德意志“梭魚”飛出水面

　　2009年7月，加拿大紐芬蘭天鵝灣，一架涂裝著鐵十字徽章的大型飛行器靜靜地停靠在加空軍基地跑道的一端。遠(yuǎn)處，加、德兩國軍方以及德國EADS公司的人員緊張地注視著飛行器在跑道上加速、起飛，直到其飛離人們的視線……而在此次成功試飛的3年前，一架同樣的飛行器也曾在這里試飛，但那次試飛完成后，緊接著在西班牙進(jìn)行再次試飛時卻以失控墜海而告終。引起大家廣泛關(guān)注的這架飛行器就是德國EADS公司最新開發(fā)的“梭魚”無人驗證機(jī)，它代表著德國軍事工業(yè)界向世界級先進(jìn)無人機(jī)領(lǐng)域邁進(jìn)的最新努力，與其他典型的德系軍事裝備一樣，“梭魚”同樣充滿了與眾不同的德國色彩——
　　
　　坎坷身世，“梭魚”誕生
　　
　　相對而言，德國軍方對無人機(jī)的開發(fā)較晚，其對這類新興飛行器最初的定位也僅停留在偵察、探測等支援性用途上。在美、英等其他西方大國早在1990年代就致力于先進(jìn)無人攻擊機(jī)開發(fā)的年代，德國國防軍空軍并未啟動相應(yīng)的研發(fā)計劃。而真正對此產(chǎn)生警覺的卻是嗅覺敏銳的德國防務(wù)企業(yè)，就在美國X-47B、英國“雷電之神”等無人機(jī)項目相繼進(jìn)入項目論證、先期開發(fā)階段后，德國最大的航空航天制造商EADS公司覺察到先進(jìn)多用途無人機(jī)未來的潛力，遂自籌資金4000萬歐元，于2002年由其軍用航空系統(tǒng)分部獨自啟動了“梭魚”先進(jìn)無人機(jī)的開發(fā)項目。
　　“梭魚”的開發(fā)大致分為兩個階段，以2006年西班牙試飛墜毀為分界線，在此之前“梭魚”的開發(fā)純屬企業(yè)自主行動；之后，德國防部意識到美、英、法等國都在開發(fā)自己的先進(jìn)無人機(jī)，遂向EADS公司注資，使得EADS公司從失敗的陰影中重振旗鼓。
　　
　　原型機(jī)墜毀，項目遭凍結(jié)
　　2003年，“梭魚”項目設(shè)計工作正式啟動，同年，EADS公司選定包括伊頓、杭尼韋爾、L3通訊系統(tǒng)、梅西耶道蒂、MTU航空發(fā)動機(jī)、普惠加拿大、魯格航空航天、史密斯、泰利斯等多家公司，共同開展該項目的設(shè)計與開發(fā)。2004年，在完成飛行器總體設(shè)計后，開始由相關(guān)企業(yè)制造機(jī)體硬件部分，其中機(jī)身在德國奧格斯堡制造，機(jī)翼來自EADS公司位于西班牙赫塔費的工廠。當(dāng)年夏天，除發(fā)動機(jī)外，所有其他關(guān)鍵系統(tǒng)都在德國奧托布倫進(jìn)行聯(lián)測。2005年3月，首架“梭魚”原型機(jī)于奧格斯堡完成機(jī)身硬件部分的總裝，并運抵曼興繼續(xù)進(jìn)行航電系統(tǒng)及設(shè)備的調(diào)試，當(dāng)年8月，普惠公司的JT15D-5C渦扇發(fā)動機(jī)安裝到機(jī)體上，并于當(dāng)年年底在西班牙穆爾西亞首次進(jìn)行了實飛狀態(tài)下的全套航電系統(tǒng)測試。
　　2006年，對“梭魚”來說是極其關(guān)鍵的一年，這一年中，其除要進(jìn)行包括處女航行在內(nèi)的一系列試飛，還要參加當(dāng)年在柏林舉行的航展。為了獲得德國軍方的青睞，“梭魚”必須好好表現(xiàn)。
　　事情的開端確實不錯。當(dāng)年4月2日，在加拿大紐芬蘭天鵝灣，“梭魚”成功進(jìn)行了首飛。首飛中，由渦扇發(fā)動機(jī)推進(jìn)的“梭魚”無人機(jī)按照預(yù)編程的航路完全自主地飛行了20分鐘，并以厘米級的高精度著陸在跑道中心線上。此次實飛具有里程碑意義，標(biāo)志著EADS公司第一階段試驗圓滿結(jié)束。但接下來的試驗卻讓EADS公司陷入困境。當(dāng)年9月23日，“梭魚”再一次在西班牙沿岸進(jìn)行系統(tǒng)試飛試驗，但第一架也是惟一一架原型機(jī)卻墜毀在大西洋中，事后查明墜毀事故源于一處簡單的軟件故障。由于惟一的原型機(jī)墜毀，EADS公司的項目開發(fā)也陷于停滯狀態(tài)，加之德國國防部也遲遲未對先進(jìn)無人機(jī)項目表態(tài)，EADS公司迫不得已，遂將“梭魚”項目凍結(jié)。
　　
　　德國軍方注資，“梭魚”得以翻身
　　2007年，德國國防部迫于美、英、法、俄等國先后完成各自的先進(jìn)無人機(jī)項目的壓力，開始重新審視軍方無人機(jī)策略，結(jié)果發(fā)現(xiàn)國內(nèi)僅有EADS公司的“梭魚”無人機(jī)可勉強(qiáng)與上述國家的無人機(jī)項目相抗衡，便于當(dāng)年10月，以EADS公司為主承包商，借助軍方啟動的一項名為“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)環(huán)境下的靈敏無人航空器”的項目，向EADS公司注資，以已墜毀的“梭魚”原型機(jī)為基礎(chǔ)，開發(fā)未來網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)環(huán)境下集情報、監(jiān)視、目標(biāo)獲取和偵察(ISTAR)等多種功能于一體的先進(jìn)無人驗證機(jī)，項目名稱仍沿用EADS公司的“梭魚”代號。
　　2008年11月，第二架“梭魚”原型驗證機(jī)在德國曼興EADS公司總裝廠組裝完畢，其在外形上與第一架原型機(jī)完全相同，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)有所區(qū)別。2009年7月10日，這架“梭魚”無人機(jī)再次來到加拿大紐芬蘭天鵝灣成功完成了首飛。與前架原型機(jī)相比，軍方對新“梭魚”的要求更多地集中于它的網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)能力和先進(jìn)情報偵察能力，這使得新機(jī)在內(nèi)部結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行了不少改動。比如原機(jī)型設(shè)計時規(guī)劃其具備一定的攻擊能力，機(jī)身中部設(shè)置有一個武器艙；但新“梭魚”取消了此功能，而把負(fù)載能力全部轉(zhuǎn)移到電子、偵察設(shè)備上。
　　
　　總體印象，藏巧守拙
　　
　　粗看“梭魚”驗證機(jī)，很難將它與先進(jìn)無人機(jī)項目聯(lián)系起來。與同時期采用先進(jìn)氣動外形的X-47B、“雷電之神”以及“神經(jīng)元”無人機(jī)相比，“梭魚”外表極其平凡，除了V形傾斜尾翼以及背部進(jìn)氣道等顯著特征外，其他設(shè)計并未脫離傳統(tǒng)第三代戰(zhàn)斗機(jī)的概念，甚至可以說外觀有些落伍。但一向不落伍、精于研制并制造具有頂尖性能裝備的德國人能推出這樣的“梭魚”，還是讓我們了解一下它的“門道”再下結(jié)論吧。
　　
　　樸實平凡的氣動外形
　　“梭魚”的外形設(shè)計并未采用時下先進(jìn)無人機(jī)流行的翼身一體化設(shè)計，而是采用下單翼(位于機(jī)身中部下側(cè)的主機(jī)翼)、翼身融合、雙V形雙垂尾及常規(guī)三點式起降架等經(jīng)典的第三代戰(zhàn)斗機(jī)氣動布局。全機(jī)采用模塊化設(shè)計，其機(jī)翼、尾翼以及機(jī)身主要部分可以拆卸，便于運輸和維護(hù)。根據(jù)EADS公司在柏林航展上的介紹，“梭魚”采用一臺由加拿大普惠公司生產(chǎn)的JT15D-5C渦扇發(fā)動機(jī)，額定推力為14000N，發(fā)動機(jī)布置在機(jī)身后側(cè)，進(jìn)氣道置于機(jī)身上側(cè)，發(fā)動機(jī)前端的進(jìn)氣端相當(dāng)長，這是出于發(fā)動機(jī)調(diào)制頻譜隱形的設(shè)計需要。全機(jī)長8.25m，翼展7.22m，最大起飛質(zhì)量為3 050kg，有效載荷為250kg，可裝載540kg油料，空機(jī)質(zhì)量為2 260kg。
　　從上述數(shù)據(jù)來看，“梭魚”的尺寸比“雷電之神”和“神經(jīng)元”要小一些，起飛質(zhì)量只有3 050kg，遠(yuǎn)小于“雷電之神”和“神經(jīng)元”(分別約為8 000kg和5 000kg)，這主要是由于“梭魚”除發(fā)動機(jī)、起落架等少數(shù)必須采用金屬部件的部分外，其機(jī)身結(jié)構(gòu)和機(jī)翼全部采用碳纖維復(fù)合材料，故極大地減輕了質(zhì)量。
　　
　　全新應(yīng)用的制造工藝
　　為了節(jié)省制造時間，EADS公司大量采用了其用于A400M運輸機(jī)的成熟的碳纖維復(fù)合材料一次成型技術(shù)，使復(fù)合材料在全機(jī)的結(jié)構(gòu)質(zhì)量比遠(yuǎn)超一般采用復(fù)合材料的無人機(jī)。
　　另外，EADS公司在“梭魚”機(jī)體和機(jī)翼制造過程中采用了“真空輔助復(fù)合材料加工(VAP)”技術(shù)，可大大減少傳統(tǒng)機(jī)體裝配時的緊固件數(shù)量，同時減少其他承力件、支撐件等零件數(shù)量60％以上，使制造成本也大為降低。該技術(shù)是在傳統(tǒng)的真空輔助樹脂轉(zhuǎn)移模造成型技術(shù)(VARTM)上改進(jìn)而來，其關(guān)鍵在于用了一種微孔薄膜將樹脂與空氣隔開，使成型材料孔隙率降低、樹脂含量提高。這樣成型的機(jī)體和機(jī)翼，其質(zhì)量是等強(qiáng)度鋁合金材料的75％～80％，且碳纖維結(jié)構(gòu)維護(hù)方便，抗疲勞性能好。由于機(jī)翼作為飛行器主要受力部件，因此“梭魚”翼肋及重要支撐結(jié)構(gòu)等處須以金屬作為框架。
　　大量采用復(fù)合材料的優(yōu)勢除帶來成本降低、制造時間縮短及起飛質(zhì)量下降優(yōu)勢外，還在隱形性方面賦予“梭魚”獨特的優(yōu)勢。
　　
　　航電系統(tǒng)與任務(wù)定位
　　作為一款以偵察、監(jiān)視為主要用途的先進(jìn)無人機(jī)，“梭魚”采用3余度電傳飛行控制系統(tǒng)(電傳飛行控制指飛行器在飛行過程中利用電子信號來控制飛行器的控制舵面，而非機(jī)械控制，5余度指至少有3個備份系統(tǒng)——編者注)和開放式航電模塊化結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，電子系統(tǒng)具有較高的可靠性和飛行安全性。載荷艙集成了先進(jìn)的光電傳感系統(tǒng)、紅外傳感系統(tǒng)、激光目標(biāo)指示系統(tǒng)以及高分辨率相控陣?yán)走_(dá)(相控陣?yán)走_(dá)又稱相位陳列雷達(dá)，是一種以改變雷達(dá)波相位來改變波束方向的雷達(dá)，因為是以電子方式控制波束的指向轉(zhuǎn)動來進(jìn)行掃描發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的，而非傳統(tǒng)的靠雷達(dá)無線的機(jī)械轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)，故又稱電子掃描雷達(dá)——編者注)或合成孔徑(SAR)成像雷達(dá)；為今后不受制于美國，“梭魚”采用伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，且可與慣性和紅外結(jié)合形成復(fù)合導(dǎo)航方式。目前，驗證機(jī)的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)主要采用北約LINK-16數(shù)據(jù)鏈，但也保留了各類接口，以利于后續(xù)升級改進(jìn)，預(yù)計未來將采用寬帶的、作用范圍更遠(yuǎn)的超視距數(shù)據(jù)鏈，這樣在未來網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)環(huán)境中便可與其他平臺和設(shè)備實時共享信息。飛行過程中，“梭魚”無人機(jī)采用全電子方式控制，僅有的液壓系統(tǒng)只用于控制起落架和前輪，制動器為機(jī)電式電動碳閘。
　　最初，EADS公司在開發(fā)“梭魚”時，將其攻擊性能也列入規(guī)劃，比如“梭魚”機(jī)體中段機(jī)身就曾保留有一個長2m左右的武器艙，需要時可裝載一枚空地導(dǎo)彈。但德國軍方始終認(rèn)為，鑒于無人機(jī)作戰(zhàn)與有人戰(zhàn)機(jī)的作戰(zhàn)模式顯著不同，無人機(jī)要真正挑起空中作戰(zhàn)的大梁，就需要具備更強(qiáng)的自主作戰(zhàn)能力。但目前人工智能領(lǐng)域開發(fā)的技術(shù)局限和人類擔(dān)心無人機(jī)失控等問題，使無人機(jī)在作戰(zhàn)過程中更多地采取人工干預(yù)的辦法，即保證操縱人員掌握確認(rèn)敵方目標(biāo)和投放武器攻擊等關(guān)鍵任務(wù)決策方面的權(quán)限。但這種作戰(zhàn)模式是否適應(yīng)緊張激烈的空戰(zhàn)，并未真正通過檢驗。因此，國防軍亦不愿在如此重大的問題上冒進(jìn)，而且考慮到項目經(jīng)費限制，同時增大項目成功并裝備部隊的幾率，在與EADS公司簽訂合同時，便將原來具有攻擊能力的多用途無人機(jī)重新定位成中、高空長航時，具備網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)能力的先進(jìn)無人機(jī)，在戰(zhàn)場上主要負(fù)責(zé)情報、監(jiān)視、目標(biāo)獲取和偵察(ISTAR)等支援性任務(wù)。
　　
　　偵察探測，自有一套
　　
　　如前所述，EADS公司在第二架驗證機(jī)上試驗搭載了大量電子系統(tǒng)和航電設(shè)備，其載荷艙可裝載各種先進(jìn)的傳感器，如光電／紅外攝像儀、激光指示器、輻射源定位系統(tǒng)或合成孔徑雷達(dá)。目前EADS公司已對載荷艙進(jìn)行了試驗，可同時攜帶相控陣?yán)走_(dá)、合成孔徑雷達(dá)和光電傳感器。
　　這些光電設(shè)備及電子系統(tǒng)除具備常見的電子戰(zhàn)、數(shù)據(jù)通信、偵察功能外，還具備獨門絕技。比如其可較準(zhǔn)確地識別地面和空中目標(biāo)，這里所說的識別，不僅僅只是探測到目標(biāo)，而是能獲取目標(biāo)的高分辨率圖像和特征信息，也就是說，這些光電設(shè)備除能夠探測、跟蹤到目標(biāo)外，還能獲取關(guān)于目標(biāo)的型號、數(shù)量等可供指揮官更有效率地分配作戰(zhàn)資源的關(guān)鍵性信息。
　　對地面目標(biāo)進(jìn)行探測、偵察時，“梭魚”主要利用攜帶的SAR雷達(dá)來完成，此雷達(dá)具有側(cè)視和聚束式工作模式。運行時，雷達(dá)先以側(cè)視功能對探測區(qū)域進(jìn)行連續(xù)掃描，能夠較精確地發(fā)現(xiàn)地面靜止目標(biāo)。但由于現(xiàn)在戰(zhàn)場目標(biāo)非線性、全時空分布的特點，敵、我及中立目標(biāo)混雜，因此側(cè)視掃描時發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)不一定都是軍事目標(biāo)，比如在同一區(qū)域發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)除坦克外還會有一些民用汽車。因此在確定目標(biāo)分布后，即可用聚束式工作模式對特定區(qū)域內(nèi)的車輛或建筑物目標(biāo)進(jìn)行高分辨率探測，獲取其較直觀的二維雷達(dá)圖像，這樣既可確定目標(biāo)位置，又可對特定目標(biāo)進(jìn)行高準(zhǔn)確度的識別。
　　對空中目標(biāo)探測時，“梭魚”則采用經(jīng)過特殊調(diào)制的雷達(dá)脈沖信號，對空中噴氣式飛機(jī)及直升機(jī)進(jìn)行探測和識別。探測時除發(fā)現(xiàn)目標(biāo)外，還可利用目標(biāo)推進(jìn)系統(tǒng)上的旋轉(zhuǎn)部件對目標(biāo)進(jìn)行精確識別。這類旋轉(zhuǎn)部件主要是直升機(jī)發(fā)動機(jī)高速旋轉(zhuǎn)著的旋翼槳葉，以及噴氣式飛機(jī)渦扇發(fā)動機(jī)的渦輪葉片。由于不同機(jī)型裝備著特定的發(fā)動機(jī)，故通過發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)部件反射回的信號可提取出發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵特性，如不同氣體壓縮級葉片或旋翼的數(shù)量、發(fā)動機(jī)葉片或旋翼轉(zhuǎn)速等信息，通過將這些信息與各類已知的發(fā)動機(jī)對比，就可確定目標(biāo)所采用的發(fā)動機(jī)，進(jìn)而確定目標(biāo)的型號及危險程度。
　　這種探測兼具精確偵察的能力，對于指揮官而言可提供非常有用的信息。比如在戰(zhàn)場上，“梭魚”在空中探測并識別出目標(biāo)是一架某型號戰(zhàn)斗機(jī)，此戰(zhàn)斗機(jī)僅由敵方所裝備，那么就立即可將其判定為敵方目標(biāo)，指揮官就可根據(jù)這一情況，調(diào)配適合的反應(yīng)力量和資源來應(yīng)對威脅。目前，具備JEM和HERM探測分析能力的現(xiàn)役飛機(jī)，僅少數(shù)幾種最新的有人戰(zhàn)機(jī)(如F-22、F-35)及無人機(jī)具備，而“梭魚”則是少數(shù)幾種具備此能力的先進(jìn)無人機(jī)之一。
　　
　　隱形性能，獨樹一幟
　　
　　由于“梭魚”所采用的常規(guī)氣動布局，要提高其隱形性能注定不能利用X-47B、“雷電之神”等所采用的翼身一體化隱形模式。德國國防軍對其隱形性能非?？粗?，要求“梭魚”的隱形能力要能與美制F-22“猛禽”相媲美，其雷達(dá)反射截面積要達(dá)到0.001～0.01m²數(shù)量級。對此苛刻的要求，EADS公司雖在隱形技術(shù)上有雄厚的技術(shù)儲備，但2005年仍專門在不來梅市建立一座新式大型微波暗室，用于測試“梭魚”無人機(jī)的隱形性能。具體來說，梭魚主要從以下三個方面來強(qiáng)化其隱形性能。
　　
　　材料優(yōu)勢彌補(bǔ)氣動布局不足
　　“梭魚”大量采用的復(fù)合材料賦予其很強(qiáng)的隱形性能，而且EADS公司在生產(chǎn)這些復(fù)合材料時，特地將其制成多層和夾層結(jié)構(gòu)，利用透波性能好、強(qiáng)度高的碳纖維材料制成面板，其夾心制成蜂窩、波紋或角錐結(jié)構(gòu)，在夾心壁上涂覆吸波涂層或在夾心中填充輕質(zhì)泡沫型吸波材料，使其具備很強(qiáng)的吸波能力?！八篝~”特別在其尾噴口附近的高溫區(qū)域大量采用復(fù)合材料，能很好地抑制紅外輻射并吸收雷達(dá)波，在發(fā)動機(jī)部位用致密碳涂層來吸收發(fā)動機(jī)排氣的熱輻射，有效減少了紅外輻射特性。
　　
　　盡可能利用現(xiàn)行隱形設(shè)計
　　“梭魚”采用雙V形垂尾，這種V形垂尾不像垂直尾翼那樣，會與水平尾翼或機(jī)身形成直角或近乎直角，其有利于隱形性能的提高。
　　
　　前瞻性的進(jìn)氣道反JEM探測設(shè)計
　　由于“梭魚”本身具備對目標(biāo)發(fā)動機(jī)的探測識別能力，在設(shè)計其進(jìn)氣道時也充分考慮到其渦扇發(fā)動機(jī)的反JEM探測特性。其發(fā)動機(jī)進(jìn)氣口特別設(shè)計有較長的進(jìn)氣道，且進(jìn)氣道內(nèi)壁涂敷有中吸波材料，以此減少進(jìn)、出發(fā)動機(jī)的信號量，使未來敵方利用JEM技術(shù)對“梭魚”進(jìn)行探測識別更為困難，這一設(shè)計充分體現(xiàn)了當(dāng)今隱形與反隱形的發(fā)展趨勢，具有前瞻性。
　　
　　積聚經(jīng)驗，等待裝備
　　
　　德國EADS公司開發(fā)“梭魚”無人機(jī)的曲折經(jīng)歷，體現(xiàn)出無人機(jī)在設(shè)計、整合和制造過程中的艱辛?，F(xiàn)在“梭魚”作為驗證機(jī)，雖然仍未達(dá)到量產(chǎn)并裝備部隊的階段，但它使EADS公司獲得了生產(chǎn)成熟的下一代實戰(zhàn)無人機(jī)所需的基本經(jīng)驗，同時使EADS無人機(jī)獲取了無人系統(tǒng)在“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”中協(xié)同作戰(zhàn)以及無人機(jī)在空戰(zhàn)中與其他設(shè)備和系統(tǒng)相互配合、自主執(zhí)行任務(wù)等方面的實際經(jīng)驗。
　　
　　編輯　劉