從新設(shè)計理念看無人機(jī)發(fā)展趨勢

徐秉君

近年來，無人機(jī)特別是軍用無人機(jī)發(fā)展一再掀起熱潮。在今年世界各大國際航展上，新型無人機(jī)競相亮相。令人矚目的是美國重點(diǎn)加快多款無人機(jī)的試驗(yàn)，多次發(fā)射X-37B進(jìn)行秘密科目試驗(yàn)；完成了X-47B陸基起降和海上航母起降；X-51在經(jīng)歷多次失敗后終于試驗(yàn)成功。與此同時，歐洲隱形無人機(jī)亮相巴黎航展，俄羅斯啟動攻擊型無人機(jī)計劃，日本、韓國、印度也在加緊研制無人機(jī)……前不久洛·馬公司臭鼬工廠又推出了SR-72飛行器概念，預(yù)示未來無人戰(zhàn)機(jī)將進(jìn)入超聲速時代。

世界各國緣何競相研制無人機(jī)？除了無人機(jī)的性能優(yōu)勢、技術(shù)優(yōu)勢和成本優(yōu)勢外，主要還是著眼于本國的國家安全和戰(zhàn)略需求。毫無疑問，在全球戰(zhàn)略和本國安全利益的驅(qū)動下，無人機(jī)已成為世界各國瞄準(zhǔn)未來戰(zhàn)爭而進(jìn)行軍備競賽焦點(diǎn)。值得注意的是，新型無人機(jī)采用全新的設(shè)計理念，并引領(lǐng)軍用無人機(jī)的發(fā)展趨，其發(fā)展方向主要向以下幾個方面進(jìn)化：

高隱身性

飛機(jī)隱身不僅可以隱蔽遂行各種作戰(zhàn)任務(wù)，而且可以最大限度地增強(qiáng)自身的防護(hù)能力。因此，高隱身性是現(xiàn)代飛機(jī)設(shè)計的一個重要指標(biāo)。起初，隱身設(shè)計主要應(yīng)用在有人駕駛的作戰(zhàn)飛機(jī)上，但隨著無人機(jī)的大量應(yīng)用，為了提高無人機(jī)自身的生存能力和隱蔽攻擊的突然性，新型無人機(jī)也都采用隱身設(shè)計。

由于沒有駕駛艙，體型更小，加之各種隱形技術(shù)的運(yùn)用，無人機(jī)的隱身性是其他飛行器所不可比的。2011年2月美國最新亮相的X-47B無人機(jī)的隱身性能非常高，超過了F-117、B-2、F-22和研制中的F-35等飛機(jī)。這是美國軍方一直尋求的目標(biāo)。

但新的設(shè)計理念也將改變原有的隱身設(shè)計思路。以往的隱身設(shè)計主要是通過改進(jìn)飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)、采用復(fù)合材料、噴刷表面涂層等方式來達(dá)到隱身目的。但這類方法大都是以犧牲飛機(jī)的某些性能及載荷為代價的，這樣一來隱身飛機(jī)與常規(guī)戰(zhàn)機(jī)相比，其實(shí)際作戰(zhàn)能力大打折扣。另外，現(xiàn)有隱身飛機(jī)造價昂貴且飛機(jī)維護(hù)成本巨大，從而嚴(yán)重影響軍方的實(shí)際采購計劃。

與現(xiàn)有五代戰(zhàn)機(jī)的隱身設(shè)計理念完全不同，新的設(shè)計理念認(rèn)為，要通過提高速度來達(dá)到隱身目的。新近披露的SR-72高超聲速飛機(jī)，不僅使巡航速達(dá)到馬赫數(shù)6，而且正是采用新的設(shè)計理念，使飛機(jī)通過提高速度來實(shí)現(xiàn)隱身。因此，速度將成為一種新的隱身手段。這也就意味著，繼隱身技術(shù)后，飛行器的下一場革命將圍繞速度展開，而高超音速則無疑引領(lǐng)著無人機(jī)的發(fā)展趨勢。

高超聲速巡航

無論是現(xiàn)代戰(zhàn)機(jī)必須具備的快速反應(yīng)能力的需要，還是無人機(jī)應(yīng)具備的較強(qiáng)生存能力的需要，最大限度地提高飛行速度無疑是一個先決條件。因此，在六代戰(zhàn)機(jī)和新型無人機(jī)的設(shè)計時，都把提高飛行速度作為設(shè)計思考的一個重要問題。

從美國宇航局早先研制的X-43無人機(jī)就集中反映了這種趨勢。X-43無人機(jī)本身就是一種高超聲速飛行器，曾在在太平洋上空創(chuàng)造了接近10倍聲速的飛行紀(jì)錄。美國X-51A無人機(jī)先后進(jìn)行了4次試飛試驗(yàn)，刷新了試驗(yàn)數(shù)據(jù)，創(chuàng)造了370秒，飛行距離約425千米的飛行紀(jì)錄。盡管飛行時間很短，起飛后僅幾分鐘就墜海，飛行速度也沒有達(dá)到6倍聲速，但美國軍方仍然對此感到滿意，因?yàn)閄-51A并非第一種在大氣層內(nèi)達(dá)到高超音速的飛行器，但卻是保持時間最長的。X-51A身上具備的這種速度優(yōu)勢，讓美國人對打擊“時敏目標(biāo)”更有信心。

從SR-72飛機(jī)的概念來看，高超聲速無疑是它的絕對優(yōu)勢，它的速度是其前身SR-71的2倍，這樣一來，現(xiàn)有防空武器的速度都趕不上它，即便是發(fā)現(xiàn)了也無能為力。洛馬公司臭鼬工廠工程師利蘭德稱，SR-72可謂“無敵”。對此，他認(rèn)為：“SR-71飛到3倍聲速時，敵機(jī)還有時間反應(yīng)。但若是6倍聲速，對方根本來不及躲，SR-72無疑是等同于無人機(jī)。目前只有火箭動力試驗(yàn)機(jī)X-15才有6倍聲速的飛行力。”6馬赫數(shù)的驚人速度，讓目前世界各國的防控體系都無能為力，它完全可以在一小時內(nèi)到達(dá)全球任何地點(diǎn)執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)。所以，高超聲速是新型無人飛行器一種必然選擇。

高超機(jī)動性

所謂高超機(jī)動性主要是指飛機(jī)在高速飛行狀態(tài)下，機(jī)動動作的靈活性和敏捷性。也是指飛機(jī)在不改變飛行軌跡的情況下而改變機(jī)頭指向的能力，實(shí)際上也就是指飛行姿態(tài)的控制能力。高超機(jī)動不需要改變高速飛行飛機(jī)的軌跡和飛行狀態(tài)，就能實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的靈活機(jī)動。因此不受飛機(jī)的基本機(jī)動性能的限制，響應(yīng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過單純的機(jī)動飛行。

有人駕駛飛機(jī)由于受飛行員生理極限的限制，使飛機(jī)的機(jī)動性受到很大制約，因而也限制了其性能的發(fā)揮。無人機(jī)或無人飛行器，由于不必再考慮飛行員的生命保障系統(tǒng)，不僅可以騰出更多的空間用于加載機(jī)載設(shè)備和武器彈藥，而且還可以承載比有人飛機(jī)更大的飛行載荷，從而使其具有超出常規(guī)的高機(jī)動性。新型無人機(jī)除了具有高超機(jī)動能力外，還可以對付那些高機(jī)動性、突然出現(xiàn)的目標(biāo)，如無人機(jī)在必要時可通過“自我犧牲”來對付巡航導(dǎo)彈。它還能毫無顧忌地進(jìn)出核生化武器的沾染區(qū)執(zhí)行特殊任務(wù)，未來人們把“無風(fēng)險”作戰(zhàn)的任務(wù)寄希望于無人機(jī)。

新型無人機(jī)設(shè)計的重點(diǎn)主要體現(xiàn)在機(jī)體結(jié)構(gòu)和空氣動力方面。據(jù)有關(guān)資料顯示，SR-72飛機(jī)的前機(jī)體形狀設(shè)計為在高速狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣道預(yù)壓縮，但是沒有采用X-51A驗(yàn)證機(jī)的乘波構(gòu)型。它的設(shè)計特點(diǎn)是采用脊?fàn)顧C(jī)身，與大后掠三角翼融為一體，向后延伸到大約一半時形成了駝背式機(jī)身。脊?fàn)顦?gòu)型和三角翼均設(shè)計用于提供增加方向穩(wěn)定性以及在較高巡航速度下獲得更大的升力。同時在發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道的外側(cè)，機(jī)翼前緣突然彎折，然后延伸到梯形機(jī)翼，構(gòu)成了曲柄狀機(jī)翼前緣，由此形成了類似鋸齒的前緣角，可以提供渦升力，有助于實(shí)現(xiàn)低速飛行。從而使SR-72無人機(jī)不僅具有速度優(yōu)勢，而且具有高超機(jī)動能力。

采用雙發(fā)設(shè)計是SR-72另一優(yōu)勢，由于采用渦噴發(fā)動機(jī)與超燃沖壓發(fā)動機(jī)的組合循環(huán)推進(jìn)系統(tǒng)，可以使SR-72具有強(qiáng)勁動力，其巡航速度可達(dá)到馬赫數(shù)6，這也是當(dāng)今最先進(jìn)的一種推進(jìn)技術(shù)，盡管在研制過程中充滿各種困難，比如如何同時確保兩種發(fā)動機(jī)同時穩(wěn)定工作，尚有許多技術(shù)難題需要解決，但臭鼬工廠樂觀地宣稱，已經(jīng)在這一技術(shù)上取得了重大突破。

高防護(hù)能力

2011年12月4日，伊朗新聞媒體報道，一名伊朗軍方高官稱，伊朗軍隊在該國東部擊落了一架美軍無人偵察機(jī)。他還說，伊朗陸軍電子戰(zhàn)部隊成功擊落了一架越過伊朗與鄰國阿富汗邊境進(jìn)入伊朗領(lǐng)空的美軍RQ-170“哨兵”，并且繳獲的這架美軍偵察機(jī)受損程度很輕。當(dāng)時，這種像蝙蝠一樣的噴氣式隱身無人機(jī)還處于秘密狀態(tài)，外界知之甚少。面對被擊落的尷尬，美國空軍這才證實(shí)了RQ-170“哨兵”處于研制階段，并預(yù)期“向前線部署的作戰(zhàn)部隊提供偵察和監(jiān)視支援”。但美國官方否認(rèn)該機(jī)是被伊軍擊落或受到網(wǎng)絡(luò)攻擊而墜毀，而是由于機(jī)械故障失控所致?？墒聦?shí)卻是伊朗俘獲了這架輕微受損的RQ-170隱身無人機(jī)。據(jù)事后一位伊朗工程師透露，這是用電子對抗軟殺傷“打”下來的，他們干擾無人機(jī)的通信后，在無人機(jī)切換到GPS自動歸航時偽造GPS信號，把無人機(jī)騙了下來。

RQ-170被俘獲暴露了無人機(jī)防護(hù)存在明顯軟肋，對此美國立即采取措施加強(qiáng)無人機(jī)的防御能力。如今再想俘獲無人機(jī)恐怕是難上加難了，因?yàn)闊o論是美國、以色列這類無人機(jī)技術(shù)領(lǐng)先國家，還是歐盟、俄羅斯等這類無人機(jī)研制大國，在加緊研制各種新型無人機(jī)同時，都更加注重提高無人機(jī)的防御能力。特別是采用新的電磁防護(hù)技術(shù)和紅外對抗系統(tǒng)技術(shù)，使新型無人機(jī)既能免遭導(dǎo)彈攻擊，又能提高情報搜集能力，還能形成更高的自我防護(hù)能力。

高智能作戰(zhàn)

目前，所謂的無人機(jī)，只不過是飛機(jī)上無人，大多采用操作人員遙控的方式遂行作戰(zhàn)行動，實(shí)際上是有人甚至是多人在地面進(jìn)行遠(yuǎn)程和幕后操控，這樣不僅要無人機(jī)具有較高的智能程度，而且對操控手的控制技能的要求也很高。盡管無人作戰(zhàn)飛機(jī)具有更高的機(jī)動性和更靈活的作戰(zhàn)方式，在實(shí)戰(zhàn)中也取得不錯的戰(zhàn)果。但由于受技術(shù)和多種因素制約，目前裝備的無人機(jī)，對作戰(zhàn)態(tài)勢的自動分析處理、對飛行姿態(tài)的準(zhǔn)確自動控制、以及對敵我目標(biāo)的準(zhǔn)確判斷等，都還不能達(dá)到令人滿意的程度。從而導(dǎo)致誤傷率、損毀率、及使用成本都比較高。具有關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，在反恐戰(zhàn)爭中，美國遙控的無人機(jī)在巴基斯坦共造成3533人喪生，其中884人為平民。而巴基斯坦內(nèi)政部高官曾經(jīng)指出，美國無人機(jī)在巴基斯坦炸死的人當(dāng)中，80%都是無辜平民。為此，聯(lián)合國特別報告員海因斯建議聯(lián)合國機(jī)構(gòu)，呼吁各國凍結(jié)這類包括無人機(jī)在內(nèi)的“殺人機(jī)器人”。再就是無人機(jī)的損毀率較高，與有人駕駛飛機(jī)相比，無人機(jī)墜毀事故是有人駕駛飛機(jī)的4～5倍。另外，運(yùn)行無人機(jī)也比較昂貴。如運(yùn)行一架“影子-200”無人機(jī)需要32人，而運(yùn)行較小型的觀測直升機(jī)（如OH-58）至少需要3人左右。

這就要求新型無人必須要具備更高的智能化程度，以滿足復(fù)雜的作戰(zhàn)環(huán)境要求。因此，目前正在研制的新型無人機(jī)都把提高其智能化程度作為一項(xiàng)重要指標(biāo)。高智能化要求無人機(jī)不僅能夠按照指令或者預(yù)先編制的程序來完成預(yù)定的作戰(zhàn)任務(wù)，而且對已知的威脅目標(biāo)能做出及時和自主反應(yīng)，還能對隨時出現(xiàn)的突發(fā)事件做出及時反應(yīng)。因此，給無人機(jī)加裝更為先進(jìn)的“智慧腦”成為一種必然選擇。由于有了更加聰明的“智慧腦”，從而使無人機(jī)能夠具備較高程度的自動準(zhǔn)確判斷、自動分析處理、以及自動準(zhǔn)確控制能力。而無人機(jī)的高智能化，主要是體現(xiàn)在其自主性上。隨著高智能化程度的提高，未來戰(zhàn)場，或?qū)⒊霈F(xiàn)以無人戰(zhàn)斗機(jī)、無人轟炸機(jī)、無人電子戰(zhàn)飛機(jī)和無人預(yù)警機(jī)等構(gòu)成的無人作戰(zhàn)體系，這不僅顛覆人們對現(xiàn)有空戰(zhàn)模式的認(rèn)識，而且必然會引起未來作戰(zhàn)方式發(fā)生根本性改變。