無(wú)人機(jī)上艦有多難

　　近日，國(guó)外一家企業(yè)宣布，將為一款遠(yuǎn)程無(wú)人機(jī)改裝一種短距起降套件，可以使該無(wú)人機(jī)從更短的陸基跑道和航母甲板上實(shí)現(xiàn)起降。

　　海上作戰(zhàn)，奪取制空權(quán)是制勝關(guān)鍵。當(dāng)前，艦載無(wú)人機(jī)已經(jīng)可以在“空-天-海”信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)支持下，擔(dān)負(fù)各種復(fù)雜多變的海上作戰(zhàn)和偵察任務(wù)?？梢哉f(shuō)，在航母艦載機(jī)體系中，無(wú)人機(jī)成為一顆冉冉升起的“新星”。

　　然而，半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，艦載無(wú)人機(jī)發(fā)展緩慢，世界各國(guó)投入巨大、收效甚微。以美國(guó)研制的X-47B艦載無(wú)人機(jī)為例，前后5年共投入資金超過(guò)10億美元，最終因技術(shù)性能不達(dá)標(biāo)被迫擱置。那么，無(wú)人機(jī)上艦經(jīng)過(guò)怎樣的發(fā)展歷程?研制艦載無(wú)人機(jī)又需要攻克哪些技術(shù)難題?本文為您一一解讀。

　　海上“筑巢”，無(wú)人機(jī)連闖多關(guān)

　　1959年的一天，美海軍基林級(jí)驅(qū)逐艦上，船員們急匆匆地搬開(kāi)甲板上的物品，為無(wú)人機(jī)清理出起飛位置。午時(shí)，指揮室內(nèi)操控人員發(fā)出指令，QH-50無(wú)人機(jī)從甲板上加速起飛，奔赴預(yù)定海域。這一天，人類(lèi)實(shí)現(xiàn)了首次艦載無(wú)人機(jī)飛行。

　　4年后，美國(guó)基洛達(dá)因公司對(duì)QH-50無(wú)人機(jī)進(jìn)行升級(jí)，研制出QH-50C無(wú)人機(jī)，正式服役美海軍。不過(guò)，當(dāng)時(shí)電子系統(tǒng)運(yùn)算能力有限，QH-50C無(wú)人機(jī)起降完全依靠艦上人員無(wú)線(xiàn)電遙控，經(jīng)常會(huì)發(fā)生失控墜海事故，這給科研人員的后期改進(jìn)工作帶來(lái)不小難題。

　　如何讓無(wú)人機(jī)適應(yīng)海上飛行?各國(guó)航空設(shè)計(jì)師在改進(jìn)無(wú)人機(jī)“大腦”上下功夫——以色列汲取“猛犬”小型無(wú)人機(jī)的使用經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)搭載短程遙控?zé)o人駕駛飛機(jī)系統(tǒng)，提升飛控系統(tǒng)的可靠性;美國(guó)諾思羅普·格魯門(mén)公司則另辟蹊徑，通過(guò)引進(jìn)民用直升機(jī)技術(shù)，在“偵察兵”系列艦載無(wú)人機(jī)上搭載自動(dòng)控制系統(tǒng)，提高海上飛行穩(wěn)定性。

　　一段時(shí)間以來(lái)，各國(guó)軍工企業(yè)積極破解艦載無(wú)人機(jī)的飛行難題。但囿于艦載無(wú)人機(jī)研發(fā)難度大、不確定因素多、改進(jìn)工作難等諸多問(wèn)題，時(shí)至今日，艦載無(wú)人機(jī)飛行仍然處于事故多發(fā)的演進(jìn)階段。

　　那么，無(wú)人機(jī)海上“筑巢”到底難在哪?經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的探索實(shí)踐，各國(guó)科研人員總結(jié)出無(wú)人機(jī)上艦需要攻克的3道難關(guān)：

　　一是動(dòng)力關(guān)——解決短距起降問(wèn)題。目前，大部分長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)地面起飛滑跑距離在1000米以上，而無(wú)人機(jī)從航母起飛的距離不足陸基的三分之一。

　　為解決這一難題，一些國(guó)家開(kāi)始尋求創(chuàng)新突破——以色列在小型化航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)豐富，其最新推出的“先鋒”無(wú)人偵察機(jī)，裝配大馬力雙缸二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，使無(wú)人機(jī)起降距離減小至70米;奧地利西貝爾公司則在S-100無(wú)人機(jī)氣動(dòng)布局設(shè)計(jì)上下功夫，通過(guò)將后起落架與尾翼結(jié)合的方式，增大飛機(jī)升力，減輕機(jī)身重量，像放風(fēng)箏一樣讓無(wú)人機(jī)“隨風(fēng)而行”。

　　二是耐力關(guān)——減少海洋環(huán)境腐蝕。艦載無(wú)人機(jī)海上飛行，要有效應(yīng)對(duì)海上高溫高濕、霉菌鹽霧的侵蝕，因此對(duì)材料的環(huán)境適應(yīng)性、抗腐蝕能力等方面有著很高要求。

　　對(duì)抗腐蝕，材料先行。當(dāng)前，在技術(shù)上處于領(lǐng)先地位的X-47B艦載無(wú)人機(jī)和卡-37無(wú)人機(jī)，均采用鋁合金部件和碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料，不僅能夠提高抗腐蝕能力，還有效降低了雷達(dá)反射面積。

　　三是收納關(guān)——增加無(wú)人機(jī)搭載數(shù)量。航母甲板可謂“寸土寸金”，要想在有限空間內(nèi)停放更多艦載無(wú)人機(jī)，不僅要發(fā)展折疊機(jī)翼技術(shù)，還要在模塊化組建上下功夫。

　　國(guó)外一名設(shè)計(jì)師將“模塊拼裝”想法應(yīng)用到V-247“警惕”艦載無(wú)人機(jī)上。該無(wú)人機(jī)加裝模塊與機(jī)體可以分離儲(chǔ)存，巧妙解決了空間占用率低的問(wèn)題。

　　海上著艦，一收一放見(jiàn)本領(lǐng)

　　未來(lái)海上作戰(zhàn)，無(wú)人機(jī)出動(dòng)速度有多快?

　　國(guó)外一家科研機(jī)構(gòu)給出答案：40秒內(nèi)出動(dòng)30架。航母如同強(qiáng)弓，艦載無(wú)人機(jī)的出動(dòng)回收效率，決定其能否在未來(lái)海戰(zhàn)中覓得先機(jī)。

　　起初，陸上無(wú)人機(jī)通過(guò)記錄起飛點(diǎn)的GPS坐標(biāo)完成一鍵返航，航線(xiàn)規(guī)劃只需按照初始飛行軌跡原路返回即可。但海上艦船大多數(shù)時(shí)間都在航行，直接套用陸上無(wú)人機(jī)的返航方式無(wú)疑是“刻舟求劍”。

　　為了幫助艦載無(wú)人機(jī)成功找到“回家的路”，科研人員通常會(huì)在無(wú)人機(jī)內(nèi)部設(shè)置兩套控制系統(tǒng)，無(wú)人機(jī)操作手可以通過(guò)遙控方式介入自動(dòng)控制程序，引導(dǎo)無(wú)人機(jī)及時(shí)調(diào)整預(yù)定路線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)快速返航。

　　然而，即使航母近在眼前，無(wú)人機(jī)著艦依然困難重重。海上氣象復(fù)雜、著艦甲板狹小、艦船隨時(shí)移動(dòng)等一系列問(wèn)題始終困擾著科研人員。

　　起初，艦載無(wú)人機(jī)著艦采用撞網(wǎng)回收方式。攔網(wǎng)系統(tǒng)需要架設(shè)較為復(fù)雜的立桿與網(wǎng)面，艦載無(wú)人機(jī)撞網(wǎng)后，會(huì)造成結(jié)構(gòu)性損傷，回收效率低、故障率高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，艦載無(wú)人機(jī)回收時(shí)的故障率占整個(gè)任務(wù)期間故障率的80%以上。X-47B無(wú)人機(jī)曾因故障問(wèn)題，在美海軍“喬治·布什”號(hào)航母上兩次試降均遭遇失敗。

　　近年來(lái)，隨著智能化技術(shù)發(fā)展，艦載無(wú)人機(jī)形成了人機(jī)協(xié)作的操作模式，收放能力有了明顯提升。人機(jī)協(xié)作模式下的艦載無(wú)人機(jī)著艦呈現(xiàn)出3個(gè)特點(diǎn)：

　　一是智能規(guī)劃。艦載無(wú)人機(jī)著艦受艦尾氣流場(chǎng)、甲板運(yùn)動(dòng)干擾以及起落架強(qiáng)度、攔阻索使用條件的限制，需要綜合考慮多種因素?？蒲腥藛T通過(guò)等角下滑航跡率控制、進(jìn)場(chǎng)動(dòng)力補(bǔ)償、直接力控制等多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，生成艦載無(wú)人機(jī)最優(yōu)著艦軌跡。此外，隨著甲板運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償器投入使用，艦載無(wú)人機(jī)著艦穩(wěn)定性有了顯著提高。

　　二是精準(zhǔn)控制。艦載無(wú)人機(jī)飛行品質(zhì)要求很高，任何細(xì)小偏差都可能造成無(wú)法挽回的損失。當(dāng)紊亂氣流來(lái)襲時(shí)，操作員的反應(yīng)速度無(wú)法跟上風(fēng)力的快速變化。為解決這一難題，科研人員通過(guò)模塊分解，將自動(dòng)控制系統(tǒng)與不同舵面的偏轉(zhuǎn)效果相連，精準(zhǔn)操控每個(gè)舵面產(chǎn)生對(duì)抗氣流的升力，提升艦載無(wú)人機(jī)的著艦穩(wěn)定性。

　　三是自動(dòng)引導(dǎo)。艦載無(wú)人機(jī)需要具備自主起降能力。這時(shí)候，著艦引導(dǎo)系統(tǒng)派上用場(chǎng)，為無(wú)人機(jī)持續(xù)提供精準(zhǔn)的觸艦點(diǎn)相對(duì)位置、姿態(tài)參數(shù)等方面信息，實(shí)現(xiàn)“仙人指路”。目前，法國(guó)一家公司研制出自動(dòng)甲板起降系統(tǒng)，在晝夜及惡劣天氣條件下多次成功完成著艦試驗(yàn)。

　　未來(lái)主角，戰(zhàn)力提升前景可期

　　進(jìn)入新世紀(jì)，越來(lái)越多的軍事專(zhuān)家開(kāi)始關(guān)注一個(gè)問(wèn)題：隨著戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)的加速演進(jìn)和海上斗爭(zhēng)形勢(shì)的日趨復(fù)雜，艦載無(wú)人機(jī)如何更好拓展職能任務(wù)?

　　以QH-50無(wú)人機(jī)為例，其設(shè)計(jì)之初是以攻擊潛艇為主要目的，但無(wú)人機(jī)彈艙狹小，僅能攜帶2枚魚(yú)雷，難以完成攻擊任務(wù)，一度淪為訓(xùn)練靶機(jī)。

　　這一問(wèn)題劍指艦載無(wú)人機(jī)現(xiàn)代化武器系統(tǒng)。強(qiáng)弓需配勁矢。為提升艦載無(wú)人機(jī)攻擊能力，武器系統(tǒng)擴(kuò)容增效至關(guān)重要，增加外掛點(diǎn)、增設(shè)彈艙等改裝措施成為艦載無(wú)人機(jī)的升級(jí)首選。目前，部分攻擊型艦載無(wú)人機(jī)可以搭載8至9枚導(dǎo)彈，攻擊能力不容小覷。

　　同時(shí)，精確制導(dǎo)武器的小型化研究也十分關(guān)鍵。不少?lài)?guó)家對(duì)無(wú)人機(jī)機(jī)載武器提出嚴(yán)格要求：在設(shè)計(jì)機(jī)載武器時(shí)，重量不得超過(guò)50千克，能夠供現(xiàn)役和在研的無(wú)人機(jī)裝備使用，并滿(mǎn)足其他小型無(wú)人機(jī)的使用要求。

　　此外，國(guó)外科研人員還在提高精確打擊能力上下苦功，推出多款無(wú)人機(jī)定制版精確制導(dǎo)武器，幫助艦載無(wú)人機(jī)提升打擊效率。

　　在艦載無(wú)人機(jī)戰(zhàn)斗力生成之路上，少不了戰(zhàn)術(shù)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。針對(duì)無(wú)人機(jī)體積小、數(shù)量多、成本低等特點(diǎn)，一些國(guó)家科研機(jī)構(gòu)提出無(wú)人機(jī)蜂群作戰(zhàn)理念，通過(guò)短時(shí)間、快速發(fā)射眾多無(wú)人機(jī)，令它們相互分享信息，協(xié)同執(zhí)行進(jìn)攻性或防御性任務(wù)，以數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)壓制對(duì)手。

　　近年來(lái)，艦載無(wú)人機(jī)正由協(xié)同有人機(jī)作戰(zhàn)模式，向無(wú)人機(jī)獨(dú)立作戰(zhàn)模式積極轉(zhuǎn)變。在這支創(chuàng)新探索隊(duì)伍中，不僅有美、俄等傳統(tǒng)軍事強(qiáng)國(guó)，還有土耳其、以色列等新興國(guó)家參與，他們致力于打通各航空器平臺(tái)間的通信鏈路，幫助艦載無(wú)人機(jī)適應(yīng)快節(jié)奏、強(qiáng)對(duì)抗的海上作戰(zhàn)。

　　放眼望去，未來(lái)海上戰(zhàn)場(chǎng)必有艦載無(wú)人機(jī)的一席之地，盡管“上艦之路”困難重重，但無(wú)人機(jī)具備的人員保護(hù)性、成本低廉性和復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性等一系列優(yōu)點(diǎn)，吸引各國(guó)持續(xù)投入大量人才和資金，艦載無(wú)人機(jī)成為海戰(zhàn)“新星”或?qū)⒅溉湛纱?/p>

　　上圖：法國(guó)空客公司推出VSR700無(wú)人直升機(jī)。資料圖片