【防务评论】从无人机到无人战机
提要:20世纪50年代美国成功研制出无人靶机,也开创了无人机使用的先河。随着现代遥控技术和计算机科学突飞猛进并广泛用于飞行器的飞行控制,无人机发展就日新月异,特别是在2002年的阿富汗战场上,无人机第一次扮演攻击角色,更明确宣示了未来的战场中,无人机将逐渐由配角转变成主角。无人机成本低,战场存活率高,还可避免飞行员伤亡或被俘虏的风险,且随着通讯传输技术、计算机技术和飞控技术的发展,无人飞机终将广泛地使用于空战,开创革命性的空战新模式。
由于媒体大肆宣传美军在伊拉克及阿富汗战场上广泛使用无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV),许多人误以为这是此种飞行器首次出现于战场上。事实上早在20世纪50年代的越战时期,美国海、空军就已经率先使用无人飞行器侦察北越及中国大陆境内的军事活动,为无人机投入战场开创了先河。
无人机中的“无人”一词表示具备相当程度的自动化,和20世纪80年代前出现的飞行靶机(drone)或遥控飞机(Remotely Piloted Vehicle,PRV)不大相同。所谓靶机是指事先程序化的飞行器,即使遭到敌方攻击也依然按照预定航线飞行,地面人员无从介入飞行过程;遥控飞机则刚好相反,地面操控人员通过无线电上传飞行指令,全程由地面控制。
北约无人机审查小组(Unmanned Aerial Vehicle Panel)定义无人机为:“一架具有动力但没有飞行员的飞行器,以空气动力产生升力,进行自动化或遥控飞行,可用完丢弃或回收再次使用,还能挂载致命性或非致命性武器。”因此凡是弹道或半弹道导弹、巡航导弹、火炮都不是无人机。20世纪80年代后由于计算机科技突飞猛进,飞控系统全面计算机化,自动驾驶(auto-pilot)、线传飞行(fly-by-wire)、归航点导航系统、数据链、先进光电系统…纷纷搬上这些无人飞行器,实现了某种程度的自动化,无人机成为了通称。
无人机最常用于搜索及侦察任务,早期的飞行器仅有简单的照相机,侦察完毕后就得回收飞行器,取出底片冲洗;现在的飞行器则大都装上摄影机或前视红外(Forward Looking Infra-Red)传感器,将地面景物实时(real time)传回地面控制站。合成孔径雷达(SAR)可穿透云层或恶劣天候,获得近乎照片质量的影像,也广见于多种无人机上。
历史缘起
无人机的起源,可追溯至20世纪40年代末到20世纪50年代初期,当时美国为训练战斗机飞行员和防空导弹操作手,着手研制一些可模仿当时战斗机、轰炸机性能的靶机,美国的瑞安航天公司(Ryan Aeronautical Company)在1948年赢得美国空军的合约,研制一种高亚音速、喷气推进的靶机,代号为Q-2“火蜂”(Firebee),它就是现今无人飞行器的鼻祖。
1960年5月1日,美国中情局一架U-2侦察机在苏联上空被击落,飞行员鲍尔斯(Gary Powers)被莫斯科法庭公开审判,美国空军因而另辟蹊径,想以“火蜂一号”来侦察苏联及其它共产国家,瑞安公司也在1960年7月获得一份合约,研制136型(Model 136)名为“红马车”(Red Wagon)的侦察型遥控飞行器。
1961年1月新就任的肯尼迪(John F Kennedy)总统取消此项目,但不到一年后五角大厦就要求瑞安公司把一批“火蜂一号”改装成147A型(Model 147A),名为“萤火虫”(Firefly)的“特殊用途飞机”,用来执行侦察任务,之所以称为“特殊用途飞机”,纯粹是用来掩护它的真正用途。
“萤火虫”会挂在一架特别改装的DC-130E“大力神”(Hercules)运输机的机翼下方,发射后按照既定航线飞到目标区上空,照相完毕后再飞到回收区由直升机回收或是放出降落伞落回地面或海上,由回收人员取出机内的底片进行冲洗。
1962年夏,147A型在佛罗里达州的测试场进行试飞,1962年10月发生古巴导弹危机,10月27日一架U-2被古巴的俄制防空导弹击落,147A型立即待命上场,但苏联后来同意撤回在古巴的导弹,因此任务在最后一刻取消。
美国空军接着秘密研制了体型大一号的147B、147C、及147D型,代号称为“萤火虫”(Lightning Bug),机翼较长,照相机及自我防护系统也经过改进,并在1963年7月成立第4028战略侦察中队,负责操控这些“特殊用途飞机”。“萤火虫”原本的对象是古巴,但随着东南亚局势的转趋紧张,1964年夏天美军加入越战,“萤火虫”开始深入中国大陆,随后几年中陆续进行危险的高空侦察任务,虽然有几架被击落,但没有任何飞行员伤亡或被俘,充分证明了它的价值。
1965年夏天,一架U-2在侦察北越海防(Haiphong)港时,遭俄制SA-2防空导弹锁定,美国空军因而派遣一架“萤火虫”飞临该港上空,故意触发地面防空导弹发射,虽然被导弹击落,但也证明了此区域不再适合U-2出没,因此在随后的8年中,“萤火虫”成为北越高威胁区域上空主要的高空侦察机,甚至还飞入中国大陆及朝鲜上空。这段期间内唯一敢冒险深入共产国家防空网的有人飞行器就是超音速飞行的SR-71“黑鸟”(Blackbird)侦察机。
越战中美国空军第556侦察中队发射的AMQ-34L,绰号“雄猫”。该机在北越上空执行了68次任务,最后被高炮击落
美国空军在北越上空执行了数千次的侦察任务,依据获得的经验对基本型147型遥控机进行改进,总计发展出28型子型号,装有不同的自我防护系统、电子信号传感器,后期机型甚至装有电视摄影机,可将实时画面传给操控人员,远程型的飞行半径达2,600公里。美国空军最初的遥控机沿用瑞安公司的编号,到了20世纪60年代末期将“萤火虫”系列飞行器赋予AQM-34的编号。
在越战期间,为了让“萤火虫”能与U-2、SR-71有最佳的任务配合,“萤火虫”由位于内布拉斯加州(Nebraska)奥佛特(Offutt)空军基地的战略空军总司令部直接指挥,美国空军远东区司令部没有任何置喙的余地,战地指挥官对任务目标也没有发言权,唯一的例外是在1973年12月,由战略空军发动对北越的后卫二号(Linebacker II)轰炸时,“萤火虫”完全配合美国空军的攻势。
美国空军1973年的后卫一号及后卫二号这两次轰炸是使用遥控飞机的最高峰,当年就飞了444架次的任务。“萤火虫”行动一直持续到1975年美军撤离泰国基地为止,对中国大陆、朝鲜、北越共执行了3,435架次的任务,最后一架次是1975年6月2日的一架147F。这三千余架次中,1,651架次由147SC执行,共拍摄约1亿4千500万张的照片,大部分是在防空网密布、有人侦察机不宜前往的区域。147型飞行器经实战验证,可靠且具作战效益,由于雷达截面积小,速度慢,不容易追踪及标定它的位置。“萤火虫”的服役生涯中共损失587架,其中251架确定毁于敌军的炮火,80架疑似被击落,83架毁于回收过程失误,其余的原因不明。
20世纪60到70年代间,美国空军最富野心的遥控飞机项目,应该是洛克希德的D-21“标签板”(Tagboard),它就像是小号的SR-71,长13米,翼展6米,起飞重量5,000公斤,机内装有一具马格瑞特(Marquardt)XRJ43-MA20S-4冲压发动机,巡航高度24,000到27,000米,设计巡航速度3.35马赫,航程2,700公里。原先的设计是放在SR-71的机背上发射,然后由冲压发动机提供动力,不过在1966年7月31日的第四次试飞中,D-21虽然成功脱离SR-71载机,冲压发动机却未能顺利发动,导致D-21侧翻撞击载机的后机身,载机因此上仰并空中解体,二名飞行员虽然顺利跳伞飘落太平洋,但救援人员抵达时,后座的发射控制官(Launch Control Officer)已经气绝。
美国于20世纪60到70年代间,曾想研制由SR-71运载的D-21遥控侦察飞机
由于此失事事件,后来D-21改由B-52“同温层堡垒”(Stratofortress)轰炸机上发射,首次任务是在1969年11月9日,目标是中国大陆的喀布尔核试基地,结果在目标区上空消失踪影;另二次任务分别在1970年和1971年,一架损毁后被美国海军由太平洋中捞起,一架可能是遭中国军队击落而坠毁。20世纪70年代中期美、中关系逐渐解冻,加上有了新的间谍卫星,高空侦察飞行器的重要性随之大减,“标签板”项目也就此告终。
越战结束后,美国空军因经费缩减而进行组织重整,原本由战略空军总司令部指挥的“萤火虫”移交给战术空军司令部,后者在经费排挤下,被迫在继续维持无人飞行器或减少一个中队F-15“鹰”式(Eagle)战斗机间做取舍,结果是美国空军的无人机部队就此解散,直到30年后的2007年5月1日第432无人机联队成立后,才又重新拥有无人机作战部队。
以色列发展
20世纪70年代时,以色列在无人机的研制上可说是独占全球的鳌头,率先部署了全球第一种特制战术无人机,可实时下传画面影像,只是以色列在这方面相当低调,因此该国无人机的历史也较难追溯。以色列大约是在20世纪60年代末时,由于埃及和叙利亚突然开始部署俄制防空导弹,对以RF-4E侦察机造成威胁,便开始把目光投注到无人机,在20世纪70年代向瑞安公司购入12架改装的火蜂靶机,称为1241型(Model 1241),1973年10月中东赎罪日战争(Yom Kippur War)爆发,以色列对无人飞行器的需求更加急迫,美国也加运多架火蜂靶机给以色列。
1974年,以色列飞机公司(Israel Aircraft Industries)的马拉特分部(Malat Division)联合塔迪兰公司(Tadiran),合作研制以第一款自制无人机,就是马拉特推出的“巡逻兵”(Scout)和塔迪兰公司推出的“獒犬”(Mastiff),在1982年的黎巴嫩战役中大举出动。这二款飞行器大部分的特性如今都成为战术型无人机的标准︰轻质复合材料做成的机体、机腹下方旋转球体内安置摄影机或红外传感器、让地面控制站可看到现场实况,并据以操控飞行器的实时资料下传。
为了扰乱阿拉伯国家的防空系统,以色列在20世纪70年代开始发展空射型诱饵(decoy),美国并提供“萤火虫”在越战的实战经验。到20世纪80年代初期,以色列空军已拥有“参孙”(Samson)和“妖妇”(Delilah)二款诱饵,能让阿拉伯雷达误以为天空已满布来袭的飞机,进而开启导弹制导雷达,以色列空军就可实施干扰或直接攻击。“参孙”没有动力,航程约70公里,可沿途抛洒雷达干扰丝;“妖妇”有一台喷气发动机,可由载机或由地面发射,航程达400公里,能模拟特定战斗机的雷达信号,并且安装有电子支持措施装备和数据链。
1982年以色列空袭叙利亚的贝卡谷地(Bekaa Valley)战役中,大举出动“参孙”和“妖妇”进行实战测试。战争一开始,以色列先发射大批“参孙”和“妖妇”飞临叙利亚上空,叙利亚立即开启制导雷达让防空导弹瞄准目标,等候在旁的以色列战斗机则以AGM-45和AGM-78标准型反辐射导弹摧毁这些雷达站,战场实况则由“巡逻兵”和“獒犬三号”传回指挥中心,引导地面指挥官以火炮攻击导弹阵地及附属的防空火炮阵地,接着以色列战斗机长驱直入战场,以集束炸弹(cluster bomb)和导弹彻底扫荡毫无还手之力的导弹基地。
在此战役中,火蜂侦察型飞行器担任战场轰炸成果评估的任务,传回的战果让人印象深刻︰在开战后的几小时之内,叙利亚19处防空阵地就被摧毁了17处。在防空网失效后,叙利亚只得派出战机迎战,但以色列的无人机早已在各空军基地上空窥探,当叙利亚的米格机升空时,以色列战斗机早已守株待兔等候多时了。
以色列自认与邻近的阿拉伯国家们处于随时爆发战争的状态,因此使用无人飞行器不间断地对邻国严密监视,让各战备单位能由无人机传回的影像采取适当行动︰战机空袭、导弹攻击、火炮射击、或是调派地面部队进攻。1996年的愤怒葡萄(Grapes of Wrath)战役中,就显现出无人飞行器在边界安全上扮演着重要的角色,但以色列也因为根据影像而将火炮射向一联合国基地,造成数十名平民百姓的伤亡,暴露出无人机在应用上的限制。
20世纪80年代时,伊朗及伊拉克境内的伊斯兰原教旨派兴起,以色列的无人机多次进入邻国领空进行侦察,埃及在1987年8月宣称于西奈半岛南方击落一架以色列的无人飞行器,两伊也在1988年分别宣称击落以色列的侦察飞行器,当时有人怀疑以色列已成功研制出长航程、长滞空型的无人飞行飞行器,但以色列直到1991年海湾战争后,才公开承认正在研制“猎人”(Hunter)无人飞行器的长航程版,称为“苍鹫”(Heron),1994进入以色列空军服役,主要用来侦察。2007年3月第四代“苍鹫”正式亮相,号称是当时全球最大无人侦察机,能连续飞40小时不用加油,负载250公斤的精密摄影装备,传输更清晰的影像,甚至能分辨地面军民活动。
军事专家认为这架侦察机的战略意义胜于技术突破,其任务半径远达3,300公里,对以色列威胁最大的伊朗也在此范围内,推测以色列可能利用“苍鹫”侦察伊朗的核活动,甚至让“苍鹫”装载攻击性武器,因为过去曾有巴勒斯坦民众宣称目睹以色列动用无人战机发射导弹。以色列军方对于无人侦察机是否能够装载导弹或是飞往伊朗侦察都不予证实,似乎刻意保留想象空间,但就以色列的国防工业实力而言,要将无人侦察机武装化是轻而易举之事。
将无人机在战场上发扬光大的是美国,但以色列却是创造无人机创新使用方向的领导者,同时也是全球制造最多种无人飞行器的国家。以色列广泛的无人飞行器研制经验,加上美国的战场经验,未来战场上将可让中、高空远程无人机担负攻击及持久侦察巡逻的角色。
迈向武装化
无人机应用于侦察任务已有一段长远的历史,而将它应用于对地攻击作战,则首见于2002年11月4日,当天美国中情局接获情报,得知本拉登的助理、“基地”组织头目哈里斯(Kaid Sinan Abu Ali al-Harithi)正与5名手下乘坐一辆越野车,高速行驶在也门西北部地区,中情局的一架RQ-1“捕食者”(Predator)无人侦察机根据线索很快发现了目标,实时把红外图像传送到某个遥远的地面指挥站,随后根据地面指令向越野车发射一枚AGM-114地狱火(Hellfire)导弹,将6名“基地”分子完全歼灭。
“基地”组织头目哈里斯成为“捕食者”无人机的第一个猎物
这次的攻击行动为无人机开创了新的任务能力,也证明它的确具备对地攻击的潜力,美军随后于2007年5月7日组建了第432无人机联队,这是美国公开的第一支无人机作战部队,间接表示美军的无人战机(Unmanned Combat Aerial Vehicle,UCAV)将在不久的未来问世。第432无人飞行飞行器联队使用的是全球第一种无人攻击机MQ-9,是由MQ-1“捕食者”无人侦察机改进而成,在顺利完成各项测试后,美国空军将它命名为“死神”(Reaper)。
“死神”在重量、功率和载重能力等方面都远超过“捕食者”。“死神”最大起飞重量4,540公斤,飞行时速480公里,飞行高度为15,000米,配备一台900匹马力的涡轮螺旋桨发动机。“死神”较“捕食者”重了近4倍,飞行速度和飞行高度则是“捕食者”的2倍。
“捕食者”仅能携带侦察仪器和两枚地狱火反坦克导弹,“收割者”可携带两枚250公斤的精确制导炸弹或14枚地狱火反坦克导弹,因此在某种意义上可说是全球第一款无人战机。满外挂的情况下,“死神”可持续飞行14个小时;而在执行侦察任务时,持续飞行时间可超过一昼夜。
“死神”于2007年首先派往阿富汗进行作战部署,接着于2008年派往伊拉克,它的作战行动完全由1万1千公里外的内华达州地面控制站负责,由一位飞行员和一位传感器控制人员组成的两人小组负责无人飞行器的操控和图像显示;驻内华达州克里克空军基地(Creech AFB)的一个类似小组,则负责飞经伊拉克领空的长途飞行控制。控制人员通过卫星传递信号给无人机的导航和作战系统,可随时对目标发动攻击,并同时与驻伊拉克的无人机部队进行实时卫星图像联络。
在距离战场万里之外的两人小组控制着无人机进行作战,颇有玩电子游戏的感觉
无人战机研制
无人机用于军事用途并不是什么新鲜事,事实上,只要能把人带上天空的用具,不论是风筝、气球、或飞机,不管最初的发明动机为何,最后一定会投入战场进行观测及作战,而现今战斗机的高度自动化,更是无人战机兴起的缘由。
以F-117为例,理论上从起飞到落地,除了武器投放外,整个任务都不需人员介入。这是因为典型的现代化战斗机已与任务规划系统紧密结合,起飞前由计算机工作站设置飞机的外挂构型,预先规划三维空间的飞行航线,以避开已知的敌方威胁,并利用地形掩蔽自己的行踪。这些资料通过记忆卡输入战斗机的任务计算机(Mission Computer)后,计算机会自动与火控系统、导航系统、飞行管理系统相连,让整个飞行任务几乎是全自动化进行,飞行员在任务中所担任的角色,变成单纯的火力管制员或是系统监督人员,在这种情况下,为了安全与成本上的考虑,把战斗机上的飞行员迁移到地面,通过数据链控制战斗机自是顺理成章之事。
加装武器系统的无人机可说是无人战机的雏型,但无人战机不仅是一架通过屏幕及数据链遥控的飞行器,更是架全自动、可适应特定作战环境、真正的多任务、多用途战斗航空器。在这个新领域中,信息科技居关键地位,比气动设计及作战能力更重要,而各国政府及业界之所以会积极投入,并非一时的热情,传统战斗机在战场上遭遇到的困境自然促进了无人战机的发展。
无人战机会广受欢迎,简单来说,就是因为“无人”的关系。无人战机最大的优点是不需飞行员,可节省昂贵的飞行员成本,还可省去座舱及对应的维生系统,以缩小飞行器尺寸、减轻重量,并能提供更理想的气动外形、更佳的隐身性能,更可省下每年为维持和提高飞行员技术所花费的大量训练费用,还可随意出动执行高风险任务,无需担心飞行员伤亡或被俘。
美国于2007年5月1日建制的MQ-9“死神”无人攻击机联队
无人战机还有其它的优点︰续航力强、经济实用、训练维修成本低…等。美国国防部于2003年发布的无人机路线图(UAV Roadmap)中,对无人战机的设计寿命需求为4,000飞行小时,仅是有人战斗机8,000飞行小时的一半,但是无人战机的全部使用寿命中,高达95%可用来执行战斗任务,而有人战斗机却仅有5%而已,因此无人战机的成本效益比有人战斗机强太多了。
另外随着战斗机性能的迅速发展,目前限制战斗机机动性的最大因素就是飞行员,由于无人战机不需考虑飞行员的生理限制,将能实现所谓的超级机动性;也因为没有飞行员,无人战机可以采用模块化设计,针对不同的任务使用不同的任务组件,因此结构相对简单,维修方便,费用也低廉。
无人战机结构简单,但无人战机系统就相当复杂,系统组成至少包括︰无人战机、传感器、数据链、控制站、任务规划系统、飞行控制系统、自我防护系统、自动起降系统、武器管理系统…等。遥控站可以设在地面,也可以设在飞机和海面舰船上,控制人员通过数据链对无人机进行追踪、定位、数据传输、以及下达各种作战命令。这样复杂的系统必须人机合一,各种设备分工合作并相互配合才能圆满完成无人飞行器的起飞、空中飞行、执行任务和降落。
目前各主要国家都在进行无人战机的研制,其中美国的发展领先全球,相形之下其它国家的无人战机发展就显得较落后,有的甚至只是被冠以“无人战机”的称号,实质上根本未具备全自动化无人机应有的高科技层次。
英国“雷神”
英国航宇系统(BAE Systems)在2006年12月与英国国防部签订一纸1亿2,400万英镑的合约,在战略无人机(Strategic Unmanned Air Vehicle)项目下,发展一称为“雷神”(Taranis)的无人战机技术演示机。
“雷神”重约8,000公斤,大小与鹰式(Hawk)教练机相仿,使用相同的罗罗(Rolls-Royce)ADOUR951发动机,推力3,000公斤。在英国航宇系统带领下,此项目的其他工作伙伴还包括英国的QinetQ公司和通用电气航空(GE Aviation);英国航宇系统负责整合,QinetQ负责人工智能软件、通讯系统、飞行安全系统;通用电气航空负责电子系统。
“雷神”机体于2007年开始动工,2008年初进行组装,2009年底进行地面测试。“雷神”有二个机内弹舱。
2014年2月5日,“雷神”在澳大利亚南部的乌梅拉(Woomera)测试场进行了首飞,试飞项目预定为半年。“雷神”有两个机内弹舱,但试飞时不会抛投实弹,仅进行挂载及抛投的模拟测试。英国航宇系统认为未来由“雷神”衍生的生产型无人战机,应该不会让国防部失望。
欧洲“神经元”
法国达索航空公司(Dassault Aviation)目前正带领一欧洲6国合作的“神经元”(Neuron)无人战机项目,总经费四亿欧元,2005年6月13日在第46届巴黎航展上正式展出全尺寸模型。达索在2000年启动小尺寸的“小猫头鹰”(Petit Duc)项目,2004年转为隐身无人战机技术演示机,原本项目打算就此告终,但后来变为将双发动机改为单发动机、机型缩小、并纳入外国航天企业的泛欧洲项目,项目的目的在于:“展示欧洲有能力制造及操控由地面控制站遥控的无人飞行飞行器,并能抛投携带的制导炸弹;最终目的不在于制造这种具备战斗能力的航空器,而是来研究不需飞行员之后,人员及空中战斗系统的作战部署。”
项目合作伙伴包括︰瑞典的萨博(SAAB)、意大利的阿莱尼亚航天(Alenia Aeronautia)、欧洲航天防务公司(EADS)西班牙卡萨(CASA)、瑞士的瑞格航天(RUAG Aerospace)、希腊航天工业(Hellenic Aerospace Industry)。达索为主合约商,负责全机整合、飞控系统、最终组装、试飞项目;萨博负责机体设计、机身制造、航电;阿莱尼亚航天负责弹舱、武器、传感器;卡萨厂负责机翼制造、地面控制站;瑞格航天负责武器装挂、风洞吹试;希腊航天负责后机身及尾喷管制造。另外法国的泰雷斯航电(Thales Avionics SA)提供通讯数据链。
“阵风”战斗机管制制导“神经元”无人战机,在未来的战场上并肩作战
“神经元”长10米,翼展12.5米,大小几乎和目前各国的喷气教练机相仿,采用与“雷神”相同的罗罗ADOUR951发动机,标准起飞重量约5,000公斤,最大起飞重量6,000公斤。萨博公司于2009年夏天开始进行主结构装配。
“神经元”搭载有雷达与红外传感器,并能加装各式侦察设备,还能携带制导炸弹与包括反雷达导弹在内的各式精密制导武器。为减少雷达回波,各种挂载皆收纳于机体下方的两座密闭弹舱内,最大载弹量约为1,000公斤,“神经元”可在起飞前输入程序,由机体自动进行飞行任务,不过在执行攻击任务时,则会以地面控制台或空中的指挥机担任管制引导,后者目前暂定由阵风战斗机或JAS-39鹰狮(Gripen)双座型战斗机改装,一架指挥机能对一个编队的无人战机进行管制,并下达攻击指令。
2012年12月1日“神经元”验证机在法国南部达索公司的试飞基地首飞成功,在空中飞行了约25分钟,全程由法国国防部武器装备总局的试飞员在地面站进行监控。“神经元”首飞后在法国继续试飞两年,2014年将转至瑞典进行一系列性能测试,随后还会前往意大利的投弹靶场,重点测试投射弹药和隐形技术。
虽然“神经元”可挂载武器,滞空时间也有12小时之久,但它仍只是技术演示机,大小约为生产型的四分之三大小。若神经元试飞非常成功,就表示欧洲不但在无人战机工业具备新能量,在隐身及飞行器自动化方面也有长足的进步,未来生产型“神经元”无人战机很可能依循欧洲战斗机(Eurofighter)的研制模式,由欧洲多国共同合作,不但是美制无人战机的强劲对手,也可能吸引英、德二国的加入参与研制。
德国“梭鱼”
德国第一架、也是唯一的“梭鱼” (Barracuda)原型机于2006年9月失事坠毁于西班牙海岸边后,德国的无人战机项目因而沉寂了2年,直到2008年才又再次重新启动,第二架“梭鱼”原型机于2009年7月在加拿大天鹅湾(Goose Bay)完成首飞。
“梭鱼”为全自动化飞行,预先设定飞行航线中各航点(waypoint)的高度,地面控制站人员仅需按下起飞按钮,接下来仅需观看监视屏幕即可。在某些必要情况下,如︰需近距离观察目标时,控制站人员也能对“梭鱼”下达命令,否则一切由“梭鱼”自行决定,譬如若它在起飞前发现次系统功能失效,可自行放弃起飞。
“梭鱼”长8.25米,翼展7.22米,最大起飞重量3,250公斤,安装一具普惠(Pratt & Whitney)加拿大分公司的JT15D-5C涡轮扇发动机,推力1,450公斤。机身及机翼结构均使用碳纤维复合材料,除起落架收放及前轮转向使用液压致动器外,其它系统均采用电机致动器,因此基本上是一个电驱动系统。另外该机采用三裕度飞控和导航系统,航电系统为开放式模块化结构,要将各种传感器整合到飞机里相当简易。
德国同时也在寻觅合作伙伴,想依据“梭鱼”的研制经验,启动一“先进无人飞行器”(Advanced UAV)项目,此项目将采模块化设计,以通用型的机体和核心组件发展一系列的侦察型无人机,进而研制长滞空及高速的衍生机型。不过“先进无人机”与“梭鱼”有所不同,它未采用隐身设计,且机翼较短,显然无意深入战区的上空。
俄罗斯“鳐鱼”
在2007年莫斯科航天展(MAKS Air Show)中,俄罗斯米格公司的“鳐鱼”(Skat)无人战机首次出现于世人的眼前,显示俄罗斯对无人战机也是兴趣有加。米格公司凭借着以往冷战时期有人战斗机及导弹的研制经验,于2005年开始无人战机的概念发展,合作伙伴包括负责RD-93发动机的科里莫夫公司(Klimov)、负责任务航电的伊尔库特公司(Irkut)、负责复合材料结构的科艺尔公司(Khius LLC)、以及一些国营研究机构。
2007年莫斯科航天中,俄罗斯米格公司参展的“鳐鱼”无人战机模型
“鳐鱼”起飞重量10,000公斤、长10.25米、翼展11.5米、高2.7米,外型与美国的X-47B无人战机很雷同︰翼身融合(Blended Wing Body)、无尾翼、三角形翼面、机背中央进气道,由前方正视机体时,可看到大且分叉的进气道完全遮蔽发动机,机背上还有足够的空间安置驾驶舱。据说米格公司接下来就是要研制一架有人驾驶的原型机。官方说法是因为在管制空域内试飞必需要有飞行员;不过俄罗斯幅员广大,未管制的空域唾手可得,因此真正的原因应该是米格公司的自动化人工智能飞控系统尚未成熟,得有飞行员做必要的后备保险。
带座舱的设计有点无厘头了
“鳐鱼”主要用于对付未来敌人高科技的防空系统,安装一具RD-5000B发动机,推力5,000公斤,海平面最大飞行时速800公里,最大航程4,000公里,最高升限11,887米。内部有两个弹舱,舱门前、后缘呈锯齿状,可抑制雷达波反射,每舱可装一枚反辐射/反舰导弹或一枚制导炸弹(250公斤或500公斤),机上总载荷可达2,000公斤。展示会上Kh-31雷达制导空对地导弹及KAB-500KR电视制导炸弹均放在“鳐鱼”前面一起展示,但是Kh-31的尺寸比弹舱长30厘米,因此颇令人费解。
虽然“鳐鱼”露面至今已经很久,但米格公司仍然不愿透露首飞日期,合理的推测是在这几年内。
美国X-47B
在美国国防部联合无人空中战斗系统(Joint Unmanned Combat Aircraft System,J-UCAS)项目下,诺斯诺普-格鲁曼(Northrop Grumman)X-47A飞马座(Pegasus)击败波音X-45A/B后,衍生而来X-47B海军空中无人战斗系统演示机(Unmanned Combat AircraftSystem – Demonstration)。联合无人空中战斗系统原本是想为美国海、空军提供一种通用型无人战机,但后来美国空军退出,由美国海军继续提供经费支持,总金额6亿3千5百万美元。
X-47B是高亚音速、隐身、长滞空情报搜集及攻击型技术演示机,企图将无人机与航母上的例行任务相结合,一并解决无尾翼飞行器在航母上自动降落的棘手难题,为未来美国海军航母上的战斗型无人飞行飞行器奠定科技基础。
X-47B为飞翼(flying wing)设计,无尾翼,不规则的三角形机翼,外型很像小一号的B-2轰炸机,尺寸与F/A-18大小相仿,全长11.6米,翼展18.9米,高3.7米,起飞总重约20,000公斤,作战半径2,800公里,可飞抵1,800公里外的目标,并在上空盘旋2小时。机内有2个弹舱,可携带2,000公斤的载荷,目前的发展项目中未包括抛投炸弹,但诺格已与美国海军讨论是否携带110公斤级的小直径炸弹(Small Diameter Bomb),一次可携带12枚,据说美国海军陆战队对可以减轻附带损伤(collateral damage)的微型炸弹(microbomb)也很有兴趣。虽然X-47B的设计重点不在空战,但弹舱也可摆好几枚AIM-120先进中程空对空导弹(Advanced Medium Range Air-to-Air Missile,AMRAAM)。
X-47B的隐身性能甚佳,即使面对现役或发展中的防空导弹,也有相当的存活能力,不过美国海军正考虑根据战区的威胁情况,采用模块化且隐身程度各异的设计。例如在伊拉克或阿富汗战场上,就没必要花大钱来拥有类似B-2等级的隐身,因此未来美国海军的空中无人战斗系统,很可能会根据威胁的严重性及经费情况,具备程度各异的隐身性能。
由于超音速掠海飞行导弹的威胁,美国海军及诺格都了解到未来的战斗中,航母战斗群会被迫离岸越来越远,无人战机若要保持在战区上空盘旋,就得有多架轮流或由一架可空中加油的长滞空无人战机担纲。现在的战争得受限于战斗机的滞空时间及飞行员的体力,而未来的X-47B大约只需2小时就能完成加油挂弹重新回到战场;若经过空中加油,滞空时间将可超过50小时,足以飞到远方并24小时以上盘旋于目标上空。美国海军一份2007年出版的研究报告中,透露了X-47B未来可能的任务场景︰由夏威夷海域的航母起飞,经过2次空中加油后,以10小时的时间飞抵台湾海峡上空执行情报搜集、监视、侦察任务,再经过2次空中加油飞回航母,总滞空时间长达25小时。
为了达到美国海军此种作战需求,X-47B必需具备自主空中加油(Autonomous Aerial Refueling)的能力,能由美国海、空军的加油机上补充燃油。这也列在X-47B的试飞科目中,届时会由一架F/A-18E/F安装完整的自主空中加油系统当做加油机,一架X-47B充当受油机,二机进行伙伴(buddy-buddy)空中加油试飞。
X-47B经空中加油后,将可长时间滞空,随时准备对目标发动第一时间攻击
第一架X-47B原型机(AV-1)于2008年12月16日出厂,并于2009年6月到7月间,在爱德华空军基地完成一系列的结构静力及动态试验,验证结构完整性和飞行控制面的结构强度,接着是发动机试验和地面滑行试验。2011年2月4日X-47B在加州沙漠地带的爱德华兹空军基地首飞成功,开始了为期一年的飞行包线(Flight Envelop)扩展试飞,2012年6月前往帕塔克森河海军航空站(Patuxent River NAS)试飞,11月开始地面模拟航母起降试飞,接着在赫斯特湖(Lakehurst)海军航空工程站(Naval Air Engineering Station)做弹射器验证试验。
诺格公司在诺福克海军基地(Norfolk NS)进行舰上操作,评估上舰前须完成的准备工作。为完成试飞艰巨的挑战,诺格利用有人飞机执行多次的模拟飞行,并在地面试验机及F/A-18、利尔喷气客机(Lear Jet)、BN2岛民(Islander)双螺旋桨运输机、空中国王(King Air)私人客机这四型不同的替代机上进行软件测试。在最后的一次测试中,一架F/A-18以X-47B的软件进行航母上的自动起降,以验证软件功能。这架飞机按照有人机的程序飞近航母,但由于X-47B是无人驾驶,因此舰上控制人员发出的大量数据来控制飞机,飞机上的软件确认、编译并向控制人员和任务操作员发送信号,以回应数字指控信息。
之后就是在美国东海岸附近的布什号航母上进行起降测试。刚开始测试时,X-47B先在距离航母400米外进行进场飞行操练,待有充分信心后开始进行着舰测试。2013年5月14日和17日,X-47B在布什号航母上完成弹射起飞和着舰复飞试验,测试期间通过人工遥控引导进离场程序。诺格公司验证了X-47B在航母多次起降的指挥及控制功能,并验证舰上具备适当的后勤支持及维修能力。
2013年5月14日和17日,X-47B在布什号航母上完成弹射起飞和着舰复飞试验
其实航母战斗机早已有协助飞行员自动起降的功能,所以项目最困难的部分不在自动起降,而是如何在拥挤、吵杂、危险的航母甲板上作业,传统战斗机依赖甲板上工作人员的手势指挥,这对自动化无人战机完全行不通。诺格公司因此与美国海军持续讨论此问题,但至今还找不到解决方法,正显示出此项目的困难所在。
X-47B最困难的部分不是自动起降,而是如何在拥挤、吵杂、危险的航母甲板上作业
诺格公司在诺福克海军基地(Norfolk NS)进行舰上操作,评估上舰前须完成的准备工作。为完成试飞艰巨的挑战,诺格利用有人飞机执行多次的模拟飞行,并在地面试验机及F/A-18、利尔喷气客机(Lear Jet)、BN2岛民(Islander)双螺旋桨运输机、空中国王(King Air)私人客机这四型不同的替代机上进行软件测试。在最后的一次测试中,一架F/A-18以X-47B的软件进行航母上的自动起降,以验证软件功能。这架飞机按照有人机的程序飞近航母,但由于X-47B是无人驾驶,因此舰上控制人员发出的大量数据来控制飞机,飞机上的软件确认、编译并向控制人员和任务操作员发送信号,以回应数字指控信息。
之后就是在美国东海岸附近的布什号航母上进行起降测试。刚开始测试时,X-47B先在距离航母400米外进行进场飞行操练,待有充分信心后开始进行着舰测试。2013年5月14日和17日,X-47B在布什号航母上完成弹射起飞和着舰复飞试验,测试期间通过人工遥控引导进离场程序。诺格公司验证了X-47B在航母多次起降的指挥及控制功能,并验证舰上具备适当的后勤支持及维修能力。
2013年5月14日和17日,X-47B在布什号航母上完成弹射起飞和着舰复飞试验
其实航母战斗机早已有协助飞行员自动起降的功能,所以项目最困难的部分不在自动起降,而是如何在拥挤、吵杂、危险的航母甲板上作业,传统战斗机依赖甲板上工作人员的手势指挥,这对自动化无人战机完全行不通。诺格公司因此与美国海军持续讨论此问题,但至今还找不到解决方法,正显示出此项目的困难所在。
X-47B最困难的部分不是自动起降,而是如何在拥挤、吵杂、危险的航母甲板上作业
秘密项目
除了上述这些已公开的项目外,还有一些秘密进行的少数项目,有些观察家怀疑美军已经依循F-117的模式,秘密部署了无人战斗机,英国简氏防务周刊(Jane's DefenceWeekly)于2009年4月15日的报导中,信誓旦旦地指出美国已在阿富汗部署二型“前所未见”的无人机,目击者指出一型是后掠翼、双外张式尾翼、机背隐身进气口、隐身构型的无人战机,整体外形很类似波音公司研制的X-45A;另外一些目击者指称看到大飞翼(Flying-Wing)构型的无人飞行载具,外形很类似洛马公司 (Lockheed Martin)的“臭鼬”(Polecat)。美国航空周刊(Aviation week and Space Technology)则在2009年12月14日的报导中,证实美国空军在阿富汗秘密部署了洛马RQ-170哨兵(Sentinel)无人飞行器,文中并透露美国空军正在研制一型可支持前方战斗部队的隐身无人飞行载具,可见美国空军会退出联合无人空中战斗系统,并不是对无人战机兴趣缺缺,而是想把经费挪移到这些极机密的项目。但是2011年12月4日,伊朗宣布在其境内缴获了一架正在执行任务的RQ-170。12月8日伊朗电视台公开展示了在其境内缴获的美军RQ-170无人机。从画面上看该机外观没有明显外伤。美国方面则强调,该机并未入侵伊朗领空,而是在阿富汗西部执行侦察任务时因“故障”失控,飞入伊朗境内后坠落。12月14日,伊朗公开俘虏RQ-170侦查机的方法:伊朗使用GPS干扰技术 使RQ-170错误判断坐标并降落伊朗国土。这起事件使RQ-170被曝光。
美国航空周刊2009年底证实,美国空军在阿富汗秘密部署RQ-170无人机
结语
上一个世纪,有人驾驶的战斗机主宰战场,扮演空中打击的重要角色。二十一世纪以来,尽管各国仍持续研发新式的有人驾驶战斗机,但也致力无人机的发展,无人飞行器已成为本世纪航空科技的经典代表。目前,各主要国家纷纷投入无人航空器的研发,并有显著成果,相关无人机也在重要的作战行动中大放异彩,让世人见识到无人机的实用性。不过,发展只能用于战场监侦的无人飞行器不稀奇,无人战机才是众所瞩目的焦点。
未来执行战斗任务的无人战机,将会引起空中作战的组织编制、作战原则、战术思想乃至装备采购策略等方面的变革,不过在不久的将来,无人战机会先避开一些任务,如︰近距空中支援(Close Air Support),以及靠近己方部队的对地攻击。原因很简单,由“持久自由”(Enduring Freedom)和“伊拉克自由”(Iraqi Freedom)战役的经验,战斗机误击平民及己方部队一直是无法解决的问题,而美国利用无人机攻击阿富汗和巴基思坦西北部基地(Al-Qaeda)组织和塔利班(Taliban)目标,经常造成平民死亡,在当地引发强烈批评,联合国也表示这很可能已违反国际人道和国际人权的法律,情况相当难收拾。因此在美国目前的规划中,无人战机得远离己方部队,只负责对战场最前方的敌军发动空防压制(SEAD)及电子攻击(Electronic Attack)的任务。
现今进行中的无人战机项目,都处于关键阶段试飞。虽然对无人战机而言,目前还只是萌芽阶段,但它未来有潜力成为战斗力强大的隐身武器系统,穿透最严密的防空网,直攻目标的心脏区,再加上空中加油后的长滞空时间,以及几乎是为它量身打造的制导武器,势必成为战场上最强悍的武器。专家预估2020-2025年后的空战模式,将是在空中预警指挥机的总体指挥下,有人驾驶的第4代或5代战斗机指挥若干架前伸到几十甚至上百公里外的无人战机进行空战。未来的空中力量将构成延绵几百公里的预警指挥机、有人战机、无人战机、远程空对空导弹的空中打击纵深,更遥远的未来或许将取消有人战斗机这一环节,进入全面无人化空战的时代。
(来源:空军之翼,作者:魏楞杰)
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