“捕食者”系列无人机地面控制系统的现状与未来

钱　锟　张　坤

经过多年的发展，“捕食者”系列无人机已经成为了美军反恐战争的主战装备，美国空军正计划为其采购操作界面更为友好的地面控制系统，以改善美国空军装备的“捕食者”系列(MQ-1“捕食者”、MQ-9“死神”)无人机的使用安全性。雷声公司和通用原子公司正在全力以赴竞标“捕食者”系列无人机的下一代地面控制系统。

经过众多实战的考验，通用原子航空系统公司的“捕食者”系列无人机已经成为了美军重要的反恐情报、监视、侦察(ISR)平台和战场时敏性目标精确打击平台。但是，现有简陋的地面控制系统(GCS)已经不能满足“捕食者”系列无人机面临的日益复杂任务要求了，美国空军急需研制新一代操作界面更为友好的无人机地面控制系统。

从“捕食者”到“死神”

RQ-1/MQ-1“捕食者”无人机是由通用原子航空系统公司开发的多用途中高空长航时无人机系统(MALE)，自从1995年交付部队使用以来，“捕食者”无人机已经在阿富汗、巴基斯坦、波斯尼亚、塞尔维亚、伊拉克和也门等战场执行过作战任务，也成为目前世界上参战次数最多、使用范围最广的无人机系统。正是凭借其优异的表现，“捕食者”成为了美军重要的战场ISR平台和时敏性目标精确打击平台。

“捕食者”无人机最大滞空时间高达40小时，巡航速度126千米/小时。“捕食者”无人机装备有作用距离280千米的C波段数据链用于近距离通信，装备有Ku波段的卫星数据链用于超远距离通信。其机头下方可携带重量为204千克的光电/红外(EO/IR)监视侦察吊舱，吊舱内可容纳彩色摄像机、高分辨率的前视红外系统，而诺斯罗普格鲁曼公司提供的小型机载合成孔径雷达(sAR)为“捕食者”提供了全天候监视能力，其SAR成像分辨率达到了0.3米量级水平。另外，“捕食者”的监视侦察吊舱还具有激光指示/测距、电子对抗和地面机动目标指示(GMTI)的功能。

“捕食者”无人机系统可以携带两枚AGM-114“海尔法”反坦克导弹或两枚AIM-92“毒刺”空空导弹，使得该无人机系统具备了攻击地面和空中目标的能力。2005年，美军正式将“捕食者”无人机的编号从RQ-1改为MQ-1，以表示其主要使命已经由战场侦察转变为执行多用途任务，包括使用精确制导武器攻击地面时敏性目标甚至空中目标的能力。在伊拉克战场，“捕食者”无人机曾经有过和伊拉克空军“米格-25”战斗机交火的经历，从而使之成为了世界上第一种进行过空战的无人机。

为了满足日益增加的民用和军用的需求，通用原子公司在“捕食者”无人机系统的基础上开发了“捕食者B”型无人机，编号为MQ-9，也叫“死神”无人机。为了降低风险，节约研发成本，它继承了“捕食者”无人机的气动布局、数据链系统和飞行控制系统。和“捕食者”无人机相比，“死神”无人机尺寸更大、飞得更快、更高，有效载荷更大，作战效能更强。“死神”无人机一次可携带多达14枚“海尔法”反坦克导弹，或者携带两枚GBU-12“宝石路II”激光制导炸弹加4枚“海尔法”反坦克导弹。将来，通用原子公司还计划在“死神”无人机上集成227千克的GBU-38 JDAM精确制导炸弹和AIM-9“响尾蛇”空空导弹。而美国空军还计划在“死神”无人机上集成具备网络中心战能力的空基弹道导弹防御单元(NCADE)，从而使之成为一种能够部署在战场前沿并能够对处于上升/助推段的弹道导弹进行快速打击的空基反导武器系统发射平台。

“死神”无人机装备有改进过的EO/IR系统监视吊舱、AN/APY-8“山猫2”合成孔径雷达(作用距离超过80千米，其SAR成像分辨率达到了0.1米量级水平。)和地面机动目标指示雷达(功能和美国空军的JSTARS“联合星”对地监视飞机上装备的雷达功能类似)，这套先进的传感器系统使得“死神”无人机具备了极强的战场态势感知能力；“死神”无人机也可装备多模式海面搜索雷达发展成RQ-9“水手”无人机，为美国海军提供卓越的广域海面ISR服务。由于“死神”无人机具备强大的战场态势感知能力，并能够携带多种精确打击武器系统对时敏性目标进行打击，因此得到了包括美国国土安全部(DHS)/海关和边境保护局(CBP)、美国海军、美国航天局，以及英国皇家空军的青睐。目前，美国空军计划采购70架MQ-9，而英国皇家空军计划采购13架，另外，德国和意大利空军也计划采购MQ-9无人机。

美国空军前参谋总长麦克莫斯利(Michael Moseley)评论到：“‘死神无人机代表了无人机的技术革命，以前无人机的主要用途还停留在执行ISR任务，而随着‘死神这样的专用攻击无人机的出现，无人机将具备执行多种作战任务的能力……”

“捕食者”系列无人机的地面控制系统

为了对“捕食者”系列无人机的作战行动进行遥测控制，通用原子公司为其研发了配套的数字地面控制系统(GCS)。“捕食者”无人机的地面控制系统由两名操作人员控制：一名驾驶员(PPO-1)，负责操纵无人机的飞行；一名传感器操作员(PPO-2)，负责控制各种机载传感器和武器系统。两名操作人员并排坐在GCS控制台前，PPO-1坐左侧，PPO-2坐右侧。两者的人机界面类似，都是由四个液晶显示器组成，其中最上方的显示器显示无人机航路规划和数字地图叠加信息；而中间的显示器则实时显示无人机头部的彩色摄像机拍摄到的画面，其作用相当于有人驾驶战斗机上的平视显示器(HUD)，而最下方的两个显示器则显示各种传感器采集到的信息、图像、战术信息、飞机状态和飞行仪表等内容，相当于有人驾驶战斗机上的多功能下视显示器(MFD)。在GCS系统的右侧安装有操纵杆，而在座舱左侧安装有油门杆，十分符合美军战斗机飞行的侧杆操纵习惯。正因为PPO-1和PPO-2的控制界面十分类似，所以，在必要时PPO-1和PPO-2的角色也可迅速进行切换。GCS系统可装在很多移动平台上，例如车辆、舰船甚至大型飞机上，以便操作人员在远离战场千里之外的任意地点对“捕食者”系列无人机进行遥控。

“捕食者”无人机和地面控制系统都装备L-3通信公司提供的C波段数据链系统终端和Ku波段卫星数据链系统通信终端，这样即使在地球的另一端也可对“捕食者”系列无人机进行遥控。

“捕食者”无人机系统的地面遥控方式有四种：第一种方式是通过C波段数据链对无人机进行近程直线(LOS)遥控，其遥控范围可达280千米，主要适用于无人机的起飞和降落阶段，第二种方式是以一架无人机作为通信中继机对战场前沿的另一架无人机进行远程遥控：第三种方式是以一架无人机和一个地面控制系统分别作为通信中继机和中继站对战场前沿的无人机进行远程遥控而第四种方式则是通过Ku波段的卫星数据链中继对远在万里之外的无

人机进行遥控。

2007年9月27日，首架“死神”无人机被派往阿富汗战场执行作战任务。10月27日，“死神”无人机首次向恐怖分子发射了“海尔法”空地导弹，11月6日，“死神”无人机首次在实战中发射了“宝石路”激光制导炸弹。通过卫星中继遥控的方式，位于美国本土内华达里奇空军基地的第42无人攻击机中队的控制人员，可足不出户地遥控远在1.1万千米之外的阿富汗战场上的“死神”无人机执行作战任务地面控制人员将通过卫星数据链向无人机传递导航和作战指令，随时对战场上的时敏目标发动攻击。并同时与驻阿富汗战场的的无人机部队地面控制站点进行即时卫星图像联线。真正实现了“零伤亡”的目标，达到了“决胜千里之外”的效果。

2008年6月7日，一架‘死神在阿富汗用一枚“宝石路”激光制导炸弹击中了一辆行进中的基地组织的车辆，“死神”无人机从发现目标到击毁目标总计用时不到6分钟。这次成功的作战行动被认为是无人机的主要功能从执行ISR任务扩展到执行多种作战任务的标志性事件。

现有地面控制系统的局限性

在现有地面控制系统的指挥下，“捕食者”系列无人机完成了很多有人驾驶战斗机无法完成的任务，极大提升了无人机在现代战争中的地位。然而从2003年参加伊拉克战争迄今，美军第15远征侦察中队的无人机群损失惨重，不断有战场坠毁或报废的“捕食者”系列无人机需要紧急替换。美军投入实战的90余架“捕食者”系列无人机，超过一半已彻底损失。美国空军前参谋总长莫斯利坦言，美军无人机作战部队的平均出勤损失率接近50％这意味着捕食者无人机每出动两个架次，就有一个架次飞不回来。

美军的统计表明，无人机的损失除了敌方的地对空火力、恶劣的自然环境和空中相撞事故等原因外还有一个主要的原因就是“人为因素”，即由于地面操纵人员的失误而引发的坠毁事故。空军研究人员罗伯特·P·赫尔调查发现，尽管美国政府将无人机的年度研发与装备经费从上世纪90年代的30亿美元上调至2009年的120亿美元，但在操控人员的培训上的投资却远远不够。美国空军第432空中远征联队的司令官克里斯查姆布里斯上校解释道：早期“捕食者”无人机的PPO-1与PP0-2要求必须具备丰富的有人战斗机驾驶经验，并且执行过实战任务，但是随着“捕食者”无人机的装备规模扩大，现在有一半以上的无人机地面操控员是“接受新兵训练后就直接上岗”，更不要谈实战经验了。

同时，“捕食者”无人机的地面控制系统采用的是上个世纪90年代的技术，根本不符合人机工程学的设计理念，查姆布里斯说道：“要从一架‘捕食者无人机上发射一枚‘海尔法导弹，必须在下拉式菜单中点击鼠标以进行一系列不同的操作，这样的复杂操作多达17次之多。而在F-16战斗机的座舱中，只用按一个按钮就可以发射导弹。现有的地面控制系统的另外一个设计缺陷是发射导弹和关闭无人机的发动机用的按钮设置位置，这两个按钮离得太近，很容易造成误操作。”参加。捕食者无人机操作培训的前战斗机飞行员们说，如果他们能得到一个像先进战斗机座舱那样好用的无人机地面控制系统，那么，他们将可以执行更多的任务。

显然，现有简陋的地面控制系统已经不能满足“捕食者”无人机系统面临的日益复杂任务要求了，美国空军急需制新一代操作界面更为友好的无人机地面控制系统。

通用原子公司的“先进座舱”GCS

升级计划

通用原子公司正致力于利用美国空军提供的经费和公司自筹的资金开发“捕食者”和“死神”无人机的下一代地面控制系统(GCS)并宣称他们能够为美国空军的无人机作战系统提供循序渐进式的技术支持，并最终开发用于远程遥控无人机的“先进座舱”GCS，这种新的GCS降拥有全新的人机交互界面。美国空军表示他们已经与通用原子公司签订专项合同，但同时也在考虑雷声公司的竞标方案。目前，美国空军仅装备了10余架MQ-9“死神”无人机，因此，任何一支美国空军部队只要有意购买MQ-9“死神”无人机，哪怕是一架，都会影响到“捕食者”系列无人机新的地面控制系统竞标的结果。

美国空军目前使用的地面控制系统(GCS)的架构最早可追溯到“捕食者”无人机的早期概念论证阶段，这种老旧的GCS已经被证实不能适应“捕食者”无人机日益复杂的作战功能和不断升级的技术要求了。通用原子公司业务总监克里斯艾姆斯(chris Ames)透露：GCS的“先进座舱”升级计划中硬件的技术升级将分为两个阶段进行，第一阶段升级工作是在现有的GCS架构上改进显示器和核心处理器，而第二阶段升级将彻底改变GCS系统架构，并采用全新的人机交互界面。

“捕食者”无人机“先进座舱”GCS升级计划第一阶段工作已经完成，通用原子公司自筹资金对GCS的飞行员操作席和传感器操作席进行了升级，并在2007年7月控制“捕食者”无人机进行了首次飞行试验，艾姆斯还透露；经过第一阶段的升级的GCS在作战功能上有很大的提高，目前，通用原子公司正准备为升级后的GCS进行第二次飞行试验。

需要指出的是“先进座舱”GCS升级计划试飞中使用到的软件系统是由美国空军出资研发的，该软件系统的技术升级将经历5个阶段：版本1.0的软件已经集成到MQ-1无人机和GCS上准备进行飞行试验，而版本5.0的软件预计到2010年中期完成艾姆斯解释道：分阶段对GCS的人机交互界面软件进行升级并采用逐步趋于成熟的后端结构会显著降低技术风险。

他还说“空军资助的是MQ-1的GCS的升级计划，并正为MQ-9的GCS升级计划寻找资金来源。目前，MQ-9的GCS升级计划是在公司自筹资金的基础上进行的，并计划2010年完成。”通用原子航空系统公司希望经过技术升级的GCS能在2010年实现对多种无人机的并行控制。

艾姆斯坚信通用原子公司研制的下一代GCS系统会赢得竞争，并随着捕食者”系列无人机的批次升级进入量产，并交付美国空军形成战斗力。但是，在美国空军下一代GCS竞标过程中，通用原子公司将不得不面临雷声公司强有力的挑战。

雷声公司的竞争方案

目前，雷声公司正致力于开发新的无人机地面控制系统，以求取代通用原子航空系统公司研制的老系统，从而代替通用原子航空系统公司成为美国空军无人机部队地面控制系统的供应商。雷声公司向空军军方提出了采用开放式架构设计的通用式地面控制系统(CGCS)的竞争方案，初步设想是用于远程控制MQ-9“死神”无人机，将来还可用于控制其他型号的无人机，但空军暂时还没就此给出回应。

雷声公司在情报、监视和侦察系统技术研发领域拥有传统的优势，该公司早在两年前就开始研究无人机的先进地面控制系统，以求提升无人机的作战效能、增强无人机的ISR能力并大幅降低地面操作人员的工作负担。鉴于目前美国空军装备的无人机GCS性能落后的问题，雷声公司适时地推出了CGCS方案，并表示CGCS可将美国空军对于无人机操作人员的培训费用降低20％，培训时间缩短30％，将由人为因素造成的无人机损失数量降低50％。雷声公司表示：随着“捕食者”无人机装备规模的逐步扩大，在未来10年里，CGCS系统可为美国空军节省5亿美元的开支。

雷声公司于2008年g月份主动向美国空军提交的标书里表示该公司将拿出了一个开放式的接口控制文件，雷声公司将在这个接口控制文件的基础上自主开发GCS核心软件，同时，希望这个开放式的接口控制文件由美国空军转交给无人机系统的制造商通用原子公司，以便后者制造三架采用这个开发式接口控制文件的MQ-1B无人机进行飞行认证。

为了预防通用原子公司拒绝公开“捕食者”无人机系统接口的状况出现雷声公司早在提交给美国空军的标书里就有所准备，雷声公司的要求是：只有在美国空军提供3架用于开发GCS的“捕食者”无人机，并提供所有相关资料的前提之下，雷声公司才向空军提交开放式接口控制文件。在雷声公司的CGCS研发完成之后，雷声公司将交还给空军3架经过CGCS飞行认证的“捕食者”无人机。雷声公司的市场开发总监马克·比哈姆(Mark Bigham)强调：“我们对于美国空军和通用原子公司所要求的就是开放无人机系统接口，这样我们才具备公平竞争的条件。”

雷声公司坚信通用原子公司必将公开其“捕食者”系列无人机的系统接口，以便于各家公司竞标捕食者无人机的下一代GCS系统，显然这是美国空军乐于见到的局面。倘若通用原子公司态度依旧强硬，美国空军将撤掉“捕食者”系列无人机的发展计划。这样，通用原子公司不仅会输掉了这次GCS竞标，更会失去整个“捕食者”系列无人机发展项目，其中的利害关系，通用原子公司自然会知道如何权衡。