艦載無人直升機(jī)試訓(xùn)應(yīng)用及關(guān)鍵技術(shù)研究

艦載無人直升機(jī)相對(duì)于固定翼無人機(jī)，不需要滑跑或彈射，較好解決了著艦回收困難的關(guān)鍵問題，可大量裝配驅(qū)護(hù)艦等中小艦艇，對(duì)提高艦艇作戰(zhàn)能力具有重要意義，近年來受到了各國海軍關(guān)注并得到了快速發(fā)展。目前，美國、俄羅斯、以色列、加拿大等國家海軍裝備有艦載無人直升機(jī)，主要型號(hào)包括MQ-8B、MQ-8C、卡-137、S-100等。國內(nèi)AR-500BJ無人直升機(jī)完成了船載試飛試驗(yàn)，研制取得了新的重要突破。隨著艦載無人直升機(jī)技術(shù)發(fā)展，在靶場應(yīng)用條件已基本成熟，通過合理規(guī)劃論證，必將較好的提升靶場空基保障能力。

試訓(xùn)應(yīng)用場景分析

直升機(jī)類目標(biāo)模擬

艦載直升機(jī)是?？諔?zhàn)場上的一類重要目標(biāo)，承擔(dān)著反潛、預(yù)警、通信中繼等重要作戰(zhàn)任務(wù)，由于直升機(jī)類目標(biāo)有低速運(yùn)動(dòng)、懸停、垂直上下運(yùn)動(dòng)等特殊運(yùn)動(dòng)方式，給艦空武器的制導(dǎo)控制帶來了特殊的要求，其中以依靠旋翼的較小RCS和調(diào)制特性進(jìn)行制導(dǎo)跟蹤為技術(shù)難點(diǎn)。艦空武器試驗(yàn)對(duì)直升機(jī)類靶標(biāo)有明確的需求，長期以來，由于國內(nèi)無人直升機(jī)技術(shù)滯后和成本制約，制約著直升機(jī)類靶標(biāo)應(yīng)用。隨著新型艦空導(dǎo)彈和潛空導(dǎo)彈系統(tǒng)的發(fā)展，這一需求更加迫切，通過建設(shè)專用的艦載無人直升機(jī)靶機(jī)，開展目標(biāo)特性加改裝，設(shè)置典型作戰(zhàn)樣式，既可以檢驗(yàn)艦空武器系統(tǒng)性能，又可作為藍(lán)軍體系重要組成部分，形成編隊(duì)對(duì)抗態(tài)勢(shì)，錘煉部隊(duì)實(shí)戰(zhàn)化下訓(xùn)練水平。

遠(yuǎn)海反艦導(dǎo)彈中靶信息獲取

反艦導(dǎo)彈中靶實(shí)況監(jiān)測和脫靶量測量是試驗(yàn)訓(xùn)練信息獲取的重點(diǎn)和難點(diǎn)，相比固定翼飛機(jī)無法定點(diǎn)懸停及系留式多旋翼氣象要求高等不足，艦載無人直升機(jī)可加裝高速、紅外、可見光等高性能光電設(shè)備，具有拍攝距離遠(yuǎn)、穩(wěn)定精度高、拍攝角度可自由調(diào)整等優(yōu)勢(shì)，較好的解決遠(yuǎn)海反艦導(dǎo)彈中靶信息獲取難題。目前，無人直升機(jī)平臺(tái)通過搭載高清高速攝錄設(shè)備，配合高精度穩(wěn)定平臺(tái)，能夠滿足3Ma以上小型高速目標(biāo)識(shí)別以及最高可達(dá)到1m脫靶量判讀精度，較大提升靶場中靶實(shí)況信息獲取能力。

多種任務(wù)設(shè)備掛飛

復(fù)雜電磁環(huán)境下試訓(xùn)任務(wù)對(duì)空基平臺(tái)的需求包括導(dǎo)引頭帶飛、干擾對(duì)抗、態(tài)勢(shì)監(jiān)測、通信中繼等，在以往急需的任務(wù)中，一般用有人直升機(jī)來完成，但安全性問題、兵力協(xié)調(diào)問題是很大的困擾，無人直升機(jī)載重大、可外掛設(shè)備、可靠性高等優(yōu)勢(shì)能夠有效彌補(bǔ)靶場空基保障能力不足。具體應(yīng)用包括，搭載導(dǎo)引頭可以用于艦空導(dǎo)彈導(dǎo)引頭帶飛，檢測反艦導(dǎo)彈海背景導(dǎo)引頭性能試驗(yàn)；搭載干擾對(duì)抗設(shè)備，可用于支援、掩護(hù)、壓制干擾，提升對(duì)抗實(shí)戰(zhàn)化水平；搭載態(tài)勢(shì)監(jiān)測設(shè)備可以用于戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈干擾態(tài)勢(shì)監(jiān)測，對(duì)構(gòu)建的有源電磁干擾和無源箔條電磁干擾態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，為試驗(yàn)訓(xùn)練及演習(xí)研練態(tài)勢(shì)復(fù)盤、干擾對(duì)抗效果評(píng)判提供數(shù)據(jù)支撐。搭載通信中繼設(shè)備，可以在較高高度執(zhí)行通信中繼任務(wù)，解決地面遙控遙測設(shè)備能力不足或掠海目標(biāo)通信存在的盲區(qū)。

艦載無人直升機(jī)關(guān)鍵技術(shù)

自主著艦技術(shù)

艦載無人直升機(jī)飛行面臨著復(fù)雜的氣流環(huán)境，特別是在著艦階段尤為嚴(yán)峻，這大大增加了人工控制的難度，因此，高度自主的著艦控制技術(shù)是需解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。著艦階段一般包括著艦引導(dǎo)、著艦跟蹤、著艦固定，當(dāng)前，采用的著艦引導(dǎo)技術(shù)包括差分GPS引導(dǎo)、視覺引導(dǎo)、雷達(dá)引導(dǎo)、無線電引導(dǎo)等，幾種引導(dǎo)方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，最常用的是差分GPS引導(dǎo)，引導(dǎo)技術(shù)未來趨勢(shì)將是多技術(shù)融合。著艦跟蹤系統(tǒng)要能夠預(yù)測船體的運(yùn)動(dòng)和飛行甲板的搖擺運(yùn)動(dòng)參數(shù)，提供一定的預(yù)測提前量，當(dāng)出現(xiàn)如引導(dǎo)系統(tǒng)失效等應(yīng)急故障時(shí)，能夠快速判斷并執(zhí)行預(yù)定的安全控制策略；著艦固定關(guān)鍵技術(shù)包括捕獲時(shí)機(jī)判斷、連接方式等。為適應(yīng)復(fù)雜的艦載環(huán)境，應(yīng)在傳統(tǒng)控制方法的基礎(chǔ)上，發(fā)展非線性控制、自適應(yīng)控制、智能控制等著艦技術(shù)以及基于深度學(xué)習(xí)的著艦環(huán)境感知方法，研發(fā)出智能化程度較高的飛行控制系統(tǒng)。

目標(biāo)特性模擬技術(shù)

無人直升機(jī)作為靶標(biāo)使用時(shí)，必須能夠準(zhǔn)確模擬目標(biāo)直升機(jī)的雷達(dá)散射特性、紅外特性，國內(nèi)在此方面研究較少，而且多以數(shù)字仿真為主，真實(shí)性不高，如何有效模擬直升機(jī)的目標(biāo)特性是建設(shè)無人直升機(jī)類靶標(biāo)的關(guān)鍵難點(diǎn)技術(shù)。目標(biāo)特性模擬技術(shù)研究應(yīng)在情報(bào)資料收集基礎(chǔ)上，首先通過理論估算和實(shí)測提供模擬對(duì)象的雷達(dá)截面積（RCS）、紅外特性、旋翼調(diào)制特性等數(shù)據(jù)，結(jié)合國內(nèi)無人直升機(jī)平臺(tái)進(jìn)行詳細(xì)對(duì)比分析研究，針對(duì)差距和不足進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)，一般可采取加裝隱身涂層、龍伯球、角反射器、曳光管等手段，也可使用有源模擬設(shè)備，有源模擬設(shè)備要綜合考慮與平臺(tái)目標(biāo)特性的匹配性?？紤]到使用成本，應(yīng)盡量做到通用化，根據(jù)不同目標(biāo)的需求加載不同的模塊或者通過不同的參數(shù)設(shè)定，實(shí)現(xiàn)不同目標(biāo)特性的模擬。后續(xù)應(yīng)依托國內(nèi)目標(biāo)特性研究單位逐步建立相應(yīng)的模型或數(shù)據(jù)庫，研制較為逼真的模擬器，解決旋翼類靶標(biāo)目標(biāo)特性問題。

多機(jī)協(xié)同控制能力

艦載無人直升機(jī)多機(jī)編隊(duì)飛行也是較為常用的應(yīng)用場景，如雙機(jī)編隊(duì)供靶、交匯信息測量、多機(jī)航區(qū)態(tài)勢(shì)監(jiān)測等，主要關(guān)鍵技術(shù)包括任務(wù)規(guī)劃技術(shù)、編隊(duì)重構(gòu)技術(shù)、控制權(quán)交接技術(shù)、防碰撞技術(shù)等。特別是無人直升機(jī)長距離超低空飛行時(shí)，為了確保多機(jī)飛行可靠性，一般需要多個(gè)艦面或地面測控設(shè)備對(duì)其控制，需要對(duì)無人直升機(jī)測控?cái)?shù)據(jù)鏈統(tǒng)一設(shè)計(jì)，研究建設(shè)多機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)間數(shù)據(jù)交換，提升編隊(duì)自主決策能力。

建設(shè)總體要求

區(qū)別于岸基起降無人直升機(jī)，靶場艦載無人直升機(jī)建設(shè)應(yīng)能滿足長時(shí)間海上存貯、不同艦船裝載、環(huán)境適應(yīng)性高等總體要求。

適應(yīng)不同艦船加裝要求

艦載無人直升機(jī)通常需要加裝格柵裝置、引導(dǎo)系統(tǒng)、測控系統(tǒng)以及供電、儲(chǔ)存、防護(hù)等設(shè)備，有人直升機(jī)格柵等裝置一般在艦船上預(yù)先安裝，通用性強(qiáng)，而靶場艦載無人直升機(jī)作為臨時(shí)使用裝備，需要根據(jù)任務(wù)需求臨時(shí)安裝。由于起降甲板尺寸、甲板紊流場、艦船運(yùn)動(dòng)、復(fù)雜電磁環(huán)境、駐艦維修保障等方面均對(duì)艦載無人直升機(jī)使用存在制約和限制，因此，設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮測控系統(tǒng)、引導(dǎo)裝置、著艦輔助裝置、運(yùn)輸裝置的通用性和可拆卸性。特別是著艦輔助裝置，需要臨時(shí)搭建格柵固定平臺(tái)，尺寸、重量較大，要充分考慮安裝可行性、拆卸靈活性，避免出現(xiàn)使用保障難題。

適應(yīng)特殊的海洋環(huán)境

艦載無人直升機(jī)隨艦航行執(zhí)行任務(wù)，短則數(shù)周，長則數(shù)月時(shí)間，由于保障條件限制，特別是沒有機(jī)庫保障條件下，無人直升機(jī)技術(shù)維護(hù)及操作使用均需要在甲板上進(jìn)行，需要長時(shí)間面對(duì)高溫、濕熱、霉菌、鹽霧以及晃動(dòng)等均對(duì)艦載直升機(jī)的使用帶來問題，如濕熱、霉菌、鹽霧對(duì)機(jī)體結(jié)構(gòu)、發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)等的腐蝕，風(fēng)速對(duì)直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)開/關(guān)車的限制，高溫降低發(fā)動(dòng)機(jī)功率等。在裝備建設(shè)中應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)開展設(shè)計(jì)及試驗(yàn)工作，詳細(xì)分析長時(shí)間暴露在海洋環(huán)境下對(duì)各種部件影響，有針對(duì)做好應(yīng)對(duì)措施。

適應(yīng)復(fù)雜的氣流影響

相對(duì)于陸地而言，無人直升機(jī)著艦的區(qū)域一般在艦艇尾部的甲板上，其后面是開闊的空間，其前部是艦艇的上層建筑物，這樣造成了該區(qū)域空氣流場特性復(fù)雜多變。為確保較高任務(wù)執(zhí)行率，需要艦載無人直升機(jī)具有優(yōu)良的抗風(fēng)能力，特別是在抗大側(cè)風(fēng)和紊流能力。這就要求艦載無人直升機(jī)的槳盤載荷要大，動(dòng)力儲(chǔ)備要足，而機(jī)身截面積和側(cè)面積要小。一般情況下艦載無人直升機(jī)在側(cè)風(fēng)中懸停風(fēng)速小于10m/s時(shí)，直升機(jī)的總距、橫向周期變距、縱向周期變距以及尾槳槳距的操縱量應(yīng)比較小，確保能夠穩(wěn)定懸停。

適應(yīng)多樣化的任務(wù)加載

能通過預(yù)留空間或外掛方式搭載攝錄設(shè)備、電子干擾設(shè)備、通信中繼設(shè)備、導(dǎo)引頭、目標(biāo)模擬器等，能提供容量不小于2kw的供電，安裝平臺(tái)預(yù)留數(shù)據(jù)、電氣、機(jī)械接口，統(tǒng)一接口方式、通信協(xié)議，進(jìn)行低頻減震、電磁兼容、供電隔離等處理。遙控遙測采用通用化無人機(jī)測控系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，能夠適應(yīng)海洋環(huán)境，具備一定動(dòng)平臺(tái)穩(wěn)定能力，傳輸協(xié)議能夠由系統(tǒng)總體自定義確定，顯控臺(tái)能夠按照無人直升機(jī)及搭載任務(wù)設(shè)備操作控制要求設(shè)置界面、定義指令、連接操縱桿。

建設(shè)目標(biāo)與思路

靶場建設(shè)艦載無人直升機(jī)系統(tǒng)應(yīng)以需求為牽引，以國內(nèi)無人直升機(jī)發(fā)展技術(shù)為基礎(chǔ)，采用分步實(shí)施的方法進(jìn)行，分近期（3-5年）和遠(yuǎn)期（5-10年）來逐步實(shí)現(xiàn)。

近期目標(biāo)：建成中小型艦載無人直升機(jī)系統(tǒng)，滿足現(xiàn)有試驗(yàn)航區(qū)供靶、定點(diǎn)監(jiān)控、較大搭載能力的試驗(yàn)需要。主要建設(shè)和解決如下問題：

（1）具備巡航速度150km/h、載荷80kg、續(xù)航時(shí)間4h、起飛重量500kg、任務(wù)載荷供電2kw左右的平臺(tái)保障能力，解決海上靶場用無人直升機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)保障的問題；

（2）研究探索直升機(jī)類目標(biāo)特性，重點(diǎn)分析典型艦載無人直升機(jī)目標(biāo)與新建無人直升機(jī)的雷達(dá)與紅外特性，研究有源和無源模擬方法，建立相應(yīng)的數(shù)字化模型或數(shù)據(jù)庫，解決旋翼類靶標(biāo)特性問題；

（3）積累實(shí)際飛行數(shù)據(jù)，建立自主飛行與自主著艦的數(shù)學(xué)模型，研究無人直升機(jī)艦載起降方法，完善飛行風(fēng)限圖，實(shí)現(xiàn)不同加裝平臺(tái)、3級(jí)海況、無輔助條件下自由起降，解決無人直升機(jī)艦載起降的技術(shù)問題；

遠(yuǎn)期目標(biāo)：建成中型艦載起降無人直升機(jī)系統(tǒng)與實(shí)體直升機(jī)靶，更好滿足大航區(qū)試驗(yàn)保障和艦空武器試驗(yàn)供靶的需求。主要建設(shè)和解決如下問題：

（1）建成巡航速度220km/h、載荷300kg、續(xù)航時(shí)間4h、起飛重量2000kg、成本可控的艦載起降為主的飛行平臺(tái)，解決海上靶場復(fù)雜場景下用艦載無人直升機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)保障的問題；

（2）以國內(nèi)某型艦載直升機(jī)為基礎(chǔ)，改造為艦載無人直升機(jī)系統(tǒng)，按照典型目標(biāo)特性進(jìn)行改裝，建成實(shí)體直升機(jī)靶，更好解決艦/潛空武器試驗(yàn)對(duì)直升機(jī)目標(biāo)需求的問題；

（3）基本形成內(nèi)部依托中/小型無人直升機(jī)裝備保障試驗(yàn)、外部依靠主要協(xié)作單位技術(shù)拓展研究的格局，初步構(gòu)建起靶場無人直升機(jī)系統(tǒng)的體系。

為有效實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，靶場建設(shè)和應(yīng)用艦載無人直升機(jī)系統(tǒng)，應(yīng)突出直升機(jī)特點(diǎn)確定建設(shè)要求，避免重復(fù)建設(shè)和追求高性能；應(yīng)采用成熟技術(shù)確定建設(shè)方案，避免有較大風(fēng)險(xiǎn)的技術(shù)攻關(guān)和資金投入；應(yīng)堅(jiān)持效益優(yōu)先評(píng)價(jià)建設(shè)目標(biāo)，避免盲目建設(shè)和資源浪費(fèi)。

結(jié)束語

隨著軍隊(duì)軍事需求和重視程度的增加，目前艦載無人直升機(jī)進(jìn)入了一個(gè)快速發(fā)展的階段，重油發(fā)動(dòng)機(jī)、著艦引導(dǎo)、自主著艦等關(guān)鍵技術(shù)得到攻克，靶場應(yīng)把握艦載無人直升機(jī)技術(shù)發(fā)展方向，發(fā)揮試訓(xùn)任務(wù)需求牽引作用，持續(xù)跟進(jìn)無人直升機(jī)技術(shù)進(jìn)展，不斷推動(dòng)艦載無人直升機(jī)在靶場試訓(xùn)任務(wù)中深入應(yīng)用。