XQ-58A“女武神”无人机发展分析

2024年4月，XQ-58A“女武神”在美海军陆战队开展的PAACK-P（Penetrating Affordable Autonomous Collaborative Killer-Portfolio）计划中，成功与2架F-35战斗机编组协同，并为后者提供电子攻击能力。XQ-58A“女武神”无人机由美空军研究实验室“低成本可消耗飞机技术”项目孵化，其多次成功试飞标志着美军在研究和验证有限寿命/架次的低成本无人作战飞机技术和装备方面取得了重要进展，为未来构建质量与数量并优的空中优势能力奠定了基础。

研制背景

美空军认为当前空中战场的威胁日趋多变，高性能作战飞机的价格不断攀升，国防预算压力日益增大。美空军难以通过大规模更新换代解决作战能力与预算压力的矛盾，必须创新装备解决方案，在保证性能可接受前提下，显著降低使用成本，重塑美空军的数量优势。此外，现有航空武器装备严格的采购标准和研制规范，虽确保了武器装备的性能和质量，但也导致了研制、鉴定和生产新型航空武器装备的成本高、周期长，需探索装备研制的新途径，以降低装备采办成本、缩短研发和生产周期，灵活应对新兴威胁。

为解决上述挑战，美空军希望利用无人机研制周期较短、生产成本较低等特点，创新飞机设计概念和流程。美空军认为，可执行侦察监视、火力打击等任务的远程、高性能、低成本无人作战飞机将带来改变游戏规则的能力，在未来空中对抗中将同时形成规模和性能优势。美军XQ-58A项目主管认为，未来空军机队很可能由相比现在更少的高端作战飞机和大量的低成本可消耗无人机构成。为此，美空军实施了低成本可消耗飞机技术项目，目标是通过开发更好的设计工具以更快的速度设计和制造无人机系统，并推动制造流程的改变和成熟，以减少制造时间和成本。

发展历程

项目竞标阶段

2015年，美空军宣布启动低成本可消耗飞机技术项目；同年9月，美空军研究实验室宣布开展为期27个月的低成本可消耗无人作战飞机演示验证项目，开发满足特定任务能力需求的低成本无人作战飞机系统概念，完成验证机制造和试飞试验，验证装备概念与制造技术的可行性，包括洛马公司、克拉托斯公司、波音公司在内的6家美国航空航天企业参与了项目竞标。

2016年7月，美空军研究实验室选定克拉托斯公司成为项目承包商并授予演示验证项目合同，美空军先期投资730万美元，该公司自筹3350万美元，研制3架技术验证机。美空军研究实验室还规划了近1亿美元的追加投资计划，用于技术成熟和深化发展。 2017年6月，克拉托斯公司在巴黎航展展示了编号XQ-222的验证机模型，同年7月，美空军赋予该机XQ-58A的正式编号。

演示验证阶段

XQ-58A验证机的主要任务是验证低成本设计和制造概念、识别满足性能需求的低成本飞机所需的技术鸿沟和主要成本驱动因素、建立有限寿命可消耗飞机的使用指南等。

自2019年3月，XQ-58A首架验证机首飞后，美空军与克拉托斯公司相继开展了两阶段共计5次飞行测试，初步检验了低成本可消耗平台性能，具体情况见下表。

2020年2月，克拉托斯公司宣布启动XQ-58A批量生产程序，表明美军低成本可消耗无人机正式进入生产阶段，距离实战化运用再进一步；2021年11月，该公司启动XQ-58A第2生产批次生产工作，进一步加快该型无人机列装。美空军针对XQ-58A无人机平台继续开展多轮试验，进一步拓展该平台性能，初步探索其实战化运用潜能。

主要特点

远程、高性能、低成本、隐身无人作战飞机

XQ-58A无人机采用中等后掠角中单翼、V形尾翼、背负式进气道、扁平机身的隐身化布局，配装单台威廉姆斯公司FJ33-5型涡扇发动机（推力 746.6千克力），机长9.14米、翼展8.23米，实用升限13700米，最大飞行速度马赫数0.85，最大航程5400千米，有效载重540千克（内埋载重270千克、外挂载重270千克）；2个内埋式武器舱可各挂载1枚GBU-39型制导炸弹或AIM-120型中程空空导弹，并可扩展翼下外挂能力。该机采用开放式任务系统架构，可采用火箭助推、导轨发射模式，具备不依赖跑道的起降能力；可重复使用，按有限使用寿命/架次设计。

聚焦低成本的特色设计

XQ-58A无人机具有“低成本”属性，该机低产量生产单价约为650万美元；若每年生产50架，成本约为400万美元；该公司曾表示，若产量达100架，成本可低于200万美元。克拉托斯公司为满足美军对于低成本可消耗无人机的成本界定，在设计上采取了多种创新手段：一是建立基于使用特点的低成本设计规范和标准体系，建立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，如基于有限使用寿命，大幅降低发动机使用寿命要求，甚至提出考虑配装二手发动机；二是根据使用环境选择性配置系统，如因仅需在限制空域内飞行，不考虑配备空管相关设备；三是采用模块化任务载荷，根据任务需求快速换装对应任务载荷和武器系统，有效降低单机复杂性和成本；四是采用现货产品，美空军研究实验室明确要求该机应尽可能应用商用货架产品和军用常备件，并要求确定此设计模式可能产生的影响；五是采用先进低成本制造技术，探索应用弹性制造技术、自动装配工艺等低成本制造技术的可行性，并探索在满足低成本前提下，实现平时按需生产、战时快速大量制造的可实现性。

灵活多样的任务能力

隐身化设计的XQ-58A无人机既可独立执行作战任务，又可多机以集群模式作战，同时还可作为有人/无人编队中的“忠诚僚机”，与F-22、F-35等隐身战斗机协同作战，构成全隐身化空中作战编队。通过换装不同任务系统与载荷，可在强对抗的“反介入/区域拒止”环境下执行侦察监视、电磁对抗、火力打击等任务。除美空军外，美海军已购买2架XQ-58A无人机，作为“穿透、经济可承受合作式协同杀手”项目的一部分，探索可隐蔽渗透对手防空系统，与有人机协同遂行高自主作战任务的无人系统；美海军陆战队积极测试该型无人机，探索其与F-35B/C战斗机协同作战的潜能，以支撑“远征前进基地作战”概念落地。

关键技术

低成本设计、分析与集成技术

低成本可消耗无人机研制响应美空军快速开发、快速迭代的整体发展思路，依托数字工程手段在虚拟环境中实现全平台设计，并进行结构强度、风洞等相关模拟测试，在数字环境中进行初步分析，迭代平台设计，从而减少实物测试时间和人力成本。采用模块化设计方法，满足平台可移植性、可扩展性等实际要求，一方面对独立的有效载荷可实现边研发边测试，无需集成全部载荷再进行技术验证，从而减小修正成本，同时随着相关技术不断发展，可持续升级载荷模块，以提升平台性能；另一方面，模块化载荷采用开放、统一标准、政府拥有的接口，可打破单一系统结构，进一步提高鲁棒性与互操作性，制造商也可使用成熟的商业现货，减小自身研制成本。

XQ-58A无人机是克拉托斯公司充分利用其已有UTAP-22战术无人机、BQM-167A靶机等技术研究基础，全新设计的一型无人机。该无人机设计过程遵循美军模块化开放式系统架构理念，使用数字工程手段，首先在虚拟环境中对数字孪生体进行设计迭代，再分阶段开展验证机测试，评估其平台性能与载荷能力。

低成本制造工艺

低成本可消耗无人机为满足低成本、快速迭代等特点，机身结构等关键组件的使用寿命会显著低于有人作战飞机，采用增材制造、智能装配等先进技术可减小关键部件生产时长，优化结构设计，从而有效降低生产成本；在前沿战场部署该技术可快速生产备用零件，减轻后勤保障压力，同时提高战场环境中装备持续作战的能力。

波音公司联合美空军研究实验室使用大尺寸增材制造技术生产了XQ-58A无人机机身热压罐工装验证件，展示了可在数天开发复杂工装的潜力；美国连续复合材料公司采用翼肋长纤维注射成型、增材制造工装、蒙皮自动纤维铺放、自动钻孔和机器人装配等制造工艺成功制造出低成本可消耗飞机的机翼，可承载160%的设计极限载荷，在缩短制造周期、减低制造成本的同时，有效维持平台机械性能要求。

低成本动力系统

低成本可消耗无人机在满足体系作战需求的前提下，强调有限寿命/架次，从而降低对飞行器强度的要求。因此，现有无人机发动机对此类无人机存在“性能过剩”的情况，需发展新型低成本动力系统以实现成本与性能的平衡。美空军研究实验室计划2018至2026财年通过“经济可承受任务”中“先进涡轮技术”项目，投资7.25亿美元研发一系列用于下一代高、中、低功率涡轴发动机和战斗机发动机技术，以满足未来发动机支撑更多电力系统、定向能武器、大功率传感器等需求，提高推进效率及飞行器自身能量水平。

XQ-58A无人机目前选用FJ33-5现货涡扇发动机，价格占总成本目标的40%，且该发动机大修时间间隔达3500小时，远超200至300小时的飞行要求，暂时无法达到其寿命成本和目标。在此背景下，克拉托斯公司于2019年2月成立新的克拉托斯涡轮技术分部，加速推进小型发动机项目研发，发展用于下一代战术武器和战术无人机的小型发动机，拟定最大推力4.5千牛，采用3D打印技术制造独特的轴承，减少涡轮增压器对燃油量的需求，同时简化发动机结构，使其更易维护且可降低故障发生率。目前，该公司新型发动机仍在研发中。

自主控制技术

无人机对平台自主化、智能化提出了更高要求，对低成本可消耗无人机而言，分解任务能力必将导致对数据互联互通、高速处理以及人机协同的需求大幅提升，因此亟需人工智能技术维持体系内的正常运转。人工智能技术可加速处理复杂数据集，提升态势感知与决策分析能力；控制无人平台完成自主飞行、频谱管理、目标识别等任务，减少操作员/飞行员的认知负担，使其专注于复杂任务，提升作战效能。在此背景下，美空军通过“天空博格人”项目研发智能化自主控制软件套件，可集成于多类低成本可消耗无人机平台；美国防部国防高级研究计划局通过“空战进化”项目发展空战格斗自主算法和异构智能作战管理算法。

XQ-58A无人机已搭载“天空博格人”自主核心系统进行试飞，成功测试其与有人飞机协同飞行的能力。2020年12月，搭载自主核心系统的XQ-58A无人机与F-22、F-35战斗机协同飞行，并作为通信中继和数据网关，成功实现两型战斗机的数据交换；2023年7月，美空军研究实验室使用“自主空中作战行动”智能软件控制XQ-58A无人机与F-15E战斗机编组飞行。