美國貨運無人機發展與應用淺析

姚軍 梁浩聰 羅嘉軍 丁相峰

20世紀60年代以后，無人機在偵察、監視、精確打擊、電子對抗、通信中繼等任務中表現出色，發揮了獨特優勢，逐漸成為軍事領域的重要力量。近年，無人機在航拍、農業植保、電力線巡檢、測繪、安防、應急救援等民用領域廣泛應用，發展十分迅猛。隨著無人機導航定位、智能感知與規避等技術的進步，以及現代戰爭對無人運送的迫切需求，以美國為首的世界強國高度重視貨運無人機研制和應用，大力推進貨運無人機發展。未來，無人機運送貨物必將成為軍事運輸投送任務的重要手段，對戰爭進程產生重要影響。

發展與應用

美國是最早將無人機應用于戰場的國家之一，無人機運用的時間可追溯至越南戰爭時期。在阿富汗戰爭中，美軍面對高原多山地形，使用大量貨運無人機執行后勤物資補給任務，提升了戰場保障效率。美國發展貨運無人機主要通過新機研制和有人機改型兩條途徑。當前，美國貨運無人機包括GD-2000“沉默箭”（GD-2000 Silent Arrow）、CQ-10B“雪雁”（CQ-10B Snowgoose）“雷戈”-A（Rhaegal-A）、“雷戈”-B、APT 20、APT 70、APT 100、YCS17、LG-1K、LG-2K等型號，以及由K-MAX、208“大篷車”、MQ-8C“火力偵察兵”等有人機改型而成的無人機。

“沉默箭”系列貨運無人機

2014年，耶茨電子空間公司（Yates）開始研制GD-700“沉默箭”貨運無人機，該機成本低，載貨重量317.5kg，在此基礎上，又研發了可運送500kg貨物的GD-800貨運無人機，ER-2000垂直起降貨運無人機，由堅固耐用玻璃纖維復合材料制成的可回收、可重復使用的GR-2000貨運無人機，以及最新報道的GD-2000貨運無人機及其寬體機型等貨運無人機。相較于GD-700，GD-2000機身由三合板制成，屬于一次性無動力貨運無人滑翔機，綜合性能進一步提升。GD-2000空機重量約907kg，最大任務載荷重量740kg，翼展8.5m，成本比美軍“聯合精確空投系統”（JPADS）低50%，但升阻比是“聯合精確空投系統”的2倍。GD-2000需要固定翼飛機或直升機在空中投放，投放高度范圍是460～7600m，可投送前線救生用品、藥品和裝備等物資。

CQ-10B“雪雁”貨運無人機

CQ-10B“雪雁”是加拿大MMIST公司為美國特種作戰司令部研制的貨運無人直升機。該機擁有三副主旋翼，機尾安裝了推力螺旋槳，具備優異的機動性和垂直起降能力，能夠精確投送貨物。該機機身呈矩形，共安裝6個模塊化貨艙，每個貨艙載貨重量44kg，總載貨重量達264kg。根據任務需要，貨艙可裝載燃油、貨物、傳感器。

“雷戈”系列垂直起降貨運無人機

2019年，位于美國加州的刀翼公司（SabreWing）提出“雷戈”垂直起降貨運無人機方案，目標是研制載貨重量為2270kg、可晝夜飛行的無人機，該機擁有四個傾轉涵道風扇和一個為高速前飛提供升力的固定翼。“雷戈”貨運無人機包括A、B兩種型號，“雷戈”-A任務定位是戰場傷員轉移；“雷戈”-B任務定位是貨物運送，其最高飛行高度6700m，370km/h飛行速度下的航程為1852km，載貨重量是“雷戈”-A的兩倍。

APT系列貨運無人機

2019年，美國貝爾公司推出了“自主吊艙運輸” 70（APT 70）垂直起降貨運無人機。該機采用多旋翼尾座式布局，起飛后在空中轉換為有翼飛行，最大任務載荷重量32kg，最快飛行速度204km/h，使用半徑56km，可為偏遠地區的用戶運送包裹和緊急醫療物資。APT 70縮比驗證機于2020年7月完成首次超視距試飛。貝爾公司先前研制的APT 20小型無人機最大載貨重量9kg，最快飛行速度167km/h，使用半徑11km。另一個新的軍用型號是APT 100，該機最大載貨重量50kg，最快飛行速度241km/h，使用半徑56km。

YCS17貨運無人機

2020年3月，美國泰銳工藝公司（ThereCraft）提出YCS17貨運無人機概念方案。該機機身內部安裝了可放置貨物的分離式貨艙。在即將到達交付地點時，YCS17貨運無人機以俯沖姿態下降，將分離式貨艙放置在目標區后快速升空，并返回起飛地點。目前，泰銳工藝公司沒有透露更多的設計細節。

LG系列貨運無人機

2019年3月，美國物流滑翔機公司在美國國防預研局（DARPA）和海軍陸戰隊作戰實驗室（MCWL）資助下，開始設計可為地面部隊提供物資補給的一次性貨運無人滑翔機系列產品。尺寸較小的原型機名稱為LG-1K，較大的是LG-2K。2020年初，這兩款木質無人滑翔機完成試飛任務。LG-1K、LG-2K屬于一次性戰術貨運無人機，機身為長方形，由直升機或運輸機在空中投放，可代替傳統降落傘執行貨物空投任務。在運輸過程中，LG-1K和LG-2K的機翼處于折疊狀態，以減小尺寸。載機飛到空投區域投放貨運無人機后，處于折疊狀態的機翼自行彈開。該機構造十分簡單，除機尾安裝的少量控制設備外，其余部件均由抗風雨膠合板制成。LG-1K機長約3.3m，翼展7.1m，載貨重量約320kg。LG-2K機長約4.2m，翼展8.3m，載貨重量約725kg。

“高空飛索”貨運無人機

“高空飛索”小型貨運無人機（Zipline）由高空飛索公司、美國國防創新部門、海軍醫療研究中心聯合研發，采用固定翼布局，巡航速度105km/h，飛行高度90m，載貨重量約1.8kg，主要運送藥品，采用降落傘向目的地投送物資，可解決非洲等道路不發達地區的緊急醫療物資運送問題。為降低成本，“高空飛索”貨運無人機攜帶的貨箱和降落傘均為一次性產品，用材非常普通，成本不到人民幣4元。到達目標空域后，無人機在幾十米高度將貨物投向目的地。

K-MAX貨運無人直升機

2012年，美國軍工巨頭洛克希德-馬丁公司（Lockheed Martin）和卡曼公司（Kaman）合作，將K-MAX有人直升機改型為貨運無人直升機。K-MAX貨運有人直升機是美國卡曼公司專為外吊掛貨運任務而設計的機型，是一種單座單發橫列式直升機。K-MAX貨運無人直升機機長15.85m，空機重量2334kg，載貨重量3109kg，采用GPS制導，起降無需跑道，環境適應性強，可在山地、高原等地區執行貨物運送任務。在阿富汗戰爭期間，該無人直升機累計完成485架次飛行任務，總飛行時間超過500h，運送貨物共計720t，是美軍地面部隊在復雜地形條件下實現快速前進和撤退的重要支援力量，向世界展示了貨運無人機的軍事價值。

208“大篷車”無人運輸機

美國可靠機器人公司（Reliable Robotics）和聯邦快遞合作，將固定翼有人機改型為208“大篷車”自主無人運輸機。該型無人機翼展15.9m，機長12.7m，最大起飛重量約4000kg，可攜帶超過2000kg的貨物，繼承了通用飛機對起降條件要求低、可短距起降等優點，完全可在沙石道路上起降，具備有人、無人兩種模式，既可采用無人模式飛行，也由飛行員駕駛執行運輸任務，應用更加靈活，執行復雜運輸任務的能力更強，很大程度上避免了目前無人機自主導航存在的控制缺陷，可以在地形復雜且信號干擾大的區域執行運輸任務。

MQ-8C“火力偵察兵”貨運無人直升機

MQ-8C“火力偵察兵”貨運無人直升機基于諾斯羅普-格魯門公司（Northrop Grumman）“貝爾”-407輕型單發有人直升機改型而成，分為陸軍型和海軍型兩個型號，最大起飛重量2700kg，最高飛行高度4876m，最快飛行速度250km/h，續航時間12h，已完成初始作戰能力評估試驗，并于2021年12月4日完成美國海軍“密爾沃基”瀕海戰斗艦的上艦部署，將為美國海軍第四艦隊提供作戰支持。

發展特點

經過多年發展，美國貨運無人機實現了從無到有、從落后到先進的轉變，整體發展呈現以下特點。

設計理念先進

美國研制的各型貨運無人機體現了先進的設計理念。一次性無動力貨運無人滑翔機具有噪聲低、成本低、無電磁輻射、可大量部署等特點，能有效避免反無人機裝備的干擾與攻擊，非常適合在戰場投送物資。YCS17概念貨運無人機提出了一種具有快速投送貨物能力的機型。多型貨運無人機具備垂直起降或短距起降功能，能夠滿足惡劣環境下的起降需求。

設計方案務實

美國貨運無人機設計以實際需求為牽引，體現功能的實用性。貨運無人滑翔機主要考慮替代傘降執行貨物空投任務。在設計層面，美國重點關注產品的控制性能、制造成本和載重能力。YCS17概念無人機設計方案以戰場快速機動、靈活運用等實際需求為牽引。無人運輸機主要基于有人機改型而成，降低研發成本的同時，確保了無人機機體具有成熟性與穩定性。

構型豐富

美國貨運無人機擁有固定翼無人機、多旋翼無人機、無人直升機、復合無人機、無人滑翔機等多種構型。貨物運送方式分為空運和空投。

功能全面

隨著技術和理念的進步，美國貨運無人機正從單一功能向多功能集于一體的方向發展。例如，由固定翼有人機改型而成的208“大篷車”無人運輸機具備有人、無人兩種模式；MQ-8C“火力偵察兵”貨運無人直升機不僅能運送物資，也可執行情報、監視、偵察（ISR）任務。

發展趨勢

貨運無人機運營企業進一步細分

隨著技術的不斷創新，貨運無人機運營將向專業化細分領域深層次發展。未來，貨運無人機運營企業有可能被細分為專業化貨運無人滑翔機公司、專業化旋翼貨運無人機公司、專業化無人運輸機公司等類型。各型貨運無人機承擔的任務也將被合理細分，為貨運無人機研制提供基本參考。

貨運無人機面臨的難題將被逐步解決

隨著技術的發展和行業應用的成熟，技術人員將逐步解決貨運無人機導航定位、動力等技術難題和安全問題。一是導航基站性能將更加優異，新的導航技術與多種導航手段融合，將提升無人機導航定位的持續性、穩定性和精確性。二是隨著新能源、自動充電和空中加油等技術不斷取得突破，貨運無人機航程短的問題將得到有效解決。三是隨著無人機法規的制定和不斷完善，未來貨運無人機航線劃設、控制余度、裝備余度、應急預案都將實現標準化、規范化管理，以最大程度確保貨運無人機及地面人員的安全。

軍用貨運無人機建設向體系化方向發展

最初，美國軍用無人機力量建設由各軍種獨立完成。但隨著無人機在現代戰爭中廣泛應用，為充分整合各軍種無人機力量，從2007財年開始，美國國防部陸續發布無人系統路線圖，以指導各軍種開展無人機力量建設。貨運無人機不斷發展，其種類和數量大幅增加，美國必將提出相關綱領性文件，以科學合理地規劃美國貨運無人機力量建設。未來，美國貨運無人機發展將從各軍種獨立建設模式轉向專業化體系化建設模式。