国外无人僚机项目研究进展

陈稗，宋祥，黎鑫，郝帅

海鹰航空通用装备有限责任公司

随着信息技术及智能技术的发展，未来作战将趋于无人化、智能化。近年来，众多国家不断加大对无人装备、有人-无人协同作战等项目的投入力度。作为有人-无人协同作战的核心装备之一，无人僚机一直是各军事强国研究的热点。其中，美国已完成大量研究工作，该国无人僚机各项关键技术及平台研制进度均处于世界前列，英国、俄罗斯、日本、印度等国也披露了相关无人僚机项目。

与有人机协同作战，无人机可发挥机动性高、成本低、人员零伤亡等优势。在有人机指挥下，自主无人僚机对目标实施侦察、诱骗、干扰和打击，能大幅提高作战效能。目前，美国、英国、澳大利亚、俄罗斯、日本、印度等国披露了相关无人僚机项目。

美国“忠诚僚机”项目

美国已相继对“忠诚僚机”（Loyal Wingman）、“低成本可消耗无人机技术”（LCAAT） “体系集成技术与试验”（SoSITE）、“天空堡”（Skyborg）、分布式作战管理（DBM）等项目展开研究和试验。目前，美军已明确的重点型号是克拉托斯公司XQ-58A“女武神”和UTAP-22“灰鲸鲨”等无人僚机。

2015年夏季，美国空军研究实验室（AFRL）正式启动“忠诚僚机”项目，并向工业界发出信息征询书（RFI）。该征询书提出，在未来对抗和拒止环境中，自主技术应有效增强美国空军的作战能力，有人战斗机与自主无人僚机应集成多种先进技术，组成一个编队协同作战，从而提高作战效能。该征询书还要求无人僚机携带更多数量的机载武器，充当第五代战斗机的弹药库，在战斗机飞行员的指挥下，随时攻击空中和地面目标。

2015—2017年，美国空军与洛马公司臭融工厂等机构合作，先后完成“海弗-空袭者”I和“海弗-空袭者”II两次验证试验。

根据美国空军和洛马公司透露的信息，首次验证试验“海孚-空袭者” I于2015年启动。在试验期间，一架F-16有人战斗机和一架充当无人僚机的F-16验证机组成长僚机编队，完成了长机对僚机的指挥与控制、僚机自主编队飞行、僚机跟随飞行、僚机按长机指定的任务进行毁伤评估、僚机重新加入编队、僚机自动空中防撞等试验，为确保安全，充当无人僚机的F-16验证机保留了飞行员。首次验证试验为第二次试验“海弗-空袭者”II奠定了基础。

2017年4月，洛马公司宣布，臭融工厂与美国空军研究实验室、美国空军试飞员学校以及卡尔斯潘（Calspan）公司合作，在美国空军爱德华基地成功完成“海弗-空袭者”II验证试验。在为期两周的专项试验中，充当自主无人僚机的F-16验证机与F-16长机组成编队协同飞行，执行了一次对地打击任务，F-16无人僚机在完成任务后重新加入编队。

美国空军研究实验室在广泛机构公告（BAA）中公布了2020—2022财年无人机自主技术整合验证计划。在2020财年，项目主要验证对地攻击概念，无人僚机主要执行空地武器发射任务并充当有人长机的目标指示器。验证试验要求无人僚机在GPS信号和局域通信网络受到一定程度干扰的作战场景下，具备在不同方位和不同海拔高度使用GPS、激光、中继等制导方式完成打击任务。同时，“忠诚僚机”应能够根据作战需求，对当前航线、目标任务等要素进行重规划，并具备战场毁伤效果评估的能力。在2022财年，项目主要验证有人-无人编队应具备的敌防空系统压制能力（SEAD），试验场景包括GPS受到一定程度干扰和欺骗，卫星通信受到临时性干扰，来自敌方防空系统的威胁等。

作为具有敌防空系统压制能力的平台，无人僚机应能够感知、识别和定位作战区域中敌防空系统雷达信号发射机，且能独立或以编队模式执行电子战任务。无人僚机单机或编队应与有人长机在防区内/防区外协同执行反辐射作战任务。“忠诚僚机”的作战任务包括：一是充当武器发射平台，对有人长机指定的目标发动攻击；二是对无人机识别出的目标群实施打击； 三是协同摧毁威胁目标，并在作战过程中掩护有人长机；四是在防区外实施干扰；五是对情监侦（ISR）信息进行融合处理。广泛机构公告重点指出，自主技术是美军未来重点开发的技术，将直接提升有人-无人编队的作战能力。整个验证计划包括如下重点研发技术。

（1）作战环境下动态自适应航线规划技术。

（2）无人机感知数据及其他平台传感器数据等信息融合技术。

（3）目标识别、目标优先排序及任务分发等技术。

（4）通信干扰及复杂环境下的适应性。

（5）自主飞行控制技术。

（6）不同作战环境、任务及通信条件下的自适应导航界面和任务载荷管理技术。

（7）任务结束后的任务报告技术。

XQ-58A 无人僚机

XQ-58A“女武神”（下称XQ-58A）无人机是一型低成本、远程、高亚声速、隐身无人战斗机，也是新一代多用途无人战斗机的典型代表之一。XQ-58A无人机项目归属于美国空军研究实验室“低成本可消耗无人机技术计划”（LCAAT），该计划旨在利用更好的设计理念和成熟的快速制造技术，缩短无人机的制造时间并降低成本，从而解决现有战术飞机成本高、研发周期长等问题。该项目现已并入“天空堡”项目计划，并作为美国空军F-35隐身战斗机等其他机型的无人僚机备选方案。

（1）技术特点

XQ-58A采用了中等后掠角的中单翼、V型尾翼、背负式进气道、扁平机身布局设计, 具有良好的隐身性。该机采用火箭助推发射方式起飞，以单台FJ33-5型涡扇发动机为动力，机长8.84m，翼展6.7m，航程不小于3400km，最大飞行速度Ma 0.85，最大起飞重量2722kg，任务载荷重量不小于230kg，拥有2个内埋弹舱，可携带“游隼”（Peregrine）中程空空导弹（弹长1.83m、发射重量68kg）、“库达”(CUDA)新概念小型空空导弹、小直径炸弹（SDB）、“弹簧刀”巡飞弹等武器。XQ-58A外挂任务载荷能力可扩展。

（2）作战任务

高隐身性XQ-58A可独立或以集群模式执行作战任务，同时还可作为有人机的“忠诚僚机”，执行侦察、监视、空中网关等任务。XQ-58A的作战任务如下所述。

图1 美军XQ-58A 无人僚机有望与F-35 隐身战斗机协同作战。

图2 XQ-58A 发射小直径炸弹，对地面目标实施攻击的想象图。

第一，与F-22、F-35等隐身战斗机协同作战，构成隐身空中作战编队。

第二，通过换装不同任务系统，XQ-58A可在强对抗“反介入/区域拒止”环境中执行进攻性防空/防御性防空、防空压制、防空摧毁、电子战和情监侦等任务。

第三，2020年初，克拉托斯公司提出一种方案，将数百架XQ-58A放入改装后的货柜，运送到太平洋某些小岛。一旦与敌方爆发冲突，XQ-58A无人机机群将携带精确制导炸弹、空地导弹、空空导弹迅速出动，深入敌方区域执行远程压制作战任务。

（3）低成本设计与制造技术

美国空军最核心的要求是，XQ-58A无人机应具备有限的使用功能，且成本足够低。因此，美国空军提出了相对苛刻的价格要求：当采购数量在100架以内时，包含基本航电和推进系统的无人机，出厂单价不超过300万美元；当采购数量超过（含）100架时，出厂单价不超过200万美元。为满足美国空军的要求，克拉托斯公司采取了多种创新手段。

一是建立低成本设计规范和标准体系，以及与使用需求和性能要求相适应的权衡模型和经济性评价模型。例如，大幅缩短发动机使用寿命，甚至提出考虑配装二手发动机。

二是根据使用环境，选择性地配置系统。例如，如果仅在限定空域内飞行，不考虑配备空管等相关设备。

三是采用模块化任务载荷。根据任务需求，快速换装相应的任务载荷和武器系统，有效降低单机的技术复杂性和成本。

四是采用商用现货产品。美国空军研究实验室明确要求该型无人机应尽可能使用商用现货产品和军用常备件，并评估此研发方法的可行性。

五是采用先进低成本制造技术，探索弹性制造技术应用、自动装配工艺等低成本制造方法的可行性，以及探索在满足低成本制造要求的前提下，如何实现平时按需生产、战时快速大量制造的能力。

（4）试飞任务

XQ-58A从合同授出到首飞用时两年半，按计划分2个阶段进行5次飞行试验，以评估系统性能、气动特性等技术指标。

2019年3月5日，XQ-58A成功首飞。

2019年6月11日，XQ-58A完成第二次试飞，达到所有测试目标，试飞时间约71min。

2019年10月9日，XQ-58A开展第三次试飞，试飞持续了90min。但是，该机在着陆时发生意外损坏，事故原因是，降落时风速太高，并且临时飞行测试回收系统出现故障。因此，第四次试飞被迫推迟。

2020年12月9日，XQ-58A采用半自主飞行模式，首次与F-22和F-35战斗机开展有人机/无人机编队飞行，XQ-58A无人机最后安全降落。在试验中，XQ-58A无人机安装“网关1”（Gateway ONE）任务载荷，充当F-22和F-35战斗机的“空中网关”，同时接收、融合和传输两型有人机的数据信息，在未破坏两型战机隐身性能的情况下，解决了这两型战斗机长期无法直接通信的难题。此次试验达到了80%的总体飞行试验目标和100%的编队飞行目标。

图3 XQ-58A 无人僚机发射后（左），与F-22和F-35 有人战斗机组成编队开展协同飞行试验（右）。

图4 UTAP-22既可采用火箭助推发射方式（左）起飞，也可由F-15战斗机携带至空中发射（右）。

图5 ATS无人机使用了可拆卸、具有不同任务载荷的模块化机头，能快速响应作战任务。

2021年3月26日，XQ-58A无 人机完成第六次飞行测试。该机在美国亚利桑那州尤马试验场上空首次由内埋弹舱发射了一架AlTIUS-600小型空射无人机。美国空军表示，2021财年将决定是否启动型号研制项目，一旦项目启动，XQ-58A无人机很可能2 ～3年后进入部队服役。

UTAP-22无人机

UTAP-22“灰鲸鲨”无人机也称“战术无人空中平台”-22（Unmanned Tactical Aerial Platform-22，UTAP-22），是一种由BQM-167A靶机改装而成的无人战斗机，航程2592km，能以半自主飞行模式执行任务。由于克拉托斯公司BQM-167A靶机是目前美国空军现役机型，因此对其进行改装，可以降低UTAP-22的成本。

（1）技术参数

UTAP-22机长6.1m、翼展3.2m、最大起飞重量930kg、机体内部任务载荷重量226kg、外挂任务载荷重量362kg、每个机翼翼尖能挂载45.3kg电子战吊舱、最大飞行速度Ma 0.91、实用升限15240m、续航时间3h，可进行-2～9g的机动。

（2）试飞任务

UTAP-22是美国空军“天空堡”项目的验证平台之一。 2021年4月，UTAP-22无人机集成“天空堡”项目“自主核心系统”（ACS），完成首次飞行测试。在试验中，UTAP-22能够自主飞行，初步验证了“自主核心系统”的控制性能，同时该机能对导航指令、地理围栏等做出响应。UTAP-22除能以火箭助推发射方式起飞外，还可由载机在空中发射，目前F-15战斗机已挂装UTAP-22开展相关试验。

“空中力量编队系统”无人僚机

“空中力量编队系统”（ATS）无人僚机是波音澳大利亚分公司和澳大利亚皇家空军联合开发的“忠诚僚机”。2019年2月，波音澳大利亚分公司对外展出ATS无人僚机模型和系统概念。第一架ATS验证机于2020年5月亮相，2021年3月完成首飞。

该无人僚机采用V型尾翼、两侧进气道常规布局设计，机长11.7m，翼展7.3m，航程不小于3700km，最大飞行速度Ma 0.9。通过更换具有不同任务载荷的模块化机头，ATS可完成侦察，战术预警、电子战、近距空中支援、空对空和空对地打击等任务。未来，ATS无人僚机有望与F/A-18F等战斗机、E-7A预警机、EA-18G电子战飞机、P-8A海上巡逻机等有人机组成编队协同作战。

图6 2021年3月，ATS无人机验证机完成首飞。

ATS无人僚机采用了低成本设计和制造技术。澳大利亚皇家空军（RAAF）的愿景是，数十架低成本可消耗ATS无人僚机与有人机协同作战。

英国“蚊子”无人僚机项目

为加快“新型轻量化经济性无人战斗机”（LANCA）项目进程，今年1月，英国国防部宣布，势必锐（Spirit）航空系统公司将牵头研制“蚊子”（Mosquito）无人机验证机，计划2023年底开展飞行试验。

“新型轻量化经济性无人战斗机”项目由英国国防部国防科技实验室于2015年发起，现由英国皇家空军快速能力办公室（RCO）主管，已纳入“未来空中作战系统技术方案”（FCAS TI）。该项目旨在研究创新技术和概念，以及如何利用这些技术增强作战能力，缩短研发时间并降低成本。英国皇家空军希望“蚊子”无人机的成本仅为目前战斗机的十分之一，研发时间是现代战斗机的五分之一。“蚊子”无人机将作为“忠诚僚机”与有人战斗机协同作战。

俄罗斯无人僚机项目

（1）“猎人”无人机

俄罗斯“猎人”无人机研制计划出台较早。2009年，俄罗斯国防部曾在莫斯科航展宣布“猎人”无人机的研制计划。2012年，俄罗斯国防部授予苏霍伊设计局股份公司“猎人”无人机研发合同，米格公司深度参与。但由于论证、经费等问题，“猎人”无人机项目进展缓慢，直到2015年左右才逐渐步入正轨。俄罗斯空天军将“猎人”无人机定为高速隐身察打一体无人机系统，要求其不仅能自主执行突防和侦察任务，还应具备与有人机协同作战的能力，发挥“忠诚僚机”的作用。

“猎人”是一种重型无人机，机长14m，翼展19m，最大飞行速度约1000km/h，最大起飞重量20 ～25t，内埋弹舱可装载2t弹药。2019年8月，“猎人”无人机在一名操控员控制下完成首飞。2019年9月，“猎人”无人机与“苏”-57第五代战斗机首次组成编队开展协同试飞，该机在约1600m高度自主完成机动飞行。

图7 势必锐航空系统公司“蚊子”无人僚机概念图。

图8 俄罗斯国防部发布“猎人”无人机与“苏”-57战斗机协同试飞的视频截图。

图9 “格罗姆”无人僚机全尺寸模型在2020 军队展会上亮相。

图10 “勇士”无人僚机全尺寸模型在第13届印度航展首次亮相。

目前，苏霍伊设计局股份公司完善了“猎人”无人机的隐身性设计，正在加快试验进度并准备量产。据称，“苏”-57战斗机飞行员能同时指挥4架最新型“猎人”无人机执行作战任务，“猎人”无人机与“苏”-57战斗机进行信息交互，协同打击空中和地面目标。

（2）“格罗姆”无人僚机

在2020军队展会上，喀琅施塔得集团公开展示了“格罗姆”（Grom）无人僚机全尺寸模型。据悉，一架有人战斗机可指挥3 ～4架“格罗姆”无人僚机在一组有人机的前方飞行，由“格罗姆”无人僚机瞄准目标并使用反辐射导弹摧毁敌防空系统，为有人机开辟作战通道。“格罗姆”还能摧毁地面目标，并执行侦察、电子干扰任务。

该机采用背负式进气道，发动机尾喷口经隐身处理，降低了雷达反射截面积和红外特征，可有效防御敌防空系统的探测。

日本无人僚机计划

2016年8月，日本防卫省首次发布《未来无人装备研发愿景》。该报告以无人机为重点，分析并提出日本未来无人装备的研发计划，即日本决定采取跨越式发展路线，跳过空地型，直接研制空战型无人机。日本防卫省提出了一种高性能自主无人机概念，称为“战斗支援无人机”或无人僚机。该型无人僚机作为有人战斗机的助手，将接受有人机飞行员下达的指令，在有人机前方飞行，并携带先进传感器执行侦察任务，而紧随其后的有人战斗机执行瞄准和攻击任务。

日本防卫省表示，日本将在未来15～20年内研制出无人僚机所需的高等级自主控制技术，并计划在2029—2033财年对该技术进行验证。与此同时，F-35战斗机将进行适应性升级，进而与无人僚机组成编队协同作战。

第一型无人僚机可能是一种侦察型僚机，有望在15 ～20年内定型。2036年之后，日本将开发第二型无人僚机，该型无人机可能采用与第一型无人僚机相同的机身和发动机，并能携带武器，成为一种攻击型无人僚机。同时，日本防卫省要求侦察型僚机必须利用战术策略和电子对抗手段来防御导弹的攻击，因为搭载先进传感器的侦察型僚机比发射导弹的攻击型僚机成本高很多，应尽量避免遭受打击。

印度“勇士”无人僚机项目

今年2月4日，印度斯坦航空有限公司（HAL）在第13届印度航展上公开了“空战编队系统”（CATS）技术发展计划。该计划旨在开发一种作战体系，其中，一架“光辉”有人战斗机作为核心平台，与多架具有不同功能的“勇士”（Warrior）无人僚机组成编队协同作战。在“光辉”有人战斗机指挥下，“勇士”无人僚机前出，执行侦察、打击任务，进而增强印度空军的作战能力。

美国有人机/无人机协同作战项目

“体系集成技术与试验”项目

2014年，美国国防预研局（DARPA）启动“体系集成技术与试验”项目，目的是研究分布式作战概念。

“拒止环境中协同作战”项目

美国国防预研局“拒止环境中协同作战”（CODE）项目将对无人机/有人机协同作战涉及的人机接口、自主编队、开放式架构等关键技术进行研究。为验证这些关键技术，美军利用1 ～2架真机和若干架模拟机组成编队，开展飞行试验。如果试验成功，美军将在下一阶段使用6架真机和若干架模拟机组成编队，开展协同作战试验，例如，协同执行目标侦察、识别、打击等复杂任务。针对通信受干扰的场景，该项目开发了模块化软件架构、无人机自主协同、人机交互架构等技术，并针对无人机战术侦察、反水面战、打击防空阵地三类典型场景，开展基于增强现实技术的全任务能力飞行测试，验证了单人指挥无人机编队执行侦察、识别及打击任务的能力。2019年2月，在通信和GPS拒止环境下，美军使用6架真机和14架RQ-23“虎鲨”无人机模拟机成功执行任务。当“拒止环境中协同作战”项目软件开发和所有飞行试验完成后，该项目于2019年结束，项目的软件资源被移交给美国海军航空系统司令部。

“分布式作战管理”项目

美国国防预研局在2016年授出“分布式作战管理”项目阶段合同。该项目将对有人机/无人机编队在强对抗环境下，协同执行预警、侦察、战术规划、辅助决策和作战管理等任务进行研究，并开展作战仿真试验及飞行试验。2017年9月，BAE系统公司、洛马公司、美国空军研究实验室和美国国防预研局联合开展了首轮“分布式作战管理”项目飞行测试。目前，该项目已结束，进入应用阶段。

“天空堡”项目

2018年10月，美国空军研究实验室正式启动“天空堡”项目。美国空军对“天空堡”人工智能技术及无人机平台提出了如下要求。

（1）无人机须在2023年具备作战能力。

（2）无人机是一种低成本可消耗产品，易更换配置。

（3）无人机采用模块化、开放式设计架构，后续可助力发展能执行更复杂任务的智能无人机。

（4）无人机可利用简单算法开展自主飞行和控制试验，也可以利用更先进的人工智能技术，完成特定任务。

（5）人工智能技术可以集成于不同无人机平台。

美国空军对“天空堡”无人机提出如下作战能力要求。

（1）无人机将接受有人战斗机的指挥，利用人工智能技术，执行侦察、打击等作战任务。

（2）无人机可执行通信中继任务，为多架装备不同通信系统的战斗机建立空中网关。

（3）无人机能自动规避其他飞行器及障碍物。

（4）无人机应具备全天候作战能力。

“天空堡”项目的主要任务是，开发“天空堡”自主核心系统，并将该系统集成于低成本无人机，最终提升低成本无人机自主飞行、协同作战的能力。“天空堡”项目合同中涉及验证机设计、试验和自主能力开发的基本条款，其履行周期为5年，选择性条款周期为6年。2020年12月7日，美国空军授予波音公司、通用原子航空系统公司和克拉托斯公司“天空堡”项目验证机研发合同，该验证机将在一系列试验中作为“忠诚僚机”进行验证试验。同时，“天空堡”项目和“空战演进”（ACE）项目的工作人员开展密切交流。如果“空战演进”项目的格斗算法获得突破，将被快速融入“天空堡”项目，实现技术转化并为美军未来制空型无人机奠定牢固技术基础。