美艦載無人機MQ-25航母適配性研究

陳松云，王 達，戚艷嘉

(1.海軍裝備部綜合計劃局信息保障室，北京 100036；2.中國船舶重工集團公司第七一四研究所，北京 100101)

0 引 言

2017年7月，美國國防部聯(lián)合需求審查委員會（JROC）最終批準(zhǔn)確認(rèn)了航母艦載無人加油系統(tǒng)（代號MQ-25）的項目需求。與此前的艦載無人系統(tǒng)發(fā)展目標(biāo)相比，MQ-25的關(guān)鍵性能要求大幅降低，僅提出2項基礎(chǔ)需求：航母適配性和空中加油。

美海軍計劃在2017-2022年間在MQ-25項目上持續(xù)投入25億美元經(jīng)費支撐研發(fā)工作，2017年10月向4家競標(biāo)廠商征求設(shè)計方案，于2018年向波音公司授予合同，計劃于2019年或2020年實現(xiàn)MQ-25上艦。

1 MQ-25關(guān)注航母適配性和加油能力，與UCLASS項目相比，需求大幅降低

1.1 2016年提出MQ-25替代UCLASS，需求發(fā)生重大調(diào)整

2016年1月，美國國防部長辦公室（OSD）在完成無人機情報、監(jiān)視和偵察（ISR）聯(lián)合投資項目審查后，指示美國海軍將注意力集中于研發(fā)艦載無人空中加油系統(tǒng)，該系統(tǒng)被命名為“MQ-25”（“黃貂魚”）。這表明美軍艦載無人機系統(tǒng)項目需求發(fā)生明顯變化[1]。

此前，美國海軍一直致力于發(fā)展具備ISR和空對地打擊能力、且可在未來實現(xiàn)空中加油能力的無人機系統(tǒng)（也就是UCLASS系統(tǒng)）。該系統(tǒng)的目標(biāo)是在高強度作業(yè)環(huán)境下實現(xiàn)ISR及精確打擊能力，并具備后期升級加油功能的能力[2]。而在MQ-25項目下，美國海軍的重心在于研發(fā)和生產(chǎn)可在航母作業(yè)及起降的無人加油機。該系統(tǒng)在許可環(huán)境下為海軍艦載機進行空中加油并具備有限的ISR能力，主要目標(biāo)是延伸航母航空聯(lián)隊的作戰(zhàn)能力，并增加用于打擊作戰(zhàn)任務(wù)F/A-18E/F的數(shù)量。圖1為美海軍艦載無人系統(tǒng)需求論證演變歷程。

郭沫若（1892～1978），原名______，四川樂山人，中國現(xiàn)代杰出的作家，______、______家、______家、社會活動家。1919年“五四運動”爆發(fā)后積極投身于新文化運動，代表作有詩集《______》《星空》，歷史劇《_______》《虎符》《棠棣之花》等。

圖1 艦載無人系統(tǒng)需求論證演變歷程Fig.1 Evolvement of ship-borne unmanned system requirement demonstration

1.2 MQ-25最終需求明確為航母適配性和空中加油

2017年7月，聯(lián)合需求監(jiān)督委員會（JROC）批準(zhǔn)了MQ-25系統(tǒng)的需求。在項目的能力需求文件中，美國海軍對MQ-25系統(tǒng)的2項基礎(chǔ)需求為航母適配性和空中加油。

由美國海軍定義的航母適配性，是指新研無人機要具有在現(xiàn)有及規(guī)劃中的航母上高效作業(yè)和起降，并能夠集成到航母航空聯(lián)隊中作業(yè)的能力[3]。

MQ-25系統(tǒng)主要包含飛行器部分（MQ-25）、控制系統(tǒng)和連通部分（CS & C）、航母本艦部分3部分。如圖2所示。飛行器部分需要研發(fā)一種艦載無人飛行器及相關(guān)的支撐系統(tǒng)；控制系統(tǒng)和連通部分需要與現(xiàn)有的命令和控制系統(tǒng)之間建立接口，并且建立任務(wù)分配、處理、說明和分發(fā)系統(tǒng)；航母本艦部分需要在現(xiàn)有航母設(shè)施的基礎(chǔ)上進行升級改造以支持無人機系統(tǒng)。美國海軍艦載無人飛行項目辦公室將扮演主要系統(tǒng)集成商的角色對3個部分進行統(tǒng)一管理和集成。

3）開展獨立的成本評估

空中加油能力是指新研無人機將作為?；佑蜋C，為其他艦載飛機開展加油作業(yè)[4]。目前該項工作由海軍F/A-18E/F“超級大黃蜂”完成。

2 美海軍將在MQ-25項目上持續(xù)投入25億美元

2017-2022年之間，海軍安排預(yù)算25億美元用于繼續(xù)研發(fā)MQ-25系統(tǒng)航母部分和控制系統(tǒng)部分，并且開始飛機部分的研發(fā)。這個時間段內(nèi)，每年用于MQ-25系統(tǒng)的年度經(jīng)費需求從8 900萬美元上升至5.546億美元，如圖3所示。

圖2 MQ-25系統(tǒng)的三大組成部分[5]Fig.2 Three key segments of the MQ-25 system

圖3 海軍MQ-25系統(tǒng)研發(fā)投入情況（2017財年-2022財年）[6]Fig.3 Navy′s MQ-25 investment plan（FY2017-FY2022）

2018財年第一季度，海軍計劃從4家競標(biāo)廠商征集MQ-25飛機提案。海軍在2018年夏季開展里程碑B審查以評估海軍是否準(zhǔn)備好進入飛機部分采辦流程中的工程和制造研發(fā)階段，并且從4家競標(biāo)公司（波音公司、通用原子航空系統(tǒng)公司、洛克希德·馬丁公司和諾斯羅普·格魯曼公司系統(tǒng)公司）中選擇了波音公司。

在每一個關(guān)鍵點，海軍都要依據(jù)建立的標(biāo)準(zhǔn)開展項目過程評估，并且在項目進入下一個研發(fā)階段前為主要領(lǐng)導(dǎo)提供簡報。如果該過程得以實現(xiàn)的話，基于知識的方法與GAO的項目研發(fā)最佳實踐相一致。而且，產(chǎn)品研發(fā)過程中采用基于知識的方法可以獲得積極地項目成果，同時證明在關(guān)鍵節(jié)點獲得了更高層次的知識。

3 美海軍將基于知識的采辦策略應(yīng)用于MQ-25項目，降低項目風(fēng)險

美國海軍建立了用于MQ-25飛機采辦的基于知識的方法。比如，美國海軍計劃采用一種隨時間不斷增長的方法來發(fā)展和演化MQ-25。更確切說，海軍希望在關(guān)鍵決策點時通過采用基于知識的規(guī)范評估項目，達到在項目過程中只采用成熟度高的技術(shù)。

在2018年里程碑B審查（研發(fā)過程的開始）時，MQ-25項目的終極勝利很大程度上依托于海軍提出可執(zhí)行業(yè)務(wù)方案以及高效執(zhí)行計劃的能力。

1.2.1.1 成立干預(yù)小組 干預(yù)小組由取得心理咨詢師資格證的副主任護師2名和主管護師2名、工作2年以上的護師4名組成。研究開始前對小組成員進行研究內(nèi)容、研究流程及研究方法等統(tǒng)一培訓(xùn)。

3.1 國防部采辦流程

1）采用開放的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)和評估方法

(1)傳感器系統(tǒng)：汽車運用自身配戴的雷達、攝像機、夜視鏡、激光掃描儀、全景攝像頭等設(shè)備將周圍的環(huán)境轉(zhuǎn)化成抽象的模擬圖到中央處理器，轉(zhuǎn)為虛擬的圖像，再聯(lián)系汽車相連通的剎車，方向盤等設(shè)備成功決策。

可選方案評估在國防部采辦流程的技術(shù)成熟和風(fēng)險降低初始階段開展。根據(jù)國防部采辦指南，可選方案評估過程要評估潛在裝備方案的成本和優(yōu)勢。潛在裝備方案具備的條件是可以彌補初始功能文件中提到的能力缺口，并且滿足成本最低方案需求。

首選方案的作戰(zhàn)需求在能力開發(fā)文件草案中進行定義，該草案發(fā)布前要經(jīng)過美國海軍及國防部級多個階段的審查和驗證。GAO在產(chǎn)品研發(fā)最佳體驗項目的工作發(fā)現(xiàn)，項目需求的清晰理解和穩(wěn)定對建立可執(zhí)行的業(yè)務(wù)方案有關(guān)鍵作用。圖4為美國國防部采辦流程。

李高明在廢品站干了三個月，這三個月里，他碰著機會就故意和人爭論，訓(xùn)練自己的語言能力。三個月后，他感覺自己基本能用漢語和人交流了?！罢莆諠h語以后，我感覺是脫胎換骨一樣?！碑?dāng)然，也鬧過笑話。他朋友說他吐字不清晰，他爭辯沒有“吐字”二字。

圖4 國防部采辦流程[7]Fig.4 DOD′s acquisition process

3.2 美國海軍采用基于知識的采辦策略

2017年4月，海軍領(lǐng)導(dǎo)層確認(rèn)的MQ-25采辦策略，很大程度上反映了基于知識的采辦方法。在美國海軍還在發(fā)展、重新定義和完善大部分采辦文件，以完成項目可執(zhí)行方案的同時，GAO通過對采辦策略和其他可用文件的審查發(fā)現(xiàn)海軍采用了基于知識的方法，且該方法與GAO的項目研發(fā)最佳實踐相一致。

基于知識的采辦策略主要體現(xiàn)在以下3個方面：

烏江風(fēng)情廊道文化旅游產(chǎn)業(yè)集群化發(fā)展已初具規(guī)模，區(qū)域內(nèi)形成多核聯(lián)動的發(fā)展態(tài)勢，但受投資強度、開發(fā)力度、社會經(jīng)濟水平和跨區(qū)域合作等因素影響，存在的問題也比較顯著。

在新研產(chǎn)品的決策審查階段（里程碑B），國防部需要作出重要投資的提案，以授權(quán)海軍進入國防部采辦流程的工程和制造研發(fā)階段，同時選擇研發(fā)承包商并與之簽訂合同。需求的確認(rèn)和理解從擔(dān)保人（通常為海軍）提交初始功能文件開始。初始功能文件提供能力缺口、缺口存在下的作業(yè)風(fēng)險，以及彌補該缺口的推薦解決方案。

（6）近視鏡是用來輔助看遠(yuǎn)的，看近戴近視鏡會加重近視的度數(shù)。（可以將近視鏡放在離書本10公分處看書本上的字，字變小了。字變小后使眼睛過度調(diào)節(jié)，加重視疲勞增加近視度數(shù)）因此看近應(yīng)配戴低度凸透鏡上附加適度的三棱鏡,可預(yù)防眼軸增長，看近相當(dāng)于望遠(yuǎn)，減輕視疲勞。

海軍對該項目的要求，首先是實現(xiàn)初始的空中加油和部分ISR能力，同時采用開放的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)以支撐后續(xù)的增值能力升級，比如增加接受燃油、武器及升級雷達系統(tǒng)的能力。

2013年7月，GAO曾指出在國防采辦中采用開放式的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)可以有效地降低時間和經(jīng)濟成本。此外，采用不斷進化和增值更新的方法可以更好地獲取設(shè)計及制造的知識，并可以增加提供及時且經(jīng)濟上可負(fù)擔(dān)的能力的可能性。

多年來，油田與地方政府在合作共建中保持了相對穩(wěn)定和諧的關(guān)系，但部分區(qū)域還存在一些不和諧因素，個別地區(qū)油地關(guān)系仍是油田開發(fā)建設(shè)的“攔路虎”，不同程度地影響和制約著油田的勘探開發(fā)。

2）采用基于知識的標(biāo)準(zhǔn)評估進展并給出關(guān)鍵決策

在MQ-25飛機研發(fā)過程中，海軍為各個關(guān)鍵點制定了基于知識的標(biāo)準(zhǔn)。這些關(guān)鍵點包括：研發(fā)合同授予、系統(tǒng)設(shè)計審查、低利率生產(chǎn)合同以及初始作戰(zhàn)試驗開展等。

在實際通信過程中，由于網(wǎng)絡(luò)限制流量、數(shù)據(jù)傳輸間隔短等因素，會出現(xiàn)數(shù)據(jù)擁堵現(xiàn)象，即模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)不能及時傳送到遠(yuǎn)程終端，而是堆積在網(wǎng)絡(luò)上，從而引起接收端數(shù)據(jù)延時或者接收不到數(shù)據(jù)。本文采用軟件編程的方法(如圖4所示)成功地解決了該問題，如數(shù)據(jù)傳輸流程圖所示，在發(fā)送數(shù)據(jù)前應(yīng)根據(jù)調(diào)試經(jīng)驗設(shè)置合適的定時時間(本測試確定為3s),發(fā)送完數(shù)據(jù)后，立即進入接收中斷同時開啟定時器，如果在定時時間內(nèi)接收到正確的反饋信息，則發(fā)送下一組數(shù)據(jù);否則，定時時間到后，則關(guān)閉當(dāng)前連接，重新請求連網(wǎng)。經(jīng)測試，該方法能夠解決數(shù)據(jù)擁堵問題，且重新連網(wǎng)的時間達到3～4s(如圖5所示)，有3次連網(wǎng)出現(xiàn)，且數(shù)據(jù)是連續(xù)的。

同時，美國海軍還期待MQ-25系統(tǒng)可以具備情報、監(jiān)視和偵察（ISR）能力，但這些需求不作為原始需求。

國防部長辦公室的成本分析和項目評估辦公室開展的成本分析是MQ-25飛機獨立成本評估的一個過程。聯(lián)邦法規(guī)、國防部采辦指南以及項目研發(fā)最佳實踐表明擁有獨立的成本評估對于確定新研項目的業(yè)務(wù)方案是十分重要的[8]。成本分析和項目評估辦公室解釋說，目前他們還未完成成本評估工作，這項工作會在2018年夏天海軍開展MQ-25里程碑B審查之前完成。

采用基于知識的采辦策略可以有效控制采辦風(fēng)險，主要體現(xiàn)在以下3個方面：

1）督促項目研發(fā)計劃執(zhí)行

海軍計劃采用開放的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)和評估方法開展MQ-25全壽期過程的研發(fā)、試飛和部署。

根據(jù)海軍采辦策略，從MQ-25飛機的產(chǎn)品研發(fā)（里程碑B）到形成初始作戰(zhàn)能力，海軍計劃采用6-8年的時間?；贕AO項目研發(fā)最佳實踐，將項目計劃限制在5-6年的時間是更優(yōu)的選擇，因為這個時間與國防部的財政預(yù)算更吻合，而且可以促進關(guān)于技術(shù)和需求的貿(mào)易談判。

2）限制技術(shù)風(fēng)險

但過硬的油品質(zhì)量一直是中國石油的優(yōu)勢，也因此“圈住”了許多忠誠客戶。在黑龍江銷售看來，保證油品質(zhì)量的前提下，在適當(dāng)為農(nóng)民提供一些優(yōu)惠政策，就是對農(nóng)戶最大的實惠。

海軍希望通過授權(quán)的方式在研發(fā)階段可以明顯降低技術(shù)風(fēng)險，在這個過程中，MQ-25飛機的技術(shù)及子系統(tǒng)必須在設(shè)計階段即完成相關(guān)環(huán)境下的認(rèn)證工作。如果某一項技術(shù)確認(rèn)不滿足進度標(biāo)準(zhǔn)，那么美海軍計劃推遲該項技術(shù)的引入，直至達到規(guī)定的成熟水平。

聯(lián)邦法規(guī)和產(chǎn)品研發(fā)最佳實踐表明，在進入國防采辦系統(tǒng)的產(chǎn)品研發(fā)階段前進行技術(shù)成熟度驗證是十分重要的[9]。正如GAO在2017年的報告中指出的，在開始系統(tǒng)設(shè)計研發(fā)前技術(shù)成熟度不達標(biāo)，將導(dǎo)致重新設(shè)計或經(jīng)濟及時間成本急劇增加，尤其在后續(xù)過程中發(fā)現(xiàn)需要修訂設(shè)計方案的時候[10]。

3）限制設(shè)計風(fēng)險

因為海軍決定不開展MQ-25系統(tǒng)級別的初步設(shè)計審查，所以，在之前UCLASS飛機需求的基礎(chǔ)上進行修改是最優(yōu)的方案，這可以讓承包商充分利用UCLASS項目中獲取的設(shè)計知識。除此之外，海軍還可以利用從4個風(fēng)險降低合同以及之前完成的多層次模型機獲得的知識。

GAO在產(chǎn)品研發(fā)最佳實踐中強調(diào)了在開始項目研發(fā)之前從之前的設(shè)計獲取知識以降低設(shè)計風(fēng)險的重要性[11-13]。原型機可以使研發(fā)人員更好的理解項目設(shè)計需求、提供方案的可行性，以及成本（項目業(yè)務(wù)方案的關(guān)鍵）[14]。

預(yù)警裝置必須經(jīng)過細(xì)致的系統(tǒng)分析和決策，才能實現(xiàn)要在最短的時間分析和鑒別變電設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息，及時找出故障原因降低誤報率，實現(xiàn)預(yù)警準(zhǔn)確性的要求。除此之外，經(jīng)過對系統(tǒng)的細(xì)致分析和決策，還能根據(jù)分析信號強度和信號來源來判斷故障的種類和級別，給終端計算機提供故障判斷信息。

4 結(jié) 語

美國海軍一直重視航母艦載無人系統(tǒng)的技術(shù)需求。通過批準(zhǔn)艦載航母無人機（MQ-25）項目，美海軍確定2個基礎(chǔ)需求：航母適配性和空中加油。未來5年美國將加大對MQ-25項目的研發(fā)投入，并采用基于知識的采辦策略來有效地控制采辦風(fēng)險。