【转载】发展无人作战飞机要考虑的技术与战略问题
进入21世纪，随着新型无人机种--无人作战飞机的出现，无人机将一改过去在战场上主要充当辅助角色的状况，从过去主要是执行空中侦察、战场监视和战斗毁伤评估等任务的作战支援装备，升级成为能执行压制敌防空系统、对地攻击，甚至可以执行对空作战任务的主要作战装备之一。无人作战飞机不仅会在未来战场上与有人战斗机并肩作战，甚至在某些条件下还有可能替代有人战斗机执行作战任务，从而成为未来空中作战的主力航空武器装备。无人作战飞机的出现具有重要的战略意义，可能会引起未来空中作战的组织编制、条例条令、作战原则、战术思想乃至装备采购策略等方面的变革。一、无人作战飞机的发展特点
目前，有人驾驶的战斗机、轰炸机和攻击机是空中作战与对敌攻击的主力。随着空战武器和一体化防空系统的飞速发展，靠有人驾驶飞机在未来战场执行空中格斗、对地轰炸与攻击，所冒的风险更大，代价更高，战争损耗与政治风险将难以承受。为此，世界主要军事强国已着手研究和评估无人作战飞机的军事效用和实战价值，并投巨资探索论证各种方案，发展各类无人作战飞机。无人作战飞机具有以下特点：
1、以任务为中心设计，不考虑人的因素
无人作战机设计的最大特点是，它可以主要以任务为中心来设计，而不用考虑人的因素。因而飞机的速度、高度、航程和机动性可以有很大的突破，机动能力可以成倍增长(过载可达20g)，可携带各种精确制导武器，作战使用灵活多样，更容易实现隐身要求；而且许多受到人的生命安全、人的生理或人为因素限制的技术都可以在无人作战飞机的设计中大胆使用。正因为如此，现在许多人把无人作战飞机称之为"无约束的作战飞行器"。此外，这种飞行器因为没有常规驾驶舱，飞机可以设计得比常规作战飞机小得多(主要取决于武器)，对提高飞机的飞行性能和隐身性能有明显优势。同时，无人作战飞机在不用时可长期封装保存，不像有人战斗机那样需要定期的保养与维护，这在和平时期所带来的直接使用成本和支援成本的节省是很可观的。
2、无人作战飞机本身结构简单，系统复杂
对于无人作战飞机本身来说，虽然其气动外形与有人驾驶飞机相同或大同小异，但因为没有飞行员，也就没有驾驶舱和相应的设备(如座椅、仪表和生命保障系统)，因此，在结构上比较简单，可以采用模块式设计，以便更换任务组件。
但是，无人作战飞机整个系统却比较复杂。无人作战飞机系统一般包括无人作战飞机、遥控站和数据链。机载系统包括信息存储与传输系统、信息感知与信息对抗系统、任务规划与管理系统、飞行器飞行控制与管理系统、能源管理系统、突防系统、自主起飞着陆系统等。遥控站可以设在地面，也可以设在飞行器和海面舰船上。遥控站的控制人员通过测控等设备，对无人机进行跟踪、定位和数据传输。这样复杂的系统必须人与飞机和各种设备共同工作，相互配合，才能完成无人机的起飞、空中飞行、执行任务和降落。
3、可在危险环境作战
在"非接触战争"零伤亡战略目标的驱动下，美军比以往更加重视飞行员的人生安全，面对一些必须去执行的危险系数极大的工作，可以交给无人机去执行，这样就不存在飞行员丧命的风险。另外，在与有人驾驶飞机协同编队作战时，无人机还可以在关键时刻牺牲自己以保全有人飞机飞行员生命。
4、使用费用降低
无人作战飞机由于不需要座舱、显示器、环境控制和防护救生系统，费用会低一些，但是这些费用又被无人作战飞机增加的传感器及智能控制管理系统抵消一部分。无人作战飞机对费用更重要的节省在它的使用与保障费用上。由于它在使用效率上要远远高于有人驾驶飞机(有人作战飞机95%左右的飞行时间用于训练)，而且不需要训练飞行员来熟悉飞机驾驶，所以在这方面的费用开支上有很大的优势。同时，战斗无人机在不用时可长期封装保存，不像有人战斗机那样需要经常飞行。这在和平时期所带来的直接使用成本和后勤保障成本的节省尤为可观。
二、发展无人作战飞机要考虑的技术问题
1、推进系统的选择与发展
无人作战飞机动力装置的发展将随着人们作战思想、作战形式和任务要求的改变而不断发展。但从目前国外正在发展的各种无人作战飞机来看，都倾向于采用技术已经成熟的动力系统，换句话说就是在已有发动机基础上进行相应改进。就拿美国目前正在积极推进的X-45A/B和X-47无人战斗机研制计划来说，目前还没有见到有关与之相配套的新发动机研制计划推出，三种验证样机都选择了已有的涡扇发动机：X-45A验证机选用霍尼韦尔公司F124发动机，X-45B验证机选用GE公司的F404发动机，X-47验证机选用普惠加拿大公司的JT15D-5C。
无人作战飞机目前大都选用涡扇发动机。现在之所以选用现有的成熟发动机，最根本的原因还是经济因素。是选择在已有发动机上改进还是发展一种全新发动机，主要取决于飞机所要求发动机的性能和用户的经济可承受性。经济可承受性包括发动机的采购和使用成本两个方面。发动机性能和用户可承受性两者作为一个对立统一体，只有达到一种相对的平衡才是最佳的解决方案。
在过去的10年内，美国在推进系统领域的相关技术方面得到了迅猛的发展，涡扇发动机的效率得到了很大的改善，这主要归功于由美国空军研究实验室所主导开展的综合高性能涡轮发动机技术(IHPTET)项目。该项目于1988年正式启动，到目前为止，它已经将小型涡轮发动机(如F124)的推重比提高了40%，耗油率降低了20%，同时还将发动机系统的生产和维护费用降低了40%。该项目将于2003年结束，到时候代替它的将是多用途经济可承受高级涡轮发动机(VAATE)研究计划，该研究计划的目的是到2015年时，将以上三个性能在2003年基础的在提高或降低50%。如果按照这种趋势进展到2025年，那么与1988相比的话，推进系统的推重比将提高250%，耗油率将降低60%，而费用也将降低60%。
在无人机推进系统方面，目前正处于研究阶段的可用于无人机的新概念动力系统很多，其中对未来无人机发展最具影响力的新型动力系统可能是脉冲爆震发动机和电推进系统。
脉冲爆震发动机是一种可用于导弹、有人和无人机的可行的推进选择方案，因此近些年越来越受到人们的重视。脉冲爆震发动机是一种利用间隙式或脉冲式爆震波产生推力的新概念吸气式发动机，一般由进气道、爆震室、尾喷管、推力壁、爆震触发器、燃料供给和喷射系统及控制系统组成。脉冲爆震发动机独特的工作原理决定了它具有其它发动机无法与其比拟的优势，主要表现在：循环的热效率高、由于没有压气机、涡轮等转动部件，其结构简单，重量轻，推重比大，比冲大、耗油率低、工作范围宽，可在M=0～10、飞行高度H=0～50km飞行。与冲压发动机不同，它可在地面静态起动。使用自由来流或机载氧化剂，能分别以吸空气发动机或火箭发动机方式工作。脉冲爆震发动机中爆震波以超声速传播，燃气压力高，比冲大，耗油率较低。相对于涡轮喷气发动机，噪音不算大。由于采用间歇式循环，壁温不高，可采用普通材料。
2、机载通信系统的发展问题
无人机机载通信系统未来的发展趋势是提高数据率，这主要依赖于红外通信系统和光学通信系统的发展。光学通信系统以激光为基础，它所提供的数据率要比红外通信系统的最大值还要大两到三倍。据美国在1996年对一套激光通信(Lasercom)系统的验证试验，在150千米远的距离处，其数据率达到了1.1Tbps。预计到2025年，机载激光通信系统以及空间激光通信系统肯定会得到应用。尽管激光通信系统的数据率要远远高于红外通信系统，但是红外通信系统未来仍然将在很长一段时间内存在，因为红外通信系统能够在各种气象条件下工作。
由于通信设施的带宽有限，所以如何进行数据压缩成为一个现实的问题，但是就目前的发展状况来看，美国国防部对发展宽带通信设施所投入的力度要远远大于在数据压缩研究领域的投入。
3、武器和设备的小型化
在机载武器系统方面，将会采用最先进的空对空和空对地武器，使用非常小、非常灵巧的炸弹和导弹，使有效载荷能力最优化，从而在同样的重量下，其破坏能力将比现在增加10倍。目前美国已经开始专门研究针对无人作战飞机的弹药系统，以便达到小体积、高准确度的目的，例如美国海军开展的"飞碟武器"研究计划、空军的"小灵巧炸弹"等。另外，电子设备也将更先进，如采用内嵌式传感器可实现360°的认知能力，通过采用合成孔径雷达、低截获率的通信设备将提高无人机对战场态势掌握能力，并增加抗干扰能力。
4、生存能力的考虑
无人作战飞机的生存能力是在给定威胁环境条件下，飞行器战术、技术和费用之间的平衡折衷。无人机的生存性往往随着任务的不同而改变，美国海军和空军在设计无人作战飞机时，已经考虑了生存性的问题，已经把生存性和性能作了最佳折衷，这样保证了在预算费用范围内将无人作战飞机的生存性提高到最高水平。另外，为了达到低可观测性，提高生存能力，无人作战飞机的噪音必须降低。事实上自从1960年以来，无人机的噪音水平每隔10年就降低15%。
飞行控制系统、推进系统和操作训练方面的失误是造成无人机事故的主要因素，估计要占整个事故的75%，所以提高无人机的可靠性和生存性主要从这三个方面入手。低可靠性和低生存性会导致无人机损失率和维护费用的增加，因此在未来无人作战飞机的设计中，要权衡飞行控制系统、推进系统、使用训练与无人机的可靠性和生存性之间的关系，争取在费用和性能的折衷上达到平衡。否则就会出现为了节省费用而使无人机的可靠性变得很低，而一旦无人机失事则在费用上更不合算。
5、无人作战飞机的保障与维修
由于无人作战飞机上没有飞行员，飞机使用过载不受人生理极限和生命安全的限制，因此可设计成具有高机动性的作战平台，这样飞机将承受更高的极限载荷。另外，飞行控制要求无人机具有更高的自主监控和诊断能力。因此，对飞机的可靠性、测试性等提出了更高要求。但相对于有人机而言，无人机系统的使用与保障费用将明显较低，因为有人驾驶作战飞机使用寿命的90%左右是平时训练飞行所消耗的，而无人机系统操作员的初始训练、任务训练和后续训练都可以在模拟器中进行。
无人机系统的保障工作包括使用保障与维修保障两大类。在使用保障方面，无人机系统与有人驾驶飞机的主要区别是，它不只包括飞机本身，还包括任务控制站。因此，飞机和任务控制站的使用保障问题都应考虑到。在维修保障方面，大多数无人机常常几个月、甚至几年都保存在仓库中，无人作战飞机甚至能贮存10年以上，因而外场使用维修时间所占比重明显减小，从而大量节省人力、物力与材料消耗，降低了使用和保障费用。无人作战飞机的使用和保障费用有望比目前的战术飞机降低50%~80%。
对于那些平时很少使用的无人作战飞机，将大部分机群贮存起来，依靠模拟器和小部分机群进行训练，将会节省大量使用与维修费用。例如，无人机作战系统(UOS)的长期贮存要求是：在作战演习间隔应能够长期贮存(1年以上)。在贮存期间，对无人机系统的直接接触和动手实践(hands-on)维修应保持绝对最少，以减少人力要求。但希望有一些监控飞行器状态的手段。拆卸、集成和贮存检查应与部署要求相一致。
美军无人作战飞机先期技术验证(ATD)项目设定的核心原则是使无人作战飞机系统具有长期贮存能力，使分散在各联队的无人作战飞机可以就近存放在各联队自己密封的、可部署的贮存箱中，最长可贮存10年以上。这种贮存箱应能够进行湿度控制和飞行器诊断。通过网络化联接使维修人员可以监督飞行器完好状态和配置机上软件。该贮存箱可以运输，一架C-17能运送6架以上装运在这种贮存箱内的无人作战飞机。
6、无人作战飞机的训练问题
无人作战飞机的操作环境其实并不简单，因而无人作战飞机的训练是一项很重要的内容。目前，对无人机系统操作员的要求比一般的飞行员还要高。按照现在美国军用无人机的发展趋势，无人机同有人驾驶飞机等其它平台一起协同作战的次数今后会越来越多，这就要求无人机系统操作员除了要对无人机操作非常熟悉外，还要了解其它飞行平台的操作飞行特点。所以无人机系统操作员还必须对飞机驾驶技术相当熟悉，这些经验必须在有人驾驶飞机上取得。
对于未来无人机的飞行训练，美国国防部认为应当确保以下几点：一是无人机系统的维护人员必须保留，以满足战时需求。二是无人机系统的一些基础结构设施必须健全，以适应整个体系的要求。三是无人机操作员必须有一定的真实飞机驾驶经验。四是了解编队作战，这样才能够压制敌方的防御力量，将自己的损失降到最低。五是具有灵活性。随着作战计划的改变要能够实时地调整自己的作战任务。六是掌握态势感知能力，要能够及时了解敌我双方的战况，不被假象所蒙蔽。(作者：中国航空工业发展研究中心技术所 李广义)(责编 洪山) 毫无疑问，将来的天空属于那些飞行机器人。
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