引 言
小型、微型無人機按大小和航程可這樣劃分,小型無人機:任務半徑可達數(shù)千米,飛行高度達數(shù)百米,質(zhì)量達數(shù)千克;微型無人機:任務半徑可達數(shù)百到上千米,飛行高度達數(shù)十米,質(zhì)量達數(shù)十克到數(shù)百克。
小型無人機具有成本低、安全性好、質(zhì)量輕、體積小、靈活、機動等突出特點,特別適合在地區(qū)沖突和反恐作戰(zhàn)中、在人口稠密的城鎮(zhèn)環(huán)境下使用。小型無人機具有翻山越嶺、繞過街角實行近距離作戰(zhàn)的能力,可為地面部隊進行偵察警戒和搜索行動,實時提供情報。
1 云雀(Skylark)系列無人機
云雀無人機由以色列埃爾比特公司研制生產(chǎn),它在無人機發(fā)展領域里提供了一種與眾不同的新概念,將以往的無人機發(fā)展成為一個由單兵便攜發(fā)射的、完備的空中巡邏監(jiān)視系統(tǒng),成為一種隨時掌握戰(zhàn)場主動權(quán)的特殊裝備。目前,埃爾比特公司也在不斷升級云雀小型無人機,已由原來的單兵攜帶的云雀Ⅰ發(fā)展到車載導軌式發(fā)射器發(fā)射的長航時云雀Ⅱ-LE。
1. 1 云雀Ⅰ
云雀Ⅰ無人機是一種常規(guī)小型無人機,機長為2. 2 m,翼展為2. 4 m,質(zhì)量5. 5 kg,航程10 km,巡航速度37 km/h ~74 km/h,續(xù)航時間約2 h。該機用手擲發(fā)射,借助于一個可重復使用的氣囊著陸,氣囊在飛機下降過程中被一小型電風扇吹脹。它還可以在深度失速的狀態(tài)下著陸。云雀帶有一個相當穩(wěn)定的光電有效載荷,具有10∶1光學變焦能力。這一特性在其它小型無人機上極為罕見,它使云雀能夠飛近目標并在其上方懸停,出色地完成偵察任務。
云雀Ⅰ小型無人機采用萬向架支撐的位標器和無人機的導航系統(tǒng),具有鎖定地面目標的能力。先進的航空技術和性能穩(wěn)定的傳感器使得飛行器更容易操控,操作人員通過向無人機下達一些簡單的命令操縱無人機。這些命令有:“看這里”、“看那里”、“靠近目標”、“離開目標”、“跟蹤”、“搜索”等。
云雀Ⅰ無人機能精確到距目的地5 m的范圍內(nèi)自主著陸,它是靠gps全球定位系統(tǒng)和微機電系統(tǒng)慣性數(shù)據(jù)結(jié)合的軟件來預知氣囊中氣體的狀態(tài)來實現(xiàn)這一高難要求的。系統(tǒng)在不利的天氣狀態(tài),包括大風中也能正常操作,該型無人機完成任務后還可收回、裝箱運送、重復使用。2004年云雀Ⅰ被以色列陸軍選用并已部署了若干套。除了以軍以外,現(xiàn)在全球已經(jīng)有15個國家采用云雀Ⅰ小型無人機裝備其營級規(guī)模的部隊,包括法國、澳大利亞、加拿大、瑞典、荷蘭、墨西哥和韓國等。
1. 2 云雀Ⅰ-LE
近兩年,云雀Ⅰ在性能上得到大幅提高。云雀Ⅰ-LE在原云雀Ⅰ無人機的框架結(jié)構(gòu)上有些改變,整合了一個新型電池組,長航時小型無人機的續(xù)航時間由2 h增加到3 h,航程超過15 km。
據(jù)報道, 2009年以色列國防軍已經(jīng)選用埃爾比特公司的云雀長航時小型無人機裝備其營級地面部隊,這是天空騎士(SkyRaider)項目的內(nèi)容之一。每套系統(tǒng)包括3架無人機、2個先進的U-STAMP靜態(tài)監(jiān)視和對準有效載荷、通信系統(tǒng)和1個小型地面站,整套系統(tǒng)可裝入兩個背包內(nèi)。無人機能夠全自主(預編程)飛行。
1. 3 云雀Ⅱ
以色列埃爾比特公司對云雀Ⅰ無人機進行了升級改進,云雀Ⅱ是一種近距離戰(zhàn)術無人機系統(tǒng),可以提供先進的高性能的情報、監(jiān)視、目標截獲與主要偵察能力。云雀Ⅱ的設計主要用于裝備旅級和營級機動部隊,而且能夠滿足全球地區(qū)性反恐作戰(zhàn)(GWOT)的需要。
云雀Ⅱ翼展增加到4. 2 m,可在中空飛行約6 h,任務半徑達50 km~60 km。較大的云雀Ⅱ不是手擲發(fā)射,而是靠一個安裝在車頂部的導軌式發(fā)射器發(fā)射。
在戰(zhàn)場上,系統(tǒng)可通過裝備了綜合發(fā)射裝置的悍馬(HMMVEE)越野車進行點發(fā)射和點回收,同時系統(tǒng)還配備有雙站式地面控制站。云雀Ⅱ的尺寸和質(zhì)量使得僅需1~2名人員即可完成整個任務過程。云雀Ⅱ能在機動中操縱,可在超低空或中空執(zhí)行隱蔽的飛行任務,拍攝清晰的圖像,或借助云層的掩護進行作戰(zhàn)偵察。
云雀Ⅱ的靜音性能優(yōu)越,由于云雀Ⅱ采用了基于可充電電池組的全電推進,飛行時的聲音很小,據(jù)稱,在130 m外就聽不到聲音,不易被敵方發(fā)現(xiàn)。它采用的電推進技術,不僅噪音小,而且結(jié)構(gòu)簡化、質(zhì)量小、效能高,特別適合在反恐作戰(zhàn)環(huán)境中使用。
2006年,埃爾比特公司將推出的一種新型的超輕型熱成像傳感器安裝在云雀Ⅱ上。該傳感器的質(zhì)量為0. 7 kg~0. 8 kg,是同類傳感器中最輕的。該型無人機前端就是直徑20 cm的球形傳感器轉(zhuǎn)塔(如圖3所示),內(nèi)裝有晝用高清晰彩色CCD攝像機、高分辨率非制冷長波(8μm ~12μm)前視紅外攝像機和激光照射燈及跟蹤器。它可以提供寬的視場覆蓋,可連續(xù)跟蹤移動目標,而且分辨率高于以前任何同類型傳感器。
云雀Ⅱ無人機熱成像傳感器
1. 4 云雀Ⅱ-LE
埃爾比特公司又將其云雀Ⅱ無人機升級為長航時的云雀Ⅱ-LE,從外形上看,云雀Ⅱ-LE幾乎完全變成了一個新模樣,它在整體結(jié)構(gòu)上有很大變化,發(fā)動機被轉(zhuǎn)移到后部,改變了機身的尾部構(gòu)造,續(xù)航時間也增加了一倍多,超過15 h。其新的數(shù)據(jù)鏈可以在高達150 km的范圍內(nèi)操控無人機,這將使其競爭力超過波音公司的熱門產(chǎn)品掃描鷹(Sca-nEagle)。云雀Ⅱ-LE無人機將成為標準的云雀Ⅱ產(chǎn)品。
[page]
2 隕石(SkyLite)系列無人機
為了避免與埃爾比特/銀箭公司的云雀發(fā)生混淆,以色列的拉斐爾(Rafael)公司把它的發(fā)射管中發(fā)射的小型無人機命名為隕石(SkyLite)。隕石系列無人機已發(fā)展到現(xiàn)有的隕石A、隕石B和遠程隕石(B-LR)三個型號。
2. 1 隕石A (SkyLiteA)
隕石A是一種便攜式的、用發(fā)射管發(fā)射的空中巡邏無人機,質(zhì)量6. 5 kg,翼展1. 7 m,直徑12 cm。無人機借助小型助推器肩扛發(fā)射,發(fā)射后,機翼快速展開到飛行姿態(tài),由電動機驅(qū)動,可以回收。無人機裝備一個穩(wěn)定的照相機,可覆蓋廣大區(qū)域、監(jiān)視感興趣的目標。它可以飛抵10 km遠的目標并巡弋1 h,提供實時圖像直接支持戰(zhàn)斗編隊。其優(yōu)點是:操作人員可在隱蔽處控制發(fā)射,不必在曠野中站立或奔跑;其尺寸略大于手擲發(fā)射無人機,這就允許它攜帶續(xù)航飛行1 h所需的電池。
此外,拉斐爾公司利用自己的導彈技術在隕石無人機的頭部安裝了一個二軸框架穩(wěn)定的尋的器,這也是小型無人機市場上唯一的一種雙波段晝用+紅外尋的器( dual-band day-plus-IR seek-er)。該尋的器采用了拉斐爾公司在空地和反坦克導彈中使用的技術。隕石無人機可以用其傳感器鎖定目標并在目標被煙霧或障礙物遮蔽時重新捕獲目標,非常適于特種部隊和城市作戰(zhàn)。
2. 2 隕石B(SkyLite B)
隕石B無人機以隕石A為基礎進行設計,并重新設計了V型尾翼和較大的翼展(隕石A為1. 7 m,而隕石B為2. 4 m),改進了電池,采用新的穩(wěn)定有效載荷和一個增強的地面控制系統(tǒng),提供一種較為耐用的士兵終端。無人機的質(zhì)量仍維持在6. 5 kg。隕石B支持營級和營級以下作戰(zhàn)部隊以及特種部隊作戰(zhàn)需要,續(xù)航時間90 min,可以在惡劣氣象(如風速54 km/h)的條件下飛行。
隕石B既可以用發(fā)射管發(fā)射,又可以用輕型彈射器發(fā)射。這種彈射器質(zhì)量僅為4 kg,不用時可疊放在一個手提袋中。無人機裝備可充電薄膜鋰電池,借助降落傘和充氣氣囊的幫助可實現(xiàn)軟著陸回收(如圖5所示)。著陸后更換電池和降落傘、折疊氣袋后,便可立即恢復飛行狀態(tài)。隕石B使用以色列Controp公司的D. STAMP袖珍型萬向穩(wěn)定的光電有效載荷,能夠從約90 m~600 m的高度傳輸高分辨率圖像。
拉斐爾公司在開發(fā)隕石無人機的數(shù)據(jù)鏈時,考慮到巷戰(zhàn)時視線容易受阻,因而使用了高功率數(shù)字信號處理技術。公司聲稱,即使發(fā)射機在一座大樓內(nèi)四處移動,也能與數(shù)據(jù)鏈保持聯(lián)系。
經(jīng)過長期的研制和試驗飛行后, 2004年底拉斐爾公司向以色列陸軍司令部演示了這種新型小型無人機。隕石B在惡劣氣象條件(包括下雨和強風)下的演示試驗中展示了能力,包括執(zhí)行常規(guī)作戰(zhàn)、保衛(wèi)城市安全等多種任務,提供需要的數(shù)據(jù)流和高精度圖像,向部署中的步兵實時提供高質(zhì)量的情報等。
2. 3 隕石B-LR(遠程)
以色列拉斐爾公司推出的最新款遠程隕石B-LR無人機是在隕石B原機身的基礎上增加了一個功率更大的電池組和擴展翼。原有隕石B的質(zhì)量為6. 5 kg,新系統(tǒng)增加了1. 5 kg。
現(xiàn)場操作人員能夠選擇是否安裝LR組件。完整的系統(tǒng)包括2~3架無人機,空中彈射發(fā)射器、便攜式任務控制單元、電池和燃料。此外,隕石B-LR裝備了一個安全的數(shù)據(jù)鏈,擴展了任務距離。2007年拉斐爾公司演示驗證了隕石B-LR無人機,在演示中,該機進行了3個小時的耐久飛行,飛行距離達35 km。
據(jù)拉斐爾公司透露,與原結(jié)構(gòu)相比,隕石B-LR能夠更快地裝配,不需使用工具就能使其快速轉(zhuǎn)向。該系統(tǒng)還裝備了萬向節(jié)和穩(wěn)定光電載荷,內(nèi)置的光電跟蹤器和一個光學相機制導模式,這將使系統(tǒng)自動連續(xù)地跟蹤一個移動目標。
3 以色列其它小型無人機
3. 1 鳥眼(Bird Eye)系列無人機
鳥眼是以色列飛機工業(yè)公司(IAI)研制的小型無人機系列,主要有三種型號:鳥眼-100、鳥眼-400和鳥眼-500。它們的機身長分別為0. 80 m、0. 80 m和1. 56 m;翼展分別為0. 85 m、2. 2 m和1. 2 m;質(zhì)量分別為1. 3 kg、4. 1 kg和7. 5 kg;航程分別為5 km、15 km和10 km;有效載荷從100 g到1 kg,最大續(xù)航時間為100 min,最大飛行高度305 m。該無人機可通過手擲或彈射發(fā)射。
鳥眼有一個與眾不同的特性,即在倒飛姿態(tài)時可以恢復深度失速以保護有效載荷免受損壞。盡管鳥眼主要為炮兵和特種部隊使用而設計,但它的歐洲經(jīng)銷商———MALAT國際航天協(xié)會和CondorBV公司,也努力爭取大眾用戶應用此系統(tǒng)。2004年6月在荷蘭阿姆斯特丹由CondorBV公司成功地進行了鳥眼-500的演示驗證。這次演示驗證內(nèi)容有交通管制、人和車輛的探測和跟蹤、火災探測、都市和農(nóng)場地區(qū)監(jiān)控。鳥眼-500無人機的續(xù)航時間在1 h以上,能為跟蹤、偵察和監(jiān)視實時提供晝夜圖像數(shù)據(jù)。
鳥眼-400是典型的輕型無人機,用于在距地面指揮所10 km~40 km的半徑范圍內(nèi)進行低空偵察和巡邏。主要任務是為分隊實時提供最近的山(樓房)等地形的情況。
鳥眼-400無人機最大起飛質(zhì)量5. 6 kg,有效載荷1. 2 kg。
微型電動機可保證其續(xù)航時間約1 h,最大作戰(zhàn)半徑10 km,飛行高度約3 400 m。盡管有效載荷小,它可攜帶非常有效的MicroPOP觀察與偵察系統(tǒng),可在幾分鐘內(nèi)更換傳感器:晝間電視攝像機或紅外攝像機,并裝備視距內(nèi)通信數(shù)據(jù)交換裝置。1架無人機全套系統(tǒng)可裝于2個步兵背包中,可有效用于特種作戰(zhàn)小組行動。一套“雙背包”系統(tǒng)包括3架無人機,一套光電設備、便攜操控臺、通信系統(tǒng)、電源和修理工具,戰(zhàn)勤編組2人。2009年初俄羅斯就已向以色列IAI公司訂購了鳥眼-400無人機,于年底前交付。
3. 2 海鷗(Seagull)無人機
海鷗是埃爾比特公司研制的另一種小型無人機。該機質(zhì)量4. 5 kg,采用折疊飛翼設計,其外形與鳥非常相似,身長從152. 4 mm~609. 6 mm不等,可從安裝在車、船或飛行器上的發(fā)射筒中發(fā)射,航程10 km,巡航速度37 km/h~74 km/h,續(xù)航時間為4 h。海鷗為一次性使用無人機,攜帶的傳感器沒有云雀無人機的復雜。與其它無人機的明顯不同在于,這些小型無人機的機翼能夠在飛行過程中變形,改變其飛行穩(wěn)定性和靈活性,特別適用于城區(qū)環(huán)境中使用。
研究表明,海鷗能夠在飛行過程中盤旋、俯沖或快速爬升,在改變飛行狀態(tài)時,海鷗的翅膀
在肩部與肘部連接處可靈活變形。當肘部向下折回后,無人機失去飛行穩(wěn)定性,但靈活性增加;當肘部向上伸直后,無人機重獲穩(wěn)定性滑翔飛行,操控性好且易于降落。無人機飛行過程中,發(fā)動機能夠在12 s內(nèi)控制機翼從向下折疊狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛏险归_狀態(tài)。另外,海鷗小型無人機能夠在1秒鐘內(nèi)3次翻轉(zhuǎn)360°,機動性極佳。
[page]
3. 3 I-See無人機
以色列飛機工業(yè)公司的Malat分公司推出了其最新的I-See無人機,該無人機是一種增強型小型無人機,其翼展為2. 9 m,機長1. 82 m,續(xù)航時間約1 h,航程為5 km~10 km。I-See無人機由600W的電動機推進,起飛質(zhì)量為7. 5 kg,載荷質(zhì)量為0. 8 kg,它可攜帶電視和紅外光電傳感器。I-See無人機還裝有數(shù)據(jù)鏈通信設備。該無人機主要設計用于短距離監(jiān)視、偵察和打擊評估任務,并且能很好地完成在山上(on the hill)的任務。
3. 4 軌道飛行器(Orbiter)無人機
軌道飛行器小型無人機由航空防御系統(tǒng)公司研制,是為軍事和國土安全任務而設計的緊湊、輕型無人機系統(tǒng),適用于低強度武裝沖突和城市作戰(zhàn)行動。機身采用無尾設計,由復合材料制成,柔性著陸,空氣動力性能好,巡航速度為38 km/h ~120 km/h,采用小型彈力裝置發(fā)射或手擲發(fā)射。整套無人機系統(tǒng)可裝于一個背包內(nèi),只需一人經(jīng)過很短時間的培訓就能完成無人機的運輸、組裝、發(fā)射等操作,并可在10 min內(nèi)裝配完畢。這種無人機幾乎可以靜音飛行。它裝備有先進的航空電子組件、數(shù)據(jù)鏈路和精確的GPS、慣性導航系統(tǒng),能夠在15 km的距離實時傳輸圖像。軌道飛行器最大起飛質(zhì)量6. 5 kg,最大有效載荷1. 5 kg,它的有效載荷包括一個晝用10倍聚焦的彩色CCD傳感器和夜用低照度相機。軌道飛行器無人機用電動機驅(qū)動,可在距地面約150 m ~610 m的高度上執(zhí)行1. 5 h的任務,并已經(jīng)過以色列陸軍100 h的野外測試。軌道飛行器無人機在整個任務階段(包括發(fā)射和回收時)自主飛行,將人員操作和后勤保障的要求降至最低。
4 結(jié)束語
在小型無人機研制領域,以色列處在僅次于美國的世界領先地位,并且不斷有新型號無人機問世。以色列國防工業(yè)部門目前還在研制下一代概念的、靠電力驅(qū)動、用于單兵攜帶的微小型無人機。在未來信息化戰(zhàn)爭中,這些適于單兵攜帶、發(fā)射、零傷亡又經(jīng)濟實惠的小型無人機必將大顯神威。
參考文獻
[1] Mini-uavs-the next small thing.Jane’s InternationalDefence Re-view, 2005(6): 58-63
[2] The Larks, Still Bravely Singing,Fly…Elbit’s Skylark UAVs. ht-tp: //www. defenseindustry. com/the-larks-still-bravely-singing-fly-elbits-skylark-uav-04444,2009-01-27
[3] 石培新.以色列微小型無人機一覽.現(xiàn)代軍事, 2006(12): 49-51
[4] 潘金寬.以色列新型無人機.國外坦克, 2009(5): 26-31
[5] OrbiterMiniUAV. http: //www.articlealley. com /article, 2006-03[6] 王秀春. 2008年世界無人機的發(fā)展.國外坦克, 2009(5): 21-23
[7] 宋金峰.拉斐爾公司展示隕石小型無人機.輕兵器,2007(15): 33
?