□范会兵 果金龙 罗广文
美国“鹰鳐”水空两栖无人机
说起军用无人机的起源和发展,就不得不提以美国为首的西方主要国家在军用无人机发展上的引领作用,美国作为世界上最早研制无人驾驶飞机技术的国家,其军用无人机装备数量最多、技术最发达,无人机作战经验也最丰富。
DH.82B“蜂后”式是第一架可重复使用的无人机
“斯佩里空中鱼雷”是世界上第一架采用无线电控制的无人机
凯特琳“空中鱼雷”式无人机
无人机的起源可追溯至20世纪初期,美国在1909年试飞了首架遥控航模飞机,1917年,首架专门制造的遥控飞机在英国问世。此时正值第一次世界大战期间,各国迅速开展将无人机应用于军事领域的探索。1917年,美国基于陀螺仪控制系统在柯蒂斯N-9海上飞机基础上改造的“斯佩里空中鱼雷”是世界上第一架采用无线电波控制的无人机。此后相继出现了凯特琳“空中鱼雷式”、DH.82B“蜂后式”等无人机,其中1935年问世的DH.82B“蜂后式”是第一架可重复使用的无人机。
20世纪50年代美国成功研制出无人靶机,最著名的就是代号Q-2的瑞安“火蜂”号(Ryan Firebee),它是世界上首台高亚音速、喷气推动的无人机,此后又对“火蜂”系列靶机进行改装,发展出无人侦察机,并第一次应用到越南战场上,这是无人机第一次真正意义上被用于战争,它主要为美国空军进行情报搜集并执行无线电通讯的监控活动。此后出现的RQ-2“先锋”无人机也是这一时期的产物。
“火蜂”号是世界上首台高亚音速、喷气推动的无人机
20世纪90年代至今,无人机进入快速发展与大量运用阶段,由于科技的进步,此阶段出现了大量明星机型,无人机在平台构型、任务功能、控制方式等方方面面呈现出多样化的发展,自主、智能代表了当代无人机的发展特点与演化方向。
国外发展了大量供高层级使用的战役级无人机,此后又发展了供单兵、分队等低层级使用的超近程、中近程无人机。产品涵盖近、中、远程可达,微、小、大型分布,低、中、高空覆盖的各类机型,实现了体系化发展。
(1)高空长航时大型军用无人机
美国RQ-11“大乌鸦”微型无人机
“黄蜂”微型无人机
“黑黄蜂”微型无人机
中远程、长航时的军用大型无人机当以美国通用原子公司在1994年制造的MQ-1“捕食者”无人机为代表。自1995年服役以来,该型机参加过阿富汗、巴基斯坦、波斯尼亚、塞尔维亚、伊拉克、也门和利比亚的战斗,是当之无愧的明星机型,各国争相仿制。此后同一时期,美国又研制出了拥有长时间飞行能力,能够开展情报搜集、侦察以及监视等任务的高空无人侦察机——“全球鹰”。它是世界上飞行时间最长、距离最远、高度最高的无人机。在阿富汗战争的第一年,尽管它当时还处在研发的早期阶段,但其应用已经有了显著的成效,美军官员认为,“全球鹰”是阿富汗战争中的“图像信息处理器”,其高空长航时的性能对于作战而言至关重要。
美国在中近程无人机方面也有不俗的表现,例如RQ-7B“Shadow”、MQ-8 Fire Scout等。
(2)低空超近程微、小型军用无人机
近年来得益于MEMS(微机电系统)技术的发展,电子器件、集成电路、传感器的微型化、集成化程度越来越高,微、小型无人机技术越来越成熟。美国“战略之页”网站文章称,近年来,美英等国军队大量使用微型无人机进行战场侦察,使军队的作战方式发生了巨大变化。微型侦察无人机成本低、携带与操作方便,能为连、排,甚至单兵提供即时战场情报。美军装备了大量微型无人机,它们的总飞行时间远大于大型无人机的总飞行时间,对战争的影响也比大型无人机要大。此类型号比较有名的有美国的RQ-11“大乌鸦”、“黄蜂”、“渡鸦”以及“黑黄蜂”无人机等。
与体系化发展概念不同,系列化发展主要是通过对现有型号进行改进,或是逐次改型,发展形成既有型号的系列化,如此既可以满足不同任务需求,又可以逐步且快速提升无人机技术性能。例如美国在“捕食者”基础上发展了MQ-1“灰鹰”无人机和技术性能更佳的MQ-9“收割者”无人机,在RQ-4B“全球鹰”的基础上发展了MQ-4C,与此同时,两种改进型号又分别按照一定批次进行改进。微、小型无人机也有系列化发展,如RQ-11“大乌鸦”也分为RQ-11A、RQ-11B型,以色列“英雄”系列无人机等。
美国MQ-1“捕食者”无人机,中远程、长航时军用大型无人机的代表
美国MQ-8 Fire Scout中近程无人机
在“捕食者”基础上发展而来的MQ-9“收割者” 无人机
MQ-4C 无人机在RQ-4B“全球鹰”基础上发展而来,呈系列化发展态势
国外无人机往往以平台为中心,针对预定任务构想进行优化设计,注重采用多样化的任务载荷,不断更新迭代,采用标准化接口,形成载荷系列化能力。微小型无人机方面的代表有美国的“黑黄蜂”系列以及衍生产品个人侦察系统(PRS)、车辆侦察系统(VRS)及“弹簧刀”(Switchblade)系列巡飞弹无人机、“美洲狮”无人机等。
太阳能、氢能等新型能源,因其储量大、效率高、无污染等优势,日益受到世界各国的重视。采用太阳能电池、氢燃料电池等绿色能源的电动飞机应运而生。如美国“离子虎”(IonTiger)无人机使用美海军研究实验室开发的新型低温液态氢燃料储存罐实现了48h的飞行。“混合虎”无人机综合利用太阳能电池技术、氢燃料电池技术,其在各个季节,各个纬度都具备长时间飞行的能力。
扑翼无人机具备无噪声、隐身性能好等特点,可潜入任务区域,附着某一点执行实时监视侦察等任务。两栖无人机或可上天入海,或能空地两用,可大幅扩展传统无人机的应用范围。美国的“鹰鳐”水空两栖无人机,采用电推进方式,可配装传感器、摄像机、声呐等载荷,不仅能在空中遂行监视侦察,也能执行水下动态、静态探测任务。美国“飞马”陆空两栖无人机能使用多种载荷,包括3D激光雷达、战术电台、光电/红外摄像机等,可执行3D地图生成、地下作业、远程干扰、通信中继、情报监视侦察等任务。另外如德国“Festo BionicSwift”仿生机器鸟、美国“MAV”蜻蜓无人机也是这类仿生、便携微小型无人机。
手抛式、弹射起飞、筒式发射主要针对单兵便携式微小型无人机,无需助跑提供起飞速度。
近年来,人工智能技术不断发展,智能算法开始大量应用于图像识别、目标分类、自主决策等任务领域,发展具备自主遂行情报、监视、侦察、打击等任务能力的无人装备,减轻指挥和操控人员负担,提高战场任务效率。在紧急情况下,如果无人机失去监控或者联络,也具有继续执行任务并返回基地的能力。美国国防高级研究计划局(DARPA)发布了一份关于“轻量快速自主”(FLA)飞行器项目的广泛机构公告,并希望通过“轻量快速自主”飞行器项目寻求一种新算法,实现小型无人机在无远程控制的条件下,对建筑物内房间、楼梯、走廊等存在障碍物的环境进行快速搜索。
集群作战。科学家观察发现昆虫、鸟、小鱼这类动物,个体力量弱小,但是通过相互之间的协同配合,可以完成许多复杂的任务,比如鱼群的游弋、鸟群聚集迁徙以及蚂蚁协同搬运等等。基于此,当前美军正在推动无人作战样式由“单平台遥控作战”向“智能集群作战”发展,模拟“蜂群”等集群行为,以实施自主协同作战、开展分布式杀伤与饱和式攻击。
有人/无人协同作战。美军认为,目前无人机对战场环境的感知能力和对环境态势的理解能力还不能替代人的思维和判断,难以满足复杂作战环境对无人作战系统高层次自主和智能化的要求,采用有人/无人协同作战方式更有利于执行战略纵深攻击等任务。目前美欧等国的军事强国已经在有人/无人协同作战方面取得了阶段性的成果,开展了多项有人/无人协同作战的项目验证,典型的项目包括战术管理系统项目(TBM)、无人机控制最佳角色分配管理控制系统(SCORCH)、体系集成技术与试验(SoSITE)、“忠诚僚机”项目和拒止环境中协同作战(CODE)项目等。
全域协同作战。2020年3月,美空军制定发布《美空军在联合全域作战中的作用》,首次将联合全域作战概念写入空军条令。联合全域作战旨在陆、海、空、天、网络5个战争领域展开新形式的联合作战和协同作战。依靠无人平台/传感器实现全域态势感知是实施联合全域作战的前提,广泛地使用多种无人平台和传感器,融合所有作战领域的侦察信息,构建通用战场态势图,全面掌握全域战场态势,为正确和快速决策提供依据。
着眼未来战场和无人机发展趋势,目前无人机正在朝微型化、重型化两极发展,并都呈现体系化、系列化、多样化、智能化、集群化、协同化等发展特点。外军已在其师、旅级作战部队组建无人机连,海军各舰队和空军航空兵师也分别成立无人机大队,空降兵和战略火箭军也在师、旅级部队中组建无人机连或排。目前,无人机部队已成为主要军事强国武装力量的重要组成部分,并在局部军事冲突、反恐作战以及演训中不断融入军队作战体系。
以色列 Hero-30筒射无人机
有人/无人协同作战示意图