第三部分：無人機(jī)研究報告

（六）

世界各國無人機(jī)發(fā)展情況

美國：無人戰(zhàn)斗武裝旋翼機(jī)

X-51A，潛射無人機(jī)

無人戰(zhàn)斗武裝旋翼機(jī)

美國陸軍承諾為轉(zhuǎn)型期間的未來部隊提供一款更致命的偵察機(jī)，可以單獨(dú)搜索或與有人或無人駕駛小隊一起執(zhí)行任務(wù)。這種無人戰(zhàn)斗武裝旋翼機(jī)（Unmanned Combat Armed Rotorcraft）稱為UCAR。美國國防預(yù)研局的項目經(jīng)理唐納德•伍德伯里說：“我們已經(jīng)像開發(fā)卡車一樣開發(fā)了無人機(jī)（UAV），UCAR正開發(fā)成為一個體系性的遠(yuǎn)景。”

 

伍德伯里先生解釋道：“無論是白天還是晚上，或是在不利的氣象條件下，UCAR系統(tǒng)同它的模塊化載荷都是設(shè)計為發(fā)現(xiàn)最困難的目標(biāo)——徒步進(jìn)行、偽裝的作戰(zhàn)人員，和其他隱藏在地面混亂中的其他目標(biāo)。陸軍未來戰(zhàn)斗系統(tǒng)的單獨(dú)一名操作人員或是在AH-64D“阿帕奇”或A2C2（陸軍空域指揮可控制，譯者注）系統(tǒng)“黑鷹”上機(jī)載的單獨(dú)操作人員，最終都能指揮一架或多架無人機(jī)，僅僅通過少數(shù)幾句口語詞匯。該項目的目的就是可以使用操作指令，近似于發(fā)送給有人系統(tǒng)的指令命令他們。”

“實(shí)際使用中的UCAR概念是與‘影子’、‘捕食者’以及其他實(shí)際使用的UAV有很大不同的”，諾斯洛普•格魯曼公司UCAR的項目經(jīng)理戈雷格•祖溫納曼解釋說，“替代一個人控制一架UAV的是，你可能用一個人控制一個小隊。一名忙于同其他職責(zé)的操作員可能為協(xié)作小組發(fā)出最高級的指令，僅為了勘察一列樹行，還得忙于注意同野戰(zhàn)炮火重疊在一起的槍彈威脅。而自動駕駛無人機(jī)在他們小隊之間分派任務(wù)和資源，順應(yīng)空氣動力情況改變隊形，對那些偏離命令的需要授權(quán)。”

伍德伯里先生承認(rèn)：“在網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)領(lǐng)域，無人直升機(jī)可能從有人駕駛攻擊直升機(jī)、戰(zhàn)術(shù)噴氣式飛機(jī)或者未來戰(zhàn)斗系統(tǒng)的非直瞄火箭系統(tǒng)（FCS Non Line Of Sight Launch System，F(xiàn)CS NLOS-LS）召喚火力。或是它可以履行通信中繼、排雷或其他任務(wù)。諾斯洛普•格魯曼公司得到卡曼授權(quán)的UCAR曾裝有一個腹鉤，用于掉運(yùn)貨物。我不能確定發(fā)抖的原因是否有關(guān)UCAR只能運(yùn)送單件載荷；但當(dāng)你談到多用途飛行器時，你要有能力提供后勤支援作為核心使命。”

多功能的UCAR將可在陰暗、惡劣的天氣下，執(zhí)行危險任務(wù)，而不用將人的生命置于險地。不像其他無人機(jī)（UAV）使用單位，陸軍航空兵需要高度自理的飛行器，才能找到低空下自己航路上的障礙物，以及最接近防空火力危險下的生存性。但UCAR概念因此稱作“低空觀測直升機(jī)”，具有對人類指揮官口語指令產(chǎn)生反應(yīng)的足夠的機(jī)敏，同機(jī)載成員無縫協(xié)作，以及在動力學(xué)環(huán)境再次執(zhí)行任務(wù)的能力。它是非常靈活的平臺，將可以同先進(jìn)的傳感器和武器系統(tǒng)整合，用于發(fā)現(xiàn)、識別，并同敵人交戰(zhàn)。伍德伯里先生承認(rèn)，UCAR從開始就確定為一款雄心勃勃的機(jī)型。

X-51A

X-51A是美國高超音速導(dǎo)彈研制計劃的名稱，其關(guān)鍵在于研制出一種能以6.5馬赫（即6.5倍音速）的極高速度攜帶彈頭飛行的高超音速沖壓噴氣發(fā)動機(jī)。與需要攜帶大量氧氣的傳統(tǒng)導(dǎo)彈不同，這種新式導(dǎo)彈的發(fā)動機(jī)能夠以極快的速度將自帶燃料和空氣中的氧氣進(jìn)行混合，從而產(chǎn)生出極高的速度。而且這種可重復(fù)使用的高超聲速導(dǎo)彈外形尺寸比同類導(dǎo)彈要小得多，只有后者的一半大小，但卻具備攻擊500千米外目標(biāo)的能力。研發(fā)中的這種高超聲速導(dǎo)彈在投下彈藥后可飛回基地，因此更像是一架飛機(jī)。X-51圖示和特性如下：

2004年1月，AFRL選擇波音公司與普惠公司共同制造SED-WR的驗(yàn)證機(jī)，由波音公司制造機(jī)身，普惠公司生產(chǎn)發(fā)動機(jī)。2005年9月，美國空軍正式將該計劃編號為X-51A。

2010年5月26日，美國在加利福尼亞州南部太平洋海岸的軍事基地，成功試飛了X-51A飛行試驗(yàn)機(jī)。

按照最初試飛計劃，B-52飛機(jī)在大約15000米高空投放整個X-51A試驗(yàn)系統(tǒng)。首先，助推器持續(xù)燃燒30秒鐘，將整個系統(tǒng)加速到馬赫數(shù)4.6～4.8。在助推過程中，空氣將進(jìn)入X-51A驗(yàn)證機(jī)的超燃沖壓發(fā)動機(jī)內(nèi)，通過級間段流出，以便起動進(jìn)氣道，開始逐漸加 熱發(fā)動機(jī)及其燃油。在助推器分離后，X-51A驗(yàn)證機(jī)將借助慣性繼續(xù)滑行數(shù)秒鐘，然后在發(fā)動機(jī)內(nèi)部依次點(diǎn)燃乙烯和燃油，達(dá)到熱平衡后，僅利用JP-7燃料 的燃燒實(shí)現(xiàn)不斷加速。整個動力飛行過程大約300秒，預(yù)期飛行速度達(dá)到馬赫數(shù)6.5。隨著全部燃料消耗殆盡，X-51A驗(yàn)證機(jī)將開始減速，接著是500秒的無動力飛行，逐漸下滑，最后墜落進(jìn)太平洋。

然而，首次試飛并非按照設(shè)想順利進(jìn)行，盡管取得了成功，但還是出現(xiàn)了令人意想不到的一些情況。

5月26日，美國空軍實(shí)施了X-51A驗(yàn)證機(jī)的首次飛行試驗(yàn)。當(dāng)搭載X-51A的B-52H載機(jī)爬升到預(yù)定高度后，在馬赫數(shù)0.8的飛行速度下，釋放了由助推器和驗(yàn)證機(jī)組成的X-51A試驗(yàn)系統(tǒng)。大約4秒后，助推器按照預(yù)定程序點(diǎn)火，將X-51A驗(yàn)證機(jī)助推到馬赫數(shù)4.8。隨后，X-51A驗(yàn)證機(jī)與助推器、級間段分離，按照預(yù)定程序，成功地完成了一個平緩的180度滾轉(zhuǎn)機(jī)動。這一過程中，X-51A驗(yàn)證機(jī)將進(jìn)氣口從上方位置改變?yōu)楦共课恢?，飛行速度略微降低到馬赫數(shù)4.73。

隨后，SJY61超燃沖壓發(fā)動機(jī)先點(diǎn)燃乙烯，然后過渡到JP-7碳?xì)淙剂系狞c(diǎn)火、燃燒。接著，X-51A驗(yàn)證機(jī)開始逐步加速，但是遙測數(shù)據(jù)表明，加速度略低于設(shè)計值，而且發(fā)動機(jī)艙后部的溫度明顯高于設(shè)計值。靶場安全官員通過監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，X-51A驗(yàn)證機(jī)開始減速，并且遙測信號丟失，于是下令終止試飛，飛行器啟動了自毀程序。

結(jié)果，SJY61超燃沖壓發(fā)動機(jī)只工作了140秒，并未達(dá)到預(yù)期的300秒時間，飛行器的飛行速度達(dá)到了馬赫數(shù)5，尚未加速到馬赫數(shù)6以上。PWR公司表示，有關(guān)數(shù)據(jù)初步表明，SJY61發(fā)動機(jī)完全按照設(shè)計要求工作，在第一次試飛中就實(shí)現(xiàn)了最關(guān)鍵的一些事情：點(diǎn)燃乙烯，過渡到乙烯與JP-7燃料的混合燃燒，達(dá)到JP-7燃料燃燒的條件，僅用JP-7燃料繼續(xù)燃燒，并持續(xù)工作140秒。X-51A驗(yàn)證機(jī)在自毀前，機(jī)內(nèi)仍然剩余一部分燃料。

由此可見，PWR公司已經(jīng)完全掌握了一系列關(guān)鍵技術(shù)，可以很快制造出更長燃燒時間的超燃沖壓發(fā)動機(jī)。設(shè)計的5分鐘飛行時間并不是推進(jìn)系統(tǒng)的限制，只是局限于在油箱內(nèi)裝有燃料的容量。如果改進(jìn)設(shè)計一種更大容量的燃料箱，X-51A改進(jìn)型可以進(jìn)一步增加飛行時間。

盡管飛行時間沒有達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，但測試組仍然對結(jié)果感到滿意。AFRL發(fā)言人表示，首次飛行得分為B，下一次將得到A。AFRL負(fù)責(zé)X-51計劃的經(jīng)理布林克表示，此次試飛取得了95%的成功，飛行控制軟件完美無缺，尚不清楚加速過程減慢和飛行時間短暫的具體原因，初 步推測可能是密封問題或作動器故障，同時也認(rèn)為，有可能是錯誤地估算了X-51A驗(yàn)證機(jī)在低馬赫數(shù)飛行時的阻力。

2011年6月13日進(jìn)行的X-51”乘波者”高超聲速飛行器第二次飛行試驗(yàn)中，由于超燃沖壓發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣道未啟動，X-51第二次飛行過早終止。在操作人員的控制下，飛行器濺落加利福尼亞沿海。

波音公司B-52飛機(jī)攜帶X-51飛行器完美地飛至發(fā)射點(diǎn)后，火箭推進(jìn)器成功將X-51推進(jìn)至馬赫數(shù)5，由普惠·洛克達(dá)因公司建造的超燃沖壓發(fā)動機(jī)以乙烯為初始燃料，成功點(diǎn)火。在隨后轉(zhuǎn)而使用JP-7常規(guī)燃料時，進(jìn)氣道未能啟動。之后工作人員重啟、恢復(fù)最佳條件的努力失敗。

按照NASA的說法，進(jìn)氣道不啟動的原因多為激波速度過快，越過進(jìn)氣口前端，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)氣流的氣壓驟減。超燃沖壓發(fā)動機(jī)的工作依賴著極度精確的激波運(yùn)動和發(fā)動機(jī)氣流。沒有風(fēng)洞能使空氣以高超聲速運(yùn)動，因此高超聲速試驗(yàn)極端困難。

空軍項目經(jīng)理查理·布林克（Charlie Brink）表示：“顯然，我們很失望，原本我們期待著更好的結(jié)果。但是我們?nèi)詫Υ舜物w行收集到的數(shù)據(jù)感到滿意。我們將繼續(xù)檢查這些數(shù)據(jù)，了解更多關(guān)于這項新技術(shù)的知識。每一次對這項令人振奮的新技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，就距離成功更近一步。”

2012年8月16日，美軍進(jìn)行了X-51A的第三次發(fā)射。按計劃，用于測試的X-51A先是在位于加利福尼亞州的愛德華茲空軍基地進(jìn)行測試，待一切妥當(dāng)之后被掛到B-52轟炸機(jī)翼下；接著B-52從愛德華茲空軍基地起飛，在飛到接近莫古角導(dǎo)彈靶場的太平洋上空時，從5萬英尺高空將X-51A放飛；然后X-51A打開自身動力，加速到6倍音速并爬升到7萬英尺高空，在持續(xù)飛行300秒后最終墜入太平洋。而6倍音速相當(dāng)于從紐約飛到倫敦只需短短不到一小時。發(fā)射后，無人的X-51A乘波者飛行器按計劃與其載機(jī)B-52堡壘轟炸機(jī)實(shí)現(xiàn)了分離，助推火箭也實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)火。但是一個控制翼發(fā)生故障導(dǎo)致X-51A“乘波者”飛行器在飛行了僅僅16秒后就垂直墜進(jìn)了太平洋。

2013年5月3日，美國空軍宣布，已研制近10年的無人駕駛飛行器X－51A“乘波者”在第四次，也是最后一次測試中一度以5倍多音速飛行，“任務(wù)圓滿成功”。

美國空軍當(dāng)天發(fā)表聲明說，“乘波者”5月1日在太平洋上空進(jìn)行了最后一次測試飛行，在約6分鐘的時間里飛行了約230海里，這也是”乘波者”在四次飛行測試中飛行距離最長的一次。

美國空軍公布的視頻畫面顯示，一架B－52型轟炸機(jī)從愛德華茲空軍基地起飛后，將“乘波者”運(yùn)載至太平洋上空約1.5萬米處將其釋放。然后，“乘波者”依靠固體火箭推進(jìn)器在26秒時間內(nèi)加速至4.8倍音速。與推進(jìn)器分離后，“乘波者”啟動超燃沖壓發(fā)動機(jī)，沖上約1.8萬米的高空，速度達(dá)到5.1倍音速，飛行了約3分半鐘。

按照設(shè)計，“乘波者”不可重復(fù)使用，因此發(fā)動機(jī)燃料耗盡后，“乘波者”墜入太平洋并按計劃自毀。

這一次飛行并沒有達(dá)到6倍音速的設(shè)計飛行速度，但美國軍方依然表示滿意，美國空軍X－51A項目主管查利·布林克在一份聲明中說：“任務(wù)圓滿成功。我相信，從X－51A項目中獲得的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)將有助于將來的高超音速研究以及最終的高超音速飛行的實(shí)踐應(yīng)用。”參與制造的波音公司則發(fā)表聲明說，這是“一項歷史性成就”。

潛射無人機(jī)

美軍認(rèn)為，海軍潛艇將在聯(lián)合遠(yuǎn)征作戰(zhàn)中發(fā)揮更重要的作用，潛艇若要在戰(zhàn)爭中取得優(yōu)勢，就必須將各種傳感器置于潛艇以外，潛艇發(fā)射使用無人駕駛飛行器將成為下一代潛艇發(fā)展的焦點(diǎn)之一。無人機(jī)從潛艇上發(fā)射升空，可以進(jìn)行實(shí)時的偵察、監(jiān)視、預(yù)警等，為潛艇提供近空支援，搶占信息優(yōu)勢，將提高潛艇平臺的戰(zhàn)斗能力，并有效地將潛艇融入海陸空天“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”信息大系統(tǒng)之中，提升聯(lián)合打擊能力。潛射無人機(jī)的使用可有效隱蔽己方潛艇的位置，同時還能擴(kuò)大對海、對空搜索范圍，延長預(yù)警時間，并能確定目標(biāo)攻擊參數(shù)，為水面艦艇和三叉戟核動力彈道導(dǎo)彈潛艇提供近距空中支援、中繼制導(dǎo)和攻擊戰(zhàn)果評估，對于潛艇準(zhǔn)確地選擇、追蹤、瞄準(zhǔn)目標(biāo)進(jìn)而實(shí)施打擊具有重要意義，被認(rèn)為是“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”的重要組成部分，將顯著提高三叉戟潛艇平臺的作戰(zhàn)能力，使“空優(yōu)潛劣”的格局出現(xiàn)新的變化。配有深彈、反潛魚雷等攻擊武器的無人機(jī)對在水面及潛望深度航行的潛艇能夠直接實(shí)施攻擊，對敵方潛艇行動構(gòu)成巨大威脅。

美軍從20世紀(jì)90年代至今已經(jīng)先后研究和試驗(yàn)了多款潛載無人機(jī)，如通過潛艇魚雷發(fā)射管發(fā)射的能執(zhí)行偵察、監(jiān)視和目標(biāo)搜索的海上搜索者潛載無人機(jī)；通過三叉戟潛艇的彈道導(dǎo)彈發(fā)射筒發(fā)射的配有低成本自主攻擊系統(tǒng)和輕型炸彈無人機(jī)和可重復(fù)使用的鸕鶿無人機(jī)。

美國鸕鶿潛射無人機(jī)

潛射無人機(jī)發(fā)射過程

文章來源：《武器與裝備研究選編》國際防務(wù)科技叢書（2015年第5期，總第15期）中國電子科學(xué)研究院管理研究中心編譯/ 圖片來自于原報告或互聯(lián)網(wǎng)。

第一部分：美國航母研究報告

第二部分：國外預(yù)警機(jī)研究報告

國外預(yù)警機(jī)研究報告（一）：發(fā)展歷程+預(yù)警機(jī)地圖

國外預(yù)警機(jī)研究報告（二）：美國E-3系列“望樓”預(yù)警機(jī)