低成本化

宁浩

当今，现代空战模式已经由平台中心战加速向网络中心战转变，“无人僚机”编队是一个聚焦点。

2015年，美国空军提出了“忠诚僚机”计划，该计划的目的就是为F22和F35开发一款忠诚可靠的“无人僚机”。2017年4月，基于“忠诚僚机”概念的有人/无人机编组演示实验成功完成，实现了无人僚机自主与长机编队飞行并开展对地打击，为美军翘首以盼的新型空中作战打上了一针“兴奋剂”。以制造无人靶机闻名的美国克拉托斯防卫与安全公司正在为美空军研究实验室的“忠诚僚机”概念制造“低成本可消耗打击演示机”（以下简称LCASD），并正在竞争“灰狼”低成本巡航导弹原型机项目。

“低成本可消耗打击演示机”项目简介

LCASD项目旨在寻求在拒止环境下前沿基地难以使用或无法运作时，有能力遂行打击和信息、侦查和监视（以下简称ISR）任务，并可消耗的远程无人机谱系，以最大程度降低无人机寿命期成本作为重点，从而为美军提供改变战争规则的能力。项目的关注重点是成本，即在成本、性能以及飞机的可消耗性之间实现平衡。同时，项目也将甄别关键使能技术，并为空军研究实验室提供未来能力。

空军研究实验室为LCASD无人机设定的成本及能力目标包括：99架以内无人机单位采购成本不超过300万美元，100架以上无人机的单位采购成本不超过200万美元；任务范围2780千米，有效载荷能力为230千克；内部武器舱应能携载至少2枚GBU-39“小直径炸弹”。其他目标还包括：不依赖跑道起飞和回收的能力，最大限度地使用商业现货材料、子系统、制造工艺及开放式任务系统体系结构概念。

◎XQ-58A

总部位于美国加利福尼亚州的克拉托斯防务与安保解决方案公司在低成本可消耗无人机发展方面处于业界领先地位。2015年6月美国空军研究实验启动LCASD项目不久，7月，克拉托斯公司就在LCASD项目竞争中击败其他6个业界团队赢得了合同。根据合同，该公司将发展、制造和试飞XQ-58A“女武神”无人机。此外，该公司的UTAP-22“灰鲭鲨”无人僚机已参加了此前美军的多次演习用以验证有人/无人协同作战能力。在2017年6月19日开幕的巴黎航展上，美国克拉托斯公司就高调宣传着其科幻的“忠诚僚机计划”，并展出上述两款最新无人机。这两款无人机就是专门为有人战机设计的无人僚机。

XQ-58A无人机长8.8米，翼展6.7米，是新一级的高速、远程、低成本系统，适于有人/无人编队，可以为ISR、打击、空对空作战或电子攻击任务提供一种经济可承受的选项。XQ-58A采用固定式后掠翼和V形垂尾，由内置型涡轮风扇发动机提供动力，最大速度达马赫数0.85，最大飞行高度约13716米，最大航程为3426千米。该机的原型机计划在2018年年初首飞。

XQ-58A的特点在于采用内置武器舱，整个机身呈棱锥形，具备了低雷达截面积设计，让它能在充满先进防空系统的战场上大幅度增加生存力。内置弹舱可携带多种致命性弹药，必要时还可在翼下设置挂架，使其具备执行ISR、对地攻击、空战、电子攻击等多种任务。LCASD并不是一次性的，但具有足够好的经济性，在战斗中消耗得起。通过完全压制敌方防空，可消耗的“忠诚僚机”能够提高有人驾驶战斗机的生存力。

由于遵循“低成本可消耗”的设计原则，在机体结构、机载设备等方面，XQ-58A都尽量采用第四代有人战斗机以及无人机成熟设计，以尽量降低成本。XQ-58A单价大约是200～300万美元，比美军现役的“捕食者”系列察打一体无人机便宜很多。LCASD整个计划并未有预算超支的情况，且政府方给出LCASD计划的评价为“极为杰出”，大幅降低了计划因资金风险发生腰斩的可能性。

为了进一步降低成本，配装忠诚僚机的发动机需要设计成可以低成本制造，部件更少，并且寿命为数百小时。

◎UTAP-22“灰鲭鲨”

UTAP-22“灰鲭鲨”无人机是BQM-167A“火蜂”无人靶机的先进衍生型，旨在作为现成的“力量倍增器及无人僚机”，可满足“反介入/区域拒止”环境的作战需求。

其设计的目标是将类似战斗机的战术速度、机动性与有人/无人编队协同作战能力结合起来。UTAP-22全长6.12米、翼展3.2米、总重达929千克、内部荷载226千克、外部可挂载362千克、翼端两边则各能挂载45.3千克电子战吊舱。其极速可达马赫数0.91，升限达15240米，可做出-2～9g的机动，并拥有长达3个小时的续航力，最大航程约2600千米。该机采用尖锥形头部，圆柱体机身，小展弦比中等后掠角中单翼，单垂尾，后掠平尾。其采用滑轨发射、伞降降落的方式实现回收。

在美海军的支持下，UTAP-22无人机已经进行了3次演示，验证了无人作战飞机相互之间以及与有人驾驶飞机之间协同行动的概念和技术成熟性。2015年下半年，美国海军陆战队的AV-8B“猎兔犬”战斗机在加利福尼亚州的中国湖测试场演示了飞行中控制UTAP-22无人机“狼群”的能力。据克拉托斯访务公司防务网站2017年8月10日发布的公告，该公司在Mako无人机中集成了一套典型的有人机任务系統，结合此前通过单机、多机、有人/无人协同验证的自主能力，使该无人机系统的作战能力迈上了新的台阶。

发动机是控制成本的关键

许多大型无人机都使用成熟的发动机。原因包括：第一，降低风险，从而将技术发展资源集中投向无人机的机体和电子设备；第二，降低成本。然而，新一代可消耗低成本无人作战飞机和巡航导弹的发动机需求有着自己的独特性。

据《航宇日报》网站2016年3月28日报道，美国空军正在向工业界征求能向未来亚声速“第五集群”无人飞行器系统提供低成本发动机的技术信息。该需求与LCASD相关。征询书指出：“该工作将为高速、远程、低成本、有限寿命打击无人机设计、开发、组装和试验技术基线。”美国空军称，现有的商用现货发动机能提供必要的性能，但其典型的设计寿命为5000-15000小时对于这种用后可弃UAS来说可能经济性难以接受。

举例来说，XQ-58A无人机配装一台美国威廉姆斯国际公司的FJ33-5涡扇发动机，该发动机为正在生产的现货，此前配装公务机。它的大修间隔达3500小时，而可消耗型无人机的发动机只要求能满足200～300小时的飞行时间。一台可以持续运转50小时的发动机就足以执行5次任务，如果安排合适，那就足够无人机完成相关的作战任务。这么长的寿命，实在有些浪费。不过，最具挑战性的恐怕不是XQ-58A，而是更小型的“灰狼”巡航导弹。因为发动机估计占飞行载具成本的40%，但AFRL希望将灰狼巡航导弹的成本控制在20万美元。而传统的导弹发动攻击就需要10万美元，占单价的50%。

低成本、短寿命发动机要求制造商采取新的业务模式。这种模式不会有维护、修理和大修，而制造商的传统模式是依靠MRO的收入来回收研发投入。在新的业务模式中，制造商面临的挑战是将充分降低发动机的成本，以便在一年生产数百台发动机的情况下挣钱。

因此，美国空军计划为一家单位授予745万美元的合同来开展30个月的工作，其中包括一次飞行演示验证。对于LCASD发动机，空军正在启动技术调查以确定用于远程、高亚声速“第五集群”UAS的推进系统的“当期和未来状态”。空军称：“这一尺寸级别的发动机的性能、寿命和成本之间很好地权衡还没有被理解得足够透彻”。

威廉姆斯公司是当今世界领先的小型航空发动机制造商，20世纪90年代，威廉姆斯公司与罗·罗公司合作，开发出FJ44系列民用涡扇发动机，在此基础上又开发出了推力较小的FJ33系列涡扇发动机。

威廉姆斯公司还是美国最重要的导弹用涡扇发动机制造商。其产品有F107-WR-100、F107-WR-400、F112-WR-100和F121-WR-100等，主要用于AGM-86、AGM-129等巡航导弹，也用于多种靶机。1999年，F107发动机在继发展型F121/ F122之后，进—步发展出缩比型发动机F415，用于“战斧”巡航导弹。F107/F112/F415系列发动机的特点是重量轻、结构紧凑、耗油率低和使用维护方便，飞行重量只有50千克左右。该系列应用范围广、使用成本低，是世界上用途最广泛的弹用涡扇发动机。进入21世纪，针对军方需要，公司更是直接把民用型FJ44降低推力发展出军用型F129发动机，用于巡航导弹。

2016年美国空军和DARPA联合启动“小精灵”无人机项目，目标为在C-130运输机上发射小型无人机蜂群，并使用其它C-130平台进行回收。“小精灵”无人机平台可在对抗空域中重复使用20次，装备侦察、监视和电子战等各种载荷，摧毁或瘫痪敌方的通信、防空导弹和战区网络系统，并在任务完成后回收未被击落的无人机。在“小精灵”项目中，威廉姆斯国际公司专门负责发动机的研发和制造。

无人僚机/巡航导弹用小型涡扇发动机的发展主要采用两种途径：一是在现有的发动机基础上采用先进的技术进一步改型发展，另一条途径是发展全新的发动机。大效益、低成本和大采购量的发动机适合全新研制。小效益、高成本和小采购量的发动机适合在现有发动机基础上改型。而对于低成本可消耗型的无人机和一次/有限次性巡航导弹，美军更倾向于全新研制。

无人僚机将成为F-35等有人战斗机的“空中保镖”

UTAP-22、XQ-58A将在加州莫哈韦沙漠进行高级飞行试验，采用更先进的感应技术，进一步测试战斗无人机的自主飞行能力。

美空军目前正在使用大量带宽发送实时视频，并已开发出更加智能的机载处理器。这些系统可以随着时间学习，进而成为美空军的力量倍增器。随着计算机技术、自主性和人工智能不断发展，无人机未来将有能力在某个区域悬停，并且在特定时间内识别特定的相关对象和目标，不再需要人工操纵。这是一项具有特殊意义的技术，因为大量的ISR视频需要组织算法和技术帮助处理并筛选收集到的大量图像，以查明并汇报与战术相关的信息。有了图像处理和模式识别技术，相关人员只需发送一个信号，不再占用所有带宽发送视频和语音。这种技術发展可使战机携带更多的武器、传感器、瞄准吊舱和有效载荷来执行任务，大大扩展任务范围，提高其灵活性和效能。

作为有人机的重要补充，无人僚机可以在有人驾驶战斗机之前飞入防御密集或高风险的地区，评估敌方防空能力，减少飞行员所面临的风险。人工智能能够在不需要人工干预的情况下运行，被称为“决策辅助支持”的人工智能系统将在战机座舱或地面，以及更多的趋于自主的平台上运用。为无人机开发的自主算法可能会发展到一个节点，使无人机能够自动跟随战斗机飞行，不再需要地面导航员规划飞行路线。同时自主算法必须具备应对不可预料的事态发展、快速移动等动态目标的能力，当前空中飞行的问题基本上已经得到有效解决，目前正在解决的关键问题是当无人机必须对环境做出更多响应、威胁从身后袭来时的对策。因此，研究人员正在努力提高无人机的自主水平，使其达到欺骗雷达系统、确定威胁方位并更快地自动识别目标这种程度。

美空军高级官员透露，F-35、F-22等战斗机不久将采用升级版的人工智能来控制附近无人僚机。后者可携带武器测试敌方防空能力，或在高风险地区执行ISR任务。我们可以设想，在未来的战场上F-35战斗机飞行员利用数据链指挥命令一架XQ-222无人机或UTAP-22无人机向F-35的前方飞行出较远距离，离开本方控制区域进行侦察、监视活动，并将目标或敌军集结地等信号及时回传F-35的座舱显控系统，并由F-35飞行员决定是否派出另一架攻击型的无人机，对目标进行精确打击。而根据目前的技术水平，F-35战斗机可以连接10到20架甚至更多的无人机，进行有人机控制无人机作业。

新型无人僚机计划前景被看好

尽管克拉托斯公司获得的高速智能无人机合同仅为1260万美元，无法同数亿甚至数十亿美元的“捕食者”无人机等大型军事开发项目相提并论。但新型战斗无人机代表了美国军方将机器人用于未来战争的最新探索，使智能化武器的发展向前推进了一大步。

除了克拉托斯公司，洛马公司的臭鼬工厂正通过与空军研究实验室合作开展“海弗-突袭者”项目，进一步推动了其有人-无人编队能力。“海弗-突袭者”系列试验实现了3个目标：基于任务优先事项和可获得的资产，规划并完成了一次自主的对地打击任务；演示了在执行一项任务的过程中适应环境变化的能力，包括“自动地管理能力失效、路径偏离、失去通信等意外事件”；运用了完全符合美空军“开放式任务系统”标准的软件集成环境。

洛马公司在LCASD项目中输给了克拉托斯公司。但是，该公司的先進技术研发部门——“臭鼬工厂”仍看好可消耗无人机的前景，因为除了美空军外，美国防部国防高级研究计划局和美海军也在探索它们各自的概念，低成本可消耗无人机有“许多机会”。洛马公司正继续投资发展，期待有朝一日这些无人机能伴随诸如F-35等有人驾驶战斗机展开作战行动。

除了上述两家公司，美国诺格公司、极光飞行科学公司和波音公司都已按照空军研究实验室授予的小额研究合同，发展它们自己的可消耗飞机概念。可以说，可消耗型无人机正成为美军现阶段重点发展的方向之一。对于美国空军而言，有人机+无人机编组作战方式一旦成功推出，必将在美军甚至于全世界空军范围内掀起一场关于无人机技术的大变革。