美國軍用無人機(jī)步入黃金時(shí)代

寧浩

2017年11月16日，美國國會以壓倒性的優(yōu)勢通過了2018年7000億美元的國防支出法案。此次通過的金額比上個(gè)財(cái)年6190億美元的國防預(yù)算，增加了810個(gè)億，增長約13%。其中，用于無人機(jī)及系統(tǒng)的采購就達(dá)69.7億美元，相比2017年猛增21%。占比最大的型號是由美國通用原子集團(tuán)開發(fā)的 MQ-9 Reaper（“收割者”無人機(jī)），得到12.3億美元。

與5年前相比，美軍在無人機(jī)方面的支出比預(yù)計(jì)高出90%。這進(jìn)一步證明了無人機(jī)是當(dāng)今美國軍隊(duì)中的重要裝備。隨著無人機(jī)相關(guān)技術(shù)的不斷進(jìn)步，特別是自主無人機(jī)和無人機(jī)集群方面的技術(shù)投入，使得美軍在相關(guān)技術(shù)和戰(zhàn)術(shù)方面更具優(yōu)勢。

無人機(jī)載激光武器

2018年美國國防預(yù)算中與導(dǎo)彈防御相關(guān)的預(yù)算約103億美元，包括79億美元導(dǎo)彈防御局預(yù)算。該預(yù)算中包括多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)研究，其中一項(xiàng)是機(jī)載激光攔截和探測技術(shù)。該計(jì)劃將先進(jìn)傳感器集成到多光譜瞄準(zhǔn)系統(tǒng)和MQ-9“死神”無人機(jī)上，以解決精確跟蹤和識別問題，稱為低功率激光武器驗(yàn)證器（LPLD）。

導(dǎo)彈防御局一直在研制和演示驗(yàn)證可集成至“彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)”的定向能和激光技術(shù)。其中一個(gè)可能的概念就是利用無人機(jī)機(jī)載激光器遠(yuǎn)距離摧毀洲際彈道導(dǎo)彈。LPLD項(xiàng)目就是該工作的一部分。該項(xiàng)目有助于政府和工業(yè)部門的專家理解如何使用高空無人機(jī)激光器摧毀處于助推階段的彈道導(dǎo)彈，并最終完成這種固態(tài)高能激光器的研制。

美國導(dǎo)彈防御局在2016年提出LPLD項(xiàng)目。2017年6月13日，美國導(dǎo)彈防御局發(fā)布先進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新跨部門公告，向工業(yè)界尋求利用無人機(jī)攜帶激光器攔截洲際彈道導(dǎo)彈的技術(shù)方案，標(biāo)志著該項(xiàng)目正式進(jìn)入研發(fā)階段。公告要求高空長航時(shí)無人機(jī)平臺的飛行高度在2萬米以上，續(xù)航時(shí)間至少達(dá)到36小時(shí)，巡航速度達(dá)到馬赫數(shù)0.45，有效載荷最高達(dá)到5670千克。無人機(jī)同時(shí)能夠?yàn)榧す馄魈峁?40～280千瓦的電能，在不影響飛行性能的情況下，為激光器持續(xù)供電30分鐘以上。

2017年10月、11月和12月美國導(dǎo)彈防御局先后向洛-馬公司、通用原子公司和波音公司授出共三份合同，用于LPLD第一階段的工作。合同價(jià)值分別為940萬美元、880萬美元和1000萬美元，向?qū)崿F(xiàn)高空長航時(shí)無人機(jī)加裝高能激光武器邁出第一步。

三家公司在高能激光器方面都有一定的技術(shù)儲備。波音公司曾研制過用于對抗空中和地面目標(biāo)的車載“高能激光移動驗(yàn)證機(jī)”，以及安裝在改版波音747-400F客機(jī)上的“YAL-1機(jī)載激光器試驗(yàn)平臺”。這是一種兆瓦級的氧碘化學(xué)激光器。洛-馬公司正參與美國空軍“適用于下一代緊湊環(huán)境的激光器改進(jìn)”（LANCE）項(xiàng)目，是空軍的“自防護(hù)高能激光演示驗(yàn)證器”的一部分，旨在研制和評估一種對抗敵機(jī)、導(dǎo)彈和其他空中威脅的高能激光器，用一種緊湊的高能激光器，保護(hù)以聲速或超音速飛行的戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)免遭敵機(jī)和導(dǎo)彈的攻擊。通用原子公司則擅長先進(jìn)的電磁與電能生成技術(shù)，專門從事面向直流電、脈沖功率、高頻交流電和脈沖功率系統(tǒng)的高壓電容器業(yè)務(wù)，可為未來的軌道炮應(yīng)用和全電航母彈射裝置提供支持。根據(jù)之前的合同，通用原子公司已在其MQ-9“死神”無人機(jī)上利用雷聲公司研制的“多光譜瞄準(zhǔn)系統(tǒng)”-C型光電/紅外轉(zhuǎn)塔完成了精確追蹤演示驗(yàn)證。其長波紅外傳感器能夠幫助激光器追蹤巡航階段的無助推動力飛行器和彈道導(dǎo)彈。在激光技術(shù)日新月異的情況下，30千瓦級激光器已經(jīng)能被安裝在體積不大的MQ-9無人機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)。

在開發(fā)出能夠攔截助推段洲際彈道導(dǎo)彈的無人機(jī)之前，前期工作將率先解決激光器遠(yuǎn)程激光束的穩(wěn)定性以及使光束焦點(diǎn)對準(zhǔn)目標(biāo)的能力問題。LPLD雖然不會具備攔截助推段導(dǎo)彈的能力，但將為后續(xù)目標(biāo)更為遠(yuǎn)大的定向能項(xiàng)目奠定基礎(chǔ)。它用來了解運(yùn)用高空飛機(jī)進(jìn)行助推段攔截這一作戰(zhàn)概念，以及遠(yuǎn)距離完成激光束瞄準(zhǔn)并保持持續(xù)瞄準(zhǔn)的需求。

據(jù)美國媒體報(bào)道，2018年7月前，三家公司將分別建造原型無人機(jī)。如果第一階段取得成功，預(yù)計(jì)于2018年末進(jìn)入項(xiàng)目第二階段，即技術(shù)演示驗(yàn)證階段，主要是建造、集成及試驗(yàn)低功率激光器的光束控制與穩(wěn)定性，將以關(guān)鍵設(shè)計(jì)評審宣告結(jié)束。第三階段可能于2019年開始，如果一切進(jìn)展順利，可能于2023年結(jié)束。第三階段將開展一系列空中試驗(yàn)，旨在試驗(yàn)典型距離內(nèi)捕獲導(dǎo)彈及將激光光束穩(wěn)定瞄準(zhǔn)目標(biāo)的能力。導(dǎo)彈防御局官員預(yù)測，低功率激光器飛行試驗(yàn)將在2020年開展，光束穩(wěn)定試驗(yàn)將在2021年開展。

艦載無人加油機(jī)

2 0 1 8年的美國國防預(yù)算海軍RDT&E;研發(fā)預(yù)算中，MQ-25A無人機(jī)控制站和數(shù)據(jù)鏈在內(nèi)的升級改裝研發(fā)費(fèi)用上又得到了約2.22億美元的撥款，該條款編號為0605414N。這項(xiàng)撥款是在2017年新增的，當(dāng)時(shí)立項(xiàng)名稱為“航母艦載空中加油系統(tǒng)”，價(jià)值8900萬美元。整個(gè)項(xiàng)目的研發(fā)成本約 25億美元，每年的投入將從2017財(cái)年的8900萬美元增加到2022年的5.546億美元。MQ-25A計(jì)劃在2019年上艦，在2020年部署。如果該項(xiàng)目研制成功，這將是世界上第一款無人加油機(jī)。

2017年8月13日，據(jù)美國《航空周刊》報(bào)道，美國海軍提出MQ-25“黃貂魚”無人加油機(jī)計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)在航母上的無人機(jī)搭載，并向4個(gè)國防廠商征求原型機(jī)。四家公司參與競爭MQ-25研制生產(chǎn)合同的公司包括：波音、通用原子航空系統(tǒng)、洛-馬公司和諾格公司。2017年9月11日，美國海軍精簡了MQ-25無人加油機(jī)的參數(shù)。最終目的是打造一個(gè)僅需滿足艦載適配性和空中加油需求的精簡的“斯巴達(dá)式的”平臺。不過在2017年10月份，諾格公司宣布退出MQ-25。這樣競爭者只剩下另外三家公司。據(jù)一些分析家認(rèn)為，諾格公司的退出，是其認(rèn)為海軍的競標(biāo)要求更傾向于有機(jī)翼、機(jī)身、尾翼的常規(guī)布局，而不是諾格和洛-馬提出的飛翼方案。美國海軍計(jì)劃在2018年夏季選一家企業(yè)繼續(xù)研制。此后，海軍計(jì)劃購首先購買4架進(jìn)行評估，以決定是否執(zhí)行共計(jì)72架的采購計(jì)劃。

MQ-25主要作為加油機(jī)，也可執(zhí)行情報(bào)、偵察和監(jiān)視任務(wù)，并在“卡爾·文森”號航母上設(shè)立了無人機(jī)控制中心。

波音公司在2017年12月19日就發(fā)布了MQ-25的原型機(jī)，其可以為F/ A-18“超級大黃蜂”戰(zhàn)斗機(jī)、EA-18G“咆哮者”電子攻擊機(jī)以及最新型的F-35C戰(zhàn)斗機(jī)提供空中加油服務(wù)。它可以攜帶15000磅（6.8噸）的燃料飛行500英里（804千米），所提供的燃料使“超級大黃蜂”戰(zhàn)斗機(jī)有效作戰(zhàn)半徑從724千米增加到1126千米以上。根據(jù)此前波音公司的聲明，將會從2018年底開始在圣路易斯的波音場地內(nèi)對這款無人機(jī)進(jìn)行動力滑行測試，隨后將開始進(jìn)行甲板適應(yīng)性測試。期間，波音公司將會把飛機(jī)運(yùn)到航母模擬甲板設(shè)施上，地面操作人員將嘗試?yán)眠b控系統(tǒng)控制飛機(jī)進(jìn)行甲板作業(yè)，并測試該機(jī)與航母彈射器之間的兼容性。不過，在測試期間，該型飛機(jī)還是不會升空，波音也尚未透露具體的首飛時(shí)間。

MQ-25將繼承“航母發(fā)射無人偵察和攻擊飛行器”——也就是X-47B——一些最重要的技術(shù)，尤其是基于無線電和衛(wèi)星的控制系統(tǒng)。但MQ-25最初不會像X-47B一樣攜帶武器或先進(jìn)的傳感器，也不具備很強(qiáng)的隱形能力。

美軍航母搭載無人加油機(jī)可改善其艦載機(jī)聯(lián)隊(duì)缺乏加油機(jī)的現(xiàn)狀，大幅提升艦載機(jī)的作戰(zhàn)效能、生存力和使用靈活性。同時(shí)也表明，美國海軍在艦載無人機(jī)的發(fā)展路線上發(fā)生了變化。無人加油機(jī)首先不要求隱身，其次氣動布局設(shè)計(jì)不要求高速機(jī)動性，最后也不用裝備先進(jìn)的傳感器。這些因素都大大降低了研發(fā)的技術(shù)難度。航母空間有限，放不下大型加油機(jī)，以往航母都是采用伙伴加油的方式為戰(zhàn)機(jī)空中加油，即同類型戰(zhàn)機(jī)間的空中加油，但這會占用不少艦載機(jī)。如果能研制出無人加油機(jī)，將節(jié)省大量的艦載機(jī)。此外，無人加油機(jī)由于省去了很多有人戰(zhàn)機(jī)必備設(shè)備，比如生命保障系統(tǒng)、座艙等，在起飛重量相同的情況下，其載油量比伙伴加油的方式要大，續(xù)航時(shí)間更長，而且造價(jià)也會降低不少。最后，由于艦載無人機(jī)前期的研制和驗(yàn)證工作卓有成效，很多技術(shù)都已經(jīng)成熟。在此基礎(chǔ)上研制無人加油機(jī)，其周期將會很短。

無人機(jī)集群

隨著芯片研發(fā)、材料制造、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的不斷進(jìn)步，無人機(jī)逐步向智能化、集群化方向發(fā)展。在軍事領(lǐng)域，無人機(jī)集群具有抗毀重構(gòu)性強(qiáng)、分布協(xié)同性高、軍事經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)勢，可對敵方實(shí)施廣域分布式多點(diǎn)多向突擊，快速達(dá)成作戰(zhàn)目的，極大提升作戰(zhàn)效能。

無人機(jī)集群可以從多個(gè)方向?qū)Σ煌鲬?zhàn)目標(biāo)實(shí)施全方位、立體式飽和攻擊，對敵方作戰(zhàn)體系和要害部位進(jìn)行高精度重點(diǎn)打擊，使敵方應(yīng)對能力迅速達(dá)到飽和，防御難度大大增加。通過自主集群控制系統(tǒng)和動態(tài)無中心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，無人機(jī)集群可以自主安排作戰(zhàn)計(jì)劃，進(jìn)行作戰(zhàn)任務(wù)分配，決定使用攻擊彈藥類型，對作戰(zhàn)目標(biāo)發(fā)起聯(lián)合打擊，實(shí)現(xiàn)任務(wù)能力的擴(kuò)展及整體作戰(zhàn)效能的提升。美軍一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)曾經(jīng)對無人機(jī)集群攻擊“宙斯盾”驅(qū)逐艦進(jìn)行了仿真試驗(yàn)。結(jié)果表明，由8架無人機(jī)組成的集群以250千米/小時(shí)的速度進(jìn)行攻擊時(shí)，平均有2.8架無人機(jī)能夠突破防御對艦艇發(fā)動攻擊。有1架無人機(jī)能夠突破防御。如果將無人機(jī)增加至80架甚至更多，再強(qiáng)大的攔截網(wǎng)也難以招架。

根據(jù)2018國防預(yù)算文件，美國防部計(jì)劃在2018財(cái)年為科學(xué)技術(shù)投入132億美元，其中就包括為戰(zhàn)略能力辦公室的“灰山鶉”和海軍的“低成本無人機(jī)系統(tǒng)蜂群技術(shù)”等低成本無人系統(tǒng)投資。

◎低成本無人機(jī)集群技術(shù)項(xiàng)目

低成本無人機(jī)集群技術(shù)（Low- cost UAV Swarming Technology，以下簡稱LOCUST）是美國海軍未來三十年內(nèi)計(jì)劃打造的無人自主系統(tǒng)環(huán)境中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。2015年4月16日，美國海軍研究辦公室公布了LOCUST項(xiàng)目，聚焦于通過發(fā)射管將大量可進(jìn)行數(shù)據(jù)共享、自主協(xié)同的無人機(jī)快速連續(xù)、發(fā)射至空中的技術(shù)。這類發(fā)射裝置及無人機(jī)體積較小，可方便整合到艦船、裝甲車輛、飛機(jī)等平臺之上。它們有目的性地集群飛行、協(xié)同配合，對敵方目標(biāo)執(zhí)行偵察、打擊任務(wù)，從作戰(zhàn)使用角度看，具有明顯優(yōu)勢。

美國海軍研究辦公室于2015年3月在多個(gè)地點(diǎn)完成演示驗(yàn)證工作，其中包括發(fā)射可攜帶不同任務(wù)載荷的“郊狼”無人機(jī)，并完成了9架無人機(jī)完全自主同步和編隊(duì)飛行的技術(shù)驗(yàn)證。2016年4月成功完成30架“郊狼”的連續(xù)發(fā)射及編隊(duì)飛行試驗(yàn)。“郊狼”是在海軍研究辦公室資助下由先進(jìn)陶瓷研究公司（后被BAE收購）研制，長僅1米左右，重不到7千克。該型無人機(jī)采用發(fā)射管發(fā)射，可在不依賴GPS的環(huán)境下，基于光電/紅外傳感器及慣導(dǎo)裝置進(jìn)行導(dǎo)航。該無人機(jī)現(xiàn)階段配裝美國國家海洋和大氣管理局的P-3“獵戶座”飛機(jī)上開展颶風(fēng)的監(jiān)測工作。另外，雷聲公司也在C-130“大力神”運(yùn)輸機(jī)上測試“郊狼”無人機(jī)的發(fā)射，后續(xù)還打算在P-8“波塞冬”海上巡邏機(jī)、V-22“魚鷹”以及“捕食者”無人機(jī)上進(jìn)行“郊狼”的發(fā)射試驗(yàn)。

◎灰山鶉項(xiàng)目

“灰山鶉”用于項(xiàng)目驗(yàn)證戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)射可執(zhí)行情報(bào)、監(jiān)視、偵察任務(wù)的自主無人機(jī)蜂群能力。

“灰山鶉”無人機(jī)由SCO公司與美國麻省理工學(xué)院的林肯實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合發(fā)展，是一種一次性的無人機(jī)，可從戰(zhàn)斗機(jī)的干擾彈發(fā)射裝置投放，飛往低空并攝像。“灰山鶉”由凱芙拉合成纖維和碳纖維通過3D打印技術(shù)制造。機(jī)身主體長16.5厘米，翼展30厘米，全重290克，續(xù)航時(shí)間大于20分鐘，時(shí)速74-111千米/小時(shí)，由鋰離子聚合物電池供電?！盎疑靳嚒庇星昂髢筛睓C(jī)翼，而且上下高度錯(cuò)開。在被發(fā)射出去之前，該無人機(jī)的前部和后部機(jī)翼都折疊起來以裝入干擾彈發(fā)射筒；飛行時(shí)依靠尾部一個(gè)螺旋槳推進(jìn)。飛行過程中具備數(shù)據(jù)通信能力。該無人機(jī)還可由地面發(fā)射裝置發(fā)射或通過地面人員投擲發(fā)射，未來將采用大量、不可回收部署方式。

“灰山鶉”無人機(jī)于2011年研制。2012年，美國防部戰(zhàn)略能力辦公室成立后，采納了該型無人機(jī)，并為其配套開發(fā)了由戰(zhàn)機(jī)進(jìn)行空中投放的技術(shù)，并于2014年開始進(jìn)行試驗(yàn)。2015年6月在北方利刃軍演中，該無人機(jī)進(jìn)行了150次試驗(yàn)，其中包括72次由F-16戰(zhàn)機(jī)通過曳光彈投放器投放試驗(yàn)。2016年10月美軍在加州的“中國湖靶場”上空進(jìn)行了無人機(jī)拋撒實(shí)驗(yàn)，三架海軍F/A-18F“超級大黃蜂”戰(zhàn)斗機(jī)成功拋灑出103架“灰山鶉”微型無人機(jī)。無人機(jī)在脫離發(fā)射箱后的短時(shí)間內(nèi)能相互發(fā)現(xiàn)隊(duì)友并組成集群隊(duì)形，展示了美軍的集群自組網(wǎng)技術(shù)達(dá)到了實(shí)用性階段。

傳統(tǒng)上，美國空軍戰(zhàn)機(jī)用“微型空射誘餌彈”（以下簡稱MALD）對敵方防空系統(tǒng)進(jìn)行干擾欺騙。而無人機(jī)蜂群與MALD的不同之處在于：首先，單架F-16戰(zhàn)機(jī)僅能搭載數(shù)枚MALD，而在加裝標(biāo)準(zhǔn)ALE-47曳光彈投放器后，可搭載達(dá)30架“灰山鶉”及其配套載具；其次，3D打印的“灰山鶉”價(jià)格較MALD低廉，具備明顯的經(jīng)濟(jì)可承受性；由于其數(shù)量龐大，可使敵方跟蹤能力達(dá)到飽和，并增加敵防空系統(tǒng)識別難度。

當(dāng)進(jìn)入敵方戰(zhàn)區(qū)時(shí)，可以大量發(fā)射這種載有電子發(fā)射機(jī)的“灰山鶉”，形成干擾云，致盲敵方雷達(dá)。而如果遇到導(dǎo)彈襲擊，“灰山鶉”也可以作為雷達(dá)誘餌發(fā)射出去，將敵方導(dǎo)彈引向他處，保證戰(zhàn)機(jī)的安全。

除了電子干擾外，“灰山鶉”還帶有高質(zhì)量攝像頭，可以成群地在目標(biāo)區(qū)域上空活動，以追捕恐怖分子。而其微小的體型，使其不可能成為防空導(dǎo)彈打擊的目標(biāo)，而其飛行高度和快速飛行能力，也可以避開一般的高射機(jī)槍、狙擊步槍的打擊。而如果“灰山鶉”任務(wù)艙中換裝微型戰(zhàn)斗部，則可以變身成為一種小型巡飛彈，打擊人員和輕型車輛等恐怖分子目標(biāo)。而一旦一次投放上百架微型無人機(jī)，將對覆蓋區(qū)域內(nèi)的無防護(hù)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)全面打擊。

目前該機(jī)已經(jīng)獲得美軍訂單，將于2018年投入使用，部署到敏感地區(qū)執(zhí)行巡邏任務(wù)。美軍的最終目標(biāo)是1000架“灰山鶉”組成集群。

無人機(jī)技術(shù)進(jìn)入黃金時(shí)代

在過去20年時(shí)間里，隨著通信技術(shù)的擴(kuò)張，再加上電子元器件持續(xù)微型化，迎來如今的“無人機(jī)技術(shù)黃金時(shí)代”。合成孔徑雷達(dá)、日益增強(qiáng)的微處理器、更快的數(shù)據(jù)鏈路速率、雷達(dá)波吸收隱形材料、高帶寬通信的運(yùn)用以及衛(wèi)星通信等尖端技術(shù)不斷集成到無人機(jī)平臺上，使得無人機(jī)成為全球軍隊(duì)的重要裝備，其應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大。

美國目前控制全球35%的無人機(jī)市場，也是全球最大的無人機(jī)市場?；裟犴f爾、航空環(huán)境、波音、雷聲、洛-馬公司和通用原子等美國公司在技術(shù)上名列前茅。美國在伊拉克、阿富汗、巴基斯坦等國持續(xù)性反恐戰(zhàn)爭中部署了數(shù)千臺無人機(jī)，用于執(zhí)行從情報(bào)、監(jiān)視、偵察到致命打擊等多種任務(wù)。這極大地促成了巨大的無人機(jī)技術(shù)創(chuàng)新浪潮，帶來了隱形、高空偵察無人機(jī)、無人機(jī)集群、自主無人機(jī)技術(shù)方面的許多新進(jìn)步。

從美軍2018年國防預(yù)算可以看出，無人機(jī)及其系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展將繼續(xù)是軍事技術(shù)發(fā)展的重中之重。