“未來戰(zhàn)術(shù)無人機系統(tǒng)”增強旅級部隊作戰(zhàn)效能

楊佳會，朱超磊

中國航空工業(yè)發(fā)展研究中心

美國陸軍采用多種新技術(shù)，提升“未來戰(zhàn)術(shù)無人機系統(tǒng)”的部署機動性、作戰(zhàn)使用靈活性、隱蔽性和戰(zhàn)場生存力。未來，該系統(tǒng)將增強美國陸軍旅級部隊作戰(zhàn)效能，有望成為陸軍遂行多域戰(zhàn)任務(wù)的重要裝備之一。

2021年9月2日，美國陸軍發(fā)布“未來戰(zhàn)術(shù)無人機系統(tǒng)”（FTUAS）白皮書征詢函，旨在尋找一種不依賴跑道起降、可快速部署的無人機系統(tǒng)，以替換正在服役的RQ-7B“影子”無人機。按計劃，競標成功的制造商將在2022財年第3季度交付首套系統(tǒng)，陸軍將在2023財年第3季度部署小批量無人機系統(tǒng)。

“未來戰(zhàn)術(shù)無人機系統(tǒng)”利用垂直起降技術(shù)提高部署機動性，優(yōu)化飛行性能。該系統(tǒng)具有更低的聲學(xué)信號特征，提高了生存能力，同時集成可擴展控制接口，增強多系統(tǒng)的互操作性，并提升戰(zhàn)場態(tài)勢感知能力，以滿足指揮官的任務(wù)要求。這種新型無人機系統(tǒng)將為美國陸軍旅級作戰(zhàn)部隊提供更強的監(jiān)視偵察能力。

研制背景與發(fā)展歷程

RQ-7B“影子”(下稱RQ-7B)無人機是美軍現(xiàn)役小型無人偵察機，具有外形尺寸小、重量輕、機動性高等特點，可執(zhí)行監(jiān)視、偵察、輔助瞄準、戰(zhàn)場毀傷評估、通信中繼等任務(wù)。全套系統(tǒng)包括無人機平臺、任務(wù)載荷模塊、地面控制站、通信系統(tǒng)、發(fā)射與回收設(shè)備。RQ-7B無人機可以探測到距離作戰(zhàn)中心125km以外的目標，也能在2500m高度對3.5km作戰(zhàn)半徑范圍內(nèi)的地面目標實施全天候偵察。

RQ-7B無人機已在美國陸軍部隊服役近20年，累計飛行時間超過百萬小時。隨著戰(zhàn)場態(tài)勢的不斷演變，RQ-7B無人機也暴露出諸多劣勢，例如發(fā)動機噪聲過大、隱蔽性差、須在跑道上起降，其快速部署能力非常弱。另外，該系統(tǒng)過于復(fù)雜，后勤保障難度大，使用3架C-130運輸機才能完成一套包括4架機的全系統(tǒng)運輸保障。在此背景下，美國陸軍開始積極尋找替代老舊RQ-7B系統(tǒng)的新機型，即“未來戰(zhàn)術(shù)無人機系統(tǒng)”，以協(xié)助地面部隊執(zhí)行晝夜情報監(jiān)視偵察任務(wù)，提高部隊態(tài)勢感知能力和作戰(zhàn)機動性。

2018年12月—2019年1月，美國陸軍在猶他州杜格威試驗場開展了為期2個月的無人機競標演示試驗，并先后選用德事隆系統(tǒng)公司研制的“航空探測 器”HQ（AerosondeHQ）垂直起降復(fù)合翼無人機、馬丁無人機公司與諾格公司聯(lián)合研制的V-“蝙蝠”（V-Bat）128垂直起降尾座式無人機、航空環(huán)境（AeroVironment）公司“跳躍” 20（Jump 20）垂直起降復(fù)合翼無人機和L3哈里斯技術(shù)（L3Harris Technologies）公司FVR-90垂直起降復(fù)合翼無人機，供作戰(zhàn)部隊評估。5個旅級作戰(zhàn)部隊分別開展了競標演示，以評估新型無人機系統(tǒng)的作戰(zhàn)能力，研討相關(guān)技術(shù)、戰(zhàn)術(shù)及操作流程等內(nèi)容。

2021年1月，美國陸軍在喬治亞州本寧堡陸軍基地舉行了為期兩周的“競技比賽”（Rodeo），對四型競標無人機系統(tǒng)進行測試和評估，此前參與演示試驗的5個旅級作戰(zhàn)部隊均參加了此次評估。在演示期間，陸軍開展了500多次試飛，無人機總飛行時間達1500h，61名操控員和56名維護保障人員也參與其中，陸軍測試人員對相關(guān)結(jié)果表示滿意。

2021年4月底，美國陸軍發(fā)布“未來戰(zhàn)術(shù)無人機系統(tǒng)”信息征詢書（RFI），進一步推動了該系統(tǒng)的發(fā)展，共23家企業(yè)對陸軍發(fā)出的需求做出響應(yīng)。

2021年8月17日，美國陸軍需求監(jiān)督委員會簽發(fā)《能力開發(fā)概要文件》，正式批準“未來戰(zhàn)術(shù)無人機系統(tǒng)”項目需求。至此，該項目進入原型機快速研制階段。

項目經(jīng)費

2019年7月，美國陸軍向德事隆系統(tǒng)公司、馬丁無人機公司、航空環(huán)境公司和L3哈里斯技術(shù)公司共4家制造商授出固定價格類合同，合同總金額為9950萬美元。

在2020財年預(yù)算中，美國陸軍已為“未來戰(zhàn)術(shù)無人機系統(tǒng)”研發(fā)項目撥款1210萬美元，計劃購買12架無人機及配套設(shè)備。

美軍2022財年預(yù)算文件顯示，陸軍計劃投入3640萬美元，用于支持“未來戰(zhàn)術(shù)無人機系統(tǒng)”的組件開發(fā)，投入1200萬美元，以啟動具有競爭力的原型機設(shè)計和集成工作。

在2022財年國防授權(quán)法案中，美國參議院軍事委員會計劃增加“未來戰(zhàn)術(shù)無人機系統(tǒng)”的經(jīng)費。美國陸軍計劃在2022財年第4季度啟動競標原型機的設(shè)計工作，并在2025財年第2季度轉(zhuǎn)入快速部署，第4季度做出全速生產(chǎn)決策。

主要機型

目前，共有四型無人機參與美國陸軍“未來戰(zhàn)術(shù)無人機系統(tǒng)”項目競標，下面簡述各平臺的組成及技術(shù)參數(shù)。

“航空探測器”HQ無人機

“航空探測器”HQ無人機專為遠征陸基和海基作戰(zhàn)而設(shè)計，由德事隆系統(tǒng)公司研制，是一種可靠性高、多用途小型無人機系統(tǒng)，掛裝有晝夜全動態(tài)攝像機、通信中繼、信號情報等任務(wù)載荷。

“航空探測器”HQ無人機是“航空探測器”系列中的垂直起降機型。該機翼展3.7m，最大起飛重量47.6kg，實用升限約3000m，航程140km，續(xù)航時間8h，飛行速度80 ～120km/h，最大任務(wù)載荷重量6.8kg。

該無人機以一臺萊康明公司EL-005重油發(fā)動機為動力，輸出功率2.94kW。“航空探測器”HQ掛裝了TASE400 LD光學(xué)和激光系統(tǒng)，可協(xié)助地面人員識別、定位和攻擊遠程目標，提升部隊晝夜戰(zhàn)場態(tài)勢感知能力。該機采用復(fù)合翼布局設(shè)計，可在距離地面45m以上的高度，從垂直飛行姿態(tài)切換至前飛模式，并快速部署于戰(zhàn)場執(zhí)行任務(wù)。一個4人小組在20min內(nèi)便可完成無人機系統(tǒng)從463L標準托盤上的卸載、搬運、組裝和發(fā)射。

圖1 “航空探測器”HQ 是一種可靠性高、多用途小型垂直起降無人機系統(tǒng)。

圖2 馬丁無人機公司與諾格公司聯(lián)合研制的V-“蝙蝠”128尾座式無人機。

V-“蝙蝠”128無人機

V-“蝙蝠”128無人機由馬丁無人機公司與諾格公司聯(lián)合開發(fā)，是一種垂直起降尾座式無人機，無須跑道、發(fā)射與回收裝置，專為復(fù)雜環(huán)境下和缺少外部支持的運行而設(shè)計，適合執(zhí)行陸基與海基作戰(zhàn)任務(wù)。該機采用最新任務(wù)載荷技術(shù)，以及模塊化、開放式任務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計，可實現(xiàn)陸上和海上任務(wù)模式的無縫切換。

V-“蝙蝠”128無人機安裝了涵道風(fēng)扇，機長2.7m，翼展2.9m，最大飛行速度約167km/h，任務(wù)載荷重量11.3kg，最大起飛重量56.7kg，續(xù)航時間11h，動力系統(tǒng)是一臺183cc排量的二沖程發(fā)動機，最大輸出功率約9.56kW。V-“蝙蝠”128可攜帶光電/中波紅外吊艙等任務(wù)系統(tǒng)，執(zhí)行目標自動識別、基于人工智能技術(shù)的廣域搜索等任務(wù)。該型無人機由卡車運輸，2名操控員可在30min內(nèi)完成系統(tǒng)組裝。

“跳躍”20無人機

2014年4月，航空環(huán)境公司“跳躍”20垂直起降無人機首次公開亮相，2015年1月開展了多次試飛，旨在協(xié)助海軍和陸軍執(zhí)行情監(jiān)偵與搜索任務(wù)。

“跳躍”20無人機機長2.8m，翼展5.6m，最大任務(wù)載荷重量27.2kg，最大起飛重量95.2kg，續(xù)航時間14h，航程185km。該機機身由復(fù)合材料制成，采用復(fù)合翼布局設(shè)計，動力系統(tǒng)包括一臺EFI1900cc排量四沖程汽油發(fā)動機和四臺電動機。“跳躍”20無人機攜帶光電/紅外傳感器系統(tǒng)，可在晝夜實時提供目標圖像和視頻數(shù)據(jù)，還能攜帶激光雷達、合成孔徑雷達、通信中繼、信號情報等任務(wù)設(shè)備。2名機組人員可在60min內(nèi)完成無人機的部署和發(fā)射。

圖3 航空環(huán)境公司“跳躍” 20 垂直起降無人機。

圖4 在通信信號丟失的情況下，F(xiàn)VR-90 無人機可自主返航和著陸。。

圖5 V-“蝙蝠”128無人機系統(tǒng)可由UH-60“黑鷹”直升機運輸。

FVR-90無人機

L3哈里斯技術(shù)公司FVR-90無人機采用復(fù)合翼布局設(shè)計，提升了運行效率，可在狹窄空間執(zhí)行任務(wù)。

FVR-90無人機機長2.5m，翼展4.7m，飛行速度70 ～120km/h，最大任務(wù)載荷重量10kg，最大起飛重量54.4kg，續(xù)航時間8 ～16h，動力系統(tǒng)是一臺P4F B100i 水平對置二沖程發(fā)動機。FVR-90無人機可掛裝光電/紅外吊艙、中波紅外傳感器等任務(wù)載荷，擁有兩套冗余數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，可在通信信號丟失的情況下自主返航和著陸。2名操控員可在1h內(nèi)完成無人機的卸載、搬運、安裝和發(fā)射。

作戰(zhàn)效能提升

“未來戰(zhàn)術(shù)無人機系統(tǒng)”作為美國陸軍近年大力發(fā)展的項目之一，重點關(guān)注部署機動性、作戰(zhàn)使用靈活性、作戰(zhàn)隱蔽性和戰(zhàn)場生存力，以提高部隊快速響應(yīng)能力和作戰(zhàn)效能，從而推進多域作戰(zhàn)概念的演進。

標準托盤運輸提高部署機動性

美國陸軍希望“未來戰(zhàn)術(shù)無人機系統(tǒng)”使用標準托盤運輸。一個無人機排配備的系統(tǒng)包括4架無人機，可由一架CH-47“支努干”重型直升機運輸。在演示中，“航空探測器”HQ無人機和V-“蝙蝠”128無人機均可由尺寸更小的UH-60“黑鷹”直升機運輸，降低了運載需求。新型無人機系統(tǒng)還可快速重復(fù)拆卸和組裝，極大提高了部署機動性。

垂直起降功能提升作戰(zhàn)使用靈活性

垂直起降無人機擺脫了對跑道的依賴，將提升無人機的使用靈活性，減少起降跑道建設(shè)和維修保養(yǎng)所須的人力物力，降低了運行保障成本。參與項目測試的士兵表示，RQ-7B無人機須要在跑道起降、數(shù)輛卡車和數(shù)臺設(shè)備運輸，而新型無人機系統(tǒng)的卸載和組裝時間大幅縮短，極大提升了旅級作戰(zhàn)部隊的快速響應(yīng)能力。相比于多旋翼無人機，四型競標無人機均具備垂直起飛后過渡至前飛的能力、更快的飛行速度、更強的多任務(wù)能力。

圖6 競標無人機掛裝了高集成化任務(wù)載荷系統(tǒng)。

另外，作戰(zhàn)人員還可以在移動的車輛上操控?zé)o人機飛行，極大提升了作戰(zhàn)使用的靈活性。

低聲學(xué)信號特征增強作戰(zhàn)隱蔽性

傳統(tǒng)旋翼無人機通常容易產(chǎn)生高噪聲，到達一定飛行高度后，地面設(shè)備很難探測到它的聲學(xué)信號，但在起降階段具有較高的聲學(xué)信號特征。因此，為提升無人機作戰(zhàn)隱蔽性和戰(zhàn)場生存力，技術(shù)人員應(yīng)盡可能減小無人機在起降階段的噪聲，降低被敵方發(fā)現(xiàn)的概率。與RQ-7B無人機相比，新型“未來戰(zhàn)術(shù)無人機系統(tǒng)”采用了低噪聲技術(shù)，在運行全過程中更加靜音。

此外，新型無人機系統(tǒng)不須要跑道起降，大幅降低了被敵方發(fā)現(xiàn)的概率，提升了隱蔽性和生存力。

自主起降功能減輕作戰(zhàn)人員的操控負擔

四型競標無人機均具有自主起降功能，只須2 ～3名操控員即可完成無人機的部署和運行，大幅減輕了作戰(zhàn)人員的操控負擔，使作戰(zhàn)人員能留出更多時間執(zhí)行其他關(guān)鍵任務(wù)。新型無人機可按預(yù)設(shè)航線自主飛行，在作戰(zhàn)需要時也能臨機更改航線，有效避開敵方防空火力等威脅。

高集成化任務(wù)載荷提升復(fù)雜任務(wù)適應(yīng)性

四型競標無人機的任務(wù)載荷系統(tǒng)均采用了高集成化設(shè)計思路。

在硬件方面，新型無人機系統(tǒng)安裝了短波紅外熱成像儀、高光譜成像儀、合成孔徑雷達、信號情報系統(tǒng)等一系列任務(wù)載荷，可在L、S或C等多個頻段下運行，在復(fù)雜環(huán)境下仍具備高帶寬數(shù)據(jù)實時傳輸能力。

在軟件方面，四型競標無人機均采用更為現(xiàn)代化、功能更強的任務(wù)載荷軟件包，易于操作和維護。美國陸軍官員透露，新型無人機飛前檢查清單中的項目，將從150多項降至不到70項。

此外，四型競標無人機采用了防潮和防水技術(shù)，可在惡劣天氣條件和復(fù)雜環(huán)境下執(zhí)行海上遠征情監(jiān)偵等任務(wù)。

“未來戰(zhàn)術(shù)無人機系統(tǒng)”項目踐行“先飛后買”的理念。美國陸軍部隊從2019年開始對四型競標無人機進行測試，然后將設(shè)計改進意見反饋給采辦部門，協(xié)助采辦部門確定要求，陸軍最后再從四型競標無人機中選出滿足需求的機型。無論哪型無人機勝出，新型無人機系統(tǒng)將成為美國陸軍遂行多域作戰(zhàn)行動的重要裝備之一。