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“空中母艦”,美國“小精靈”無人化空戰平台

作者:兵工科技

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2018年,美國空軍研究實驗室3月22日推出一則視訊,視訊中,美國空軍研究實驗室展示了“忠誠僚機”“小妖精”、高功率微波武器和六代機等概念。其中在“小妖精”概念示範畫面中,C-130運輸機的貨艙門開啟,機器人将一個發射架推出艙門。數百個小型無人機随即分離,然後在運輸機周圍飛行,其技術之科幻程度令人歎為觀止。

“空中母艦”,美國“小精靈”無人化空戰平台

“小精靈”項目宣傳圖

“小精靈”項目

近年來,美國空軍的軍事戰略已經悄悄發生了變化,不再一味追求像F-35大而全的空戰平台,因為這類武器造價太過昂貴,且難以對付周邊國家先進的一體化防空系統,經過長研制周期推出的高成本現役裝備如被大量擊落,必将嚴重削弱美空中作戰能力。是以,美國提出了并形成了分布式空中作戰概念。該概念的内涵是:大量功能單一的小型低成本無人機分解傳統大型多功能平台的各項能力,在空戰管理者有限介入和人工智能技術的支援下,各平台協同配合,以群體形式完成作戰任務。分布式空中作戰的實作,需突破空中發射和回收、機體平台、協同作戰、開放式系統架構及戰場管理等多類技術。

在此背景下,2015年9月16日,DARPA公布“小精靈”項目跨部門公告,尋求強對抗環境下空射型低成本小型無人機叢集創新技術及系統解決方案,設計低成本、可重複使用的“小精靈”無人機以及機載型無人機發射回收裝置。

DARPA認為在沒有可靠陸基或海基降落地點的情況下,對于大作戰半徑的小型無人機來說,空基回收将是最簡後勤和最低成本的解決方案,另外還具有對無人機性能影響最小和再次發射迅速等優勢。是以,“小精靈”項目的主要目标便設定為探索小型無人機叢集空中發射和回收的可行性,并開展示範驗證試驗。

“空中母艦”,美國“小精靈”無人化空戰平台

根據DARPA的招标意見,小精靈無人機設計載重要達到27.3~54.5千克

根據D ARPA的設想,“小精靈”無人機叢集将在敵方防區外由C-130運輸機、B-52/B-1轟炸機等平台空中發射,在空中組網和其他有人平台協同執行ISR、電子戰、破壞飛彈防禦系統等任務,任務完成後退出敵防區,由一架C-130運輸機在空中将機群回收并返航,地勤人員可在24小時以内完成“精靈機”下次執行任務的準備。據報道,“精靈機”預期能重複使用約20次,通過減少有效載荷與機體成本,提供比消耗型系統更大的成本優勢。相較于服役數十年的傳統無人機,“精靈機”的維護成本與任務成本也較低。

DARPA在招标中公開了“小精靈”無人機的設計目标:作戰半徑555~926千米;續航時間1~3小時;設計載重27.3~54.5千克;飛行速度0.7~0.8馬赫;發射高度12192米以上;推進系統可選現役發動機、改進型發動機或全新設計型發動機;有效載荷功率800~1200瓦;有效載荷子產品化設計,應包括光電/紅外傳感器、無線電系統等;無人機至少可重複使用20次;出廠單價(不包括載荷)低于70萬美元;大型平台能發射超過20架無人機;30分鐘以内回收8架或更多無人機;成功回收率大于95%;發射或回收平台因搭載“小精靈”無人機實施分布式空中作戰而墜毀的機率低于每飛行小時10-7次;回收後再次發射的時間不超過24小時;發射回收平台的改裝成本(不包括指揮和控制系統)不超過200萬美元;發射平台不限于C-130運輸機、B-52/B-1轟炸機。

“空中母艦”,美國“小精靈”無人化空戰平台

通用動力公司展出的“小精靈”項目無人機

作戰構想

“小精靈”無人機設計最大作戰半徑926千米,接近F-35戰鬥機,在編隊作戰時,可通過組網實作通信中繼,支援遠距離外的戰鬥機進行超視距打擊;采用運輸機/轟炸機作為無人機的空中發射回收平台,這些大型有人機尤其是轟炸機的作戰半徑是戰鬥機的數倍,可攜帶“小精靈”無人機深入對方防區内執行任務;“小精靈”無人機設計最大載重54.5千克,除正常的光電/紅外載荷外,可以搭載電子戰、探潛裝置等,替代高價值有人機執行多種任務。運輸機/轟炸機、無人機、有人戰鬥機的結合運用将全面提升空中裝備作戰範圍、部署運用靈活性和安全性,形成全新的制空能力和作戰模式。來去無蹤且随時可将戰力化整為零的“空中航母”,兼顧了降低人員傷亡和增強作戰效能兩大目标。

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需要指出的是,非隐形的C-130運輸機并非最理想的搭載平台。在第三階段,軍方可能要求訂購一艘隐形“母艦”來承擔“空中航母”的角色。對美國空軍來說,所謂的“母艦”也許是經過改裝的B-21轟炸機;對海軍來說,它也可能是尚未透露細節的下一代艦載轟炸機MQ-25。

更先進的“空中航母”能夠更大膽地闖入敵對空域而不被察覺。未來戰場上很可能出現下列的場景:敵軍的雷達螢幕瞬間被數十架一湧而出的“小精靈”無人機“刷屏”,随後它們化整為零,去執行各自的任務,在雷達上消失得無影無蹤。

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“小精靈”無人機設計最大作戰半徑926千米,接近F-35戰鬥機

重要意義

鑒于中、俄等國一體化防空系統的主要作戰對象為傳統的大型多功能平台,故DARPA認為與目前正常作戰樣式相比,分布式空中作戰在強對抗環境中有較高的效費比。首先在反介入/區域拒止環境中小型無人機以個體方式滲入敵防區的能力強;其次小型無人機以群體方式作戰将使敵防禦系統産生“飽和”而無法全部應對,即便防禦也需耗費昂貴的地空飛彈打擊廉價的單個小型無人機,使防禦成本顯著增加;最後,小型無人機叢集還可依據敵情和自身損失,實時排列組合出最優的作戰能力,以在F-22、F-35等有人機有限的指揮下實作以群體方式完成任務,作戰靈活性較強。以小型無人機叢集為特征的分布式空中作戰

與目前的空中作戰樣式大相徑庭,如未來美軍大規模踐行此概念,其空中作戰裝備發展必将改變。大型多功能有人空中平台的技術更新速度将減緩,裝備數量可能大幅降低,如DARPA認為F-35可能是美國最後一型大型多功能戰鬥機;同時,與低成本無人機、巡飛彈、飛彈相關的關鍵技術将得到重視,空戰裝備體系中将出現越來越多的低端平台;另外,高性能小型機載射頻和武器載荷技術可能成為重要發展方向;最後,自主協同的叢集作戰将促使空戰平台的人工智能水準快速提升。總之,分布式空中作戰概念牽引出的機體廉價化、平台智能化、載荷小型化等特點,将對未來空戰裝備的發展思路産生重大變革。

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“小精靈”項目是DARPA探索分布式空中作戰技術的重要組成部分

“小精靈”項目是DARPA探索分布式空中作戰技術的重要組成部分。該項目旨在通過探索小型無人機叢集的空中發射和回收等關鍵技術,支撐美軍為着眼大國對抗而大力發展的分布式空中作戰概念。該作戰概念不但将颠覆目前以F-35、B-21等大型多功能平台為核心的作戰樣式和裝備發展思路,給敵防禦帶來重大挑戰,也将是大幅降低作戰成本的重要途徑。

不過,“小精靈”的研制并非簡單的事兒,在DARPA的技術說明書中,“小精靈”項目需要突破的關鍵技術包括:空中發射與回收技術、裝置載荷與機體一體化概念設計、低成本結構設計、有限壽命設計、自動複飛政策、精确數字飛控與導航、小型高效渦輪發動機、發動機自動關機技術、小型分布式載荷內建技術、精确位置保持技術等,技術複雜,難度較大,究竟能否成行,還有待進一步觀察。

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