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美军ISR无人机系统现状综述及其发展趋势
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作者：海小鹰
美国是世界上最早研制并使用ISR(Intelligence, Surveillance & Reconnaissance)无人机系统(Unmanned Aircraft Systems，UAS)的国家，现有无人机已形成覆盖高、中、低空，远、中、近程，大、中、小型，战略、战术，攻击、对抗等多层面、多种类的无人机装备技术体系，拥有超过200个型号的军用无人机，其研发和采购经费超过了世界无人机领域经费总支出的三分之二。分析美军ISR无人机系统的装备应用现状、未来装备采购和配置使用趋势，能有效探究美军无人机的发展方向和作战模式，能够为我国在无人机领域快速追赶并超越美国提供良好的思路。基于此，本文根据无人机最大起飞重量、高度和速度等基本特征，首先对美军ISR无人机系统进行了分类，然后研究了各类无人机在美国陆军、空军、海军、海军陆战队、特种作战部队等的装备应用现状，并在此基础上总结归纳了美军未来ISR无人机系统的发展趋势，以期为我国ISR无人机系统的装备发展和配置使用提供一定的借鉴意义。
联合无人机系统(The Joint Unmanned Aircraft System，JUAS)卓越中心和美军特种作战司令部(U.S. Special Operations Command，USSOCOM)根据重量、高度和速度等特征对美军ISR无人机进行了分类，如表1所示。
表1 美军无人机分类标准
注：表中高度数据均由英制单位转换得到，原英制数据划分边界均为整数；重量数据中20磅合9.071千克，55磅约合25千克，1320磅约合599kg
如果UAS在多个分类中具有特征，则将其归类为发现特征的最大分类的成员。例如，如果UAS在组1中有两个特征，在组2中有一个特征，则将其分类为组2。
（1）微型无人机。第一组无人机通常是单兵手持或者手抛进行发射，用于支持单兵的ISR任务。通过人工控制或预先设定的飞行路线，它们利用机载传感器和通信设备收集目标区域的图像并将其传输给操作员或地面控制站。微型无人机的优点是重量轻，携带方便，具有模块化的传感器有效载荷和较小的保障资源。同时该组无人机的限制是，它们需要在低海拔操作人员的视线内进行操作，并且续航能力有限。
（2）小型无人机。第二组无人机通常由弹射器发射，以支持旅级或更低单位的ISR任务。他们通常不需要改进跑道。组2无人机的优势包括比组1无人机更大的动力、耐力和有效载荷能力。与第一组UAS相比，缺点包括航程和耐久性有限，物流占用空间较大。
（3）中型无人机。第三组无人机在中等高度飞行，通常具有中等到远程飞行和耐力。它们通常在未改进的地区作业，可能不需要改进跑道。其优势包括传感器的广泛选择，以及携带武器的能力。组3无人机的后勤需求占用比组1或组2大，组3无人机通常需要地面支持设备。
（4）大型无人机。4组无人机是相对较大的系统，在中高海拔运行，具有更大的射程和耐久性。它们通常需要改进发射和恢复的区域（跑道），它们的后勤需求近似于同等尺寸的有人飞机。
（5）超大型无人机。该组UAS是最大的系统，在中高海拔环境下工作，通常具有最大的航程（耐力）和空速。它们执行特殊任务，包括广泛的区域监视和目标跟踪，并能携带多种传感器有效载荷、武器和物资。第5组无人飞行系统有严格的空域要求，需要改进发射和回收区域，后勤需求与同等尺寸的有人飞机接近。
截至2014年1月，美国军方使用的无人机总数约为1万架，其中绝大多数是小型无人机，包括7362架“渡鸦”（Ravens）、990架“黄蜂”（Wasp）、1137架“美洲狮”（Puma）、306架“狼蛛鹰”（T-Hawks） (如图1)。
图1 美国军用无人机谱系图及其分类
为了满足美国军方的各种需求、任务和行动，目前有20多个无人机平台在服役，包括目前正在开发和测试新的平台。
1、美国陆军无人机装备
陆军使用无人机执行联合ISR任务和侦察、监视和目标获取(reconnaissance, surveillance, and target acquisition，RSTA)任务。陆军作战需要持续的监视和侦察，以提供态势感知和对迫在眉睫威胁的及时预警，无人机理所当然成为理想工具。截至2013年9月，美国陆军拥有超过6200架无人机(占美国陆军飞机总数的55%)，主要属于1组无人机类别的渡鸦Ravens(图2)、黄蜂Wasps、美洲豹Pumas和狼蛛鹰T-Hawks，该类无人机常常为独立的、可携带的UAS，具有远程操作功能，用于支持作战营级及以下的作战和其他作战支持单位。截至目前，这一数字预计将增长到大约10,000架无人机，占美国陆军总航空资产的75%以上。
图2 Raven便携式无人机
2017年1月，陆军发出信息请求(Request for Information，RFI)，要求工业界和学术界提交与可作为单兵传感器(Soldier-Borne Sensors，SBS)的超小型（纳米）便携式无人驾驶飞行器相关的信息，用于收集ISR数据，希望纳米无人机可由小型手持或士兵佩戴的形式使用，在士兵进入建筑物之前使用纳米无人机探测建筑物内部，如图3所示。通过这个SBS项目，陆军目前正在评估这类应用的各种解决方案。要求包括150克(约5盎司)的重量，15分钟的飞行时间，以及15节的抗风能力。
图3 美国陆军微型无人机作战示意图
为进一步加强美陆军ISR无人机系统的能力，美国的FLIR公司收购了原本为美军提供PD-100微型无人直升机的挪威Prox Dynamics公司，并在2018年12月份的欧洲防务展上推出了最新的“黑黄蜂3”（Black Hornet 3）（图4）及其配套组件，可供单兵便携和车载侦察，其飞行平台重量约33克，具备红外和可见光侦察能力，是目前世界上最轻最小的无人直升机。
图4 Black Hornet 3微型无人直升机
2、美国空军无人机装备
与陆军偏爱小型无人机不同，空军倾向于使用更大、持续时间更长、高度更高的无人机，其目标是在更广泛的地理范围内收集大量数据，并在更长的时间内跟踪特定目标。美国空军的第一架广泛使用的无人机MQ-1“掠夺者” (Predator)，是为了满足高质量ISR数据的需求而部署的。随着技术的进步，空军已经转向MQ-9“收割者”（Reaper）(图5)，一种更先进的“捕食者”， 比MQ-1“捕食者”更大、装备更重，具有更长的续航能力和更好的传感器，用于执行火力打击和IRS任务。
图5 MQ-9“收割者”
根据美国国会预算办公室(Congressional Budget Office)的数据，美国空军在2017年部署了75个无人机中队，包括110架MQ-1“捕食者”(predator)、36架RQ-4“全球鹰”(Global Hawks)和279架MQ-9“收割者”。随着MQ-1捕食者的逐步退役，预计2021年美国空军无人机中队的数量将从75个减少到30个。除了这些飞机，美国空军已承认还装备着其他类型的无人机平台，如隐形无人机RQ-170哨兵(RQ-170 Sentinel)，其数量和特点仍属机密。
美国海军和海军陆战队无人机装备
美国海军目前装备小型舰载战术无人机以执行侦察监视和武器运输，主要包括波音的“扫描鹰”（ScanEagle）和RQ-21A “黑杰克”（Blackjack），这两种舰载无人机都采用舰船弹射轨道起飞和天钩技术予以回收。
美国海军还装备着诺斯罗普·格鲁曼公司的超大型、远程、长航时MQ-4C海神（Triton）无人机(图6)，用以在广阔的海洋和沿海地区执行实时ISR任务。2017年12月，美国海军订购了第七、第八和第九架Tritons，计划最终部署68架这种飞机。这些计划表明，美国海军计划将Triton作为其遂行全球水面舰艇和潜艇监视任务的关键性力量。
图6 MQ-4C Triton无人机
美国海军和海军陆战队通过专项计划，搭建并装备了包含RQ-11B Raven、RQ-12A Wasp和RQ-20A Puma等(图7)小型手持式无人机的小单元远程侦察系统(Small Unit Remote Scouting System，SURSS)无人机组合。此外还装备了非专项计划的一组无人机组合，包括具有垂直起降功能的Sky Ranger，Instant Eye和PD-100黑黄蜂等微型人机。
图7 RQ-20A Puma无人机
预计未来几年，美国海军和海军陆战队将越来越多地将其飞机资产转向可选载人和无人飞机，这将导致海军和海军飞机数量从2013年的3700架增加到2035年的4800架，其中包括多达2500架UAS。此外，国防部可能正在评估其他非专项计划的无人机平台和成熟的商用（commercial off-the-shelf，COTS）无人机平台。表2为美国军方目前已经部署或者正在测试的部分非专项计划无人机平台和成熟商用无人机平台。
表2 美国军方正在部署或测试的部分无人机平台
随着ISR无人机技术的不断发展和美军大量装备和使用ISR无人机系统，现代战争的模式已经受到了极大的冲击，在可预见的未来中，美军ISR无人机系统会朝向以下趋势发展：
1、促进作战装备体系革新
无人作战飞机的优良性能，不仅使其能单独遂行侦察和作战任务，还可与有人驾驶飞机并肩作战。因此，无人作战飞机不仅将在一定程度上改变空军的作战模式，还必将导致联合作战装备体系的变化。
无人平台将与有人作战系统混编，形成“无人+有人”的作战模式，极大丰富装备体系的构成，减少有人平台的装备数量。例如，目前一艘“尼米兹”级航母可搭载的舰载机联队由48架F-18战斗机组成，而一艘“福特”级航母的舰载机中将包括4~12架无人作战飞机，有人舰载机数量将随之削减。
2、作战任务更加多样
未来无人机将在以下这三个特定领域：枯燥任务领域、恶劣环境任务领域和危险任务领域（The dull, the dirty and the dangerous）发挥巨大的作用。在遂行枯燥任务方面，无人作战飞机可不受飞行员生理极限的限制，能将美国飞行器的滞空时间从10小时提升至数天乃至数周，如“全球鹰”无人机最大续航时间为40h、“鬼眼”可携带约910千克任务载荷持续留空7天、“全球观测者-2”可在载荷超过450千克的情况下续航超过7天、“西风”持续飞行时间理论上可达数月。在遂行恶劣环境任务方面，无人机具有得天独厚的优势。如超高空飞行，“西风”可飞到18000米的高空，大大超越了普通飞机的飞行高度；如极端温度条件，“西风”能在极端温度条件下执行任务，从美国亚利桑那州索诺兰沙漠地表的45度高温到18千米高空的零下70度低温，该机都能顽强客服。在遂行危险任务方面，无人机无需装备生命保障系统，因此其尺寸、过载以及飞行高度等可依据任务来设计以提升隐蔽性、灵活性以及机动性，可在地面、车辆、空中以及舰船等各种载体上隐蔽发射和回收，还可通过隐身技术以及微型化执行隐蔽性极高的任务。
3、全维侦察打击
现代战争是陆、海、空、天、电、信息的全维战争，无人机以其先进的机载昼夜侦察、监视器材和超低空的飞行高度、长航时滞空的优越性能以及没有人员死亡的担忧，可以全天候、全空域连续地对防空阵地和重要保卫目标进行侦察，弥补了依靠侦察卫星获取情报实时性差和间隔时间长的缺点，使得侦察结果没有空白区和死角。同时，无人机以其简便的起飞方式，机动的起飞地点，可以对战场的各个区域的目标实施打击，特别是对地空导弹部队的导弹阵地和雷达设施进行精确攻击，更是弥补了有人攻击机、巡航导弹等武器打击目标的死角。给地空导弹部队的伪装防护带来了更大的困难，地空导弹部队的生存能力受到更大威胁。
未来无人平台将利用卫星、陆基通信中继站，实现超视距的控制和数据传输，并利用自身体积小、速度快等优势，进入敌腹地，增加有人作战平台的探测和感知范围，为实施远程精确打击奠定基础。
4、突破防御体系的饱和攻击
无人机具有运输便利、发射快捷、航程远、航速快、造价低等优点，因此一旦战争爆发，在战场上敌方突然使用大量的此类无人机，地空导弹雷达就会面临蝗虫般的饱和、智能化的“自杀”式无人机攻击，由于地空导弹武器系统发射架上的导弹数量有限，再次安装导弹又需要数分钟时间，战机稍纵即逝，即使用地空导弹进行拦击也只能摧毁掉极少部分的敌无人机，对于饱和式攻击的无人机来说不能影响其攻击的效果。依据现已装备的新型地空导弹武器系统，导弹价格一般比攻击型无人机的价格还要高，采用地空导弹拦截无人机，其效费比将大大降低。
5、持续骚扰消耗性打击
依据无人机长航时以及低探测等特性，使用攻击、侦察以及诱饵等无人机，在敌方防御系统周边和上方进行长时间骚扰、佯动和打击，引诱敌方雷达开机以及防空武器开火，侦察敌防御装备布设和电磁参数，通过攻击无人机和诱饵飞机的交替使用和协同控制等战术方法，以及减小无人机尺寸、适当采取隐身措施等降低毁损概率，长时间从不同方向对目标区保持侦察、骚扰和攻击。该战术有以下3个优点：一是可获取敌方防空火力配系，二是使敌方一直处于高度紧张状态，三是大幅度提高防空成本和防御难度。该战术适用于防空武器后勤保障困难的海上编队以及交通困难的防御阵地，降低敌方重点防御能力。
6、高新技术碾压式打击
无人机的隐身性能更强，雷达散射面积更小，仅仅依靠地空导弹部队某一火力单位的搜索雷达很难探测到；同时无人机由于无需考虑飞行员身体极限，可以进行过载更大的高机动，然而地空导弹的可用过载一般不超过10g，当无人机进行机动时，飞行中的地空导弹会因其过载太大而有可能拦腰折断，也有可能导弹跟踪目标丢失，使地空导弹的杀伤概率大大降低。
研究美军ISR无人机的整体军事应用现状，根据美国无人机的尺寸、重量、载荷、航时、任务空间等对美军ISR无人机的分类标准和典型无人机进行研究；介绍了各类ISR无人机系统在美国陆军、空军、海军、海军陆战队和特种作战部队等装备应用现状，并梳理了美军目前已经装备的和即将装备的ISR无人机系统，并在此基础上总结归纳了美军未来ISR无人机系统的发展趋势，为我国ISR无人机系统的装备发展和配置使用提供了一定的借鉴意义，为我国ISR无人机系统在未来无人战争中的作战运用提供新思路。
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