高空长航时竞赛-美国下一代无人机的探讨.docx

高空长航时竞赛美国下一代无人机的探讨 编译 麦田美国正在开发可在空中停留数天的无人机/ 飞艇。美国国防部先进研究计划局（DARPA）将在近期测试这种新概念无人机。如果他们成功了, 具备持久续航力的无人机将是军队最新的选择，也必定会改变未来战争的作战方式。无人机不用担心人员伤亡， 而且留空时间比有人驾驶飞机长许多, 但其续航力毕竟有限, 飞行时间通常以小时来计算。美国国防部先进研究计划局（DARPA）认为，“当前无人机为全部海外驻军提供了有价值的情报, 包括监视和侦察任务然而, 无人机不能保持长时间的空中停留。” 目前，美国空军现役的高空长航时无人机是诺斯罗普格鲁门公司的“全球鹰”，但是它成本高昂，并且操作较为困难。如果有一种能连续飞行几天甚至几周的廉价长航时无人机，无疑将具有强大的吸引力。这类无人机通常运行在高海拔地区, 由于高度比较高，又没有城市交通因素的影响，可为地面站提供一个覆盖范围更广的观察位置。波音公司的“鬼怪眼”和航空环境公司的“全球观察者”是美国当前在研的长航时无人机。“这些无人机可以应对不同的威胁，能够持续数小时甚至数天对一个可疑的基地进行监控, 比如朝鲜或伊朗的核设施, 或监控美国在海外军事基地的周围情况, 再或者监视边境和发现偷渡越境的路线。”因为面临联邦预算的压力, 新项目一方面必须达到之前所承诺的性能, 另一方面还要控制成本。“如果在技术上证明了长航时无人机是可行的，那么低成本飞行的概念就会有一个潜在的市场,”蒂尔集团的咨询公司分析主管菲利普? 芬尼根说。“成本是新一代长航时无人机所面临的一个主要问题, 同时全球鹰所占据的霸主地位，也暂时难以挑战。”此外, 国防部正在开发的其他无人机，也可能影响“鬼怪眼”或“全球观察者”这类长航时无人机。空军采购代表查尔斯戴维斯中将曾在众议院军事委员会提到, 可在一次任务中出动多架“全球鹰”接力完成长时间的监控任务。有分析人士认为，五角大楼可用这种方案暂时替代长航时无人机。“鬼怪眼”“鬼怪眼”无人机由波音公司研制，可以执行侦察和通信中继任务，其续航时间长达4 天，中途无需加油。“鬼怪眼” 飞行在高度65000 英尺上（19812米）。同时它所采用的是环保燃料，主要燃料液氢被放置在零下420 华氏度（零下215.5 摄氏度）储存罐中。使用后，通过排气管排出的只有水蒸气，并会被大气稀释。尽管侦察卫星已经能够对大范围地区进行持久覆盖，但是这种长航时无人机仍有其优势：任务过程中可重新分配目标，结构简单，成本低，对目标的成像分辨率优于卫星。“鬼怪眼无人机将会是航空航天领域内的下一件大事，这很令人兴奋。”波音公司“鬼怪眼”项目负责人蒙泰斯说，“长航时无人机可以提供媲美卫星的数据，而成本则低得多。”与传统燃料相比，同等容量下液氢所含的能量是普通航空燃油的3 倍。因此波音公司认为，“鬼怪眼”无人机比“全球鹰”的续航时间（30个小时）长了许多，而飞行成本却和“捕食者”无人机相当。“单位时间飞行成本的降低，是因为该机采用了液氢这一先进技术。”蒙泰斯说。“液氢的使用减小了飞机的整体重量，提高了携带燃料的能力。”所以“如果可以提供更多的燃料，那么该款无人机可以在高空飞行很长时间。”波音公司在2008 年推出了“鬼怪眼”无人机的动画演示，2010 年首架验证机进行了展示。2012 年3 月，“鬼怪眼”进行了第一次滑跑测试，同年6 月正式开始了飞行试验。到2013 年9 月中旬，“鬼怪眼”已经在加利福尼亚爱德华兹空军基地进行了5 次试飞。首次试飞不太完美，“鬼怪眼”无人机飞行28 分钟后返回地面，在着陆时摔坏了起落架。波音公司对此进行了改装升级。第二次飞行在2013 年2 月，飞机在8000 英尺（2438.4米）高度飞行了66 分钟。第三次试飞“是一次完美的飞行尽管该机在高空中遇到了湍流，但是该机仍然操控良好。”波音公司“鬼怪眼”的项目经理布拉德肖说到。第四次试飞是6 月14 日，“鬼怪眼”无人机爬升到20000 英尺（6096 米）高空, 飞行时间约3 小时。“我们要做的就是保证飞行安全的情况下，完成全部试飞。”布拉德肖补充说。就在该机马上要进行第4 次试验前，该项目获得了第一笔专项资金，6月5 日五角大楼宣布, 美国导弹防御机构授予波音公司680 万美元用于第5 次飞行试验。9 月14 日，“ 鬼怪眼” 在28000 英尺（8534.4 米）高空, 飞行约4.5 小时。这一次该机进行了携带有效载荷试验，通过收集“振动干扰数据”，从而为以后挂载新型激光武器系统埋下伏笔。长航时无人机可以在一个稳定的环境下操作侦察设备和激光武器。波音公司将“鬼怪眼”定位于未来无人作战系统，那么就要探讨在未来的战争模式下如何发挥无人机最大的作用。“鬼怪眼”并不是作为已终止的机载激光武器项目（ABL，以波音747 为搭载平台）的后继者。ABL 是用于战区弹道导弹助推段拦截; 而“鬼怪眼”无人机搭载的激光武器并不是用来拦截弹道导弹，目前的用途暂时只限于激光传感器方面。“鬼怪眼”无人机是波音公司基于低成本运行概念设计的。该公司在设计阶段就展示了该机的构想。“鬼怪眼”的翼展长达250 英尺（76.2 米）。在150 英尺（45.72 米）的机翼中，容纳了更多的燃料，可以使其续航力长达10 天，同时还可以携带更多的有效载荷。航空专家们正密切关注着验证机的性能。菲利普? 芬尼根认为：“鬼怪眼无人机已经获得波音公司相当大的支持，因为从技术角度来看，它可以满足客户需求, 降低成本, 增加续航力。鬼怪眼可以以低成本运行10 天以上，这意味着可以将更少的无人机覆盖到应该侦察的地方上，也意味着可以利用更少运营成本对目标进行监控。在地面操作人员获得更大自主权的同时，还可以有效地减少人力资源。”“全球观察者”波音公司并不是唯一一家发展长航时无人机的公司。航空环境公司一直致力于太阳能无人机系统的研发。自20世纪80 年代末以来，该公司开发了多种太阳能飞机, 包括“百夫长”、“赫利俄斯”、“探路者”，以及“开拓者”等型号。“ 探路者” 在20 世纪90 年代推出，它已进行了10 次飞行测试。2001年,“赫利俄斯”无人机创造了一项世界纪录飞行高度达到海拔97000 英尺（29566 米）。但太阳能无人机必须长时间背向太阳，特别是在冬天阳光不足的时候，最终航空环境公司暂时放弃了太阳能。“全球观察者”无人机由航空环境公司、五角大楼和国土安全部门共出资1.4 亿美元联合研制，采用液氢燃料，能在65000 英尺（19812 米）飞行长达一个星期, 提供持久的通信和监测能力。该无人机机上空间大，由于采用了液氢燃料, 可以增加有效载荷。“ 全球观察者” 无人机在2010 2011 年间进行了8 次成功的飞行测试。但灾难发生了。2011 年4 月，在“全球观察者”第9 次飞行测试时，该机在连续飞行了18 个小时后, 突然坠毁于爱德华兹空军基地附近。钱用光了，无人机也没了，五角大楼也停止了合作。但“全球观察者”无疑为高空长航时无人机项目提供了一个新的解决方案。到底发生了什么促使五角大楼放弃了这个项目，到现在一直是个谜。美国空军表示, 它没有调查这次事故, 因为这不是自己的无人机。而航空环境公司也拒绝透露事故的原因。尽管项目已经丧失了政府的支持, 但航空环境公司打算继续研制“全球观察者”。2013 年3 月,该公司宣布, 它已经支付了300 万美元,买回剩余财产, 包括生产第二架飞机的工装设备。在航空环境公司位于文图拉县的工厂中, 第二架“全球观察者”已经完成了80% 90% 的制造工作。该机翼展175 英尺（53.34 米）, 比波音767 还略大（波音767-200/300 翼展47.57 米编者注）。该公司正与有意者联系，希望获得资金完成制造并把它投入生产。但是对这架无人机不认可的大有人在。许多分析师都认为“全球观察者”很容易再一次失败，因为公司的资金链将会是一个大问题。但是，该机也并不是一无是处，“全球观察者”是 “鬼怪眼”无人机的一个直接竞争对手。尽管该公司的资金和投入研制的规模都无法与波音公司相提并论，但是只要资金到位后，他们完全可以同波音公司研制的“鬼怪眼”一决高下。“离子虎”、“索拉拉”、“秃鹰”和X-56A当然还有其他一些长航时无人机项目正在研制中。例如，美国海军研究实验室正在研发的一种名为“离子虎”的低空无人机。该机同样采用了低温贮存的液氢燃料。2013 年4 月, 这架重量才35 磅（15.8千克）的无人机却完成了48 小时1 分钟的飞行, 几乎两倍于该机在2009 年时的设计要求（采用压缩气态氢燃料）。相比之下，“鬼怪眼”和“全球观察者”无人机为大型机体的设计，可在高空飞行携带大量有效载荷长时间飞行；而“离子虎”能够携带的载荷则要小得多。2013 年8 月, 泰坦航空航天公司宣布发展“索拉拉”（Solara）项目，外号“大气卫星”，但实际上就是一架高空太阳能无人机。泰坦公司设想,“索拉拉”可以在空中停留几个月或几年时间执行通信、侦察和其他任务。“索拉拉”长航时无人机执行任务的高度将处于地球大气层的边缘。但是与卫星不同，索拉拉更加便宜，同时发射更方便。最重要的是, 它可以很容易地返回维修或进行升级，其使用中的灵活性远胜于其他的航天飞行任务。美国国防部高级研究计划局的“秃鹰”项目也逐渐放弃了最初的目标，开始了对“索拉拉”无人机进行全面的飞行演示。现在, 这个项目主要技术难点在于如何合理地收集和储存足够的太阳能, 使得一架太阳能无人机可以滞留在空中五年。如果这些技术能够成熟，那么它将会保证“索拉拉”长航时无人机飞上若干年头不用降落。波音公司正计划在美国的几个地点,包括亨廷顿海滩和圣路易斯使用他们为“秃鹰”项目开发的无人机。“秃鹰”项目采用了先进能源存储系统技术会使得能量合理地分配及任务合理地再分配，甚至于还包括了模拟卫星的能力！这样先进的系统会结合无人机的灵活性和快速性，而灵活的传感器可以减少传输/ 接收所需的电能。利用无人机的好处在于飞行的持久性、后勤维修的要求低、燃料独立、机队规模可相应缩小。另一项无人机计划X-56A 多用途技术试验平台（MUTT）也正在探索中。X-56A 无人机最主要的问题是， 如何很好地控制轻量级无人机的飞行效率。2013 年7 月26 日，X-56A 无人机在爱德华兹空军基地进行了第一次试飞。X-56A 无人机是美国国家航空航天局、空军研究实验室、洛克希德马丁公司“臭鼬”团队共同努力的结果。飞艇与固定翼固定翼机缺乏长航时飞行的条件，因此近年来有一些项目尝试利用无人飞艇的持久滞空能力。然而, 这样的努力遇到了严重的问题。在2013 年年中，美国军方宣布取消了相关的项目，对无人飞艇的兴趣似乎已经消退。这里的主要问题，是飞艇计划研制进度超期了10 个月，同时项目超重。调查机构政府问责局曾在2012 年11 月将飞艇浮空器写入了报告中。美国空军在此后开始了对长航时飞艇的研制，由此代号为“蓝色魔鬼”的软式飞艇项目诞生了。但是在2013 年6 月，这个项目就因为“有重大技术问题造成费用超限和日程表延迟”而被终止了。五角大楼的总监察长在9 月19 日的报告中认为，美国空军忽略了该项目研发的时间，同时对该计划开发进度过于雄心勃勃。报告中称，“蓝色魔鬼”飞艇超过了10000 磅（4535.9千克）的重量，从而限制了飞艇的持续飞行能力。同时，该报告还指出，由于超量问题导致了其他设计问题，“（飞艇）重量问题导致其他设计担忧，尾翼太沉重，在测试过程中受到了损坏，同时飞控软件也涉及到在体积变大之后如何很好地操控飞艇的问题。”飞艇项目的进度落后使得固定翼无人机的支持者很高兴。固定翼无人机的支持者并不惊讶飞艇项目遇到的挫折,因为他们的系统已经比飞艇项目获得了更多的支持。但是从现在来说，固定翼无人机在高空长航时竞赛中还有很长的路要走，而飞艇可能最终也会拥有自己的蓝天。 -全文完-