察打一體無(wú)人直升機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)

蔣太宇/中國(guó)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所

在現(xiàn)代信息化戰(zhàn)爭(zhēng)中，察打一體無(wú)人直升機(jī)可以適應(yīng)瞬息變化戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，捕捉縱即逝的戰(zhàn)機(jī)，大大提高了作戰(zhàn)效率。本文介紹國(guó)內(nèi)外察打無(wú)人直升機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)察打一體無(wú)人直升機(jī)的機(jī)彈相容、自主飛行控制、武器發(fā)射綜合控制和低延時(shí)高速率加密數(shù)據(jù)鏈等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究和分析，給出了研究方向和研究思路，并對(duì)未來(lái)察打無(wú)人直升機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

近年來(lái)，隨著局部戰(zhàn)爭(zhēng)與反恐戰(zhàn)爭(zhēng)的發(fā)展，要求執(zhí)行在各種山區(qū)、邊防以及城市郊區(qū)等復(fù)雜環(huán)境中以較低成本、精確打擊多點(diǎn)較分散目標(biāo)的任務(wù)日益迫切。無(wú)人直升機(jī)在配備了武器以后，同時(shí)具備偵察和打擊的能力，實(shí)現(xiàn)了察打一體化，可以及時(shí)打擊一些稍縱即逝的機(jī)動(dòng)目標(biāo)和即時(shí)發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)，無(wú)須等待其他武器平臺(tái)的支援，大大提高了偵察信息的時(shí)效性和攻擊的準(zhǔn)確性。目前，世界各國(guó)裝備的攻擊型無(wú)人機(jī)大多為固定翼無(wú)人機(jī)，但對(duì)于反恐和局部戰(zhàn)爭(zhēng)戰(zhàn)術(shù)打擊作戰(zhàn)任務(wù)中，察打一體無(wú)人直升機(jī)具有可垂直起降、使用靈活、可低空飛行、定點(diǎn)懸停精確偵察打擊等優(yōu)勢(shì)，可伴隨地面部隊(duì)實(shí)現(xiàn)縱深作戰(zhàn)，彌補(bǔ)低空戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)任務(wù)需求，更適合于城市郊區(qū)或山區(qū)作戰(zhàn)，是執(zhí)行定點(diǎn)清除任務(wù)的理想選擇。

察打無(wú)人直升機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)外研究現(xiàn)狀

世界上無(wú)人直升機(jī)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用相對(duì)于固定翼要晚，且研制技術(shù)難度大，且應(yīng)用于軍事領(lǐng)域的察打無(wú)人直升機(jī)相對(duì)較少。以下為幾種國(guó)外典型的察打一體無(wú)人直升機(jī)。

“火力偵察兵”系列無(wú)人直升機(jī)

RQ-8A是諾斯羅普·格魯門公司針對(duì)美國(guó)海軍需求由“施韋策”333有人直升機(jī)改裝而來(lái)。2000年RQ-8A樣機(jī)首飛成功，2005年7月，在美國(guó)亞里桑那州“尤馬”(Yuma)試驗(yàn)場(chǎng)成功試射了2枚Mk66型70mm無(wú)制導(dǎo)火箭彈。但后因其航時(shí)、航程、載荷等性能無(wú)法滿足美國(guó)海軍的需求，訂購(gòu)計(jì)劃取消，僅小批量生產(chǎn)用于試驗(yàn)。

表1 各型“火力偵察兵”性能參數(shù)

2003年，“火力偵察兵”項(xiàng)目重獲新生，根據(jù)美國(guó)海軍和陸軍的新要求對(duì)RQ-8A進(jìn)行了改進(jìn)，即MQ-8B。MQ-8B可裝備70mm先進(jìn)精確殺傷系統(tǒng)(APKWS)激光制導(dǎo)的火箭彈、“地獄火”導(dǎo)彈等武器。

2012年，諾斯羅普·格魯門公司根據(jù)美軍新的作戰(zhàn)需求，基于“貝爾”407機(jī)身研發(fā)出新型“火力偵察兵”MQ-8C。該型機(jī)具有更大的續(xù)航能力和有效載荷，主要承擔(dān)海基情報(bào)、監(jiān)視、偵察和打擊任務(wù)。

“警戒者”無(wú)人直升機(jī)

S-100無(wú)人直升機(jī)

“警戒者”（Vigilante）無(wú)人直升機(jī)

“警戒者”無(wú)人直升機(jī)由先進(jìn)技術(shù)公司（ATI）和科學(xué)應(yīng)用國(guó)際公司（SAIC）在1999年共同研制的。該平臺(tái)由UltraSport496型直升機(jī)衍生而來(lái)。2001年7月，美國(guó)軍方航空科技應(yīng)用指揮部（AATD）利用“警戒者”進(jìn)行了編隊(duì)探索試驗(yàn)。探索試驗(yàn)了有人直升機(jī)與無(wú)人直升機(jī)間的編隊(duì)工作、概念性武器使用以及將無(wú)人直升機(jī)融入航空基礎(chǔ)設(shè)施等問(wèn)題。試驗(yàn)中“警戒者”已成功發(fā)射了70mm“九頭蛇”火箭彈。

CAMCOPTER S-100無(wú)人直升機(jī)

S-100是奧地利西貝爾公司研制的一種輕小型無(wú)人直升機(jī)。該機(jī)最大起飛重量200kg，最大任務(wù)載荷50kg，最大續(xù)航時(shí)間5.8h，已銷售到德國(guó)、法國(guó)、阿聯(lián)酋、印度、巴基斯坦等幾十個(gè)國(guó)家。2008年倫敦航展，掛裝英國(guó)泰勒公司輕型制導(dǎo)武器LMM導(dǎo)彈的S-100無(wú)人直升機(jī)，展示了其具備攻擊能力。

國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國(guó)從20世紀(jì)90年代開(kāi)始重視無(wú)人直升機(jī)的發(fā)展，多家單位先后開(kāi)展了無(wú)人直升機(jī)系統(tǒng)研制，但大多不具備火力打擊能力。近兩年，隨著察打無(wú)人直升機(jī)的需求愈發(fā)強(qiáng)烈，國(guó)內(nèi)也陸續(xù)展開(kāi)了察打一體無(wú)人直升機(jī)的研制，例如AV500W、V750等。

AV500W無(wú)人直升機(jī)

AV500W察打一體無(wú)人直升機(jī)是中國(guó)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所研制的。該型機(jī)最大起飛重量500kg，使用升限5000m，可裝備最多4枚空地導(dǎo)彈、機(jī)槍或57mm火箭彈等武器，攜帶武器狀態(tài)下續(xù)航時(shí)間4～7h。2017年11月，AV500W在格爾木地區(qū)海拔4300m試驗(yàn)場(chǎng)成功試射了一枚空地導(dǎo)彈，驗(yàn)證了高原壞境下的對(duì)地攻擊能力。

V750無(wú)人直升機(jī)

AV500W無(wú)人直升機(jī)

V750無(wú)人直升機(jī)

V750無(wú)人直升機(jī)由濰坊天翔航空工業(yè)有限公司研發(fā)的，該機(jī)起飛重量為757kg，任務(wù)載荷80kg，續(xù)航時(shí)間4h，使用升限3000m。V750無(wú)人直升機(jī)可攜帶兩枚反坦克導(dǎo)彈，用于對(duì)地攻擊。

綜上所述，國(guó)外察打一體無(wú)人直升機(jī)的研制起步較早，技術(shù)相對(duì)成熟。我國(guó)關(guān)于這方面的研究目前還處于起步階段，可以先借鑒國(guó)外的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)加快研究進(jìn)程，但同時(shí)又要防止亦步亦趨，必須結(jié)合我國(guó)實(shí)情以及當(dāng)前技術(shù)發(fā)展水平，才能研制出一種滿足用戶使用需求察打無(wú)人直升機(jī)。

關(guān)鍵技術(shù)

機(jī)彈相容

機(jī)彈相容是一個(gè)十分復(fù)雜的技術(shù)問(wèn)題，它直接關(guān)系到直升機(jī)的安全，主要包括掛飛適應(yīng)性、機(jī)彈分離產(chǎn)生的后坐力以及武器尾噴與載機(jī)相互影響等方面。

根據(jù)以往有人武裝直升機(jī)和AV500W的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)可知，機(jī)彈相容對(duì)機(jī)身的影響主要有以下幾個(gè)方面：(1)武器發(fā)射高速流場(chǎng)對(duì)平垂尾及尾槳的影響；(2)發(fā)射沖擊波可能造成口蓋及快卸鎖脫落；(3)高溫尾焰會(huì)對(duì)機(jī)身產(chǎn)生燒蝕；(4)武器發(fā)射尾噴物有可能會(huì)對(duì)飛機(jī)機(jī)身、平垂尾或尾槳造成損傷,從而影響飛行安全。因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要充分考慮武器發(fā)射尾噴對(duì)飛機(jī)的影響合理布置武器位置。

除武器發(fā)射尾噴會(huì)對(duì)飛機(jī)產(chǎn)生影響外，發(fā)射過(guò)程中產(chǎn)生的后坐力也是引起機(jī)彈相容問(wèn)題的關(guān)鍵因素。首先，導(dǎo)彈后坐力會(huì)對(duì)直升機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的產(chǎn)生影響，甚至導(dǎo)致載機(jī)某些關(guān)鍵動(dòng)部件的壽命有所下降；其次，導(dǎo)彈后坐力會(huì)對(duì)直升機(jī)飛行特性產(chǎn)生影響，對(duì)飛控來(lái)說(shuō)也是一個(gè)考驗(yàn)。導(dǎo)彈發(fā)射后坐力不僅對(duì)載機(jī)有縱向作用力，還有產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩和縱向力矩，在很大程度上會(huì)影響無(wú)人直升機(jī)的姿態(tài)穩(wěn)定。而且相較于載人直升機(jī)，輕小型無(wú)人直升機(jī)重量小，武器后坐力對(duì)載機(jī)的響應(yīng)比較大。

飛行控制技術(shù)

飛行控制技術(shù)能夠穩(wěn)定無(wú)人直升機(jī)飛行姿態(tài)，控制無(wú)人直升機(jī)自主或半自主飛行，是無(wú)人機(jī)的核心技術(shù)，也是影響武器發(fā)射時(shí)直升機(jī)穩(wěn)定性的關(guān)鍵技術(shù)。對(duì)于輕小型察打一體無(wú)人直升機(jī)來(lái)說(shuō)，飛控面臨的主要問(wèn)題是，武器發(fā)射后坐力會(huì)引起無(wú)人直升機(jī)姿態(tài)變化，甚至引起飛行安全問(wèn)題。為了減小后坐力帶來(lái)的影響，目前一般有兩種方法：一是合理布置武器的位置，改進(jìn)武器系統(tǒng)以降低后坐力；二是在飛行控制系統(tǒng)中加入射擊后坐力補(bǔ)償控制環(huán)節(jié)。

武器發(fā)射后坐力在三個(gè)軸向上都有不同程度的擾動(dòng)，導(dǎo)致了機(jī)體姿態(tài)、位置的改變。為減小武器發(fā)射對(duì)無(wú)人直升機(jī)的擾動(dòng)響應(yīng)，需提高機(jī)體軸上控制合外力和力矩的抗干擾性，改善機(jī)體的穩(wěn)定魯棒性。飛控系統(tǒng)后坐力補(bǔ)償控制可分為兩個(gè)相關(guān)環(huán)節(jié)：首先是通過(guò)力學(xué)模型，解算出具備良好魯棒性期望控制力和力矩指令，以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)體動(dòng)態(tài)擾動(dòng)的抑制；其次，利用風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)和空氣動(dòng)力方程，逼近期望控制指令，以此得到實(shí)際的操縱槳矩控制量，從而抑制武器后坐力對(duì)機(jī)體的擾動(dòng)響應(yīng)。

武器發(fā)射綜合控制技術(shù)

武器發(fā)射控制流程設(shè)計(jì)的好壞關(guān)系到目標(biāo)攻擊的成敗，甚至影響安全問(wèn)題。

察打一體無(wú)人直升機(jī)武器發(fā)射方式為地面控制發(fā)射，與有人機(jī)相比，發(fā)射操作感官效果較差；同時(shí)還要考慮地面的可操作性和界面友好性。其次，偵察打擊一體無(wú)人直升機(jī)可攜帶多種任務(wù)設(shè)備和武器，無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)不僅要完成載機(jī)平臺(tái)姿態(tài)控制，同時(shí)要完成對(duì)各種偵察設(shè)備、數(shù)據(jù)鏈路、機(jī)載武器的控制。無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)需要將多種任務(wù)設(shè)備有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，完成目標(biāo)偵察、跟蹤、鎖定及打擊等一系列流程，察打過(guò)程中需要進(jìn)行目標(biāo)位置解算、攻擊彈道計(jì)算、武器發(fā)射、流程顯示等工作，整個(gè)制導(dǎo)過(guò)程復(fù)雜，對(duì)地面操作人員要求也較高。

圖6 后坐力補(bǔ)償控制

因此，武器發(fā)射綜合控制技術(shù)需圍繞努力提高控制系統(tǒng)的智能化和自動(dòng)化程度等問(wèn)題展開(kāi)研究，例如對(duì)目標(biāo)自動(dòng)跟蹤和敵我識(shí)別、攻擊路徑選擇、武器類型選擇等，簡(jiǎn)化發(fā)射流程和操作界面。

加密低延時(shí)無(wú)線數(shù)據(jù)鏈技術(shù)

通過(guò)數(shù)據(jù)鏈無(wú)人直升機(jī)機(jī)可以將飛機(jī)參數(shù)、任務(wù)設(shè)備信息、圖像實(shí)時(shí)傳回地面站，數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)钦麄€(gè)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。隨著現(xiàn)代信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的發(fā)展，對(duì)察打一體無(wú)人機(jī)遠(yuǎn)距離、高圖像分辨率、高速率低延時(shí)、抗干擾、抗截獲等的要求也越來(lái)越高。

數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響察打無(wú)人直升機(jī)精確打擊的精準(zhǔn)度和時(shí)效性，為提高其打擊能力，無(wú)人直升機(jī)數(shù)據(jù)鏈路必須采用高速處理芯片和數(shù)據(jù)處理算法，以及延時(shí)補(bǔ)償算法，提高數(shù)據(jù)鏈路的傳輸量和傳輸速率，降低數(shù)據(jù)鏈延時(shí)。

自美國(guó)RQ-170無(wú)人機(jī)被伊朗捕獲以后，數(shù)據(jù)鏈的防誘騙、抗截獲能力也成為無(wú)人機(jī)安全的一個(gè)重要指標(biāo)。

精確制導(dǎo)武器小型化、智能化

機(jī)載武器系統(tǒng)作為察打一體無(wú)人直升機(jī)的一個(gè)組成部分，是實(shí)現(xiàn)其精確打擊能力的重要前提。精確制導(dǎo)武器小型化不僅能增加無(wú)人直升機(jī)載彈量，而且能降低對(duì)載機(jī)平臺(tái)性能和安全影響。為滿足未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)復(fù)雜多樣的需求，精確制導(dǎo)武器還要進(jìn)一步提高其射程、威力、精度、抗干擾能力和智能化程度。此外，機(jī)載武器的通用化、信息化也是精確制導(dǎo)武器的一個(gè)重要發(fā)展方向。

發(fā)展趨勢(shì)

美國(guó)國(guó)防部2003年無(wú)人機(jī)路線圖明確提出武裝無(wú)人機(jī)概念，2005年發(fā)布《無(wú)人航空器系統(tǒng)路線圖》，路線圖指出無(wú)人機(jī)發(fā)展的重點(diǎn)是整個(gè)系統(tǒng)而不僅是飛行器本身。因此，無(wú)人機(jī)武器化、系統(tǒng)化將是其發(fā)展的一個(gè)重要方向。

隨著世界各國(guó)對(duì)察打一體無(wú)人直升機(jī)關(guān)注與日俱增，察打一體無(wú)人直升機(jī)得到快速發(fā)展，呈現(xiàn)出以下發(fā)展趨勢(shì)：

（1）隱身技術(shù)：通過(guò)外形設(shè)計(jì)和采用隱身材料，可以降低敵方雷達(dá)的發(fā)現(xiàn)概率和作用距離，提高打擊成功概率。具備隱身能力的察打無(wú)人直升機(jī)在戰(zhàn)場(chǎng)中可以出其不意，影響整個(gè)戰(zhàn)局；同時(shí)對(duì)無(wú)人直升機(jī)安全也有一定的重要意義。

“火力偵察兵”

（2）高智能化：高度智能化是未來(lái)無(wú)人機(jī)發(fā)展的主要趨勢(shì)。高智能化察打無(wú)人直升機(jī)可根據(jù)任務(wù)地點(diǎn)自主規(guī)劃航線和控制飛行，自動(dòng)探測(cè)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境特征和搜索目標(biāo)，識(shí)別威脅并鎖定，甚至自主決策行動(dòng)。另外，察打無(wú)人直升機(jī)高智能化不僅能簡(jiǎn)化地面操控人員的操縱復(fù)雜度，還能提高任務(wù)完成效率。

（3）長(zhǎng)航時(shí)、多載荷：未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)要求察打無(wú)人直升機(jī)攜帶大載荷或多種任務(wù)載荷進(jìn)行長(zhǎng)航時(shí)執(zhí)行任務(wù)的需求將會(huì)越來(lái)越高。察打無(wú)人直升機(jī)掛載多種設(shè)備形成多用途一體化，具有功能多、戰(zhàn)斗任務(wù)適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可有針對(duì)性地執(zhí)行各種任務(wù)。而為滿足該需求，就需進(jìn)一步降低空機(jī)重量，增大有效載荷。

（4）多樣化協(xié)同作戰(zhàn)：多機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)是現(xiàn)代裝備信息化發(fā)展下海、陸、空、天、電一體化作戰(zhàn)模式。察打無(wú)人直升機(jī)在有人無(wú)人協(xié)同或無(wú)人機(jī)群協(xié)同作戰(zhàn)等作戰(zhàn)模式下，可以實(shí)現(xiàn)多機(jī)之間的通信及信息資源共享，使指揮控制系統(tǒng)、各作戰(zhàn)平臺(tái)能夠隨時(shí)掌握戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，迅速做出決策或行動(dòng)，掌握戰(zhàn)爭(zhēng)的主動(dòng)權(quán)。

結(jié)論

從世界各國(guó)在無(wú)人機(jī)研究成果和應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，武裝性無(wú)人直升機(jī)是未來(lái)無(wú)人機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要分支。同時(shí)，隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展和邊防、局部反恐戰(zhàn)爭(zhēng)的迫切需要，各國(guó)對(duì)可垂直起降、低空飛行以及具備偵察和打擊為一體無(wú)人直升機(jī)的需求也越來(lái)越強(qiáng)烈。為了打造一種理想的察打一體無(wú)人直升機(jī)，除考慮機(jī)彈相容問(wèn)題外，需進(jìn)一步研究無(wú)人機(jī)智能化、自主飛行控制及增穩(wěn)技術(shù)，多武器設(shè)備智能化選擇和綜合控制技術(shù)，以及低延時(shí)加密數(shù)據(jù)鏈路技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)無(wú)人機(jī)隱身化、精確制導(dǎo)武器小型化以滿足掛裝數(shù)量和多樣化搭配需求也是察打無(wú)人直升機(jī)的重要發(fā)展方向。

（參考文獻(xiàn)：略。如有需要，請(qǐng)聯(lián)系編輯部。）