美國加速發(fā)展低成本無人作戰(zhàn)飛機

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在分析美國發(fā)展低成本無人作戰(zhàn)飛機背景的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)梳理了美國當前正在實施三型低成本無人作戰(zhàn)飛機項目，對各型低成本無人作戰(zhàn)飛機的設(shè)計特點、研制進程、使用模式進行了深入分析，總結(jié)提出了低成本無人作戰(zhàn)飛機的技術(shù)重點和潛在影響。

近年來，隨著國際戰(zhàn)略形勢環(huán)境的變化，美國逐步將國防建設(shè)重心調(diào)整為應(yīng)對大國博弈的高強度局部沖突，加快了新一代航空武器裝備的發(fā)展。然而，受限于高性能先進作戰(zhàn)飛機的價格不斷攀升，美軍空中力量規(guī)模仍整體呈縮減態(tài)勢，難于通過大規(guī)模更新?lián)Q代來解決該問題，為此美軍開展了低成本無人作戰(zhàn)飛機相關(guān)技術(shù)研究工作，美國航空工業(yè)界也積極響應(yīng)，推出了多個低成本無人作戰(zhàn)飛機方案。2019年3月5日，美國克里斯托安全防衛(wèi)解決方案公司設(shè)計制造的XQ-58A技術(shù)驗證機完成了76min的首飛。這標志著美空軍在研究和驗證具有有限壽命/架次的低成本攻擊無人機技術(shù)和裝備概念取得了階段性進展，為其構(gòu)建質(zhì)量與數(shù)量并優(yōu)的空中優(yōu)勢能力奠定了基礎(chǔ)。

低成本無人作戰(zhàn)飛機是解決美軍重塑規(guī)模與性能優(yōu)勢的重要探索

當前先進高性能軍機高技術(shù)化、高度復(fù)雜化的基本特征將導(dǎo)致采辦成本驟增是難以避免的趨勢，同時作戰(zhàn)人員費用也在隨之提高。冷戰(zhàn)結(jié)束以來，美空軍規(guī)模一直呈縮減態(tài)勢，其人員數(shù)量減少了30%、飛機數(shù)量減少了37%。美空軍部長威爾遜已指出，當前的空軍規(guī)模已“過小”，作戰(zhàn)中隊的數(shù)量需要由312個增加到386個，然而國防預(yù)算難于支撐才辦現(xiàn)有航空武器裝備實現(xiàn)這一目標，質(zhì)量、規(guī)模、效能間的矛盾如何得以平衡和兼顧將是美國裝備建設(shè)部門面臨的共同問題。另一方面，現(xiàn)有航空武器裝備嚴格的裝備采購標準和研制規(guī)范，確保了武器裝備的性能和質(zhì)量，使之能夠在長期的壽命周期達到所要求的高可靠性，但是這同樣導(dǎo)致了研制、鑒定和生產(chǎn)新型航空武器裝備的成本和時間大大增加，這就要求航空武器裝備研究人員探索裝備研制的新途徑，降低裝備采辦成本、縮短研發(fā)和生產(chǎn)周期，以靈活應(yīng)對新興威脅。

著眼解決這一問題，美國國防部和美國空軍期望通過創(chuàng)新無人機系統(tǒng)設(shè)計概念和流程，充分發(fā)揮無人機系統(tǒng)固有優(yōu)勢，綜合權(quán)衡各項性能需求與使用要求，為確保所需作戰(zhàn)性能的前提下，顯著降低采辦和作戰(zhàn)使用成本。2016年時任美國空軍負責(zé)科學(xué)技術(shù)與工程助理部長幫辦David Walker在眾議院武裝力量委員會作“分解無人機系統(tǒng)獲取空軍未來作戰(zhàn)概念和國防部第三次抵消戰(zhàn)略提及的作戰(zhàn)敏捷性創(chuàng)造了可能”報告中高度評價了低成本可消耗飛機技術(shù)驗證項目，將其視為可創(chuàng)造巨大機會的新興能力，低成本可消耗無人作戰(zhàn)飛機XQ-58A項目軍方主管認為未來美國空軍機隊很可能由與現(xiàn)在相比更少的高端作戰(zhàn)飛機和大量的低成本可消耗攻擊無人機構(gòu)成。高性能、低成本無人作戰(zhàn)飛機將帶來改變游戲規(guī)則的能力，在未來空中對抗中將同時形成數(shù)量與規(guī)模的優(yōu)勢，并取得與競爭對手相比更為顯著的成本優(yōu)勢。

美國低成本無人作戰(zhàn)飛機主要項目情況

XQ-58A低成本可消耗飛機技術(shù)（ LCAAT）的驗證機（LCASD）項目

2015年，美國空軍研究試驗室組織洛克希德·馬丁公司、克瑞拓斯安全防衛(wèi)解決方案公司、波音公司等6家美國航空航天知名企業(yè)開展低成本可消耗飛機技術(shù)研究;2016年7月，靶機制造商美國克瑞拓斯安全防衛(wèi)解決方案公司獲得XQ-58A技術(shù)驗證機合同，美國空軍先期投資730萬美元（公司自主投資3350萬美元），用于研制和制造3架技術(shù)驗證機，后期規(guī)劃約1億美元的技術(shù)成熟和深化投資。

2019年3月，合同授予31個月后，XQ-58A首架驗證機完成首飛，根據(jù)目前透露的試飛計劃，后續(xù)還將完成兩個階段4次試飛，剩余試飛工作的重點是評估系統(tǒng)工程、氣動力性能和發(fā)射回收系統(tǒng)，同時初步建立面向有限壽命需求的剪裁設(shè)計和制造標準，獲取可消耗飛機成本模型相關(guān)成本數(shù)據(jù)。此外，XQ-58A在完成低成本可消耗飛機技術(shù)驗證項目后，還可能參與美空軍“忠誠僚機”項目的飛行演示驗證工作。

XQ-58A采用中等后掠角中單翼、V型尾翼、背負式進氣道隱身化布局，機長8.84m，翼展6.7m，最大飛行高度13716m，最小飛行高度15m，最大飛行速度Ma0.85，航程8700km，有效載荷不少于230kg?，F(xiàn)配裝單臺威廉姆斯公司FJ33-5型渦扇發(fā)動機，起飛推力約746.6kg.g。設(shè)計有2個內(nèi)埋式武器艙，可各掛載1枚AIM-120中程空空導(dǎo)彈或GBU-39型小直徑炸彈，并具備翼下外掛能力。采用開放式任務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)，具備不依賴跑道起降能力，起降模式很可能采取克瑞拓斯安全防衛(wèi)解決方案公司在靶機方面的經(jīng)驗，即采用導(dǎo)軌火箭助推發(fā)射/降落傘著陸模式，可重復(fù)使用并具有有限的使用壽命/架次。從已經(jīng)公布的設(shè)計方案看，×Q-58A的最終設(shè)計至少經(jīng)歷兩輪大的調(diào)整，整體布局更為扁平，更多地考慮了隱身性能需求，背負式進氣道由早前的簡單式調(diào)整為二元可調(diào)，并顯著增大了進氣截面積，同時機翼展弦比明顯加大，V型尾翼的面積不僅增加，同時采取了切角設(shè)計。

波音公司“空中力量編隊系統(tǒng)”項目

2019年2月，波音公司在澳大利亞航展上，展示了為澳大利亞空軍“忠誠僚機——先進開發(fā)項目”項目研制的新型低成本隱身無人作戰(zhàn)飛機：空中力量編隊系統(tǒng)（ ATS）。該機由波音防務(wù)澳大利亞公司負責(zé)，“鬼怪”工廠國際部參與了設(shè)計工作，號稱是美國本土以外最大的無人機投資項目，該無人機在澳大利亞完成首批3架試驗機的全部制造工作，計劃于2020年完成首飛，除裝備澳大利亞空軍外，還計劃出口全球。

ATS機長38 - 40ft，航程超過2000nm，采用隱身化設(shè)計、中單翼布局、外傾全動雙垂尾、兩側(cè)進氣、單發(fā);采用模塊化配置，可攜帶包括武器在內(nèi)的多種載荷，便于快速更換載荷重構(gòu)能力。

ATS是一種半自主多任務(wù)系統(tǒng)，配合有人機在危險作戰(zhàn)環(huán)境中執(zhí)行一系列任務(wù)，將由伴飛飛機或地面站控制實現(xiàn)半自主飛行。根據(jù)目前公布的任務(wù)構(gòu)想，一架有人機平臺將可指揮控制4-6架無人協(xié)同作戰(zhàn)，適配的有人機包括E-7預(yù)警指揮機、EA-18G、F/A-18E/F、P-8等，初始構(gòu)型聚焦于情報監(jiān)視和偵察任務(wù)、電子戰(zhàn)，未來將可承擔(dān)空戰(zhàn)認為，并成為大型有人空中預(yù)警監(jiān)視平臺的護衛(wèi)盾牌。

DARPA的“飛行掛架”項目

作為美國探索顛覆性作戰(zhàn)能力的先鋒，美國國防高級研究計劃局（ DARPA）也高度重視低成本無人作戰(zhàn)飛機概念與技術(shù)的發(fā)展。2017年9月，美國國防高級研究計劃局（ DARPA）戰(zhàn)略技術(shù)辦公室在國防部小企業(yè)創(chuàng)新研究（ SBIR）計劃中公布了“‘飛行導(dǎo)彈掛架’設(shè)計與快速制造技術(shù)”項目，旨在探索可發(fā)射AIM-120空空導(dǎo)彈及其它制空武器的低成本空戰(zhàn)無人機平臺及其快速批量制造技術(shù)。

“飛行導(dǎo)彈掛架”（ FMR）無人作戰(zhàn)飛機概念是一種高度簡化、具有有限飛行和作戰(zhàn)功能、可支持快速批量生產(chǎn)（ 500架/月）的可消耗無人作戰(zhàn)飛機平臺。根據(jù)DARPA提出的作戰(zhàn)概念要求，“飛行導(dǎo)彈掛架”無人作戰(zhàn)飛機主要用于配裝美軍第四代戰(zhàn)斗機（如F-16、F/A-18等），既具備戰(zhàn)斗機專用掛架的功能，當掛載于戰(zhàn)斗機時可發(fā)射其攜帶的各類武器彈藥，也可以由載機發(fā)射，飛行至指定目標空域，完成巡航飛行和武器發(fā)射任務(wù)，作為前出/伴飛僚機實現(xiàn)有人/無人協(xié)同空戰(zhàn)能力。

“飛行導(dǎo)彈掛架”因其一次性飛行使用特性，設(shè)計高度簡化，根據(jù)DARPA公布的初步概念圖像，采用了具有諾斯羅普·格魯門“曲柄風(fēng)箏”布局特點的外形（類似最新曝光的諾斯羅普新概念飛機模型之一），背負式進氣道，可折疊或伸縮式主機翼，機身下直接外伸出2個AIM-120空空導(dǎo)彈掛架。

現(xiàn)階段，對于“飛行導(dǎo)彈掛架”無人作戰(zhàn)飛機概念的主要性能要求包括：具備執(zhí)行視距和超視距制空作戰(zhàn)任務(wù)能力;至少具備掛載1枚AIM-120空空導(dǎo)彈的能力，最好可掛載2枚導(dǎo)彈，并應(yīng)考慮具備掛載小直徑炸彈及特定載荷吊艙的擴展能力;當掛載全部武器時能夠滿足F-16或F/A-18系列飛機2000lb級（約907kg）武器外掛點的裝載能力限制要求;一旦由載機發(fā)射，具備按照預(yù)設(shè)航路巡航飛行能力，并能夠以最大速度Ma0.9馬赫飛行20min;處于掛載狀態(tài)或獨立飛行狀態(tài)下均具備發(fā)射所掛載武器的能力;未經(jīng)發(fā)射，則要求其具備重復(fù)使用性，一旦被發(fā)射，則無須能夠重復(fù)使用;處于獨立飛行狀態(tài)時，一旦所掛載武器已發(fā)射，則可不再具有飛行能力;鑒于該機的可消耗特性，因此要求僅配裝有限的任務(wù)系統(tǒng)，包括小型無線電通信裝置及其電源系統(tǒng)和天線系統(tǒng)，該裝置主要用于接收載機的控制指令信息，需要滿足Link-16、武器數(shù)據(jù)鏈以及其他可滿足快速制造的低成本軍用數(shù)據(jù)鏈的尺寸、重量、功耗和冷卻需求。

低成本無人作戰(zhàn)飛機的發(fā)展獲或?qū)⑼苿訜o人機系統(tǒng)設(shè)技術(shù)與理念的創(chuàng)新

美國當前推出的低成本無人作戰(zhàn)飛機是在實現(xiàn)低成本的同時，確保了實現(xiàn)其作戰(zhàn)目標的性能，在此基礎(chǔ)上對其它非核心能力進行大幅削減。如×Q-58A和APTS預(yù)設(shè)了與第五代戰(zhàn)斗機（F-22/F-35脅同作戰(zhàn)，因而保持了隱身性能的設(shè)計取向，而“飛行掛架”因其配裝第四代戰(zhàn)斗機及一次性使用特性，大幅簡化了機體設(shè)計。這一特征也反映了新一代低成本無人作戰(zhàn)飛機的重要特點：以作戰(zhàn)概念和性能需求為核心，大幅優(yōu)化、簡化功能配置，以實現(xiàn)低成本目標。

洛克希德·馬丁公司的在低成本飛機技術(shù)領(lǐng)域的研究顯示“與其他戰(zhàn)術(shù)裝備間的關(guān)系不僅意味著該型裝備如何使用，同時也是降低成本的重要使能因素，因為我們不可能在潛在的對抗環(huán)境下（為每架飛機）配裝所有需要的裝備?！币虼耍枰⒁匀蝿?wù)需求為核心的能力權(quán)衡和標準規(guī)范剪裁，按照作戰(zhàn)概念與使用環(huán)境，剪裁使用與之相適用的設(shè)計準則與規(guī)范要求，通過飛機設(shè)計理念的創(chuàng)新實現(xiàn)低成本目標。

另一方面，實現(xiàn)低成本、適度性能的無人作戰(zhàn)飛機也需要低成本飛機設(shè)計技術(shù)與理念創(chuàng)新。美國空軍研究表明，實現(xiàn)低成本目標需求在低成本結(jié)構(gòu)部件、低成本小型發(fā)動機和低成本多功能傳感器等多個技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)創(chuàng)新。

近年來，著眼應(yīng)對未來持續(xù)空中強對抗作戰(zhàn)，美國軍方和航空制造商已開展多個低成本無人作戰(zhàn)飛機平臺研究項目，如能達到其設(shè)計性能和成本約束，意味著批量裝備此類飛機將實現(xiàn)以較低的采辦成本顯著拓展美國空軍空中作戰(zhàn)能力，同時其可大規(guī)?？焖偕a(chǎn)的潛能，將使美空中作戰(zhàn)能力在戰(zhàn)時得到持續(xù)快速補充成為可能，解決當前美空軍高性能作戰(zhàn)飛機規(guī)?？s減所可能產(chǎn)生的持續(xù)作戰(zhàn)能力削弱的問題，在已形成質(zhì)量優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，形成和強化對潛在作戰(zhàn)對手的數(shù)量優(yōu)勢。低成本無人作戰(zhàn)飛機將實現(xiàn)以低采辦和使用成本提供改變游戲規(guī)則的戰(zhàn)斗能力，將對未來空中對抗環(huán)境和航空裝備體系發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響。