未來無人機(jī)的主要特征

未來無人機(jī)的主要特征

0理論研究和性能研究如圖1所示，戰(zhàn)斗機(jī)已經(jīng)發(fā)展到第四代（一些國家認(rèn)為它們是五代）。每代戰(zhàn)斗機(jī)的特征是:第一代:最大速度M1.3～1.5的低超聲速戰(zhàn)斗機(jī)(F-100,米格-19等)。第二代:最大速度M2的超音速戰(zhàn)斗機(jī)(F-104,F-4,米格-21,米格-23等)。第三代:以高機(jī)動(dòng)性為主要特點(diǎn)的戰(zhàn)斗機(jī)(F-15,F-16,米格-29,蘇-27以及法國的“幻影”2000等)。第四代:以隱身、超聲速巡航、超機(jī)動(dòng)性、高度綜合的航電系統(tǒng)等為主要技術(shù)特征的新一代戰(zhàn)斗機(jī)(F-22,F-35,T-50等)。根據(jù)裝備一代、研制一代、探索一代的發(fā)展趨勢(shì),關(guān)于未來戰(zhàn)斗機(jī)主要特征的研究就不得不被提上日程。未來戰(zhàn)斗機(jī)的主要特征和發(fā)展趨勢(shì)主要取決于未來戰(zhàn)爭(zhēng)的模式。由于未來戰(zhàn)爭(zhēng)將由“武器平臺(tái)中心戰(zhàn)”向“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”轉(zhuǎn)變,使作戰(zhàn)飛機(jī)由原來的單獨(dú)作戰(zhàn)或支援平臺(tái),轉(zhuǎn)變?yōu)檎w作戰(zhàn)體系中的一個(gè)節(jié)點(diǎn),沒有強(qiáng)有力的信息感知能力,作戰(zhàn)飛機(jī)將很難在未來戰(zhàn)場(chǎng)上生存,因此航空技術(shù)與信息技術(shù)的結(jié)合在未來戰(zhàn)斗機(jī)的研制中將顯得越來越重要。在網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)中,戰(zhàn)斗機(jī)將是一個(gè)重要的節(jié)點(diǎn)。飛機(jī)的傳感器和武器發(fā)射器都是通過數(shù)據(jù)鏈與作戰(zhàn)系統(tǒng)的其他單元連接的,數(shù)據(jù)鏈又連接著網(wǎng)絡(luò)中心,這樣網(wǎng)絡(luò)中心可以充分利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)和其他先進(jìn)技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和評(píng)估,然后由指揮員做出決策,并指揮和命令飛機(jī)作戰(zhàn)。國外目前對(duì)于第五代戰(zhàn)斗機(jī)特征的研究概述如下。國外有的學(xué)者認(rèn)為,下一代戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)展的一個(gè)可能的趨勢(shì)是無人化。前美軍參謀長聯(lián)席會(huì)議主席邁克·馬倫就曾樂觀地估計(jì)F-35將是美國空軍最后一型有人駕駛戰(zhàn)斗機(jī)。《簡氏防務(wù)周刊》2007年10月31日?qǐng)?bào)道,據(jù)美國空軍參謀長邁克爾·莫斯利上將透漏,美國空軍已經(jīng)開始考慮下一代戰(zhàn)機(jī)將要具備那些特征,并已要求相關(guān)機(jī)構(gòu)研究關(guān)于研制“第五代”戰(zhàn)斗機(jī)的各種要求。一種可能是新式隱形無人駕駛戰(zhàn)斗機(jī),也可能是一種有人駕駛飛行器,它以特殊層壓材料制造,以提高隱身性能。據(jù)專家分析,第一種可能由于技術(shù)難題而很難實(shí)現(xiàn),因?yàn)榈侥壳盀橹箾]有任何綜合傳感器能夠在空對(duì)空環(huán)境中做出像飛行員一樣的判斷。理論上,在20年以后有可能開發(fā)出擁有像戰(zhàn)斗機(jī)飛行員一樣好的視覺傳感器系統(tǒng)。無論是有人駕駛還是無人駕駛,第五代戰(zhàn)斗機(jī)都將是F-35和F-22的繼承者。2008年6月,美國海軍在公布其F/A-18E/F艦載戰(zhàn)斗機(jī)后繼機(jī)F/A-XX的方案探索研究結(jié)果時(shí),認(rèn)為飛翼布局的無人作戰(zhàn)飛機(jī)將是一種很有吸引力的選擇,并表示該機(jī)一旦入役就會(huì)與F-35C/B戰(zhàn)斗機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)?！度A盛頓郵報(bào)》2009年4月13日?qǐng)?bào)道,據(jù)美國空軍秘書MichaelB.Donley以及美國空軍部長Gen.NortonA.Schwartz透漏,在接下來的幾年內(nèi),美國空軍將對(duì)未來空中優(yōu)勢(shì)戰(zhàn)斗機(jī)應(yīng)具備的能力進(jìn)行研究。他們認(rèn)為新一代戰(zhàn)斗機(jī)應(yīng)該具備極端隱身性能、從亞音速到高超音速范圍內(nèi)都能有效飛行、可變形能力、智能蒙皮、高度的網(wǎng)絡(luò)化感知能力、極強(qiáng)的傳感器系統(tǒng)、可以有人駕駛、定向能武器。美軍近年來發(fā)動(dòng)的局部戰(zhàn)爭(zhēng)都是針對(duì)阿富汗、伊拉克等作戰(zhàn)體系不健全的國家,美軍擁有不對(duì)稱的信息作戰(zhàn)優(yōu)勢(shì),因而對(duì)于無人機(jī)的應(yīng)用也得心應(yīng)手。但是如果針對(duì)像中國和俄羅斯這樣具有完備作戰(zhàn)體系的國家而言,在無法完全掌握制信息權(quán)的情況下,未來無人戰(zhàn)斗機(jī)的作戰(zhàn)使用必將受到極大地限制。本文是從未來作戰(zhàn)體系中傳統(tǒng)意義上的戰(zhàn)斗機(jī)有無存在的必要性,未來戰(zhàn)斗機(jī)的主要作戰(zhàn)使命,發(fā)展思路,主要特征及使用方式等方面進(jìn)行了一些概念性研究和描述。在此基礎(chǔ)上,對(duì)UCAV、未來變體戰(zhàn)斗機(jī)及未來變體UCAV的關(guān)鍵技術(shù)等進(jìn)行了初步的分析。1現(xiàn)代程序的存在,是一個(gè)單要搞清楚未來戰(zhàn)斗機(jī)的主要特征,首先要搞清楚在未來作戰(zhàn)方式中,作戰(zhàn)飛機(jī)的角色。未來戰(zhàn)場(chǎng)將是一個(gè)由眾多計(jì)算機(jī)通過有線或無線等方式,把陸、海、空、天、電等諸領(lǐng)域的基本作戰(zhàn)單元連接在一起的作戰(zhàn)系統(tǒng),而作戰(zhàn)飛機(jī)僅是該作戰(zhàn)系統(tǒng)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)?？仗斓匾惑w化信息對(duì)抗系統(tǒng)構(gòu)架如圖2所示。1.1定向能武器根據(jù)文獻(xiàn),戰(zhàn)斗機(jī)(Fighter)的主要任務(wù)是消滅空中和地面的敵機(jī),奪取制空權(quán)。在中國稱之為殲擊機(jī)。按用途分,現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)可分為制空戰(zhàn)斗機(jī)和多用途戰(zhàn)斗機(jī)兩大類。制空戰(zhàn)斗機(jī),又稱為空中優(yōu)勢(shì)戰(zhàn)斗機(jī),主要任務(wù)是空戰(zhàn);多用途戰(zhàn)斗機(jī),則既可以執(zhí)行空戰(zhàn)任務(wù),又可以執(zhí)行對(duì)地攻擊任務(wù)。當(dāng)代戰(zhàn)斗機(jī)多兼有空戰(zhàn)和對(duì)地作戰(zhàn)能力,被稱之為多用途戰(zhàn)斗機(jī)。在軍用飛機(jī)中,戰(zhàn)斗機(jī)是裝備數(shù)量最多、應(yīng)用最廣、發(fā)展最快的機(jī)種,其研制水平往往代表了航空科學(xué)技術(shù)發(fā)展的水平。從戰(zhàn)斗機(jī)的定義可以看出,研究未來作戰(zhàn)體系中戰(zhàn)斗機(jī)有無存在的必要性就是研究其空戰(zhàn)能力和對(duì)地攻擊能力是否必要。未來傳統(tǒng)戰(zhàn)斗機(jī)的空戰(zhàn)能力是否可以被制導(dǎo)武器或者定向能武器的發(fā)射平臺(tái)所代替?若是,則未來戰(zhàn)斗機(jī)的概念不復(fù)存在。然而要回答該問題,需要研究清楚以下三個(gè)方面的問題:(1)制導(dǎo)武器或者定向能武器的能力(遠(yuǎn)射程,高精度)能否在任何時(shí)候都可以達(dá)到攻擊敵方空中目標(biāo)的要求?對(duì)于空中機(jī)動(dòng)性強(qiáng),飛行速度快的目標(biāo),遠(yuǎn)程制導(dǎo)武器和定向能武器很難保證任何時(shí)候都可以對(duì)其實(shí)施有效攻擊。很多巡邏、威懾和占領(lǐng)的任務(wù)是不能依靠消滅敵方空中目標(biāo)來完成的,單純依靠制導(dǎo)武器和定向能武器的任務(wù)靈活性很差,因此不能在任何時(shí)候使用遠(yuǎn)程制導(dǎo)武器和定向能武器對(duì)所有的空中目標(biāo)實(shí)施打擊。(2)天基、空基與地基平臺(tái)發(fā)射制導(dǎo)武器或者定向能武器攻擊空中目標(biāo)的經(jīng)濟(jì)性與未來戰(zhàn)斗機(jī)攻擊空中目標(biāo)的經(jīng)濟(jì)性孰優(yōu)孰劣?戰(zhàn)斗機(jī)、無人機(jī)等空中目標(biāo)本身是一種低價(jià)易受攻擊的目標(biāo),現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)具有很強(qiáng)的隱身能力和完備的干擾手段,往往需要多次攻擊才能被摧毀,因此采用遠(yuǎn)程制導(dǎo)武器或者定向能武器性價(jià)比太低。(3)未來二三十年來所構(gòu)想的空、天、地信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是否能提供發(fā)射平臺(tái)制導(dǎo)或者定向能武器足夠的信息支持?信息支持包括三個(gè)方面,即信息的搜集、傳輸和處理。對(duì)空中目標(biāo)的信息搜集,主要依靠多功能無人機(jī)、空中預(yù)警機(jī)、臨近空間飛行器、對(duì)空預(yù)警雷達(dá)網(wǎng)等電子信息裝備。信息的傳輸和處理主要依靠功能完備、種類齊全的軍用衛(wèi)星體系和指揮控制飛機(jī)來完成。美軍計(jì)劃到2010年部署200顆不同種類的衛(wèi)星,2030年美國的在軌衛(wèi)星將達(dá)到800顆,形成龐大的空間信息情報(bào)系統(tǒng)。逐步實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星間的信息互聯(lián)和星上處理,實(shí)現(xiàn)空天地信息之間的互聯(lián)互通,提高一體化的空天戰(zhàn)場(chǎng)感知能力,為空天作戰(zhàn)提供強(qiáng)大的信息支援保障。在未來先進(jìn)的對(duì)空探測(cè)系統(tǒng)和完備的戰(zhàn)術(shù)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的支持下,是能夠?yàn)榘l(fā)射平臺(tái)制導(dǎo)或者定向能武器提供足夠的信息支持。傳統(tǒng)戰(zhàn)斗機(jī)對(duì)地攻擊能力是否可以被天基、空基與地基制導(dǎo)武器或者定向能武器所替代?該問題同樣涉及到三個(gè)方面的問題:(1)制導(dǎo)武器或者定向能武器的能力是否可以達(dá)到攻擊任何地面(海面)目標(biāo)的能力?對(duì)于地面目標(biāo)而言,在被發(fā)現(xiàn)和沒有有效干擾的情況下,制導(dǎo)武器或者定向能武器是能夠?qū)ζ鋵?shí)施有效打擊的。在相同條件下,地面目標(biāo)相對(duì)于空中目標(biāo)機(jī)動(dòng)性更差,甚至是固定目標(biāo),其被摧毀的概率比空中目標(biāo)被摧毀的概率更大。(2)天基、空基與地基平臺(tái)發(fā)射制導(dǎo)武器或者定向能武器攻擊地面目標(biāo)的經(jīng)濟(jì)性與未來戰(zhàn)斗機(jī)攻擊地面目標(biāo)的經(jīng)濟(jì)性孰優(yōu)孰劣?不同地面目標(biāo)的最有效打擊手段如表1所示。從表1可以看出,對(duì)于高價(jià)值的戰(zhàn)略目標(biāo),利用遠(yuǎn)程精確打擊武器更經(jīng)濟(jì),但對(duì)于防空系統(tǒng),利用高性能戰(zhàn)斗機(jī)攻擊則更加有效,至于其他的戰(zhàn)術(shù)目標(biāo),則可以通過對(duì)地攻擊機(jī)、直升機(jī)和各類廉價(jià)的制導(dǎo)炸彈來完成。由此可見,對(duì)地打擊手段多種多樣,應(yīng)該根據(jù)不同的目標(biāo)類型,選擇最經(jīng)濟(jì)的打擊手段,因而有必要保留空中優(yōu)勢(shì)戰(zhàn)斗機(jī)對(duì)特定目標(biāo)的打擊能力。(3)未來二三十年來所構(gòu)想的空、天、地信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是否能提供發(fā)射平臺(tái)制導(dǎo)或者定向能武器足夠的信息支持?對(duì)地面目標(biāo)的信息搜集,主要依靠多功能無人機(jī)、空中預(yù)警機(jī)、臨近空間飛行器、偵察衛(wèi)星和地面?zhèn)刹觳筷?duì)。信息的傳輸和處理主要依靠功能完備、種類齊全的聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)信息分配系統(tǒng)和指揮中心來完成。在未來先進(jìn)的對(duì)地探測(cè)系統(tǒng)和完備的戰(zhàn)術(shù)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的支持下,能夠?yàn)榘l(fā)射平臺(tái)制導(dǎo)或者定向能武器提供足夠的信息支持。根據(jù)本節(jié)的研究,未來戰(zhàn)斗機(jī)的作戰(zhàn)使命應(yīng)該是以攻擊空中目標(biāo)為主,兼顧對(duì)地攻擊。1.2第二、有助于提高任務(wù)的能力未來戰(zhàn)斗機(jī)的發(fā)展思路有以下四種可能:(1)目前四代機(jī)基礎(chǔ)上能力的提高與拓展本文認(rèn)為,能力躍升并不能作為未來戰(zhàn)斗機(jī)主要的發(fā)展思路,可作為四代機(jī)后繼發(fā)展型的思路。(2)無人戰(zhàn)斗機(jī)(UCAV)與有人駕駛飛機(jī)相比,無人機(jī)具有眾多優(yōu)點(diǎn):無人員過載限制,機(jī)動(dòng)性高;外形體積小,隱身性能好;無人員疲勞和生理限制問題,續(xù)航時(shí)間長;不存在飛行員傷亡、被俘和泄密等問題,因而在未來空中戰(zhàn)場(chǎng)上具有比較明顯的優(yōu)勢(shì)。但由于無人機(jī)對(duì)環(huán)境的準(zhǔn)確感知和靈活反應(yīng)能力不如有人機(jī),致使其無法執(zhí)行相對(duì)復(fù)雜的作戰(zhàn)任務(wù)。因此,未來無人作戰(zhàn)飛機(jī)出現(xiàn)的初期可能采用與有人駕駛戰(zhàn)斗機(jī)編隊(duì)的形式作戰(zhàn),通過這樣的組合來提高任務(wù)完成能力。隨著信息技術(shù)和自主控制技術(shù)的發(fā)展,無人機(jī)獨(dú)立完成任務(wù)的能力將會(huì)越來越強(qiáng)。(3)變體飛機(jī)變體飛機(jī)是指能夠在飛行中改變氣動(dòng)外形,如機(jī)翼面積、展弦比、后掠角等,使飛機(jī)在不同飛行狀態(tài)下性能保持最佳的飛行器。與常規(guī)固定布局飛機(jī)相比,變體飛機(jī)的飛行包線更寬,作戰(zhàn)效能更高,能夠根據(jù)飛行環(huán)境、飛行剖面以及作戰(zhàn)任務(wù)等需要,自主地改變氣動(dòng)構(gòu)型,優(yōu)化其飛行性能。發(fā)展兼顧亞音速和超音速的變體戰(zhàn)斗機(jī)可以大幅改善未來戰(zhàn)斗機(jī)的起降性能、空戰(zhàn)性能、超音速巡航性能以及對(duì)地攻擊性能。如果變體飛機(jī)還具備高超音速性能,那么將大大提高其快速反應(yīng)能力和生存力。(4)空天飛機(jī)隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和未來戰(zhàn)場(chǎng)的不斷拓展,傳統(tǒng)意義上的空中作戰(zhàn)將發(fā)生根本性的變化,空天力量一體、空天戰(zhàn)場(chǎng)一體已經(jīng)成為趨勢(shì)。在未來戰(zhàn)場(chǎng)上,要有效地保障己方航空航天器順利執(zhí)行任務(wù),同時(shí)阻止對(duì)方航空航天器執(zhí)行任務(wù),就有必要裝備可常規(guī)起降、快速靈活進(jìn)入太空的空天作戰(zhàn)飛機(jī)以奪取制天權(quán)?？仗祜w機(jī)不僅能夠在大氣層中飛行,還要能夠在外太空飛行。同普通航天器不同,空天飛機(jī)還要能夠被重復(fù)使用,因此存在很多技術(shù)難題,例如:需要裝備既能在大氣層中飛行,又能在太空中飛行的新型發(fā)動(dòng)機(jī);需要采用一系列新型材料和散熱措施等。這些技術(shù)難點(diǎn)不但使得飛機(jī)變得笨重、復(fù)雜,而且使用維護(hù)成本高昂,因此對(duì)于未來戰(zhàn)斗機(jī)的任務(wù)而言,空天飛機(jī)的靈活性太差,比較適合在戰(zhàn)爭(zhēng)初期對(duì)敵方的高價(jià)值高危險(xiǎn)目標(biāo)實(shí)施突防,而對(duì)于戰(zhàn)術(shù)級(jí)的空中及地面目標(biāo),其作戰(zhàn)效費(fèi)比太低。因而,空天飛機(jī)不能成為未來戰(zhàn)斗機(jī)主要的發(fā)展思路,只能作為未來戰(zhàn)斗機(jī)的一個(gè)補(bǔ)充。1.3未來戰(zhàn)斗機(jī)的主要特征(1)智能化水平①具有大過載與高機(jī)動(dòng)性;②具有隱身性;③具有高度的智能化水平和自動(dòng)化程度;④其機(jī)載航空電子設(shè)備、推進(jìn)系統(tǒng)和任務(wù)載荷應(yīng)具有較高的自動(dòng)化、可靠性水平,并具有較小的體積和重量等。(2)高重機(jī)動(dòng)能力①在不同飛行狀態(tài)下具備改變外形的能力;②具備高速巡航能力的同時(shí),具有大過載飛行與高機(jī)動(dòng)能力;③具有隱身性;④高可靠性;⑤高精度的控制系統(tǒng)。(3)變體epc的特點(diǎn)同時(shí)具備UCAV和變體飛機(jī)的特征。2未來戰(zhàn)斗機(jī)開發(fā)的可能關(guān)鍵技術(shù)2.1u(1)運(yùn)營/演練模擬設(shè)備包括遠(yuǎn)距顯示和虛擬實(shí)況顯示;2D和3D高分辨率顯示器;戰(zhàn)情了解決策輔助設(shè)備;自動(dòng)飛行任務(wù)規(guī)劃;訓(xùn)練/演練用的分布式交互模擬;人機(jī)接口;智能可變自主性控制結(jié)構(gòu)。(2)通信系統(tǒng)包括多波段多模式無線電臺(tái)傳播頻譜抗阻塞/低竊取概率波形;高動(dòng)態(tài)帶寬機(jī)載網(wǎng)絡(luò)協(xié)議;敏捷波束保形天線;網(wǎng)絡(luò)安全性。(3)智能濾波和智能決策輔助包括多頻譜圖像融合自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別;敵/我/中立方識(shí)別顯像技術(shù);智能濾波和相關(guān)算法、導(dǎo)向目標(biāo)、目標(biāo)系統(tǒng)分析和決策輔助技術(shù);面向目標(biāo)的數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)新添算法。(4)數(shù)據(jù)壓縮包括多頻譜壓縮算法;算法的收發(fā)硬件實(shí)施;為圖像和傳感器數(shù)據(jù)處理設(shè)計(jì)的壓縮算法;自動(dòng)化感興趣壓縮區(qū)。(5)傳感器包括分布式孔徑光電/成像紅外傳感器;非冷卻或紅外探測(cè)器、智能蒙皮。(6)飛機(jī)控制包括自適應(yīng)性管理;多頻譜圖像融合;智能規(guī)劃和常規(guī)程序算法;特征管理系統(tǒng);智能防御機(jī)動(dòng)動(dòng)作規(guī)劃。(7)身體和推進(jìn)器系統(tǒng)包括超高過載設(shè)計(jì)下UCAV/UTA壽命周期的機(jī)身材料;先進(jìn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù);推力矢量控制等。2.2分散戰(zhàn)斗機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)(1)體設(shè)計(jì)方法對(duì)比變體飛機(jī)可兼顧起降、巡航、機(jī)動(dòng)等多任務(wù)需求,其在總體設(shè)計(jì)上的思想和方法與常規(guī)飛機(jī)有所不同。變體飛機(jī)的總體設(shè)計(jì)必須考慮多學(xué)科交叉綜合,通過總體及氣動(dòng)協(xié)調(diào)優(yōu)化設(shè)計(jì)來保證其在不同飛行條件下均具有較好的氣動(dòng)性能。(2)機(jī)翼性能自適應(yīng)性變體飛機(jī)的機(jī)翼需要在不同飛行狀態(tài)下均具有優(yōu)良的性能,因此其機(jī)翼結(jié)構(gòu)應(yīng)具有自適應(yīng)性。機(jī)翼的蒙皮材料和結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)技術(shù)是變體飛機(jī)設(shè)計(jì)的最大難點(diǎn)之一。(3)控性問題的提出變體飛機(jī)構(gòu)型改變時(shí),如何保證其飛行的可控性也是一個(gè)需要解決的重要問題。通過對(duì)機(jī)翼變形前后的