美國(guó)貨運(yùn)無(wú)人機(jī)發(fā)展與應(yīng)用淺析

姚軍 梁浩聰 羅嘉軍 丁相峰

20世紀(jì)60年代以后，無(wú)人機(jī)在偵察、監(jiān)視、精確打擊、電子對(duì)抗、通信中繼等任務(wù)中表現(xiàn)出色，發(fā)揮了獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，逐漸成為軍事領(lǐng)域的重要力量。近年，無(wú)人機(jī)在航拍、農(nóng)業(yè)植保、電力線巡檢、測(cè)繪、安防、應(yīng)急救援等民用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，發(fā)展十分迅猛。隨著無(wú)人機(jī)導(dǎo)航定位、智能感知與規(guī)避等技術(shù)的進(jìn)步，以及現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)無(wú)人運(yùn)送的迫切需求，以美國(guó)為首的世界強(qiáng)國(guó)高度重視貨運(yùn)無(wú)人機(jī)研制和應(yīng)用，大力推進(jìn)貨運(yùn)無(wú)人機(jī)發(fā)展。未來(lái)，無(wú)人機(jī)運(yùn)送貨物必將成為軍事運(yùn)輸投送任務(wù)的重要手段，對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)進(jìn)程產(chǎn)生重要影響。

發(fā)展與應(yīng)用

美國(guó)是最早將無(wú)人機(jī)應(yīng)用于戰(zhàn)場(chǎng)的國(guó)家之一，無(wú)人機(jī)運(yùn)用的時(shí)間可追溯至越南戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期。在阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)中，美軍面對(duì)高原多山地形，使用大量貨運(yùn)無(wú)人機(jī)執(zhí)行后勤物資補(bǔ)給任務(wù)，提升了戰(zhàn)場(chǎng)保障效率。美國(guó)發(fā)展貨運(yùn)無(wú)人機(jī)主要通過(guò)新機(jī)研制和有人機(jī)改型兩條途徑。當(dāng)前，美國(guó)貨運(yùn)無(wú)人機(jī)包括GD-2000“沉默箭”（GD-2000 Silent Arrow）、CQ-10B“雪雁”（CQ-10B Snowgoose）“雷戈”-A（Rhaegal-A）、“雷戈”-B、APT 20、APT 70、APT 100、YCS17、LG-1K、LG-2K等型號(hào)，以及由K-MAX、208“大篷車(chē)”、MQ-8C“火力偵察兵”等有人機(jī)改型而成的無(wú)人機(jī)。

“沉默箭”系列貨運(yùn)無(wú)人機(jī)

2014年，耶茨電子空間公司（Yates）開(kāi)始研制GD-700“沉默箭”貨運(yùn)無(wú)人機(jī)，該機(jī)成本低，載貨重量317.5kg，在此基礎(chǔ)上，又研發(fā)了可運(yùn)送500kg貨物的GD-800貨運(yùn)無(wú)人機(jī)，ER-2000垂直起降貨運(yùn)無(wú)人機(jī)，由堅(jiān)固耐用玻璃纖維復(fù)合材料制成的可回收、可重復(fù)使用的GR-2000貨運(yùn)無(wú)人機(jī)，以及最新報(bào)道的GD-2000貨運(yùn)無(wú)人機(jī)及其寬體機(jī)型等貨運(yùn)無(wú)人機(jī)。相較于GD-700，GD-2000機(jī)身由三合板制成，屬于一次性無(wú)動(dòng)力貨運(yùn)無(wú)人滑翔機(jī)，綜合性能進(jìn)一步提升。GD-2000空機(jī)重量約907kg，最大任務(wù)載荷重量740kg，翼展8.5m，成本比美軍“聯(lián)合精確空投系統(tǒng)”（JPADS）低50%，但升阻比是“聯(lián)合精確空投系統(tǒng)”的2倍。GD-2000需要固定翼飛機(jī)或直升機(jī)在空中投放，投放高度范圍是460～7600m，可投送前線救生用品、藥品和裝備等物資。

CQ-10B“雪雁”貨運(yùn)無(wú)人機(jī)

CQ-10B“雪雁”是加拿大MMIST公司為美國(guó)特種作戰(zhàn)司令部研制的貨運(yùn)無(wú)人直升機(jī)。該機(jī)擁有三副主旋翼，機(jī)尾安裝了推力螺旋槳，具備優(yōu)異的機(jī)動(dòng)性和垂直起降能力，能夠精確投送貨物。該機(jī)機(jī)身呈矩形，共安裝6個(gè)模塊化貨艙，每個(gè)貨艙載貨重量44kg，總載貨重量達(dá)264kg。根據(jù)任務(wù)需要，貨艙可裝載燃油、貨物、傳感器。

“雷戈”系列垂直起降貨運(yùn)無(wú)人機(jī)

2019年，位于美國(guó)加州的刀翼公司（SabreWing）提出“雷戈”垂直起降貨運(yùn)無(wú)人機(jī)方案，目標(biāo)是研制載貨重量為2270kg、可晝夜飛行的無(wú)人機(jī)，該機(jī)擁有四個(gè)傾轉(zhuǎn)涵道風(fēng)扇和一個(gè)為高速前飛提供升力的固定翼?！袄赘辍必涍\(yùn)無(wú)人機(jī)包括A、B兩種型號(hào)，“雷戈”-A任務(wù)定位是戰(zhàn)場(chǎng)傷員轉(zhuǎn)移；“雷戈”-B任務(wù)定位是貨物運(yùn)送，其最高飛行高度6700m，370km/h飛行速度下的航程為1852km，載貨重量是“雷戈”-A的兩倍。

APT系列貨運(yùn)無(wú)人機(jī)

2019年，美國(guó)貝爾公司推出了“自主吊艙運(yùn)輸” 70（APT 70）垂直起降貨運(yùn)無(wú)人機(jī)。該機(jī)采用多旋翼尾座式布局，起飛后在空中轉(zhuǎn)換為有翼飛行，最大任務(wù)載荷重量32kg，最快飛行速度204km/h，使用半徑56km，可為偏遠(yuǎn)地區(qū)的用戶運(yùn)送包裹和緊急醫(yī)療物資。APT 70縮比驗(yàn)證機(jī)于2020年7月完成首次超視距試飛。貝爾公司先前研制的APT 20小型無(wú)人機(jī)最大載貨重量9kg，最快飛行速度167km/h，使用半徑11km。另一個(gè)新的軍用型號(hào)是APT 100，該機(jī)最大載貨重量50kg，最快飛行速度241km/h，使用半徑56km。

YCS17貨運(yùn)無(wú)人機(jī)

2020年3月，美國(guó)泰銳工藝公司（ThereCraft）提出YCS17貨運(yùn)無(wú)人機(jī)概念方案。該機(jī)機(jī)身內(nèi)部安裝了可放置貨物的分離式貨艙。在即將到達(dá)交付地點(diǎn)時(shí)，YCS17貨運(yùn)無(wú)人機(jī)以俯沖姿態(tài)下降，將分離式貨艙放置在目標(biāo)區(qū)后快速升空，并返回起飛地點(diǎn)。目前，泰銳工藝公司沒(méi)有透露更多的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。

LG系列貨運(yùn)無(wú)人機(jī)

2019年3月，美國(guó)物流滑翔機(jī)公司在美國(guó)國(guó)防預(yù)研局（DARPA）和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)室（MCWL）資助下，開(kāi)始設(shè)計(jì)可為地面部隊(duì)提供物資補(bǔ)給的一次性貨運(yùn)無(wú)人滑翔機(jī)系列產(chǎn)品。尺寸較小的原型機(jī)名稱為L(zhǎng)G-1K，較大的是LG-2K。2020年初，這兩款木質(zhì)無(wú)人滑翔機(jī)完成試飛任務(wù)。LG-1K、LG-2K屬于一次性戰(zhàn)術(shù)貨運(yùn)無(wú)人機(jī)，機(jī)身為長(zhǎng)方形，由直升機(jī)或運(yùn)輸機(jī)在空中投放，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)降落傘執(zhí)行貨物空投任務(wù)。在運(yùn)輸過(guò)程中，LG-1K和LG-2K的機(jī)翼處于折疊狀態(tài)，以減小尺寸。載機(jī)飛到空投區(qū)域投放貨運(yùn)無(wú)人機(jī)后，處于折疊狀態(tài)的機(jī)翼自行彈開(kāi)。該機(jī)構(gòu)造十分簡(jiǎn)單，除機(jī)尾安裝的少量控制設(shè)備外，其余部件均由抗風(fēng)雨膠合板制成。LG-1K機(jī)長(zhǎng)約3.3m，翼展7.1m，載貨重量約320kg。LG-2K機(jī)長(zhǎng)約4.2m，翼展8.3m，載貨重量約725kg。

“高空飛索”貨運(yùn)無(wú)人機(jī)

“高空飛索”小型貨運(yùn)無(wú)人機(jī)（Zipline）由高空飛索公司、美國(guó)國(guó)防創(chuàng)新部門(mén)、海軍醫(yī)療研究中心聯(lián)合研發(fā)，采用固定翼布局，巡航速度105km/h，飛行高度90m，載貨重量約1.8kg，主要運(yùn)送藥品，采用降落傘向目的地投送物資，可解決非洲等道路不發(fā)達(dá)地區(qū)的緊急醫(yī)療物資運(yùn)送問(wèn)題。為降低成本，“高空飛索”貨運(yùn)無(wú)人機(jī)攜帶的貨箱和降落傘均為一次性產(chǎn)品，用材非常普通，成本不到人民幣4元。到達(dá)目標(biāo)空域后，無(wú)人機(jī)在幾十米高度將貨物投向目的地。

K-MAX貨運(yùn)無(wú)人直升機(jī)

2012年，美國(guó)軍工巨頭洛克希德-馬丁公司（Lockheed Martin）和卡曼公司（Kaman）合作，將K-MAX有人直升機(jī)改型為貨運(yùn)無(wú)人直升機(jī)。K-MAX貨運(yùn)有人直升機(jī)是美國(guó)卡曼公司專為外吊掛貨運(yùn)任務(wù)而設(shè)計(jì)的機(jī)型，是一種單座單發(fā)橫列式直升機(jī)。K-MAX貨運(yùn)無(wú)人直升機(jī)機(jī)長(zhǎng)15.85m，空機(jī)重量2334kg，載貨重量3109kg，采用GPS制導(dǎo)，起降無(wú)需跑道，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可在山地、高原等地區(qū)執(zhí)行貨物運(yùn)送任務(wù)。在阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)期間，該無(wú)人直升機(jī)累計(jì)完成485架次飛行任務(wù)，總飛行時(shí)間超過(guò)500h，運(yùn)送貨物共計(jì)720t，是美軍地面部隊(duì)在復(fù)雜地形條件下實(shí)現(xiàn)快速前進(jìn)和撤退的重要支援力量，向世界展示了貨運(yùn)無(wú)人機(jī)的軍事價(jià)值。

208“大篷車(chē)”無(wú)人運(yùn)輸機(jī)

美國(guó)可靠機(jī)器人公司（Reliable Robotics）和聯(lián)邦快遞合作，將固定翼有人機(jī)改型為208“大篷車(chē)”自主無(wú)人運(yùn)輸機(jī)。該型無(wú)人機(jī)翼展15.9m，機(jī)長(zhǎng)12.7m，最大起飛重量約4000kg，可攜帶超過(guò)2000kg的貨物，繼承了通用飛機(jī)對(duì)起降條件要求低、可短距起降等優(yōu)點(diǎn)，完全可在沙石道路上起降，具備有人、無(wú)人兩種模式，既可采用無(wú)人模式飛行，也由飛行員駕駛執(zhí)行運(yùn)輸任務(wù)，應(yīng)用更加靈活，執(zhí)行復(fù)雜運(yùn)輸任務(wù)的能力更強(qiáng)，很大程度上避免了目前無(wú)人機(jī)自主導(dǎo)航存在的控制缺陷，可以在地形復(fù)雜且信號(hào)干擾大的區(qū)域執(zhí)行運(yùn)輸任務(wù)。

MQ-8C“火力偵察兵”貨運(yùn)無(wú)人直升機(jī)

MQ-8C“火力偵察兵”貨運(yùn)無(wú)人直升機(jī)基于諾斯羅普-格魯門(mén)公司（Northrop Grumman）“貝爾”-407輕型單發(fā)有人直升機(jī)改型而成，分為陸軍型和海軍型兩個(gè)型號(hào)，最大起飛重量2700kg，最高飛行高度4876m，最快飛行速度250km/h，續(xù)航時(shí)間12h，已完成初始作戰(zhàn)能力評(píng)估試驗(yàn)，并于2021年12月4日完成美國(guó)海軍“密爾沃基”瀕海戰(zhàn)斗艦的上艦部署，將為美國(guó)海軍第四艦隊(duì)提供作戰(zhàn)支持。

發(fā)展特點(diǎn)

經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，美國(guó)貨運(yùn)無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)了從無(wú)到有、從落后到先進(jìn)的轉(zhuǎn)變，整體發(fā)展呈現(xiàn)以下特點(diǎn)。

設(shè)計(jì)理念先進(jìn)

美國(guó)研制的各型貨運(yùn)無(wú)人機(jī)體現(xiàn)了先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念。一次性無(wú)動(dòng)力貨運(yùn)無(wú)人滑翔機(jī)具有噪聲低、成本低、無(wú)電磁輻射、可大量部署等特點(diǎn)，能有效避免反無(wú)人機(jī)裝備的干擾與攻擊，非常適合在戰(zhàn)場(chǎng)投送物資。YCS17概念貨運(yùn)無(wú)人機(jī)提出了一種具有快速投送貨物能力的機(jī)型。多型貨運(yùn)無(wú)人機(jī)具備垂直起降或短距起降功能，能夠滿足惡劣環(huán)境下的起降需求。

設(shè)計(jì)方案務(wù)實(shí)

美國(guó)貨運(yùn)無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)以實(shí)際需求為牽引，體現(xiàn)功能的實(shí)用性。貨運(yùn)無(wú)人滑翔機(jī)主要考慮替代傘降執(zhí)行貨物空投任務(wù)。在設(shè)計(jì)層面，美國(guó)重點(diǎn)關(guān)注產(chǎn)品的控制性能、制造成本和載重能力。YCS17概念無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)方案以戰(zhàn)場(chǎng)快速機(jī)動(dòng)、靈活運(yùn)用等實(shí)際需求為牽引。無(wú)人運(yùn)輸機(jī)主要基于有人機(jī)改型而成，降低研發(fā)成本的同時(shí)，確保了無(wú)人機(jī)機(jī)體具有成熟性與穩(wěn)定性。

構(gòu)型豐富

美國(guó)貨運(yùn)無(wú)人機(jī)擁有固定翼無(wú)人機(jī)、多旋翼無(wú)人機(jī)、無(wú)人直升機(jī)、復(fù)合無(wú)人機(jī)、無(wú)人滑翔機(jī)等多種構(gòu)型。貨物運(yùn)送方式分為空運(yùn)和空投。

功能全面

隨著技術(shù)和理念的進(jìn)步，美國(guó)貨運(yùn)無(wú)人機(jī)正從單一功能向多功能集于一體的方向發(fā)展。例如，由固定翼有人機(jī)改型而成的208“大篷車(chē)”無(wú)人運(yùn)輸機(jī)具備有人、無(wú)人兩種模式；MQ-8C“火力偵察兵”貨運(yùn)無(wú)人直升機(jī)不僅能運(yùn)送物資，也可執(zhí)行情報(bào)、監(jiān)視、偵察（ISR）任務(wù)。

發(fā)展趨勢(shì)

貨運(yùn)無(wú)人機(jī)運(yùn)營(yíng)企業(yè)進(jìn)一步細(xì)分

隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新，貨運(yùn)無(wú)人機(jī)運(yùn)營(yíng)將向?qū)I(yè)化細(xì)分領(lǐng)域深層次發(fā)展。未來(lái)，貨運(yùn)無(wú)人機(jī)運(yùn)營(yíng)企業(yè)有可能被細(xì)分為專業(yè)化貨運(yùn)無(wú)人滑翔機(jī)公司、專業(yè)化旋翼貨運(yùn)無(wú)人機(jī)公司、專業(yè)化無(wú)人運(yùn)輸機(jī)公司等類型。各型貨運(yùn)無(wú)人機(jī)承擔(dān)的任務(wù)也將被合理細(xì)分，為貨運(yùn)無(wú)人機(jī)研制提供基本參考。

貨運(yùn)無(wú)人機(jī)面臨的難題將被逐步解決

隨著技術(shù)的發(fā)展和行業(yè)應(yīng)用的成熟，技術(shù)人員將逐步解決貨運(yùn)無(wú)人機(jī)導(dǎo)航定位、動(dòng)力等技術(shù)難題和安全問(wèn)題。一是導(dǎo)航基站性能將更加優(yōu)異，新的導(dǎo)航技術(shù)與多種導(dǎo)航手段融合，將提升無(wú)人機(jī)導(dǎo)航定位的持續(xù)性、穩(wěn)定性和精確性。二是隨著新能源、自動(dòng)充電和空中加油等技術(shù)不斷取得突破，貨運(yùn)無(wú)人機(jī)航程短的問(wèn)題將得到有效解決。三是隨著無(wú)人機(jī)法規(guī)的制定和不斷完善，未來(lái)貨運(yùn)無(wú)人機(jī)航線劃設(shè)、控制余度、裝備余度、應(yīng)急預(yù)案都將實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化管理，以最大程度確保貨運(yùn)無(wú)人機(jī)及地面人員的安全。

軍用貨運(yùn)無(wú)人機(jī)建設(shè)向體系化方向發(fā)展

最初，美國(guó)軍用無(wú)人機(jī)力量建設(shè)由各軍種獨(dú)立完成。但隨著無(wú)人機(jī)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中廣泛應(yīng)用，為充分整合各軍種無(wú)人機(jī)力量，從2007財(cái)年開(kāi)始，美國(guó)國(guó)防部陸續(xù)發(fā)布無(wú)人系統(tǒng)路線圖，以指導(dǎo)各軍種開(kāi)展無(wú)人機(jī)力量建設(shè)。貨運(yùn)無(wú)人機(jī)不斷發(fā)展，其種類和數(shù)量大幅增加，美國(guó)必將提出相關(guān)綱領(lǐng)性文件，以科學(xué)合理地規(guī)劃美國(guó)貨運(yùn)無(wú)人機(jī)力量建設(shè)。未來(lái)，美國(guó)貨運(yùn)無(wú)人機(jī)發(fā)展將從各軍種獨(dú)立建設(shè)模式轉(zhuǎn)向?qū)I(yè)化體系化建設(shè)模式。