美國海軍MQ-4C無人機系統完成作戰測試與評估

作為RQ-4“全球鷹”高空長航時無人機的海上衍生型，MQ-4C無人機是諾格公司為美國海軍精心設計的一種先進自主飛行器任務系統，主要角色是協助P-8A“海神”反潛巡邏機在大洋上空執行情報、監視與偵察（ISR）任務，正在成為美國海軍的一種全新“力量倍增器”。

按照計劃，美國海軍將在2017年10月開始接收MQ-4C無人機，預計在2018年部署到關島。在此之前，美國海軍在位于馬里蘭州的帕塔克森特河海軍航空站（Patuxent River Naval Air Station）組建了“海神信使”（Triton）綜合測試團隊（ITT），主要承擔作戰評估。隨著MQ-4C無人機系統成功完成作戰評估，各項數據表明了這種自主無人機系統的成熟度，為美國國防部批準“里程碑C”鋪平了道路。近日，ITT向外界介紹了MQ-4C無人機系統在性能測試和操作使用中的一些情況。

組建測試團隊

“海神信使”ITT分別包括帕圖森特河海軍航空站、飛行測試與評估中隊20（VX-20）以及“先鋒者”飛行測試與評估中隊（VX-1）的研制和作戰測試部門的人員。該團隊在帕圖森特河海軍航空站專門建造了一個設施，配備了3架MQ-4C無人機、一個足夠容納3架MQ-4C無人機的機庫以及飛行試驗計劃所需的不同類型控制站，包括在前方作戰位置使用的控制站。

MQ-4C無人機及其承擔的任務有許多令人感興趣的地方。與RQ-4“全球鷹”相比，MQ-4C無人機在外部構型上看起來非常相似，但是在蒙皮下加強了機翼結構，不僅增加了一套防冰和除冰系統，還配備了多種機載系統，這些都使美國海軍即將裝備的“海神信使”無人機系統有別于美國空軍的“全球鷹”系列無人機。

2015年下半年，ITT和美國海軍航空系統司令部的持久海上無人機系統計劃辦公室（PMA-262）聯合實施的主要工作是為MQ-4C無人機集成最新的軟件，稱之為綜合多功能能力2.2（IFC 2.2），這是“海神信使”無人機系統在2015年11月至2016年1月期間接受首次作戰評定（OA）所要求的。

IFC 2.2軟件將把諾格公司多功能有源相控陣雷達和雷神公司的多頻譜目標截獲系統、電子支援措施、自動識別系統集成為一體，從而具有足夠的功能性，可以滿足國防部規定的“里程碑C”要求，為正式投入生產做好準備。

憑借著出色的長續航能力，MQ-4C無人機在廣域監視領域具有無與倫比的優勢，而出色完成ISR任務的關鍵是腹部安裝的多功能有源傳感器（MFAS），正式編號為AN/ZPY-3型。這種雷達是第一種能夠從極遠的距離對海洋及沿岸提供360°持續覆蓋的雷達系統，采用了2D有源電子掃描陣列（AESA），具備海上模式和空地模式，可以遠距探測、識別和跟蹤海上和沿岸的多個目標。

根據海上任務需要，MQ-4C無人機在機頭下采用了雷神公司研制的多頻譜目標截獲系統（MTS-B）。該系統具備了紅外、光電、激光指示等能力，并采用了先進的數字體系結構，可以實現遠程空中監視、高空目標截獲、跟蹤、測距，主要用于偵察和瞄準。它在技術上最突出特點是把圖像融合能力作為標準配置，提高了對圖像的處理能力和清晰度。例如，全動態視頻可以實時捕獲海面船只的高分辨率圖像或視頻，并通過數倍電子變焦獲得進一步放大的畫面，以便通過視覺識別艦船。

MQ-4C無人機還根據海上巡邏任務需要安裝了一種自動識別系統（AIS），可以接收到海面上行駛的船只通過VHF頻段廣播數據傳輸系統自動、定時播發的信息，有效地采集到相關的船籍、船型、位置就航向等多種數據，從而可以全面地掌控目標海域的戰場態勢，完善海上ISR手段。

從外部細節對比還可以看出，MQ-4C無人機保留了“全球鷹”的Ku波段天線、敵我識別（IFF）天線、UHF視線通信天線、空中防撞系統（TCAS）天線和 GPS天線，但是圍繞作戰需要，在發動機艙上部增加了Link-16數據鏈天線和通用數據鏈（CDL）天線，在后機身下部安裝了一副CDL天線，在機翼外段加裝了電子情報（ELINT）天線。

據最新消息，諾格公司在4月4日宣布，隸屬于帕圖森特河海軍航空站ITT的一架MQ-4C無人機在加載了經過升級的軟件后，已經完成了首次飛行。新的軟件旨在改進MQ-4C無人機的TCAS、多機控制和AN/ZPY-3雷達的附加作戰模式。

開展作戰評定

OA包括6次試飛和大約60h的飛行時間，測試“海神信使”無人機的飛行包線性能及其傳感器套件，包括：AN/ZPY-3海上監視雷達，用于檢測、識別和跟蹤地面目標，并產生高分辨率圖像；MTS-B光電/紅外傳感器，可以提供全動態視頻，并能保持海面目標目標的靜態圖像；ZLQ-1電子支持措施系統，用于檢測、識別和定位雷達威脅信號；AIS接收機，可以檢測、識別、定位和跟蹤配備有AIS應答機的海上船舶。

OA還為ITT提供了一種具有作戰代表性的海上環境，用于測試機載視線和超視線數據鏈及其轉發系統，向MQ-4C無人機提供指揮與控制，并將傳感器數據從無人機傳輸到任務控制站（MCS），實時分發給海上艦隊的戰術作戰中心和情報分析部門。

在6次飛行測試中，機組人員能夠在地面站內有效地控制MQ-4C無人機，并向美國海軍的終端用戶提供實時更新的數據。機組人員發現了有效地改進機隊操作的多種方法，在使用過程中通過調試程序，改變和確認了調整軟件，以構建更好的用戶界面，如減少某些功能所需的命令推送次數，同時認為傳感器的性能非常出色。

在解釋OA與作戰測試的不同之處時，“海神信使”飛行測試副主任凱文？梅內爾特表示，OA是一種提前評判作戰環境中的系統，目的在于向ITT和PMA-262計劃辦公室提供足夠的信息，以幫助指導持續測試的重點，為作戰評估階段做好準備。

在6次飛行測試中，測試人員主要關注傳感器的穩定性、照相機系統的多功能性、全套通信系統（無線電、視距和衛星通信）的信息傳輸；傳感器、通信與在帕圖森特河海軍航空站采用的海面航空綜合實驗室（SAIL）模擬海上作戰是否具有互操作性；無人機的可靠性。

在OA期間，SAIL也被用于模擬不同類型的美國海軍作戰飛機，如P-8A反潛機，在6次飛行任務中均模擬了“海神信使”的互操作性。

在照相機性能方面，測試人員評估了其檢測一定尺寸船只的能力，并使用雷達檢測和識別船舶類型。他們還確定了可以檢測小型漁船或巡邏艇的探測范圍，并嘗試探測了一艘較大型的海上競速船的位置、航向和速度。

OA計劃的一個目標是在一次具有代表性任務中使用“海神信使”，其中一部分包括在不同條件下改變高度，特別是在不同空域和海域的環境條件下。這個階段主要用于確定“海神信使”的性能，使無人機系統能夠進一步發展和提升性能，因此，無論各種條件是否妨礙了傳感器檢測目標，無人機都將改變飛行高度。

全部6次任務都是在馬里蘭州海岸的警戒區內飛行，根據需要延伸到弗吉尼亞州南部的海角。其中，最長的一次任務時間超過12h。

實施作戰測試

根據監管、作戰測試與評估（DOTE）部門發布的2016財年年度報告，“海神信使”無人機系統在OA期間證實了傳感器性能和可靠性的積極趨勢。海上目標的最大檢測和識別距離超過能力發展文件的要求，而“海神信使”機組人員能夠通過通用數據鏈，將視頻傳輸到SAIL。

目前，該系統的可靠性正在滿足“海神信使”的系統工程計劃和測試與評估總體規劃中規定的要求。同時，這份報告還列出了OA期間透露的“海神信使”無人機系統的一些不足之處：

（1） 缺乏適當的關注能力（具備維持獨立規定的最小間隔距離的能力），用于交通避免沖突和防撞。這是在民用和國際空域中運行MQ-4C無人機以支持美國海軍全球作戰的一項關鍵任務能力。

（2） 光電/紅外傳感器的控制不佳。

（3） 電子支持措施的接口不佳。

（4） 難以控制雷達的溫度。

MQ-4C無人機在研制過程中最具挑戰性的要求之一是平臺必須具備在可控空域外安全飛行的能力。遺憾的是，由于技術問題和成本超支，美國海軍在2013年6月終止了機載感知與規避（ABSAA）雷達項目，并專門成立了一個專家組，以評估如何替代這一子系統。

目前，PMA-262正在考慮選擇一個技術解決方案，在正式宣布“海神信使”無人機系統具備初始作戰能力（IOC）后，為其提供空中規避沖突和防撞的能力。目前，美國海軍航空系統司令部正在研究合適的替代方法，包括已經集成在MQ-4C無人機中的程序和其他協同規避系統，以支持“海神信使”在IOC階段的使用。

美國海軍在2016年11月宣布，將在MQ-4C無人機上安裝下一代空中防撞系統。目前，諾格公司已經到一份價值不費的合同，將機載防撞系統X（ACAS X）的自動響應模塊（ARM）安裝進MQ-4C無人機的航空電子系統中，主要用于測試和保障相關軟件，確保無人機的特有功能。這種技術有助于保持MQ-4C無人機安全地與民用和軍用飛機保持一定距離，減少飛行中發生碰撞的風險。

ACAS X由美國麻省理工學院林肯實驗室研制，可以探測和跟蹤其他飛機，評估潛在的碰撞風險，及時發出提醒，以阻止空中相撞。該系統以每秒一次的頻率提取和處理監視數據，針對每一架目標飛機來確定最佳的行動。

ACAS X可以跟蹤不同飛行模式的平臺，從而允許相對于其他飛機更近距離地飛行，同時保持各種安全協議。據林肯實驗室介紹，先進的跟蹤算法不僅采用概率模型來代表飛行員無回應、監管過失等各種不確定性，并且通過計算機優化算法，全面考慮到由系統專家和操作用戶定義的安全和使用的目標。

ACAS X通過四種具有互操作的型別，為具備不同操作能力和飛行性能的飛機提供了防撞保護。其中，ACAS Xu專門優化用于無人機系統，小寫的u代表了“無人駕駛”（unmanned）的意思。

演練艦機協同

2016年3月，“海神信使”ITT有機會與美國海軍“艾森豪威爾”號（CVN 69）航空母艦打擊群的聯合測試，在合成訓練單位演習（COMPTUEX）期間，這是標準的部署前訓練行動之一。

ITT在“艾森豪威爾”號航空母艦的合成訓練設備演習（COMPTUEX）期間著手實施了幾項任務，為航母打擊群的指揮官提供戰場態勢感知。“海神信使”機組尋找一名模擬的敵方作戰部隊，利用雷達和照相機識別，并將作戰部隊的網絡化全能視頻實時傳輸給航母戰斗群的指揮官。

測試表明，流媒體視頻可以很好地傳輸給航母戰斗群。MQ-4C無人機表現出色，通過與航母戰斗群相互配合，能夠使用所有的任務傳感器。同時，P-3C和P-8A反潛機也參加了此次演習，很好地展示了“海神信使”無人機系統在未來幾年與反潛機隊如何協同作戰的方式。

VX-20中隊的P-8A反潛機和MQ-4C無人機在分部執行各自的測試任務時，都能夠實現互操作。根據高分辨率視頻和其他數據的傳輸需要，MQ-4C無人機將“全球鷹”使用的10.7MB/s的數據鏈，更新為一種非專用的數據鏈，將容量增加了一倍。該機還將集成一種VHF/UHF中繼載荷，以便作為低空飛行的海上巡邏飛機和直升機與水面船只的通信中繼平臺。

2016年6月2日，“海神信使”無人機從帕圖森特河航空站起飛，執行測試任務。在此期間，該機用MTS-B系統跟蹤目標，為保持在一定距離外的P-8A反潛巡邏機上的機組人員提供了作戰空域的態勢感知信息。MQ-4C無人機首次在飛行期間，通過通用數據鏈，將目標的全動態視頻傳輸給P-8A反潛機。在作戰環境中，這將使得P-8A機組人員在飛機到達預定空域之前，就能夠熟悉相關的感興趣目標和周圍的船只。

“海神信使”無人機系統的一個值得注意的方面是其實際性能，可以在超過15850m的高度持續飛行24h，使其任務系統在一次任務中能夠監測51790km2的海洋面積和沿海區域。

2016年6月，MQ-4C計劃達到了一個重要的里程碑。當時，ITT團隊執行了第一次任務，將“海神信使”無人機的重載包線擴展到全燃油載荷，這是MQ-4C無人機實現24h續航飛行的關鍵要求。該機以重載構型，在第一次任務中完成了所有的測試目標，同時在一個6100m的高度上正常工作。隨后，該機在6月14日進行了第二次飛行，在一個9150m的高度上進行了測試。

優化作戰概念

“海神信使”作戰概念（CONOPS）是在距離控制站數千千米遠的空域保持一架MQ-4C無人機飛行，按照計劃，其中兩架MQ-4C無人機分別部署在佛羅里達州杰克遜維爾海軍航空站和華盛頓州的惠德比島海軍航空站兩個地點。

在帕圖森特河海軍航空站，許多事情與機隊的CONOPS有所不同，因為控制站與MQ-4C無人機共處一地，意味著無人機操作員（AVO）不僅可以作為本地機組人員操作MQ-4C無人機，也可以作為遙控機組人員操作無人機。一旦“海神信使”無人機系統交付美國海軍正式服役，機隊將有兩組完全不同的機組人員，一組與MQ-4C無人機和MCS部署在前線作戰基地（FOB），另一組駐扎在主作戰基地（MOB）。

像任何一種其他型號飛機一樣，“海神信使”任務也是從機組人員之間的任務規劃和準備工作開始。機組人員包括一名AVO（無人機指揮官（UAC））、一名戰術協調員（TACCO）和兩名任務載荷操作員（MPO）。其中，AVO負責無人機的安全飛行及其為傳感器的戰術使用進行定位；TACCO負責協調戰術畫面；MPO從其控制站操作傳感器。

在MQ-4C無人機正式起飛前，機組人員開始聽取任務簡報，涵蓋了安全性、特定項目、當天的任務和目標，以及飛行前所需的各種細節。然后，機組成員開始執行各自的職責，無論是在MQ-4C無人機還是在各自的控制站。在帕圖森特河，UAC對無人機實施飛機前檢查。這是獨一無二的，因為在實際的機隊中，MQ-4C無人機將部署在FOB。

帕圖森特河海軍航空站和機隊的CONOPS之間的區別在于，UAC將在MOB上進行，并且將不得不將飛行前檢查移交給當地的AVO，即在FOB上進行合作的人。而在帕圖森特河航空站，UAC與MQ-4C無人機均在一地。

UAC在完成了飛行前檢查后，將MQ-4C無人機移交給測試控制員，他將無人機的所有事項沒有遺漏。然后，UAC簽署飛行起飛指令。因為“海神信使”無人機可以比人類安全工作的時間長得多，所以在飛行任務的多個階段，美國海軍會使用多個機組人員，因此在飛行后半段，需要輪換機組人員。

駐扎在帕圖森特河航空站的ITT使用了兩種任務控制站，一個FOB MCS和一個MOB MCS，與“海神信使”機隊將使用的一樣。在帕圖森特河航空站，兩名操作員并肩而坐，并非千里之遙；然而，他們與機隊的操作方式完全相同。

在FOB，MQ-4C無人機處在視線范圍之內，AVO的目的是控制地面上的無人機，執行起飛和初步爬升。隨后，無人機的控制權交給MOB。所有控制站都能夠同時控制飛機并保持無人機的指揮與控制。

CONOPS的目的是針對FOB AVO，一旦MQ-4C無人機在MOB人員的控制下執行任務，AVO人員將不再指揮與控制無人機。返回基地時，該機的控制權限再次移交給FOB AVO，根據實際情況下達最終的下降、著陸和地面滑行的指令。

實現自主起降

“海神信使”的控制是通過鍵盤、鼠標和任務規劃實現的，從起動點到關機點，即所謂的點對點。AVO向MQ-4C無人機下達的指令相當簡單：滑行、停止、起飛。一旦滑行指令開始執行，無人機將按照任務規劃路線自主滑行到跑道上。

在解釋無人機系統的自主權時，梅內爾特說：“如果你指揮飛機滑行，它將滑行。如果控制站失去控制，它將自動停止；我們可以隨時停止滑行。無人機在滑行到跑道上時，只有接收到兩個控制站之一的指令，否則不會起飛。”

自動邏輯程序內置于無人機的控制系統中，用于中止起飛。同時，該機還有一個手動中止命令，曾經在2016年使用過。當時，無人機試圖起飛，突然發生了明顯的跑道入侵情況，機組人員看到了有可能對安全構成威脅，立即下令并選擇中止命令。MQ-4C無人機停在跑道中央。

侵入跑道時的視覺提示由地面跟隨無人機的人員提供，他在無人機滑行時搭乘小型汽車跟隨在后面，密切關注各種障礙物、其他飛機或有可能造成不便的機場交通。他們與地面站持續地保持無線電聯系。

當無人機滑入跑道時，汽車也開進跑道。當無人機釋放剎車時，汽車開始加速，并且汽車駕駛員盡力跟上高速滑行的無人機，幾乎像是編隊起飛。當飛機起飛后，汽車駛離跑道。MQ-4C無人機在飛離地面時的速度通常超過185km/h，這取決于它的重量，因此，指揮員可以在165～185km/h起飛速度之間中止無人機起飛。

對于著陸而言，地面站向在跑道一端待命的汽車駕駛員發出指令。一旦無人機通過汽車，司機就會以類似一個編隊著陸方式跟隨飛機。

“海神信使”的飛行時間長、飛行高度高，使得任務規劃的區域非常廣泛，因此航母打擊群的指揮官要求檢查潛在目標的任務是否已經被任務規劃的區域所覆蓋。也就是說，未來的一個能力將是能夠在飛行過程中上傳新的任務規劃。

當MQ-4C無人機在空中執行任務時間末期和機內燃料即將消耗殆盡的時候，必須返回基地，“海神信使”作戰概念是用另一架MQ-4C無人機接替，后者將飛抵空中站位，以提供作戰區域的持續監視。

一旦接近FOB，MQ-4C無人機下降到終端區域，控制權移交給FOB AVO，可以選擇任務規劃中預編程的一些方法之一。在到達初始進近點時，無人機放下起落架，如果順利完成，則關閉傳感器。

在最后進近到降落點時，系統切換到滑行范圍模式，并將無人機與跑道的中心對齊。在進場時，無人機使用無線電高度計和4種不同的導航控制，其中兩個用于飛行器導航（無人機及其邏輯知道其地理空間位置和能量狀態），通過標準的擾流板和發動機油門桿的指令來控制它的進近飛行。

當系統檢測到跑道時，MQ-4C無人機通過機輪觸地、著陸，接著啟動剎車系統，最后停在跑道中心線上。如果系統未能順利地實現內部著陸檢查，MQ-4C無人機會自動加速飛離并爬升，然后再次回到著陸模式，但會選擇另一種進近方式實現著陸。該機也可以由AVO手動選擇飛離，然后，AVO可以通過手動控制，讓無人機以實現另一種自主進近模式的著陸。

初始作戰部署

與原定計劃相比，MQ-4C無人機的研制進度幾度推遲。2016年10月28日，美國海軍在佛羅里達州杰克遜維爾海軍航空站組建了第一支配備“海神信使”的無人機巡邏中隊（VUP-19），標志著自主系統的歷史性轉變。該中隊由操縱MQ-4C無人機的后方任務人員組成，預計在2017年底形成早期作戰能力。

今年晚些時候，ITT將把測試工作推進到IFC 3.1軟件，以準備一份早期作戰能力的聲明，首批兩架具備基準構型（尚不具備多情報能力）的MQ-4C無人機和一個發射、回收與維護團隊最早將在2018年夏天部署到位于關島的安德森空軍基地，著手建立一個FOB。

關島位于美國海軍第七艦隊的任務范圍內，在一年內將部署兩架MQ-4C無人機，部署時間為兩年。MQ-4C無人機從關島起飛后，可以直接飛往南海或日本海，在上空實施不間斷偵察。ITT和PMA-262希望，在此期間，MQ-4C無人機將在雷達、電子支持措施和自動識別系統方面的功能得到進一步改進，其后，美國海軍預計將裝備一種早期作戰構型。

2016年第四季度，PMA-262通過將初始作戰測試與評估階段從2017財年第四季度推遲到2020年第四季度，改變了“海神信使”無人機系統的采購策略。這一改變的主要目的是力求于MQ-4C無人機第一種作戰構型的研制于交付保持同步，這種構型將具備“海神信使”最為重要的多情報能力。

多情報系統將為“海神信使”提供電子和信號情報功能，包括傳感器和相應支持的軟件與硬件，后者可以處理機密、敏感和隔離的信息。多情報構型將有效擴大現役P-8A反潛機所具備的海上ISR能力，并最終取代目前執行大多數任務的EP-3“白羊座II”情報搜集飛機，這是MQ-4C無人機存在的主要目標。

2016年8月22日，美國國防部負責采購、技術和后勤的副部長弗蘭克 肯德爾在一次國防采購委員會會議后，正式批準了美國海軍MQ-4C無人機系統發展計劃的“里程碑C”評審結果，標志著“海神信使”海上監視無人機獲準進入低速初始生產（LRIP）階段。

時隔一個多月，美國海軍在9月27日宣布，授予諾格公司一項價值2.553億美元的合同，將首批采購3架無人機、1個主控制站、1個前方控制站、相關的訓練課程和保障設備。

與此同時，MQ-4C無人機正在國際市場獲得一些國家的青睞。作為P-8項目的合作伙伴，澳大利亞將采購8架P-8A反潛巡邏機，同時也決定引進7架MQ-4C無人機，將在2023年正式服役。德國正在評估MQ-4C無人機的關鍵技術數據，正在考慮將其作為“歐洲鷹”監視與信號情報計劃終止后的替代方案。在亞洲，印度對MQ-4C無人機表示出了濃厚興趣，日本航空自衛隊被認為是一個潛在用戶。