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无人战斗机发展综述

2019年12月1日 - 科技中心

目前,无人作战飞机已经成为无人机发展的新领域。无人作战飞机的发展会使这类飞行器成为一种高效费比、攻防兼备的全新概念武器。可以预见,随着无人作战飞机飞行性能和攻击能力的提高,加之利用其自身的信息优势和携带的小尺寸弹药,无人作战飞机将会成为未来空中打击敌防空系统的主要武器。因此,无人作战飞机已成为航空武器装备强国重点发展的机种,美国、俄罗斯和欧洲等国已经在研制或者提出了发展方案。

无人战斗机是指专门作为战斗平台而设计的无人机,能够携带和施放致命或非致命武器对敌人实施攻击,并具有完成情报、监视和侦察以及电子攻击等任务的潜力,是无人机的一个子集。无人战斗机是一个概念,一个不断在发展的概念。目前在各种文献中提到的无人战斗机,主要是指美国在上世纪90年代末开始发展用于执行压制敌方防空火力的X-45和X-47。实际上,无人战斗机的任务范围要比X-45和X-47大得多,制空、近距空中支援、纵深遮断等一些战斗/攻击机、轰炸机的任务也在其未来的能力发展范围内。从作战任务角度来看,目前发展的无人战斗机更类似于战斗轰炸机。UCAV对应的另外一种中文叫法是战斗无人机,但从翻译角度和UCAV的含义来讲无人战斗机更确切一点。与人的直观感觉不同,无人战斗机的主要技术并不是由无人机发展来的,而是来源于有人飞机、先进传感器、高速处理器和网络等技术领域。因此,从技术角度来讲,无人战斗机是有人战斗机的延伸,性能需求上也与有人战斗机相当(这也是无人战斗机比战斗无人机的说法更合理的原因)。目前的先进战斗机都是按静不稳定设计的,必须通过计算机辅助来保证飞机的稳定性,常规的飞行都可以由计算机代替飞行员完成。与飞机发展同步,有源和无源式毫米波雷达、成像雷达、远红外传感器等先进传感器技术也在飞速发展,结合先进的高速信号处理硬件和算法,可以比单凭人肉眼获取更多的信息。由于大量使用计算机来控制飞机,通过传感器获得主要信息,将飞行员从狭小的飞机座舱中解脱出来通过远程遥控执行任务,从技术角度讲并不是不可能。1美国无人战斗机的发展情况无人战斗机并不是什么新概念,从第一世界大战起,美国的空、海军就开始致力于发展用于执行作战任务的无人战斗机,但由于技术原因一直未获成功。1991年海湾战争,美国三军大量使用了无人机用于侦察、目标瞄准和战伤评估,无人机的价值首次得到共识,直接导致了”捕食者”、”暗星”和”全球鹰”无人机的立项,并使计划制定者开始考虑无人机的其他任务角色–压制敌方防空火力和攻击任务。1997年4月1日,美国空军成立了无人机作战实验室。1997年,在DARPA(国防预先研究计划局)和空军的资助下,美国启动了UCAV
ATD计划,验证在新兴的指挥控制体系结构下,UCAV经济有效地执行21世纪的SEAD/攻击任务的技术可行性,在此计划的支持下波音公司发展的X-45A成功地验证了无人战斗机的技术可行性。2000年6月30日,美国DARPA和海军也启动了海军舰载无人战斗机先进技术计划,诺斯罗普·格鲁门公司的X-47A成功地验证了舰载无人战斗机的技术可行性。2003年,美国DARPA将这两项计划合并,更名为联合无人空战系统计划,波音公司和诺o格公司将在该计划的资助下发展两个系列的验证机(X-45C和X-47B),并计划于2007年开始进行作战任务评估。J-UCAS的设想是充分利用无人机的设计和使用灵活性发展一种具有空中攻击和纵深监视能力的新型武器系统,该系统将综合先进的信息技术,具有同人类操作员类似的判断能力和行为方式,以及相当高的自主水平,可以根据形势重新规划任务。系统的设计将尽可能地降低维护需求,全寿命周期成本将大大低于有人战斗机。该系统的基本性能目标如下:·作战半径:2400km·续航能力:1850km

此外,欧洲的信息无人机发展也有较大进展。2005年5月,欧洲防务局同意开展名为”欧洲中空长航时”
无人机的技术验证项目。法国实际上早在一年前就发起了该项目,现在已吸引到瑞典、荷兰、德国和西班牙参加。该项目将由欧洲EADS集团和泰莱斯公司领导,验证机预定在2008年之前开始飞行试验。该项目的目标是在2009年为部队装备一种用于战场侦察、目标指示和战术通信的无人机。这种无人机将采用模块化设计,具有较大的改进潜力,易于集成到现有的战场C3I系统中。项目预计将在2005年转到由欧洲防务局管理。第0批次无人机预计将在2008年的能力验证飞行之前于2007年在欧洲空域进行首飞。

法国将牵头欧洲多国联合研制“神经元”无人作战飞机系统
在无人机系统技术发展领域,欧洲尤为担心在无人作战飞机系统方面落后美国太多,因此主张在UCAV系统的研制发展上各国加强合作以便迎头赶上。在2005年巴黎航展上,法国达索飞机公司展示了“神经元”
UCAV技术验证机的全尺寸模型,并且该项目变成了由法国牵头的欧洲多国合作研制项目,合作伙伴包括瑞典、意大利、西班牙、瑞士和希腊等国。法国国防部长在此次航展中宣布,“神经元”预计将于2010年首飞。

美国的F-35联合攻击战斗机项目在2005年也取得了较大进展。2005年6月,常规起降型F-35
A的首架系统发展演示试验飞机完成了四大部件的——前机身、中机身、后机身和机翼的对接,并于夏末开始安装各种电子设备以及液压系统和部件并进行通电试验,在2005年年底机体完成全部总装工作之后,将安装发动机并进行首飞之前的地面试验。同时洛克希德·马丁公司开始制造称为B1的短距起飞垂直降落型F-35B
SDD飞机。按目前的计划,F-35A将于2006年8月首飞,F-35B将于2007年年底首飞。F-35将于2007年进入初始小批量生产阶段,而SDD阶段将于2013年结束。根据最新调整的部署时间表,F-35B将于2012年开始装备美国海军陆战队,F-35A和F-35C舰载机将于2013年开始装备美国空军和海军。F-35将经济可承受性放在首位,成本是设计的一项重要指标,设计时在费用和性能之间进行充分的折衷和优化,其综合作战效能比F-16、F/A-18等第三代飞机有明显提高。在隐身性方面,F-35继承了F-22外形隐身和结构与材料隐身的优点,并且可以在外场对飞机进行维护而又不损伤其隐身性。在航空电子系统方面,F-35采用了在F-22“宝石柱”综合航空电子系统基础上发展而来的“宝石台”航空电子体系结构,综合程度比F-22更高,传感器的功能更多、传感器数据融合水平也更高。在短距起落能力方面,F-35采用的是轴驱动升力风扇方案来实现短距起飞和垂直着陆,这种方案产生的升力要比采用同样发动机的直接升力方案高出60%,而且从垂直起降状态转为平飞状态所用时间短,转化过程也更简单。F-35的验证机X-35B是历史上第一架在一次飞行中完成短距起飞、水平超声速俯冲和垂直降落的飞机。在自主式后勤保障系统方面,F-35在机体内安装了机载预测和状态管理系统,可以随时监测发动机、航电系统和武器系统的性能以及主要构件的健康状态,并通过数据链自动传回后方基地。

美国继续发展J-UCAS无人作战飞机
J-UCAS是由美国空军和海军的无人作战飞机项目合并而成的发展计划,其目的是发展一种执行监视、精确攻击和压制敌方防空系统任务的无人作战飞机系统。目前美国波音公司和诺思罗普·格鲁门公司正在发展X-45和X-47B无人作战飞机。其中,波音公司的X-45A无人作战飞机在2005年8月10日的双机编队飞行试验中,成功实现了机动规避突然出现的模拟威胁目标,以及自主确定谁更适合攻击这个高优先级的目标。X-45A这个惊人的试验创造了航空历史,并为X-45C奠定了基础。波音的下一步工作将是制造并试飞3架X-45C和两套任务控制单元,并为其综合J-UCAS通用操作系统。X-45C是在X-45A基础上研制的,机长11.9米,翼展15米,作战半径将超过2222千米,巡航速度为M0.8,最大飞行高度能达到12000米以上,可携带2100千克的武器载荷。首架X-45C将在2006年完成,试飞可能从2007年开始。

此外,雷声公司英国子公司宣布,英国”哨兵R.1″机载防区外雷达飞机及全部集成雷达系统计划于9月20日在得克萨斯州进行。ASTOR项目是英国下一代情报、侦察和监视系统的核心,雷声的官员称这将是首部投入使用的ISR雷达。ASTOR项目的全系统首飞对研制工作意义重大;2004年,就在原来计划全系统首飞的前几周,第一套雷达阵列在生产线上被偶然破坏,从而导致该计划被迫延期并迫使雷声公司为此付出了5500万美元。

目前“鱼鹰”主要有二种型别:一是用于海军陆战队突击运输的MV-22,需求量为360架,2007年具备初始作战能力。根据计划,MV-22在2006财年生产9架,2007财年14架,2008财年19架,2009财年30架,2010财年35架,2011财年38架。二是用于空军远程特种作战的CV-22,首架生产型CV-22已于2005年9月交付给美国空军,用于作战评估。CV-22将装定向红外对抗系统,以保护该机免受导弹攻击。CV-22计划2009年开始部署,2014年达到初始作战能力,需求量为50架。美陆军也表示,“鱼鹰”可给予陆军想要的速度和灵活性,如果其安全性、维护性和可靠性得到证明,也将购买“鱼鹰”来替代MH-53直升机。

4、空中信息支援与指挥平台的功能不断得到扩展

目前,由于多个方面的限制,美国和俄罗斯对轰炸机装备的发展主要是对现役飞机的改进改型。但是,据《今日防务》2005年9月23日报道,美国空军已经开始考虑B-2后继机的发展事宜。据诺斯罗普·格鲁门公司说,该公司已经与其它公司一起承接了空军的一项合同,于2005年9月开始为空军的选择性分析研究提供支持。在这项选择性分析研究中,空军将远程项目分为三个阶段,第一个阶段是现代化现有机队,现在正在对21架B-2进行现代化改进;第二阶段是为下一代远程攻击力量开发过渡性能力,空军计划这个阶段将在2008~2010年开始,于2018~2025年期间研究出成果;第三阶段将在2037年将B-2后继机配备部队。这项分析研究将在一年后完成。美、俄正在进行的轰炸机改进改型包括:

在现役飞机方面,美空军和北约积极改进现有装备,赋予新的功能。2005年11月29日,美国诺斯罗普·格鲁门公司宣布,它获得了美空军一份价值5.32亿美元的5年期合同,对E-8C”联合监视与目标攻击雷达系统”进行改进,使之能适应未来作战环境。按此合同,诺·格公司将提高E-8C上AN/APY-7相控阵雷达的性能,使之能对目标进行更精确的跟踪,并具有更高的图像分辨率。这个改进将同时涉及该雷达的软、硬件。诺·格还将提高该机的战场管理能力,并为整个E-8C机队装备与美陆军的”21世纪旅及旅以下部队战斗指挥系统”的接口及”机载网络过渡能力”。利用FBCB2接口,E-8C将能跟踪地面友军部队的行动;利用ICAN,E-8C将能通过类似互联网通信的形式与地面部队建立联系。目前美国空军有17架作战型E-8C,1架试验台飞机和1架训练机。

从信息对抗方面考虑,近太空飞行器在情报、监视、侦察、通信中继、预警与导航、电子战方面具有比航空平台和太空平台更优势的能力。从太空对抗方面考虑,近太空飞行器将成为先进武器的发射平台,以及进入太空中转平台,从而能添补军事资产覆盖高度上的空白。

5、美国实施多个直升机计划,V-22倾转旋翼机取得重大进展

[中国航空信息中心2006年1月10日综合报道]
新军事变革和信息技术的飞速发展,使得航空武器装备可以得到更为精确的运用,制空权与制信息权、有人驾驶飞机与无人机、“软硬兼施”与空天一体、平台作战与体系对抗等战斗力构成要素,已经对当前与未来作战思想和作战模式产生了广泛而深远的影响,从而对航空武器装备的发展起到极大的促进作用。

2005年,多种飞机研制获得了较大进展。其中2005年11月,由诺斯罗普·格鲁门公司领导的美国空军E-10A多传感器指挥和控制飞机项目完成了关键的平台设计评审。该评审将确保所有的平台设计要求已全部确定,用户/承包商小组的初步设计反应了这些要求。E-10A是美国空军下一代指挥控制飞机,集E-3预警机、E-8联合监视与目标攻击雷达系统飞机和RC-135电子侦察机等功能于一体。此外,根据美国空军的设想,E-10A还具有指挥控制无人机,协调天基雷达和情报、监视、侦察等功能。

近太空是在传统意义上的卫星和航空平台所在领域之间的空域,长期以来由于没有充分认识和挖掘近空间的军事应用价值以及技术上的限制,从而缺少系统性、战略性地开发利用,至今没有实用的军事装备。然而,目前先进军事国家特别是美国军方对开发和验证近空间飞行器十分热衷,美国国防部在2005年8月8日公布的《无人机系统路线图2005-2030》新增加了发展无人飞艇内容,正如美国空军研究实验室主任Stephen
Martinick所称,“现在美国防部对开发近空间飞行器抱有极大兴趣,近空间成了最流行的时髦词,军方和工业界都想在这一领域一试高低”。

目前,近太空已成为各国争相开发研究的空域,特别是新军事变革和军事思想的发展,使得近太空在提高作战效果方面有着强烈的需求,同时相关技术的发展,为近太空平台发展提供了可能,但仍有一些高新技术需要进一步开发,以不断扩展和增强应用价值。可以看出,开发近空间,从概念到目前的一些验证试验,已是美国联合作战概念的有机组织部分,其中心思想是将近太空作战能力融合到联合军事作战中,当前,美国军方最关注近太空的应用方向是部署装有传感器的高空浮空器平台,以获持久性的指挥、控制、通信、情报、监视与侦察能力。

美国
按目前的计划,美国空军现役三型战略轰炸机将服役到2040年左右,2005年美国空军对其机载设备和武器等方面进行现代化改进。其中B-52H的机载电子设备改进项目主要包括:提高电子对抗系统的态势感知和记忆存储能力,这将大大提高B-52H的生存能力并可延长其服役期限,与此同时还能提高其可靠性以及其它关键作战能力;大大提高网络中心战能力,其中包括作为“作战网络通信技术”项目的一部分,用新的彩色显示器取代原座舱里的模拟显示器,其目标是使B-52H具备21世纪的信息共享和态势感知能力;安装新的卫星通信设备,以提高B-52H与其它飞机和指挥中心共享信息的能力,并使该机在起飞后能重新选择攻击目标。B-1B的主要改进项目包括:扩展可用机载武器种类;安装完全集成的数据链和改善网络中心战能力;进行座舱现代化和先进传感器集成。对B-2A进行的全面升级主要包括:装备超高频卫星通信设备;改装有源相控阵雷达,其主要目的是解决与民用系统的信号冲突问题,并使B-2A在隐身特性、作用距离、载荷与精确武器投放等综合能力上满足新的作战要求,而且有源相控阵雷达将比配备的无源相控阵雷达扫瞄速度更快且可靠性大为提高;为加强网络中心战能力而装备Link
16终端,以便B-2A能与各种飞机、舰船、战车和其它装备交换信息而使飞行员保持实时战场感知能力;采用新的隐身涂层,此前B-2A机体表面大量使用粘贴带对接合缝隙进行密封而使维护非常耗时,采用新涂层可使该机能免除使用总长超过910米的粘贴带。

而就未来可能实现的无人机能力,路线图按照年代顺序作了大胆的预测:2005-2010年,某些无人机将能以极低的噪声在约300米或更低高度飞行且不被发觉和探测,能探测树林掩盖的目标,能在超过7000米的距离上分辨人的脸部特征,能自主识别目标车辆;2010-2015年,无人机将能自主进行空中加油,并使用有100个谱带的超光谱成像传感器;2015-2020年,无人机将能对水雷进行实时成像,并且能在等量燃油载荷情况下续航时间提高40%;2025-2030年,将采用有1000个谱带的高光谱成像设备,并在机载计算机中装备与人脑的处理速度和记忆容量相当的处理器,无人机初步具有人类的某些智能特性。

而诺斯罗普·格鲁门公司于2005年9月28日在美海军位于加利福尼亚州中国湖的空中作战中心武器分部成功完成了一次模拟演练,证明了X-47B无人战斗机系统的先进任务管理软件和美海军航母现在使用的空中交通控制程序可以在航母空域内,同时管理和控制4架X-47B无人战斗机。X-47B是的竞争对手是波音公司的X-45C。目前这两种UCAV都正在制造,它们未来的验证项目都包括自主空中加油等。

此外,苏霍伊公司在2005年提出了俄罗斯“第五代”战斗机的研制进度表。据俄航空新闻网2005年9月报道,苏霍伊公司总经理米哈伊尔·波戈相为研制“第五代”战斗机规定了时限,即2005年将完成主要设计工作,2006年完成全部设计和相关文件制定工作,2007年完成全部制造准备工作,2008年制造出首架试验样机,2009年开始进行原型机试飞。苏霍伊设计局的设计方案是在2002年4月获选作为俄未来“第五代”战斗机的。目前,外界对俄“第五代”战斗机的设计细节知之甚少,据估计其正常起飞总重与苏-27同级即24000千克,该机将具备空对空和空对面作战等多种用途,采用高度综合的先进机载电子设备且机载武器采用内置方式。

从技术角度讲,近太空之所以直到最近才变得可以利用,重要原因是一些相关技术的不断进步导致了在近太空能力上的革新性进展。这些技术包括能量技术:轻重量太阳能电池、小型高效燃料电池以及高能密度电池;传感器技术:确保传感器的小型化的轻型电子系统和能力增强的计算系统;材料技术:能抵御强紫外线辐射及防止低原子质量气体渗透的坚固材料。例如由持久、高效的可更新能源提供动力的小型、功能化电子系统利用耐用的长航时氦气球送至高空,可以执行现在卫星的任务,在很多情况下与卫星同样有效,并且更加及时。从作战装备上考虑,新军事变革和军事思想的发展,使得临近空间在提高作战效果方面有着强烈的需求。此外,现有的航空作战平台和太空作战平台在现代战争中存在着一些能力上的缺陷和空白,如持续通信和情报、监视、侦察能力以及军事资产覆盖高度上的空白。近空间平台可以构成在卫星和航空平台之间的另一个产生效果层,并增强了战场空间态势感知系统的生存能力。

2005年,美国和俄罗斯的新一代战斗机发展取得较大进展。代表着当今世界战斗机最高技术水平,具备隐身、超声速巡航、非常规机动、传感器数据融合等全新的性能特点的美国F-22
A先进战术战斗机,历经长达20余年的研制和型号发展(其中有冷战后因威胁减弱和性质改变而人为放缓的因素),终于成为全球最早进入服役的第四代战斗机,于2005年年底形成初始作战能力。在设计侧重点上,F
-22
A战斗机以夺取空中优势任务为主,而F-35是以对地攻击为主的多用途战斗机,按美国全球军事战略要求,F-35将无法取代F/A-22执行同样的空中优势任务。F/A-22可以提供几种作战能力或潜力,包括突破敌方先进的防空系统,为后续联合作战扫清障碍的能力;在恶劣气象条件下,于敌防区外持续、有效地进行空天和信息作战的能力;探测弹道导弹和巡航导弹发射以及摧毁来袭导弹的潜力。在美军转型中,增强信息优势、提高联合作战能力以及实现网络中心战概念是重中之重,这也是F/A-22今后改进发展的主要方向或依据。

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