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军用无人机正在成为现代高科技战争中不可或缺的武器。特别是“9·11”事件之后,美国在对阿富汗和伊拉克的作战行动中广泛使用军用无人机,从而使军用无人机成为备受关注的热点……
2001年11月1日,阿富汗战争期间,驻守在坎大哈的美军第11无人机中队的一架“捕食者”无人机腾空而起,开始执行坎大哈附近空域巡逻的任务。不一会儿,它就发现了“猎物”,“猎物”就是疑似塔利班的一支武装车队。面对“猎物”,“捕食者”没有马上扑上去,而是选择了悄悄跟踪这支武装车队,期望可以发现更有价值的“猎物”。“捕食者”无人机尾随车队到达了位于阿富汗与巴基斯坦边境的一个偏僻小镇郊区的一座小旅馆。“捕食者”利用机载侦察设备实施抵近侦察,发现小旅馆内似乎是塔利班武装分子在开会,但无法确认。于是它立即通过美军全球卫星广播系统将实时信息传给了位于佛罗里达州坦帕美军中央司令部的控制中心,控制中心分析确认后下达了攻击指令。“捕食者”无人机和一架F—15战机一起向小旅馆和车队发动了攻击,其中“捕食者”发射的4枚“地狱火”导弹一举摧毁了武装车队。就这样,塔利班武装分子在毫不知情的情况下被歼灭,美军大获全胜。此次作战中,毫无疑问,“捕食者”无人机发挥了极其重要的作用,从情报侦察到信息传输再到火力攻击,可谓神通广大,而这些神通的获得都离不开各项关键技术的支撑。
发射技术
正如雄鹰翱翔天际,靠的是一双有力的翅膀一样,军用无人机能不能发挥作用,依赖的是发射技术。不同型号的军用无人机采用的发射技术大相径庭,正所谓八仙过海、各显神通。军用无人机在作战应用中,发射阶段往往被认为是最困难的阶段之一,各国对军用无人机的起飞发射作了大量研究和尝试。军用无人机的发射方式众多,如手抛、机载投放、车载发射、弹射、火箭助推等。根据发射地点分类,它还可分为陆基(手抛、车载等)、空基(机载投放)、海基(舰载、潜射)发射。按发射动力分类,它又可分为自力、弹射、投放、复合式发射。
自力发射 是指军用无人机起飞时依靠发动机的推力或旋翼升力实现升空的发射方式。自力倾斜发射常常采用助推火箭,垂直起飞多利用旋翼或喷气发动机的升力。部分军用无人机在发动机推动下采用跑道滑跑起飞,类似有人飞机,如美国的“秃鹰”、以色列的“赫尔墨斯”军用无人机。
火箭助推发射 以火箭作动力的发射平台被广泛用于军用无人机的发射。军用无人机在一台或多台(通常两台)助推火箭发动机推力作用下飞离发射装置,军用无人机起飞后,扔掉助推火箭,由机上主发动机完成飞行任务,例如以色列的“哈比”反辐射军用无人机。
弹射技术 常用的军用无人机弹射方式有弹力弹射、气液压弹射和燃气弹射,而电磁弹射技术是一种新概念发射技术。弹力弹射利用伸缩性很强的弹性元件(如橡皮筋、弹簧)的弹力作动力,提供起飞所需的加速度,适用于轻型机,如以色列的“微小—V”和波音公司的“扫描鹰”军用无人机。燃气弹射是指直接利用火药气体来发射军用无人机,通常借助现役火炮实现通用发射,如美军研制的155毫米火炮发射军用无人机。
空中投放 军用无人机被其它飞行器(常规飞机、特殊弹药等)运载到空中借助相关技术放飞。美国新近研制的盾牌无人验证机从P—3C母机的机翼或弹舱中发射,离机后展开尾翼和尾部控制面,俯冲到低高度之后开始执行任务。常规飞机投放能降低军用无人机飞行过程中发生故障和被拦截的可能性,延长军用无人机的结构疲劳寿命。
潜射技术 20世纪90年代,美军率先开始研制潜射军用无人机,先后有“海上搜索者”、“海上哨兵”、“鸬鹚”三种型号,使军用无人机成为潜艇的预警侦察、通信导航、战场评估以及对敌攻击的攻防兼备的重要装备,大大提高了潜艇的作战能力。潜艇在水下发射军用无人机是一项十分复杂的系统工程,涉及到流体力学、空气动力学以及电子技术等多门学科。目前,美国潜射军用无人机水下发射正在分别采用干式发射和湿式发射这两种发射方式进行试验。
回收技术
随着现代军用无人机需求的不断扩大和成本理念的不断深入,绝大多数军用无人机在执行完任务后,都通过不同的方式进行回收再利用。然而,军用无人机回收过程较易出现故障,且后果严重。能否安全可靠地回收,已成为评价军用无人机性能的重要指标。各国在研究的军用无人机回收主要采用的方法有自行着陆回收、撞网回收、伞降回收、垂直起降回收和智能自动回收等。
撞网回收 是指军用无人机在地面无线电的遥控下,逐渐降低高度、减慢速度,然后直接飞入拦阻网进行回收的一种方式。这是一种比较理想的精确的定点回收,几乎可以实现零距离回收。撞网回收系统一般由拦阻网装置、吸能缓冲装置和末端引导装置等组成。撞网回收的关键是准确引导军用无人机飞入拦阻网,并在触网后柔和地吸收掉能量,从而平稳、准确地实现回收。美国的“银狐”、“杀人鹰”军用无人机,以色列的“先锋”、“侦察兵”等军用无人机均可采用这种方式回收。
伞降回收 是指用降落伞回收军用无人机的方式。这种回收方式操作简单,军用无人机从飞行状态到安全回收,整个过程自动完成,对操作人员要求比较低。目前,国外许多机型采用伞降回收,如美国的“火蜂”等。在未来的一段时间内,伞降回收仍然是小型军用无人机回收的一种重要方式。
垂直起降回收 是指能够以零速度起降,具备滞空悬停能力,并能以固定翼飞机的方式水平飞行的方式。它对跑道没有依赖,且具有可悬停的优势。它依据自身的结构特点,通过调节自身姿态实现起飞和降落回收。起降过程为:首先以直升机模式垂直起飞,当达到允许高度时,通过自动倾斜器前倾,并配合升降副翼下偏,使军用无人机转入固定翼飞机模式平飞;降落回收时,军用无人机首先爬升,并使机头竖直向上,然后协调减小旋翼总距及转速,缓慢垂直下降直至着陆(舰)。
人在回路式自行着陆回收 是指军用无人机操作员在控制站手动控制军用无人机安全着陆的方法。在地面控制站内,操作员通过操纵杆引导军用无人机着陆,操作员工位的平视显示器主要显示军用无人机头部电视摄像机的图像,用于控制军用无人机起降。当降落出现问题时,该显示器上部会显示出醒目的彩色编码警报。这样操作员不但可以专注于该显示器中的飞行参数,还可以监视警报。这种方式特别适合大型长航时军用无人机,美国的“捕食者”和“收割者”军用无人机均采用这种方式回收。
传感器技术
军用无人机情报收集和战场监视能力的提升依赖于传感器技术的发展。设计和开发成本合理、通用性强的军用无人机传感器,成为军用无人机发展的长期奋斗目标。随着军用无人机的需求持续走高,其机载传感器市场也获得了极大发展,这方面的重点技术主要包括:多谱/超谱成像技术、合成孔径雷达增强技术、激光雷达及成像技术、低可探测性技术等。
武器系统技术
为实现更高的作战效费比和隐身优势,充分发挥小巧、便捷的特点,无人作战飞机需要装备体积更小、毁伤效果更强、寻的更为精确的“灵巧弹药”,从而使有效载荷能力最优化。此外,不远的将来,随着在功耗和重量上的突破,定向能武器将极有可能被部署在武器化的军用无人机上。例如,高能微波武器系统,可利用瞬间发射的高能尖峰,将空间位置相邻的晶体管击穿,以达到破坏传感器和处理器的目的。它的作战目标包括摧毁各类平台、指控中心的发射机、敌军雷达及武器等。军用无人机将是最适于部署上述武器的平台。
生存能力及可靠性设计技术
军用无人机平台的生存能力取决于其速度和低可观测性。低空和超低空军用无人机的主要威胁是地面近程防空火力,其生存性考虑重点是声、可见光和红外探测;中高和高空军用无人机的主要威胁是地—空导弹和作战飞机,其生存性考虑重点则是雷达探测。隐身设计包括引擎进气/排气设计、武器挂舱、无缝载荷蒙皮、更小的平台尺寸以及采用雷达吸波材料、结构来减少红外及射频信号。除此之外,另一条可能的途径是通过使用更安静的电力推进系统来减少声音信号。
高科技的发展,信息技术的革命,使得现代和未来战争发生重大的变化,无人机的发展恰恰适应了这种军事需求的转变,而高科技的迅猛发展也为无人机的推陈出新提供了必要的物质技术基础。在军事需求牵引的同时,信息技术、新材料技术和动力技术等高新技术的进步,也推动了无人机的发展。无人机大量采用轻型优质的复合材料技术,实现机体轻型化;微机电技术和系统的采用,使得发展手掌大小乃至昆虫大小的微小型无人机成为可能;采用先进的气动布局和隐身技术,可使无人机具备高隐蔽性和行动的突然性,提高了生存能力;采用高速微处理机和数据链路使得无人机的信息传输达到高同步化;集成技术的发展,为实现无人机的多功能和高效能提供了必要的手段。
2001年11月1日,阿富汗战争期间,驻守在坎大哈的美军第11无人机中队的一架“捕食者”无人机腾空而起,开始执行坎大哈附近空域巡逻的任务。不一会儿,它就发现了“猎物”,“猎物”就是疑似塔利班的一支武装车队。面对“猎物”,“捕食者”没有马上扑上去,而是选择了悄悄跟踪这支武装车队,期望可以发现更有价值的“猎物”。“捕食者”无人机尾随车队到达了位于阿富汗与巴基斯坦边境的一个偏僻小镇郊区的一座小旅馆。“捕食者”利用机载侦察设备实施抵近侦察,发现小旅馆内似乎是塔利班武装分子在开会,但无法确认。于是它立即通过美军全球卫星广播系统将实时信息传给了位于佛罗里达州坦帕美军中央司令部的控制中心,控制中心分析确认后下达了攻击指令。“捕食者”无人机和一架F—15战机一起向小旅馆和车队发动了攻击,其中“捕食者”发射的4枚“地狱火”导弹一举摧毁了武装车队。就这样,塔利班武装分子在毫不知情的情况下被歼灭,美军大获全胜。此次作战中,毫无疑问,“捕食者”无人机发挥了极其重要的作用,从情报侦察到信息传输再到火力攻击,可谓神通广大,而这些神通的获得都离不开各项关键技术的支撑。
发射技术
正如雄鹰翱翔天际,靠的是一双有力的翅膀一样,军用无人机能不能发挥作用,依赖的是发射技术。不同型号的军用无人机采用的发射技术大相径庭,正所谓八仙过海、各显神通。军用无人机在作战应用中,发射阶段往往被认为是最困难的阶段之一,各国对军用无人机的起飞发射作了大量研究和尝试。军用无人机的发射方式众多,如手抛、机载投放、车载发射、弹射、火箭助推等。根据发射地点分类,它还可分为陆基(手抛、车载等)、空基(机载投放)、海基(舰载、潜射)发射。按发射动力分类,它又可分为自力、弹射、投放、复合式发射。
自力发射 是指军用无人机起飞时依靠发动机的推力或旋翼升力实现升空的发射方式。自力倾斜发射常常采用助推火箭,垂直起飞多利用旋翼或喷气发动机的升力。部分军用无人机在发动机推动下采用跑道滑跑起飞,类似有人飞机,如美国的“秃鹰”、以色列的“赫尔墨斯”军用无人机。
火箭助推发射 以火箭作动力的发射平台被广泛用于军用无人机的发射。军用无人机在一台或多台(通常两台)助推火箭发动机推力作用下飞离发射装置,军用无人机起飞后,扔掉助推火箭,由机上主发动机完成飞行任务,例如以色列的“哈比”反辐射军用无人机。
弹射技术 常用的军用无人机弹射方式有弹力弹射、气液压弹射和燃气弹射,而电磁弹射技术是一种新概念发射技术。弹力弹射利用伸缩性很强的弹性元件(如橡皮筋、弹簧)的弹力作动力,提供起飞所需的加速度,适用于轻型机,如以色列的“微小—V”和波音公司的“扫描鹰”军用无人机。燃气弹射是指直接利用火药气体来发射军用无人机,通常借助现役火炮实现通用发射,如美军研制的155毫米火炮发射军用无人机。
空中投放 军用无人机被其它飞行器(常规飞机、特殊弹药等)运载到空中借助相关技术放飞。美国新近研制的盾牌无人验证机从P—3C母机的机翼或弹舱中发射,离机后展开尾翼和尾部控制面,俯冲到低高度之后开始执行任务。常规飞机投放能降低军用无人机飞行过程中发生故障和被拦截的可能性,延长军用无人机的结构疲劳寿命。
潜射技术 20世纪90年代,美军率先开始研制潜射军用无人机,先后有“海上搜索者”、“海上哨兵”、“鸬鹚”三种型号,使军用无人机成为潜艇的预警侦察、通信导航、战场评估以及对敌攻击的攻防兼备的重要装备,大大提高了潜艇的作战能力。潜艇在水下发射军用无人机是一项十分复杂的系统工程,涉及到流体力学、空气动力学以及电子技术等多门学科。目前,美国潜射军用无人机水下发射正在分别采用干式发射和湿式发射这两种发射方式进行试验。
回收技术
随着现代军用无人机需求的不断扩大和成本理念的不断深入,绝大多数军用无人机在执行完任务后,都通过不同的方式进行回收再利用。然而,军用无人机回收过程较易出现故障,且后果严重。能否安全可靠地回收,已成为评价军用无人机性能的重要指标。各国在研究的军用无人机回收主要采用的方法有自行着陆回收、撞网回收、伞降回收、垂直起降回收和智能自动回收等。
撞网回收 是指军用无人机在地面无线电的遥控下,逐渐降低高度、减慢速度,然后直接飞入拦阻网进行回收的一种方式。这是一种比较理想的精确的定点回收,几乎可以实现零距离回收。撞网回收系统一般由拦阻网装置、吸能缓冲装置和末端引导装置等组成。撞网回收的关键是准确引导军用无人机飞入拦阻网,并在触网后柔和地吸收掉能量,从而平稳、准确地实现回收。美国的“银狐”、“杀人鹰”军用无人机,以色列的“先锋”、“侦察兵”等军用无人机均可采用这种方式回收。
伞降回收 是指用降落伞回收军用无人机的方式。这种回收方式操作简单,军用无人机从飞行状态到安全回收,整个过程自动完成,对操作人员要求比较低。目前,国外许多机型采用伞降回收,如美国的“火蜂”等。在未来的一段时间内,伞降回收仍然是小型军用无人机回收的一种重要方式。
垂直起降回收 是指能够以零速度起降,具备滞空悬停能力,并能以固定翼飞机的方式水平飞行的方式。它对跑道没有依赖,且具有可悬停的优势。它依据自身的结构特点,通过调节自身姿态实现起飞和降落回收。起降过程为:首先以直升机模式垂直起飞,当达到允许高度时,通过自动倾斜器前倾,并配合升降副翼下偏,使军用无人机转入固定翼飞机模式平飞;降落回收时,军用无人机首先爬升,并使机头竖直向上,然后协调减小旋翼总距及转速,缓慢垂直下降直至着陆(舰)。
人在回路式自行着陆回收 是指军用无人机操作员在控制站手动控制军用无人机安全着陆的方法。在地面控制站内,操作员通过操纵杆引导军用无人机着陆,操作员工位的平视显示器主要显示军用无人机头部电视摄像机的图像,用于控制军用无人机起降。当降落出现问题时,该显示器上部会显示出醒目的彩色编码警报。这样操作员不但可以专注于该显示器中的飞行参数,还可以监视警报。这种方式特别适合大型长航时军用无人机,美国的“捕食者”和“收割者”军用无人机均采用这种方式回收。
传感器技术
军用无人机情报收集和战场监视能力的提升依赖于传感器技术的发展。设计和开发成本合理、通用性强的军用无人机传感器,成为军用无人机发展的长期奋斗目标。随着军用无人机的需求持续走高,其机载传感器市场也获得了极大发展,这方面的重点技术主要包括:多谱/超谱成像技术、合成孔径雷达增强技术、激光雷达及成像技术、低可探测性技术等。
武器系统技术
为实现更高的作战效费比和隐身优势,充分发挥小巧、便捷的特点,无人作战飞机需要装备体积更小、毁伤效果更强、寻的更为精确的“灵巧弹药”,从而使有效载荷能力最优化。此外,不远的将来,随着在功耗和重量上的突破,定向能武器将极有可能被部署在武器化的军用无人机上。例如,高能微波武器系统,可利用瞬间发射的高能尖峰,将空间位置相邻的晶体管击穿,以达到破坏传感器和处理器的目的。它的作战目标包括摧毁各类平台、指控中心的发射机、敌军雷达及武器等。军用无人机将是最适于部署上述武器的平台。
生存能力及可靠性设计技术
军用无人机平台的生存能力取决于其速度和低可观测性。低空和超低空军用无人机的主要威胁是地面近程防空火力,其生存性考虑重点是声、可见光和红外探测;中高和高空军用无人机的主要威胁是地—空导弹和作战飞机,其生存性考虑重点则是雷达探测。隐身设计包括引擎进气/排气设计、武器挂舱、无缝载荷蒙皮、更小的平台尺寸以及采用雷达吸波材料、结构来减少红外及射频信号。除此之外,另一条可能的途径是通过使用更安静的电力推进系统来减少声音信号。
高科技的发展,信息技术的革命,使得现代和未来战争发生重大的变化,无人机的发展恰恰适应了这种军事需求的转变,而高科技的迅猛发展也为无人机的推陈出新提供了必要的物质技术基础。在军事需求牵引的同时,信息技术、新材料技术和动力技术等高新技术的进步,也推动了无人机的发展。无人机大量采用轻型优质的复合材料技术,实现机体轻型化;微机电技术和系统的采用,使得发展手掌大小乃至昆虫大小的微小型无人机成为可能;采用先进的气动布局和隐身技术,可使无人机具备高隐蔽性和行动的突然性,提高了生存能力;采用高速微处理机和数据链路使得无人机的信息传输达到高同步化;集成技术的发展,为实现无人机的多功能和高效能提供了必要的手段。