MQ-20“復(fù)仇者”無人機發(fā)展與運用

朱超磊

研制歷程

“復(fù)仇者”無人機又稱“捕食者”C，是由通用原子航空系統(tǒng)公司在“捕食者”B系列基礎(chǔ)上的發(fā)展改型，最初通用原子計劃只為“捕食者”B換裝渦扇或渦噴發(fā)動機，但考慮到軍方增長的性能需求，該機最終設(shè)計方案進行了較大改動。包括：對機身進行了加長，載荷能力顯著提升；增加了隱身涂層，采用背負(fù)式進氣道，具備一定隱身能力；響應(yīng)海軍需求，開發(fā)了艦載改型。主要研制歷程如下：

2009年4月4日，“復(fù)仇者”原型機首飛。次年5月，通用原子航空系統(tǒng)公司為響應(yīng)海軍“無人艦載空中監(jiān)視與打擊系統(tǒng)”（UCLASS）需求，在“復(fù)仇者”原型機基礎(chǔ)上開發(fā)了“海上復(fù)仇者”（Sea Avenger）艦載型。該型加裝了攔阻鉤、空氣制動系統(tǒng)和擾流器，加強了機體和起落架結(jié)構(gòu)，可承受攔阻著艦過載，機翼翼尖可折疊，節(jié)約了艦上空間。但隨著需求和論證深入，美國海軍將UCLASS計劃調(diào)整為“航母艦載機空中加油系統(tǒng)”（CBARS），通用原子系統(tǒng)在后續(xù)與波音的競爭中失利，艦載型發(fā)展受阻。

2011年，“復(fù)仇者”無人機開始在阿富汗戰(zhàn)場進行部隊試驗。2012年1月 12日，機身加長版的第2架“復(fù)仇者”原型機首飛，滿足全部性能指標(biāo)要求。2016年10月27日，增程型“復(fù)仇者”原型機首飛，其翼展加長至23m，燃油承載能力提升至4590kg，續(xù)航時間由15h延長至20h。

系統(tǒng)構(gòu)成

“復(fù)仇者”無人機沿用了美軍“捕食者”系列方案設(shè)計，整套系統(tǒng)由1～4架飛行器、一個地面控制站、一套衛(wèi)星通信系統(tǒng)、一套地面支援保障設(shè)備以及 28人機組（6名無人機操作人員，12名傳感器操作/分析人員、4名視頻分發(fā)系統(tǒng)操作人員和6名維修人員）組成，整套系統(tǒng)可通過C-5或C-17運輸機遠距投送。

在機體平臺方面，“復(fù)仇者”采用中單翼、V形尾翼布局，內(nèi)翼后緣前掠，外翼等弦長，機翼整體后掠17°，動力裝置為一臺普拉特-惠特尼加拿大公司研制的PW545B渦扇發(fā)動機，推力21.35kN，采用背負(fù)式進氣設(shè)計，安裝S形進氣道，機身設(shè)有內(nèi)埋武器艙。戰(zhàn)技指標(biāo)方面，“復(fù)仇者”無人機機長13m，翼展20m，最大起飛重量8255kg，最大燃油重量3583kg，最大任務(wù)載荷2948kg（其中內(nèi)埋1588kg），最大平飛速度740km/h，巡航速度647740km/h，實用升限15240km，最大續(xù)航時間20h。

在任務(wù)載荷方面，“復(fù)仇者”可攜帶“山貓”（Lynx）合成孔徑雷達，有源相控陣（AESA）雷達和多種光電/紅外（EO/IR）成像系統(tǒng)?！皬?fù)仇者”外部共有6個掛點，可掛載AGM-114P“海爾法”導(dǎo)彈、GBU-39“小直徑炸彈”（SDB）、GBU-12“寶路石”Ⅱ或GBU-38“杰達姆”、GBU-16“寶路石”Ⅱ或GBU-32和GBU-31“杰達姆”等多種空面武器。

在導(dǎo)航與控制方面，“復(fù)仇者”配備雙余度飛控和三余度航電系統(tǒng)，可與通用原子航空系統(tǒng)公司開發(fā)的所有地面站兼容。該機具備完全自主起降和飛行能力，可通過地面控制站實時監(jiān)控。“海上復(fù)仇者”能在美國海軍通信系統(tǒng)輔助下完成艦上自主起降和自主空戰(zhàn)加油。在發(fā)射回收方面，“復(fù)仇者”采用常規(guī)輪式起降，具備全自主起降能力，艦載改型具備全自主艦上起降能力。

作戰(zhàn)試驗

截至2017年，通用原子航空系統(tǒng)公司僅向美國空軍售出一架“復(fù)仇者”無人機，另有7架授予了美國其他未公開機構(gòu)，表明“復(fù)仇者”無人機始終未獲軍方青睞，其大中型無人機產(chǎn)品仍主要依賴于“捕食者”A和B系列。截至2020年，“復(fù)仇者”無人機累計飛行超過13000h，多數(shù)為試驗飛行?！皬?fù)仇者”依靠其大載荷、高航速、長航時等優(yōu)勢，已發(fā)展為重要的第五類無人機演示驗證平臺，支持了軍方和該公司的多項重要技術(shù)驗證活動。這五類試驗描述如下。

（1）“拒止環(huán)境協(xié)同作戰(zhàn)”試驗

2020年12月，美國國防預(yù)先研究計劃局使用通用原子航空系統(tǒng)公司的“復(fù)仇者”無人機測試了“拒止環(huán)境協(xié)同作戰(zhàn)”（CODE）項目研發(fā)的自主引擎。該項目旨在開發(fā)先進的自主輔助決策算法和集群協(xié)同監(jiān)控系統(tǒng)，提升美國無人機系統(tǒng)在拒止環(huán)境或復(fù)雜電磁環(huán)境下的高效協(xié)同交互能力，降低任務(wù)所需通信帶寬與人類指揮人員決策認(rèn)知負(fù)擔(dān)。此次試驗活動主要用于驗證CODE項目中基于人工智能技術(shù)的空空目標(biāo)識別和基于戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)（TTNT）的通信組網(wǎng)能力。

期間，“拒止環(huán)境協(xié)同作戰(zhàn)”軟件獨立對“復(fù)仇者”進行了長達2h的自主操控。一方面，驗證了由通用原子航空系統(tǒng)公司開發(fā)的空對空目標(biāo)搜索軟件模塊，實現(xiàn)了對空中6個威脅目標(biāo)的實時搜索（包含一架實機和5架虛擬機）；另一方面，驗證了通用原子航空系統(tǒng)公司基于CODE系統(tǒng)架構(gòu)開發(fā)的無人機地面和空中組網(wǎng)服務(wù)系統(tǒng)，其支持利用聯(lián)合遠距擴展應(yīng)用協(xié)議（JREAP）在Link 16消息格式下將操作員指令信息分發(fā)給多架無人機，實現(xiàn)飛機、CODE軟件和自動駕駛儀的高效通信。

（2）“天空博格人”試驗

2021年6月，美軍“橙旗”21-2演習(xí)中，空軍首次使用搭載“天空博格人”自主核心系統(tǒng)（ACS）的“復(fù)仇者”無人機完成了為期2h30min的飛行試驗，驗證了自主核心系統(tǒng)的多項關(guān)鍵性能。美軍在此次活動中首次將“復(fù)仇者”無人機代號規(guī)定為“MQ-20”，此前其還有另一架“復(fù)仇者”試驗型無人機被命名為“YQ-11”，推測這是美軍對測試和試驗類無人機的專有命名體系，與RQ-20“美洲獅”、RQ-11“渡鴉”等現(xiàn)役型號的命名方式并不沖突。

美軍“新興技術(shù)合成試驗部隊”（ET-CTF）負(fù)責(zé)此次測試活動的后勤和技術(shù)支持工作，完成了自主核心系統(tǒng)的多項自主和安全操作能力驗證，這也是該部隊首次使用該自主核心系統(tǒng)操作第5類無人機（美國國防部標(biāo)準(zhǔn)中的最高級別無人機系統(tǒng)，要求最大起飛重量超過600kg，實用升限超過5500m，最大飛行速度超過460km/h）。期間，MQ-20在指定高度穩(wěn)定飛行后，操作員即將控制權(quán)轉(zhuǎn)交自主核心系統(tǒng)，后者完成了包括導(dǎo)航信息反饋、地理柵欄響應(yīng)、飛行包線適應(yīng)、協(xié)同機動飛行等測試，地面控制站對試飛過程進行了全程監(jiān)控。

2021年10月，通用原子航空系統(tǒng)公司在“橙旗”21-3演習(xí)中再次開展了“天空博格人”項目測試，重點驗證了自主核心系統(tǒng)操控下，兩架MQ-20無人機的自主編隊飛行和機間通信能力。

（3）“有人無人協(xié)同編組”試驗

2021年8月，通用原子航空系統(tǒng)公司完成了一次空中有人-無人協(xié)同（MUM-T）演示，測試使用了通用原子航空系統(tǒng)公司一架MQ-20無人機和一架改型的“空中王國”公務(wù)機，后者主要用于模擬四代、五代戰(zhàn)斗機。此次測試活動主要用于驗證在有人機上使用戰(zhàn)術(shù)控制平板電腦，指控MQ-20無人機實施自主協(xié)同作戰(zhàn)的能力，該平板上集成了“自主動力”公司開發(fā)的RCU-1000高級人機界面。

通用原子航空系統(tǒng)公司為MQ-20無人機集成了多項先進技術(shù)，以期為美國空軍提供持久、經(jīng)濟的空基復(fù)雜態(tài)勢感知和協(xié)同任務(wù)能力。此前，該公司曾使用MQ-20無人機集成和測試了長波紅外被動傳感器，驗證運用第五類無人機為有人機提供空中移動目標(biāo)指示（AMTI）的能力。

（4）“軍團”吊艙試驗

2021年7月，通用原子航空系統(tǒng)公司在南加州沙漠地區(qū)首次集成和測試了洛馬公司開發(fā)的“軍團”吊艙，以驗證該系統(tǒng)的自主目標(biāo)跟蹤能力，支持美軍聯(lián)合全域作戰(zhàn)中的有人無人協(xié)同編組（MUM-T）行動。期間，該吊艙的IRST21紅外搜索和跟蹤系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)和識別了多個空中高速目標(biāo)，并將信息傳輸至“復(fù)仇者”無人機的CODE自主引擎，由其完成自主決策，引導(dǎo)無人機后續(xù)的機動和交戰(zhàn)行動，探索了下一代無人空空交戰(zhàn)模式。此項工作發(fā)揮了開放式任務(wù)系統(tǒng)（OMS）優(yōu)勢，改裝過程僅耗時三個月，進一步提升了跨平臺的集成能力，降低了改裝成本。

2022年1月，通用原子航空系統(tǒng)公司使用兩架加裝“軍團”吊艙的“復(fù)仇者”無人機驗證了空中威脅目標(biāo)信息的收集、處理、傳遞、融合和共享能力。期間，由洛馬公司提供的融合軟件實時融合和處理了兩架無人機機載吊艙的傳感器數(shù)據(jù)，并將信息實時回傳至地面站，首次實現(xiàn)了基于IRST系統(tǒng)的多無人機協(xié)同空中態(tài)勢感知和共享，驗證了“軍團”吊艙作為有人無人協(xié)同作戰(zhàn)關(guān)鍵節(jié)點的信息融合能力，進一步提升了聯(lián)合作戰(zhàn)行動中的態(tài)勢感知水平。

（5）全自主飛行試驗

2022年9月，通用原子航空系統(tǒng)公司1架MQ-20A無人機完成了全自主飛行試驗，驗證了基于強化學(xué)習(xí)（RL）的智能飛行員系統(tǒng)和開放式任務(wù)軟件系統(tǒng)。該項試驗活動是通用原子航空系統(tǒng)公司開展協(xié)作式真實、虛擬和構(gòu)造（LVC）無人機蜂群測試的一部分，驗證了該公司開發(fā)的新型的強化學(xué)習(xí)架構(gòu)，并基于作戰(zhàn)相關(guān)環(huán)境對強化學(xué)習(xí)智能體進行了深度開發(fā)和測試。該智能體為下一代軍用平臺在動態(tài)和不確定環(huán)境中實施決策提供了新型工具。

通用原子航空系統(tǒng)公司還測試了無人機自主的“追逐與規(guī)避行為”，期間，強化學(xué)習(xí)智能體對環(huán)境條件進行實時的感知和更新，并進行實時在線飛行路徑規(guī)劃。該智能體主要操控由洛馬公司研制的“戰(zhàn)術(shù)紅外搜索與跟蹤”（TacIRST）嵌入式傳感器系統(tǒng)，其采用開放式結(jié)構(gòu)，可根據(jù)作戰(zhàn)需求集成系列功能，為自主無人機提供被動、遠程的威脅檢測。項目團隊還通過CODE自主引擎和標(biāo)準(zhǔn)開放任務(wù)系統(tǒng)（OMS）協(xié)議實現(xiàn)了強化學(xué)習(xí)智能體與戰(zhàn)術(shù)紅外搜索和跟蹤系統(tǒng)的高效通信，推動了自主技術(shù)在合作式協(xié)同作戰(zhàn)飛機的快速研發(fā)和部署。

此外，通用動力任務(wù)系統(tǒng)公司為此次測試活動提供了數(shù)字骨干節(jié)點（DBN）系統(tǒng)，用于托管測試使用的開放式任務(wù)系統(tǒng)軟件。數(shù)字骨干節(jié)點架構(gòu)能夠快速安全地集成符合官方標(biāo)準(zhǔn)的最新開放系統(tǒng)架構(gòu)、高性能計算能力、先進冷卻能力和具有多層級安全性的高速背板，可以快速、安全地支持合作式作戰(zhàn)飛機的開發(fā)工作。

結(jié)束語

隨著美軍軍事需求由反恐戰(zhàn)爭轉(zhuǎn)向高強度、高烈度的大國對抗，傳統(tǒng)的中空、低速、非隱身無人機已難以滿足其全球跨域作戰(zhàn)行動需求?！皬?fù)仇者”無人機作為“捕食者”系列基礎(chǔ)上不完全改型升級的產(chǎn)物，同樣難以適應(yīng)未來戰(zhàn)爭需求。通用原子航空系統(tǒng)公司及時認(rèn)識到這一問題，轉(zhuǎn)而將該機投入新技術(shù)演示驗證活動，節(jié)約平臺資源。同時，該公司近年先后公布“下一代多用途無人機”概念方案和“開局”系列合作式無人機設(shè)計方案，采用以舊帶新、協(xié)同攻關(guān)的發(fā)展模式，爭奪下一代無人機市場優(yōu)勢。