舰载无人机系统关键技术与发展综述
来源：舰载无人机
【引言】无人驾驶飞机简称“无人机”，是一种以无线电遥控或由自身程序控制为主的不载人飞机。为了满足航空母舰、驱逐舰、护卫舰、两栖舰等军舰的需求，装备于军舰并主要在海洋上空进行空中侦察、警戒、监视、搜索、情报、通信中继、战斗破坏评估、瞄准和打击等战斗和保障活动的无人驾驶飞行器统称为舰载无人机。无人机平台、舰面系统（舰面控制系统、发射与回收装置、测控与信息传输系统)以及搭载的任务载荷设备统称为舰载无人机系统。
本文通过对舰载无人机系统的特点、使命任务、关键技术以及国外发展现状进行综合研究分析，提出对我国舰载无人机系统的发展建议。
1.舰载无人机的特点与使命任务
1.1 特点
为有效配合舰艇作战,要求舰载无人机能对战斗地域进行大纵深、多方位、全天候的侦察监控,能为载舰提供及时正确的通信中继和导弹中继制导,能对敌方目标实施有效、实时、精确的电磁压制和火力打击。
舰载无人机按起降方式可分为固定翼无人机和垂直起降无人机。舰载固定翼无人机的主要特点：1）结构简单、加工维修方便、安全性好、机动性强；2）技术相对成熟，岸基有许多较为成熟的小型固定翼无人机可适当改进后上舰使用；3）飞行速度较快，范围大；4）在舰上使用较困难，需弹射或火箭助飞和伞降或撞网回收，起降问题是制约舰载固定翼无人机在小型舰船上使用的重大瓶颈。舰载垂直起降无人机的主要特点：1）体积小、重量轻、起降方便、操作保养简单；2）无需弹射或火箭助飞和伞降，可在舰上垂直起降，使用方便，对甲板空间要求低；3）可以空中悬停，便于定点侦察与监视，作战用途与方式灵活；4）机动灵活、战斗力强、便于大量配置和伪装；5）技术要求较高，特别是在平台可靠性以及自主起降能力等方面，研制难度较大；6）作战半径及有效载荷有限，作战使用受到一定限制；7）航程近，飞行速度相比固定翼无人机要慢，使其快速机动、作战能力、生存能力受到影响。
1.2使命任务
海军无人机主要装备航空母舰、巡洋舰、驱逐舰、护卫舰和两栖舰等军舰,使命任务主要包括：战场侦察监视、技术侦察、目标指示、中继制导、火力校射、毁伤评估、通信中继、警戒探测、测绘导航、电子侦察、电子干扰、电子自卫防御、对地打击、反潜、反舰、工程保障、反地（水）雷、搜索救援、运输补给、水文检测、气象探测、靶场打击效果评估、模拟电子对抗、电磁频谱监测与管理、布设水下警戒系统等。
1）战场侦察预警
利用无人机飞行高度高、距离远、侦察手段多样等优点,可用它在编队上空或前出一段距离沿一定航线进行巡逻警戒,扩大编队防御纵深,增加防御层次,延长对来袭兵器的预警时间,并通过数据链协调指挥编队舰艇机动和防空火力的运用[1]。
2）超视距目标指示、中继制导
舰载无人机可在危险海区巡逻而不用担心人员伤亡，进行区域侦察或定点侦察，获取远程目标信息，通过数据链实时向载舰传输目标的位置、状态、类型等信息，保证舰艇攻击目标所需的信息。
3）电子战和火力打击
无人机可携带有源/无源干扰设备和杀伤武器系统,进行积极/消极干扰或充当电子诱饵,掩护攻击兵力群战斗行动或直接对来袭飞机和导弹实施软杀伤,提高水面舰艇的对空防御能力；对敌岸上目标、舰艇、飞机甚至导弹实施有效抗击,提高舰艇的攻击和防御能力。
4）打击效果评估
舰载无人机能够前出载舰数百千米处，隐蔽性好、能在目标上空长时间逗留，可以随时改变飞行路径并实时传输目标各个角度的毁伤情况，又无人员伤亡之忧，是增强海战场打击效果评估能力的有效手段。
5）反潜（支援）作战
一般舰载直升机更适合于执行编队航空反潜作战。舰载无人直升机要执行反潜任务，必须携带搜潜或攻潜设备，如搜索雷达（蓝绿激光）、声纳系统（吊放声纳或声纳浮标）、磁异常探测设备、鱼雷等。
6）模拟训练
用无人机来模拟来袭飞机、巡航导弹或反舰导弹的飞行和攻击过程,作为水面舰艇部队对空防御训练时的靶机,具有安全、方便、仿真程度高、可重复使用等优点。另外,无人机可执行不适合有人飞机的高危险任务,如飞行新材料实验、大加速度飞行、新发动机试飞、垂直起落、掠海超音速飞行等实验项目。
2.国外发展情况与趋势
无人机在20世纪60年代初开始在海军获得广泛应用，纵观世界海军无人机的装备和研制情况，世界主要军事强国如美、英、法、加等国都在加大研制步伐，特别是美国海军近年来明显加大了适于航母和驱护舰使用的舰载无人机的研究和试验力度，以期占领未来的制高点。
目前国外的典型舰载无人机主要包括美国的“火力侦察兵”舰载无人直升机、RQ-4N“全球鹰”、MQ-1“捕食者”固定翼无人机、X-47舰载无人作战飞机、“鹰眼”（Eagle Eye）倾斜旋转翼无人机、“鸬鹚”潜射无人机；法国的ORKA-1200无人直升机、“神经元”舰载无人作战飞机；奥地利的S-100无人直升机[2]。国外主要舰载无人机参数见表1，可以看出，国外舰载无人机朝着智能化、一体化、多功能和隐身方向发展。
表1 国外主要舰载无人机参数
序号 | 型号 | 起飞重量 （kg） | 升限 （m） | 最大平飞速度（km/h） | 巡航速度 （km/h） | 载荷重量 （kg） | 续航时间 （h） | 作战半径 （km） |
1 | MQ-8B | 1430 | 6100 | 230 | 55-250 | 5-8 | 200 | |
2 | S-100 | 200 | 5486 | 222 | 101 | 50 | 6 | 150 |
3 | ORKA－ 1200 | 680 | 3600 | 195 | 180 | 8 | 150 | |
4 | RQ-4N | 10394 | 20500 | 740 | 635 | |||
5 | 捕食者B | 4762 | 15250 | 414 | 1814 | 30 | 3684 | |
6 | X-47B | 20215 | 12190 | 800- 1000 | 2041 | 9 | 3889 | |
7 | 神经元 | 7000 | 972 | >1000 | >3 | |||
8 | 鹰眼 | 1292 | 6100 | 389 | 180 | 91-136 | 5.5 | 200 |
3.舰载无人机系统关键技术
从目前发展情况来看，以下六项技术是我国目前迫切需要发展且有望取得重要突破的技术：
3.1总体综合设计技术
无人机总体设计是一项高度复杂的系统工程，需要根据各系统之间相互联系、相互制约的关系，考虑成百上千个设计变量、设计目标和工程约束条件，进行大量的方案对比工作，进行多轮设计循环。总体设计技术包括总体综合设计技术、气动分析技术、结构强度设计技术、腐蚀防护与控制技术、生存力设计技术、电磁兼容技术、综合保障技术等。
3.2机舰适配性技术
机舰适配性技术主要包括机舰适配性顶层设计技术、助降回收、快速固定技术、舰面测控系统设计技术、机舰电磁兼容设计技术和动机座对准技术等。机舰适配性的一般要求是：舰载无人机采用模块化设计，装拆和存储方便，停放空间小；舰载无人机的抗风、抗侧滑以及抗冲击能力要强；全机的抗腐蚀抗盐雾抗霉菌能力也要强；机体上要设计有甲板系留环，发动机要方便冲洗；三片以上的舰载无人直升机的旋翼桨叶要可以折叠等；在气候、海况变化多端的恶劣环境中，舰载无人机可在小型舰船上进行正常、便捷的回收。
3.3高精度全自动/自主导引与着舰技术
舰面起降是无人机研制急需解决的关键问题，涉及的关键技术主要有着舰导引技术和着舰控制技术:第一，需要实时测量舰船与无人机的相对位姿信息，同时预报载舰运动，然后通过修正、补偿无人机导引信息;第二，克服复杂运动与复杂流场和气象环境对舰载无人机的飞行影响，着舰控制技术必须具有足够的环境适应性和精确控制能力。
3.4任务载荷技术
无人机要完成侦察、监视、目标捕获、火力校正、排雷、障碍清除、通信中继、电子战、气象探测等作战任务，必须安装相应的光学或电子任务设备。无人机对挂载的任务载荷的重量、重心、耗电和外形有一定要求，而任务载荷对无人机平台的搭载重量、提供电源和外形限制也有较高需求，在无人机系统设计中应综合考虑系统安全性、可用性和先进性。
3.5动力系统技术
无人机对动力系统的持久性有较高的要求，因此必须采用高效率的动力技术，新型、小型、高性能能量转化系统是无人机发展优先选择目标。目前，舰载无人机采用转子发动机或小型涡轴发动机，提高功重比和寿命，降低振动和油耗。为了满足舰船上安全使用要求，动力系统大多使用重油或正在改进使用重油，并采用全权限数字发动机控制（FADEC）技术。
3.6信息传输和处理技术
宽带大容量的数据传输技术，可以使无人机远距离快速传输信息，实现超视距控制。受无人机数据传输可用带宽和可用功率的限制，外军积极通过对采集到的数据在传输到地面站之前进行处理来缓解数据传输能力与需求之间的矛盾，通过开发激光通信等新的通信技术大幅提升数据传输能力也是外军孜孜以求的目标[3]。
4.舰载无人机系统发展趋势
1）加强总体设计，强调舰载无人机系统与海上信息系统的集成
无人机系统的上舰，不仅要考虑无人机与载舰之间的关系，更要强调与海战场信息系统的综合集成，通过海战场的统一的信息标准，使用统一的通信、指挥和控制体系，使无人机与其他武器装备连接成一个无缝的有机整体，充分发挥各自的优势，形成远远高出单个系统的合力。
2）完善舰载无人机系统体系，强调无人机系统的多样化发展
海战场环境复杂，无人机的任务具有多样性，发展、配置多级别、多类型无人机是将各种层次、级别和用途的无人机梯次搭配，组合使用，充分发挥各自的优势，形成一个高效的无人机网络。当无人机形成远、中、近，大、中、小梯次配置的网络系统时，可提供从整体到个别，从全面到细微的全方位战场情报信息，全面拓宽各级指挥员的战场视野，发挥出远远超出单一类型无人机的作用。
3）建立相关标准体系，强调无人机系统的模块化、标准化、互操作发展
目前，无人机系统互操作性标准已成为世界范围内无人机系统研制方和使用方共同关注的焦点，国际无人机系统标准化组织也制定了一系列互操作性标准，包括北约组织发布的STANAG标准化协议和机动车工程师协会无人机系统工作组SAE AS-4发布的联合无人系统体系结构JAUS系列标准。随着国内无人机系统技术发展，我们应迅速完善我国无人机系统互操作性、体系架构等共性标准，促进无人机系统的通用性和互联性，为无人机系统相关产品设计、研制、生产和维护提供依据[4]。
4）突破关键技术，强调舰载无人机的智能化和隐身化发展
未来战场对舰载无人机的智能化和隐身化要求更高，应大量应用微电了技术、自动控制技术、计算机技术，研究具有吸波、透波性能的特殊材料和特殊外型，使舰载无人机实现“高智能”、“强隐身”，使其能够自主飞行到目标区，自主搜索攻击目标，进行敌我识别与威胁判断，进而自主决策并采取必要行动，同时提高隐身性能和战场生存能力。
5）加强新技术的开发，强调新构型舰载无人机的发展
随着新构型旋翼飞行器的快速发展，特别是倾转旋翼飞机、复合构型高速直升机等飞行器的研制成功并投入使用，应跟踪各种新构型无人机技术的发展，探索新构型无人机在舰上使用的可行性，特别是飞行速度和航程的提升对水面舰艇作战能力的影响，及时提出对舰载无人机的装备需求和发展对策。
5.结语
美国是海军无人机发展的先行者，我国舰载无人机的发展与之相比还有较大的差距，本文对舰载无人机系统的概念、特点、使命任务、关键技术以及国外发展现状与趋势进行综合研究分析，通过借鉴国外相关技术与发展策略，对我国舰载无人机系统的发展提出相关建议，舰载无人机系统作为未来信息化作战的重要组成部分，我国应加大投入力度，重视发展。
参考文献：(略）
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