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“空中母舰”,美国“小精灵”无人化空战平台

作者:兵工科技

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2018年,美国空军研究实验室3月22日推出一则视频,视频中,美国空军研究实验室展示了“忠诚僚机”“小妖精”、高功率微波武器和六代机等概念。其中在“小妖精”概念演示画面中,C-130运输机的货舱门开启,机器人将一个发射架推出舱门。数百个小型无人机随即分离,然后在运输机周围飞行,其技术之科幻程度令人叹为观止。

“空中母舰”,美国“小精灵”无人化空战平台

“小精灵”项目宣传图

“小精灵”项目

近年来,美国空军的军事战略已经悄悄发生了变化,不再一味追求像F-35大而全的空战平台,因为这类武器造价太过昂贵,且难以对付周边国家先进的一体化防空系统,经过长研制周期推出的高成本现役装备如被大量击落,必将严重削弱美空中作战能力。因此,美国提出了并形成了分布式空中作战概念。该概念的内涵是:大量功能单一的小型低成本无人机分解传统大型多功能平台的各项能力,在空战管理员有限介入和人工智能技术的支持下,各平台协同配合,以群体形式完成作战任务。分布式空中作战的实现,需突破空中发射和回收、机体平台、协同作战、开放式系统架构及战场管理等多类技术。

在此背景下,2015年9月16日,DARPA公布“小精灵”项目跨部门公告,寻求强对抗环境下空射型低成本小型无人机集群创新技术及系统解决方案,设计低成本、可重复使用的“小精灵”无人机以及机载型无人机发射回收设备。

DARPA认为在没有可靠陆基或海基降落地点的情况下,对于大作战半径的小型无人机来说,空基回收将是最简后勤和最低成本的解决方案,另外还具有对无人机性能影响最小和再次发射迅速等优势。因此,“小精灵”项目的主要目标便设定为探索小型无人机集群空中发射和回收的可行性,并开展演示验证试验。

“空中母舰”,美国“小精灵”无人化空战平台

根据DARPA的招标意见,小精灵无人机设计载重要达到27.3~54.5千克

根据D ARPA的设想,“小精灵”无人机集群将在敌方防区外由C-130运输机、B-52/B-1轰炸机等平台空中发射,在空中组网和其他有人平台协同执行ISR、电子战、破坏导弹防御系统等任务,任务完成后退出敌防区,由一架C-130运输机在空中将机群回收并返航,地勤人员可在24小时以内完成“精灵机”下次执行任务的准备。据报道,“精灵机”预期能重复使用约20次,通过减少有效载荷与机体成本,提供比消耗型系统更大的成本优势。相较于服役数十年的传统无人机,“精灵机”的维护成本与任务成本也较低。

DARPA在招标中公开了“小精灵”无人机的设计目标:作战半径555~926千米;续航时间1~3小时;设计载重27.3~54.5千克;飞行速度0.7~0.8马赫;发射高度12192米以上;推进系统可选现役发动机、改进型发动机或全新设计型发动机;有效载荷功率800~1200瓦;有效载荷模块化设计,应包括光电/红外传感器、无线电系统等;无人机至少可重复使用20次;出厂单价(不包括载荷)低于70万美元;大型平台能发射超过20架无人机;30分钟以内回收8架或更多无人机;成功回收率大于95%;发射或回收平台因搭载“小精灵”无人机实施分布式空中作战而坠毁的概率低于每飞行小时10-7次;回收后再次发射的时间不超过24小时;发射回收平台的改装成本(不包括指挥和控制系统)不超过200万美元;发射平台不限于C-130运输机、B-52/B-1轰炸机。

“空中母舰”,美国“小精灵”无人化空战平台

通用动力公司展出的“小精灵”项目无人机

作战构想

“小精灵”无人机设计最大作战半径926千米,接近F-35战斗机,在编队作战时,可通过组网实现通信中继,支持远距离外的战斗机进行超视距打击;采用运输机/轰炸机作为无人机的空中发射回收平台,这些大型有人机尤其是轰炸机的作战半径是战斗机的数倍,可携带“小精灵”无人机深入对方防区内执行任务;“小精灵”无人机设计最大载重54.5千克,除常规的光电/红外载荷外,可以搭载电子战、探潜设备等,替代高价值有人机执行多种任务。运输机/轰炸机、无人机、有人战斗机的结合运用将全面提升空中装备作战范围、部署运用灵活性和安全性,形成全新的制空能力和作战模式。来去无踪且随时可将战力化整为零的“空中航母”,兼顾了降低人员伤亡和增强作战效能两大目标。

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需要指出的是,非隐形的C-130运输机并非最理想的搭载平台。在第三阶段,军方可能要求订购一艘隐形“母舰”来承担“空中航母”的角色。对美国空军来说,所谓的“母舰”也许是经过改装的B-21轰炸机;对海军来说,它也可能是尚未透露细节的下一代舰载轰炸机MQ-25。

更先进的“空中航母”能够更大胆地闯入敌对空域而不被察觉。未来战场上很可能出现下列的场景:敌军的雷达屏幕瞬间被数十架一涌而出的“小精灵”无人机“刷屏”,随后它们化整为零,去执行各自的任务,在雷达上消失得无影无踪。

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“小精灵”无人机设计最大作战半径926千米,接近F-35战斗机

重要意义

鉴于中、俄等国一体化防空系统的主要作战对象为传统的大型多功能平台,故DARPA认为与目前常规作战样式相比,分布式空中作战在强对抗环境中有较高的效费比。首先在反介入/区域拒止环境中小型无人机以个体方式渗入敌防区的能力强;其次小型无人机以群体方式作战将使敌防御系统产生“饱和”而无法全部应对,即便防御也需耗费昂贵的地空导弹打击廉价的单个小型无人机,使防御成本显著增加;最后,小型无人机集群还可依据敌情和自身损失,实时排列组合出最优的作战能力,以在F-22、F-35等有人机有限的指挥下实现以群体方式完成任务,作战灵活性较强。以小型无人机集群为特征的分布式空中作战

与当前的空中作战样式大相径庭,如未来美军大规模践行此概念,其空中作战装备发展必将改变。大型多功能有人空中平台的技术更新速度将减缓,装备数量可能大幅降低,如DARPA认为F-35可能是美国最后一型大型多功能战斗机;同时,与低成本无人机、巡飞弹、导弹相关的关键技术将得到重视,空战装备体系中将出现越来越多的低端平台;另外,高性能小型机载射频和武器载荷技术可能成为重要发展方向;最后,自主协同的集群作战将促使空战平台的人工智能水平快速提升。总之,分布式空中作战概念牵引出的机体廉价化、平台智能化、载荷小型化等特点,将对未来空战装备的发展思路产生重大变革。

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“小精灵”项目是DARPA探索分布式空中作战技术的重要组成部分

“小精灵”项目是DARPA探索分布式空中作战技术的重要组成部分。该项目旨在通过探索小型无人机集群的空中发射和回收等关键技术,支撑美军为着眼大国对抗而大力发展的分布式空中作战概念。该作战概念不但将颠覆当前以F-35、B-21等大型多功能平台为核心的作战样式和装备发展思路,给敌防御带来重大挑战,也将是大幅降低作战成本的重要途径。

不过,“小精灵”的研制并非简单的事儿,在DARPA的技术说明书中,“小精灵”项目需要突破的关键技术包括:空中发射与回收技术、设备载荷与机体一体化概念设计、低成本结构设计、有限寿命设计、自动复飞策略、精确数字飞控与导航、小型高效涡轮发动机、发动机自动关机技术、小型分布式载荷集成技术、精确位置保持技术等,技术复杂,难度较大,究竟能否成行,还有待进一步观察。

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