艦載無人機(jī)彈射戰(zhàn)位及指揮系統(tǒng)設(shè)計(jì)?

唐克兵 李 彤 徐伊達(dá) 何世偉

1 引言

歷經(jīng)幾次局部戰(zhàn)爭的檢驗(yàn)，無人機(jī)憑借其風(fēng)險(xiǎn)小、成本低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)得到各國軍隊(duì)的廣泛認(rèn)可［1～3］。20世紀(jì)80年代末，美國海軍率先將無人機(jī)搬上“依阿華”級戰(zhàn)列艦，主要用于偵察、目標(biāo)指示和校正彈道；1991年海灣戰(zhàn)爭中，威斯康星號(hào)和密蘇里號(hào)戰(zhàn)列艦借助無人機(jī)的杰出性能，給伊軍以沉重的打擊［4］。此后，艦載無人機(jī)向全世界展示了用于海戰(zhàn)的廣闊前景，各海軍強(qiáng)國紛紛出臺(tái)了系列關(guān)于研制、開發(fā)艦載無人機(jī)的計(jì)劃，艦載無人機(jī)走上了蓬勃發(fā)展的新階段。

當(dāng)前，艦載無人機(jī)正朝著智能化、高性能、多功能的方向發(fā)展，其定位已從過去的執(zhí)行偵察監(jiān)視、通信中繼和毀傷評估等任務(wù)的作戰(zhàn)支援裝備，升級為未來能夠?qū)！㈥?、空重要目?biāo)實(shí)施精確打擊的主戰(zhàn)裝備之一。特別是，美國X-47B無人機(jī)于2013年成功實(shí)現(xiàn)艦上彈射起飛，注定成為無人機(jī)系統(tǒng)發(fā)展過程的重大里程碑，將對未來的軍事作戰(zhàn)方式產(chǎn)生深遠(yuǎn)的乃至革命性的影響。

常規(guī)陸基飛機(jī)通常借助長達(dá)2km的跑道加速到產(chǎn)生足夠大的升力后，飛機(jī)離開地面起飛。區(qū)別于常規(guī)陸基飛機(jī)，固定翼艦載飛機(jī)受制于航母飛行甲板長度，必須在100m～200m起飛距離內(nèi)完成起飛。但是，單靠發(fā)動(dòng)機(jī)的推力很難在如此短距離內(nèi)加速到起飛速度。因此，艦載飛機(jī)要么通過快速建立起飛迎角—滑躍起飛，要么獲得外界施加的額外輔助推力—彈射起飛，才能獲得足夠的起飛升力。

相比于滑躍起飛，彈射起飛方式具有起飛能力強(qiáng)、效率高等特點(diǎn)，增強(qiáng)了艦載飛機(jī)的作戰(zhàn)能力，受到各海軍發(fā)達(dá)國家的高度重視。目前，世界范圍內(nèi)運(yùn)用最廣泛、使用時(shí)間最長的彈射方式是蒸汽彈射［5］。全世界范圍內(nèi)，也只有美國完全掌握蒸汽彈射技術(shù)，其所有“尼米茲”級航母上配備的均是蒸汽彈射器，并且已實(shí)戰(zhàn)使用了50年，功能、性能都得到了全面檢驗(yàn)。近年來，隨著彈射技術(shù)的發(fā)展，電磁式彈射器［6～12］作為一種新型彈射裝置已經(jīng)裝備到美國海軍。電磁彈射裝置系統(tǒng)更簡潔、重量更輕、彈射效率更高，彈射系統(tǒng)所占的空間將大為縮減，所留出的空間將有利于航母裝備更多作戰(zhàn)飛機(jī)。因此，彈射裝置與艦載無人機(jī)結(jié)合，可以縮短起飛滑跑距離，提高艦載無人機(jī)作戰(zhàn)出勤率和作戰(zhàn)能力，具有十分重要的戰(zhàn)略意義。

固定翼艦載無人機(jī)要實(shí)現(xiàn)艦上彈射起飛，必須結(jié)合其“機(jī)上無人”和彈射裝置自身特點(diǎn)，開展相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)研究。其中，彈射作業(yè)流程是實(shí)現(xiàn)艦載無人機(jī)彈射起飛的關(guān)鍵，合理的戰(zhàn)位和指揮系統(tǒng)的設(shè)置是保證艦載無人機(jī)彈射作業(yè)流程安全、有序、順暢工作的前提。目前，國內(nèi)外相關(guān)院所和學(xué)校針對固定翼艦載無人機(jī)、彈射裝置等設(shè)計(jì)技術(shù)的研究報(bào)道較多，但固定翼艦載無人機(jī)彈射作業(yè)流程相關(guān)的研究卻鮮有報(bào)道。

本文結(jié)合艦載無人機(jī)與彈射裝置的特點(diǎn)，對無人機(jī)彈射作業(yè)戰(zhàn)位設(shè)置、指揮關(guān)系、作業(yè)期間各個(gè)戰(zhàn)位之間信息交流方式，進(jìn)行初步探索與設(shè)計(jì)。

2 彈射戰(zhàn)位及指揮體系設(shè)計(jì)

2.1 艦面布置

航母的飛行甲板主要是供艦載機(jī)停放和艦載起降滑跑使用，其艦面按彈射功能可分為艦島、準(zhǔn)備區(qū)、機(jī)務(wù)保障區(qū)、勤務(wù)保障區(qū)、彈射區(qū)等部分，詳見圖1。

圖1 航母甲板總體布置

航母甲板上空間資源非常有限，現(xiàn)代航母把航母飛行指揮中心、航海室、雷達(dá)和通信天線等集中在飛行甲板右舷的艦島上。另外，彈射起飛跑道與著艦阻攔沖跑跑道會(huì)與其他艦載裝置爭奪空間，必須合理規(guī)劃每個(gè)戰(zhàn)位、周密安排艦載無人機(jī)的活動(dòng)，避免對艦載無人機(jī)或周圍的其他飛機(jī)造成危險(xiǎn)。

2.2 艦載無人機(jī)彈射戰(zhàn)位布置

針對艦載無人機(jī)特點(diǎn)，在艦島設(shè)置艦面站，主要負(fù)責(zé)無人機(jī)飛行控制、任務(wù)規(guī)劃以及數(shù)據(jù)加載等工作。在彈射過程中，各個(gè)戰(zhàn)位相互配合完成艦載無人機(jī)彈射起飛工作。

2.2.1 飛行指揮中心

飛行指揮中心位于艦島，是無人機(jī)彈射作業(yè)的頂層組織，負(fù)責(zé)監(jiān)視、督促其他各個(gè)戰(zhàn)位按照計(jì)劃開展保障作業(yè)。同時(shí)，與航母航管中心、航海室等其他系統(tǒng)指揮戰(zhàn)位協(xié)同完成艦載無人機(jī)彈射起飛工作。按照飛行組織指揮相關(guān)規(guī)定，艦載無人機(jī)彈射飛行作業(yè)由飛行指揮中心的飛行指揮員統(tǒng)一組織實(shí)施。

同時(shí)，在飛行指揮中心設(shè)置飛行協(xié)調(diào)員，負(fù)責(zé)與氣象、航管、場務(wù)等值班員協(xié)調(diào)飛行保障相關(guān)事項(xiàng)，并及時(shí)向飛行指揮員匯報(bào)，以便指揮員修改、制定、執(zhí)行相應(yīng)計(jì)劃。

2.2.2 艦面站

根據(jù)無人機(jī)飛行員與無人機(jī)分離的特點(diǎn)，由無人機(jī)相關(guān)操作人員位于艦面站中完成無人機(jī)彈射起飛操作及控制工作。其中，艦面站人員戰(zhàn)位設(shè)置：

1）無人機(jī)指揮員：負(fù)責(zé)指揮艦載無人機(jī)彈射起飛等工作，同時(shí)對彈射起飛及飛行過程實(shí)時(shí)觀察，當(dāng)出現(xiàn)緊急狀況時(shí)發(fā)出應(yīng)急處置指令；

2）無人機(jī)飛行員：負(fù)責(zé)操控艦載無人機(jī)、完成飛行任務(wù)等工作；

3）數(shù)據(jù)鏈路操作員：負(fù)責(zé)加載艦載無人機(jī)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)監(jiān)管數(shù)據(jù)鏈路等工作。

2.2.3 彈射中心

彈射中心設(shè)置在甲板彈射區(qū)軌道旁，主要負(fù)責(zé)檢查彈射裝置、完成彈射準(zhǔn)備、張緊、發(fā)射等工作。彈射中心內(nèi)人員站位設(shè)置：

1）彈射值班員：負(fù)責(zé)組織彈射裝置保障員配合艦載無人機(jī)完成彈射試驗(yàn)；

2）指揮席操作員：根據(jù)彈射值班員指示負(fù)責(zé)完成張緊、發(fā)射等操作；與飛行指揮員核對當(dāng)天試驗(yàn)計(jì)劃裝訂的彈射參數(shù)等工作；

3）監(jiān)控席操作員：負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)匯報(bào)彈射裝置的情況、完成彈射裝置回收等工作。

2.2.4 機(jī)務(wù)保障組

機(jī)務(wù)保障是為確保艦載無人機(jī)的完好性而進(jìn)行的一系列保障活動(dòng)，包括艦載無人機(jī)的轉(zhuǎn)運(yùn)、系留、通電、充氣、加油、冷卻、武器加掛等。因此，在甲板上設(shè)置機(jī)務(wù)保障組，主要人員站位設(shè)置如下。

1）起飛助理：按照彈射作業(yè)流程指揮機(jī)務(wù)完成艦載無人機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)、日常維護(hù)、彈射區(qū)準(zhǔn)備等工作；在彈射過程中，迅速、高效地處置突發(fā)情況；

2）機(jī)務(wù)保障員：依據(jù)起飛助理指令和機(jī)務(wù)保障計(jì)劃完成艦載無人機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)、維護(hù)以及彈射起飛前的機(jī)務(wù)工作；

3）無人機(jī)甲板操作員：采用現(xiàn)場操控設(shè)備（如地面引導(dǎo)設(shè)備等）進(jìn)行無人機(jī)甲板滑行作業(yè)、彈射前艦機(jī)適配作業(yè)等，使艦載無人機(jī)進(jìn)入甲板彈射區(qū)，達(dá)到彈射作業(yè)狀態(tài)；當(dāng)艦載無人機(jī)實(shí)現(xiàn)自主作業(yè)時(shí)，可以省去該戰(zhàn)位；

4）裝置保障員：負(fù)責(zé)檢查并清除彈射軌道區(qū)域障礙物、核實(shí)并反饋艦載無人機(jī)與彈射裝置的結(jié)合、緩沖、張緊等適配情況；出現(xiàn)突發(fā)情況時(shí)，配合彈射中心完成彈射軌道復(fù)位等工作。

2.2.5 勤務(wù)保障組

艦載無人機(jī)彈射起飛期間航母甲板設(shè)置勤務(wù)保障組，按照勤務(wù)保障計(jì)劃，組織開展各項(xiàng)保障活動(dòng)，主要人員站位有：

1）勤務(wù)值班員：組織勤務(wù)保障員配合機(jī)務(wù)保障組完成艦載無人機(jī)飛行前的各項(xiàng)勤務(wù)工作；

2）勤務(wù)保障員：負(fù)責(zé)檢查艦上保障能力，提供航母甲板彈射區(qū)安全警戒、艦面供給，如：油水氣電、搶險(xiǎn)救生、醫(yī)療救護(hù)等常規(guī)飛行保障。

2.3 無人機(jī)彈射作業(yè)口令及手勢

美軍在航母長期出海和戰(zhàn)斗執(zhí)勤過程中，形成了一系列航母類戰(zhàn)艦特有的海軍文化和行為方式，主要適用于在甲板上負(fù)責(zé)艦載無人機(jī)起降服務(wù)及戰(zhàn)斗維護(hù)的艦載航空兵服務(wù)保障人員。在艦載無人機(jī)彈射起飛作業(yè)過程中，可以借鑒美軍的經(jīng)驗(yàn)及已經(jīng)成熟的艦上手勢信號(hào)，結(jié)合無人機(jī)彈射起飛的特點(diǎn)，進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)和優(yōu)化，形成一套無人機(jī)彈射作業(yè)口令及手勢。通過穿戴不同顏色的馬甲、頭盔來區(qū)別甲板人員分工，比如：

藍(lán)色工作服是負(fù)責(zé)艦載無人機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)、準(zhǔn)備區(qū)工作的機(jī)務(wù)、勤務(wù)保障員；

黃色工作服、黃色頭盔是引導(dǎo)艦載無人機(jī)在甲板上移動(dòng)的起飛指示員；

綠色工作服、綠色頭盔是將艦載無人機(jī)前起落架與彈射器往復(fù)車緊密相連的彈射器操作員；

黃色工作服、綠色頭盔是通過手勢發(fā)出起飛信號(hào)的艦載無人機(jī)彈射員；

紅色工作服、紅色頭盔通常是承擔(dān)極具危險(xiǎn)性工作的勤務(wù)員，包括消防員、爆炸物處理員等。

針對航母復(fù)雜環(huán)境，各戰(zhàn)位交互的口令應(yīng)簡潔、清晰。典型的口令見表1。

表1 艦載無人機(jī)彈射作業(yè)典型口令

在未聽清指令的情況下，應(yīng)該再次詢問、確認(rèn)。同時(shí)，考慮到艦載無人機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后聲音較大，影響語音通訊質(zhì)量，探究了一套簡易的手勢來表達(dá)指令，在減輕管理和指揮工作壓力的同時(shí)，能夠保證信息、指令交流順暢。

初步規(guī)范了艦載無人機(jī)彈射起飛過程中各戰(zhàn)位的手勢，典型指揮引導(dǎo)手勢如下所示。

1）引導(dǎo)手勢

圖2 引導(dǎo)手勢示意圖

2）前進(jìn)手勢

圖3 前進(jìn)手勢示意圖

無人地面引導(dǎo)設(shè)備使艦載無人機(jī)滑入彈射區(qū)，準(zhǔn)備與彈射裝置適配。

3）確認(rèn)張緊手勢

圖4 確認(rèn)張緊手勢示意圖

甲板上起飛助理看到彈射器操作員張緊手勢后，指揮彈射區(qū)人員撤離至安全區(qū)域。隨后，彈射中心的彈射值班員完成最后準(zhǔn)備、彈射等工作。

4）起飛手勢

圖5 起飛示意圖

相比站立姿勢，蹲立起飛姿勢更加有助于艦載無人機(jī)彈射員觀察機(jī)身下方與航母甲板之間的情況，視野會(huì)更加開闊。

通過本套手勢，不僅可以解決在復(fù)雜、嘈雜的戰(zhàn)斗環(huán)境下無人機(jī)信息有效傳遞的難題，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)戰(zhàn)斗指令的清晰交互，還保障無人機(jī)彈射起飛的有序進(jìn)行和對現(xiàn)場突發(fā)情況的快速處置。

2.4 無人機(jī)彈射指揮體系

結(jié)合艦載無人機(jī)彈射的艦面總體布置，可以形成以飛行指揮中心為核心的無人機(jī)彈射指揮體系，并通過規(guī)定指揮、保障的戰(zhàn)位及職責(zé)，并配合相應(yīng)的口令，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)艦載無人機(jī)彈射起飛的統(tǒng)一指揮；同時(shí)，起飛助理作為無人機(jī)彈射起飛甲板指揮和聯(lián)絡(luò)主要站位，由機(jī)務(wù)、勤務(wù)保障配合其完成彈射相關(guān)準(zhǔn)備工作，不僅可以實(shí)現(xiàn)彈射起飛甲板的指揮控制和特情處置，還可以保證無人機(jī)彈射起飛現(xiàn)場控制和飛行控制的無縫連接。

通過手勢、交互口令保障無人機(jī)-飛行指揮中心-艦面站-彈射中心-機(jī)務(wù)保障組-勤務(wù)保障組之間信息交流順暢，具體關(guān)系如圖6所示。其中：

1）實(shí)線表示飛行指揮中心向各個(gè)戰(zhàn)位傳達(dá)指令；

2）虛線代表各個(gè)戰(zhàn)位對飛行指揮中心的信息反饋；

3）點(diǎn)劃線則表示不同戰(zhàn)位之間的信息交互。

圖6 無人機(jī)彈射起飛指揮系統(tǒng)

3 結(jié)語

在深入研究艦載無人機(jī)作戰(zhàn)的彈射流程后，本文針對性設(shè)計(jì)了彈射戰(zhàn)位布置，研究了作業(yè)手勢及口令以及指揮系統(tǒng)，提出了一套簡潔、規(guī)范的無人機(jī)彈射戰(zhàn)位與指揮體系，在解決多個(gè)戰(zhàn)位并行工作難題的同時(shí)，達(dá)到按作業(yè)流程安全、有序、高效實(shí)現(xiàn)艦載無人機(jī)彈射起飛的目的。

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