国产战术无人机初现成果

日前,央视新闻报道了贵州航空工业集团计划转型成为中国最大军民用无人机产业基地的新闻。新闻画面中还出现了一款名为“鹞鹰2”的新型战术无人机,引起了广泛关注。随着美军“捕食者”系列无人机在阿富汗战争中的成功应用,无人机逐渐成为公众心目中的明星武器。那么“鹞鹰II”有什么设计特色?中国都有哪些性能出色的无人机?国产无人机性能与美军同类产品相比,水平如何?腾讯军事将为您作出分析。

2011-11-11 第 0004

美国反恐战争的明星武器,“捕食者”系列无人机

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“捕食者”是美国通用原子航空系统公司研制的中空战术长航时无人机系统,被美国国防部空中侦察局中空长航时无人机要求选中后,于1994年1月7日开始研制。首先进行的是先进概念技术验证合同,要求在30个月内生产10架无人机和三个地面站,7月首架无人机试飞。定型后的“捕食者”整个系统包括4架无人机、28人机组(6名无人机操作员、12名传感器操作/分析员和4名视频分发系统操作员以及6名维修人员)和一个地面站。

“捕食者”无人机采用大展弦比复合材料机翼,飞行油耗非常小,能够提供长达40小时的持续监视能力。

“捕食者”首次实现40小时超长时间战场监控

“捕食者”无人机采用大展弦比下单翼常规气动布局设计,机身结构主要采用碳纤维-环氧树脂/凯夫拉复合材料,尾翼采用倒置V形设计,尾翼上面的机身内若采用80马力的四冲程罗泰克斯912UL活塞发动机则为RQ-1K,若采用113马力的罗泰克斯914四缸四冲程涡轮增压发动机则为RQ-1L。

“捕食者”初始作战功能是战术侦察,据称能够提供长达40小时(也有60小时之说)的持续监视能力。其主要任务载荷是装载机头下放炮塔的光电/红外传感器,后来加装了诺斯罗普·格鲁门公司AN/ZPQ-1战术合成孔径雷达,分辨率达到3米,增强恶劣天候下的侦察能力。“捕食者”装备了UHF和VHF电台、C波段数据链来实现地面遥控和侦察信息的接收;在远距离上,则使用Ku波段卫星数据链来传输任务控制信息以及侦察图像信息。

本质上,“捕食者”是依靠对战场实时视频探测和传输来实现战术侦察的目的。“捕食者”在技术上的突破是,采用大展弦比机翼、高比例复合材料使用,首次实现了40小时的超长时间巡航;在机头安装了大尺寸碟形卫星通信天线,实现远距离大容量信息实时传输;这两点是以往的有人/无人侦察机所无法提供的。

MQ-1L“死神”在“捕食者”基础上改进了武器系统,可携带2枚“地狱火”反坦克导弹,打击时间敏感目标。

加装“地狱火”反坦克导弹,打击时间敏感目标

由于反恐作战需要长时间对一定区域进行监视,并且目标往往具有时间敏感性,出现时机无法预测而且打击时间窗口很小。“捕食者”在发现、跟踪和识别目标之后再将视频和数据发往其他作战飞机或者打击部队。由于整个流程链较长,往往只能“目送”目标走出打击时间窗口。

于是在监视并同时打击时间敏感目标的需求驱动下,美国开始为“捕食者”加装“地狱火”反坦克导弹。加装导弹的“捕食者”改型编号为MQ-1L“死神”。 “死神”在机翼中段增加了两个外挂点,并且加强了翼梁结构。为了适应新增加的武器系统,MQ-1L将原有的AN/AAS-44(V)热成像/激光指示器转塔改进为AN/AAS-52(V)“多频谱目标指示系统”,该系统增加了激光测距/指示器和用于半主动激光制导“地狱火”的激光照射器。2001年2月16日,“死神”发射了一枚“地狱火”导弹,命中了一个静止坦克靶标,实现了人类第一次无人机导弹攻击。

在2002年11月3日,“死神”在也门首都萨拉东部使用“地狱火”导弹当场就消灭了6名恐怖分子。2003年的新伊拉克战争中,“捕食者”和“死神”共出动93架次,获取了长达3200小时的高质量战场视频,而且执行了对地攻击任务和至少一次空空作战。显示出战术攻击无人机在持续监视并且打击时间敏感目标方面的突出优势。在美国近10年的反恐战争当中,“捕食者”、“死神”和“死神B”无人机出尽了风头。

“捕食者”系列无人机的地面控制站,两名操作人员一般分工为,一名负责监视飞机的各项飞行参数,另一名操纵武器系统攻击目标。
大航程、超长巡航时间、加上卫星通信数据链,使得“捕食者”可以长时间监控超远距离的目标。

山寨“捕食者”,国产“翼龙”无人机

珠海航展上的“翼龙”无人机模型,除尾翼改为上V型外,其它地方与“捕食者”非常相似。

中国未来反恐以及高强度局部战争也对于战术无人侦察/攻击机有着强大的需求牵引。一方面,解放军具备的强大火力打击手段需要利用战术侦察无人机带来的单向持续战场信息优势发挥实现更有效率更快速的火力投放;另外一方面,在反恐作战中需要战术侦查/攻击无人机对敏感目标时刻监视、立刻反应和快速打击。笔者通过对近年多届珠海航展、北京航展的观察,认为中国已经发展出技术成熟,性能达标的两型战术无人侦察/攻击机,分别是成飞的“翼龙”和贵航的“鹞鹰2”。

“翼龙”无人机设计与“捕食者”非常相似

“翼龙”无人机是一架中低空军民两用,长航时多用途无人机,总体设计与“捕食者”非常相似。“翼龙”于05年5月开始研制,07年10月完成首飞,08年10月完成性能/任务载荷飞行试验。“翼龙”无人机也采用常规气动布局,有利于长时间巡航的大展弦比中单翼,上V型尾翼,机身尾部装有一台100马力的活塞式发动机,采用前三点式起落架、具有收放和刹车功能,机体结构选用铝合金材料、机头卫星天线罩采用透波复合材料。

“翼龙”搭载有国产“蓝箭7”重型反坦克导弹,最大破甲穿深达1400毫米,与美制“地狱火”反坦克导弹相当。

该机有效载荷包括各种侦察、激光照射/测距和电子对抗设备,机翼能够挂载小型空地打击武器,可执行监视、侦查及对地攻击任务等任务。

可360°环视的光电吊舱与“捕食者”一样布置在机头下方,以获取最佳前向和环视视野,其中应该至少包括热像仪通道、白光CCD通道和激光测距/指示通道;“翼龙”翼下共两个挂点,主要机载武器为半主动激光制导空地战术导弹。

“翼龙”最大巡航时间20小时,仅为“捕食者”的一半

在成飞公布的“翼龙”无人机试飞和武器试验宣传视频来看,“翼龙”无人机的光电系统能够利用数字图像处理技术对操作员选定的固定或者活动目标进行稳定的跟踪。激光测距/指示器能够稳定地为导弹提供半主动激光制导所需要的持续照射,光斑直径较小,似乎在0.4米左右,导弹能够精确地命中照射点。

从“翼龙”总体设计来看,任务特性主要突出的是在地面站和卫星的支持下,获取战场高质量视频、侦查与监视以及精确对地打击,这一点非常类似MQ-1L“死神”的任务定位,两者的技术数据也非常接近。但是“翼龙”在机身制造上,结构主要采用的是铝合金,并没有像“捕食者”一样较多采用碳纤维-环氧树脂/凯夫拉复合材料。再加上国产发动机油耗性能的一贯差距,“翼龙”的最大巡航时间为20小时,比“捕食者”的40小时短了一半。当然,20小时的巡航时间也已经具备足够的战术弹性。

视频:“翼龙”无人机搭载“蓝箭”反坦克导弹打击靶标,视频内呈现了半主动激光制导导弹的打击过程。

“翼龙”的性能诸元

机长9.054米,翼展14米,机高2.774米;

最大飞行速度280公里小时,最大巡航时间20小时,最大飞行高度5000米;

最大起飞重量1100公斤,最大有效载荷200千克。

“捕食者”无人机性能诸元

机长约8米,翼展约14.8米,机高约1.8米;

巡航速度约130公里/小时,最大续航时间40小时,最大飞行高度8000米;

起飞重量约950千克,有效载荷204千克。

体现创新能力的“鹞鹰2”国产无人机

“鹞鹰1”无人机是贵航发展的军民两用高精度测绘无人机平台,就用一架普通的螺旋桨飞机改装。

“鹞鹰”无人机源于军民两用高精度测绘系统

“鹞鹰1”无人机起初其实是贵航发展的军民两用高精度测绘无人机平台。在战术打击需求牵引下,贵航将战场测绘、高质量战场视频获取、对地精确打击等任务特性结合起来,发展出了“鹞鹰2”战术侦察/攻击无人机。

“鹞鹰2”无人机采用了类似“翼龙”的总体设计,但是又有很多关键的不同。“鹞鹰2”同样采用常规气动布局,上V型垂尾,机头卫星天线罩,但是卫星天线罩体积较小,机身下面设计了明显的合成孔径雷达舱,机头下方并未设计光电转塔,而是一个具有良好向下视野的光学舱口。

“鹞鹰2”战术侦察/攻击无人机起初源于我国“863计划”地球观测与导航技术领域“无人机遥感载荷综合验证系统”重点项目。该项目攻克了无人机实现双装载遥感飞行的技术难题,在国内第一次成功实现了高精度、多载荷、同平台遥感成像,获取了有重要科研价值的数据。“鹞鹰2”无人机于近期完成了高精度全极化合成孔径雷达和高光谱光学载荷双装载试验飞行。

“鹞鹰2”采用了全新设计的无人机平台,其最大特色是挂载了一个较大型的合成孔径雷达。

“鹞鹰2”挂载有一部尺寸较大的高精度合成孔径雷达

“鹞鹰2”将合成孔径雷达与光电传感器相结合进行战场测绘具有很强的性能优势。合成孔径雷达虽然搜索范围广,但是成像分辨率没有光学传感器高,而且无法获取实时视频,只能逐帧生成战场成像。光学传感器虽然成像分辨率高,而且能实时生成高质量视频,但是只能“绘”而不能“测”,无法提供图像中每个点的三维坐标数据,只能依赖激光测距器测量目标斜距。没有测量数据的图像,就像是“谷歌地球”的卫星照片一样,只能看但是无法为第三者提供导地理航数据或者攻击坐标。

“鹞鹰2”最大的特色是在机腹挂载有一部尺寸较大的合成孔径雷达。通过与机载GPS/北斗2卫星定位系统相配合,可以获得目标SAR图像的大地地理坐标。这样就可以直接为国产“飞腾”、“雷石”和“雷霆”系列等惯导/卫星制导武器直接装订目标坐标,也可以将目标地理坐标传送给其它远程打击平台,如战斗轰炸机、远程火箭炮、战术弹道导弹等,实施远程精确火力打击。

“鹞鹰2”这种能力,欧美等军事强国也只在装备先进机载火控雷达的四代、三代半战斗机上实现了。美军“捕食者”、“死神”、“死神B”等无人机上搭载的合成孔径雷达由于天线尺寸较小,精度尚未达到火控级的水平。所以,“鹞鹰2”无人机体现了中国军工日益具备的创新能力。

“鹞鹰2”无人机挂载了一枚FT-5惯性/卫星定位制导炸弹,其通过合成孔径雷达可以直接获得目标的大地地理坐标,然后使用FT-5这种低成本制导炸弹攻击。
合成孔径雷达获得的目标区域图像,与光电系统相比,SAR雷达图像可以获得目标的地理坐标。

一如既往,国产无人机也遭遇动力瓶颈

“死神B”在“捕食者”基础上放大机体,换装功率为原来8倍的TPE331-10T涡桨发动机,挂载能力超过1吨。图中的“死神B”挂载了2枚225千克激光制导炸弹和4枚“地狱火”反坦克导弹。

发动机功率不足限制国产无人机载荷的提升

“翼龙”和“鹞鹰2”两型国产中空长航时战术无人机在总体设计、气动设计、通信火控设备等方面已接近世界先进水平,但是在有效载荷方面还存在巨大差距,主要受制于国产发动机的性能。

美国为了进一步加强战术无人机的攻击能力,发展了全新的MQ-9“死神B”攻击无人机。“死神B”的机体是M/RQ-1无人机的放大版,换装了功率高达670多马力的TPE331-10T涡桨发动机。动力系统的性能提升很大程度上改善了无人机的载荷能力,“死神B”的挂架增加到6个,最多可以挂载14枚“地狱火”导弹。改进后的“死神B”最大起飞重量已经达到3.2吨,有效载荷超过了1吨,载荷能力和武器数量甚至比“阿帕奇”武装直升机还要好。现在美军和美国中情局在阿富汗使用的无人机主要是MQ-9“死神B”。

相比之下,“翼龙”和“鹞鹰”所采用的活塞发动机功率仅为100马力左右,不仅“死神B”TPE331-10T涡桨发动机的六分之一。“死神B”的有效载荷即与“翼龙”和“鹞鹰”的最大起飞重量基本相当。

“死神B”的TPE331-10T涡桨发动机剖视图,该发动机功率达到670马力。

国产小型涡浆、涡扇发动机还是一片空白

从现有在役无人机动力装置的情况来看,活塞式发动机适用于低速、中低空的侦察、监视无人机及长航时无人机,飞机起飞质量较小,一般为几百千克。涡喷发动机适用于飞行时间较短的中高空、高速侦察机及靶机、无人攻击机,飞机起飞质量可达2500kg;涡轴发动机适用于中低空、低速短距/垂直起降无人机和倾转旋翼无人机,飞机起飞质量可达1000kg;涡桨发动机适用于中高空长航时无人机,飞机起飞质量可达3000kg;涡扇发动机适用于高空长航时无人机和无人战斗机。我国战术无人机若想进一步提高武器载荷能力,从而改善火力打击能力,就必须换装合适的涡桨发动机。

从现有在役无人机动力装置的情况来看,活塞式发动机适用于低速、中低空的侦察、监视无人机及长航时无人机,飞机起飞质量较小,一般为几百千克。涡喷发动机适用于飞行时间较短的中高空、高速侦察机及靶机、无人攻击机,飞机起飞质量可达2500kg;涡轴发动机适用于中低空、低速短距/垂直起降无人机和倾转旋翼无人机,飞机起飞质量可达1000kg;涡桨发动机适用于中高空长航时无人机,飞机起飞质量可达3000kg;涡扇发动机适用于高空长航时无人机和无人战斗机。我国战术无人机若想进一步提高武器载荷能力,从而改善火力打击能力,就必须换装合适的涡桨发动机。

而上述小型涡浆、涡扇发动机,在国产发动机工业中还基本一片空白,尚未有实用化的机型。值得注意的是,美军“死神B”无人机的TPE331-10T涡桨发动机,“全球鹰”无人机的AE-3007H涡扇发动机均源于成熟的商用发动机,并非配套研制的型号。美国发达的民用航空产业,给予了军机研制强大技术支持,这是最值得中国国防工业深思的地方。

与“死神B”采用同系列涡桨发动机的“领航150”公务机。
与“全球鹰”无人机采用同系列AE-3007涡扇发动机的莱格塞600公务机。

近年来,国产战术无人机可谓遍地开花,但多为滥竽充数者。最近出现的“翼龙”和“鹞鹰II”称得上成果初现,多项性能指标已接近美军“捕食者”。然而,与美军现役主力战术无人机“死神B”相比,载荷能力尚有10年差距。国产无人机要追赶世界先进水平,尚需克服发动机性能瓶颈。

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