結(jié)冰等惡劣天氣下執(zhí)行任務(wù)。比如，塵土飛揚(yáng)的天氣就曾使陸戰(zhàn)隊(duì)的無人機(jī)無法起飛。因?yàn)闊o人機(jī)本身一般較小較輕，比較脆弱，儀器也比較精密，在惡劣天氣下，不易升空，不易控制，大多數(shù)無法使用。

三是通信帶寬問題。這也是無人機(jī)發(fā)展面臨的主要問題。因?yàn)橐话銦o人機(jī)由飛行載具、飛行控制臺(tái)、信息回收與處理控制臺(tái)組成，有時(shí)還包括輪式車載發(fā)射和回收平臺(tái)，為了將這些系統(tǒng)聯(lián)系起來完成任務(wù)，無人機(jī)系統(tǒng)需要有足夠的內(nèi)部空間與跨戰(zhàn)區(qū)通信能力，才能保證通信設(shè)備能將收集到的信息及時(shí)傳給地面指揮官或者其他用戶手中。隨著指揮官對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)情況的要求越來越多、越來越細(xì)，無人機(jī)所占用的通信帶寬也越來越多。因?yàn)闊o人機(jī)需要用帶寬來支持飛行控制系統(tǒng)完成空中飛行動(dòng)作，傳送眾多機(jī)載傳感器所收集到的數(shù)據(jù)以及與空中交管中心進(jìn)行聯(lián)系。在未來的信息化戰(zhàn)場(chǎng)中，無人機(jī)和其他武器系統(tǒng)所需要的帶寬都在增加，所以通信帶寬問題正在成為制約其發(fā)展的“瓶頸”。如果無人機(jī)帶寬問題無法得到解決，它的作戰(zhàn)效能將大打折扣。

編輯／曾振宇