未来无人机的主要特征

未来无人机的主要特征

0理论研究和性能研究如图1所示，战斗机已经发展到第四代（一些国家认为它们是五代）。每代战斗机的特征是:第一代:最大速度M1.3～1.5的低超声速战斗机(F-100,米格-19等)。第二代:最大速度M2的超音速战斗机(F-104,F-4,米格-21,米格-23等)。第三代:以高机动性为主要特点的战斗机(F-15,F-16,米格-29,苏-27以及法国的“幻影”2000等)。第四代:以隐身、超声速巡航、超机动性、高度综合的航电系统等为主要技术特征的新一代战斗机(F-22,F-35,T-50等)。根据装备一代、研制一代、探索一代的发展趋势,关于未来战斗机主要特征的研究就不得不被提上日程。未来战斗机的主要特征和发展趋势主要取决于未来战争的模式。由于未来战争将由“武器平台中心战”向“网络中心战”转变,使作战飞机由原来的单独作战或支援平台,转变为整体作战体系中的一个节点,没有强有力的信息感知能力,作战飞机将很难在未来战场上生存,因此航空技术与信息技术的结合在未来战斗机的研制中将显得越来越重要。在网络中心战中,战斗机将是一个重要的节点。飞机的传感器和武器发射器都是通过数据链与作战系统的其他单元连接的,数据链又连接着网络中心,这样网络中心可以充分利用先进的计算机技术和其他先进技术对数据进行分析和评估,然后由指挥员做出决策,并指挥和命令飞机作战。国外目前对于第五代战斗机特征的研究概述如下。国外有的学者认为,下一代战斗机发展的一个可能的趋势是无人化。前美军参谋长联席会议主席迈克·马伦就曾乐观地估计F-35将是美国空军最后一型有人驾驶战斗机。《简氏防务周刊》2007年10月31日报道,据美国空军参谋长迈克尔·莫斯利上将透漏,美国空军已经开始考虑下一代战机将要具备那些特征,并已要求相关机构研究关于研制“第五代”战斗机的各种要求。一种可能是新式隐形无人驾驶战斗机,也可能是一种有人驾驶飞行器,它以特殊层压材料制造,以提高隐身性能。据专家分析,第一种可能由于技术难题而很难实现,因为到目前为止没有任何综合传感器能够在空对空环境中做出像飞行员一样的判断。理论上,在20年以后有可能开发出拥有像战斗机飞行员一样好的视觉传感器系统。无论是有人驾驶还是无人驾驶,第五代战斗机都将是F-35和F-22的继承者。2008年6月,美国海军在公布其F/A-18E/F舰载战斗机后继机F/A-XX的方案探索研究结果时,认为飞翼布局的无人作战飞机将是一种很有吸引力的选择,并表示该机一旦入役就会与F-35C/B战斗机协同作战。《华盛顿邮报》2009年4月13日报道,据美国空军秘书MichaelB.Donley以及美国空军部长Gen.NortonA.Schwartz透漏,在接下来的几年内,美国空军将对未来空中优势战斗机应具备的能力进行研究。他们认为新一代战斗机应该具备极端隐身性能、从亚音速到高超音速范围内都能有效飞行、可变形能力、智能蒙皮、高度的网络化感知能力、极强的传感器系统、可以有人驾驶、定向能武器。美军近年来发动的局部战争都是针对阿富汗、伊拉克等作战体系不健全的国家,美军拥有不对称的信息作战优势,因而对于无人机的应用也得心应手。但是如果针对像中国和俄罗斯这样具有完备作战体系的国家而言,在无法完全掌握制信息权的情况下,未来无人战斗机的作战使用必将受到极大地限制。本文是从未来作战体系中传统意义上的战斗机有无存在的必要性,未来战斗机的主要作战使命,发展思路,主要特征及使用方式等方面进行了一些概念性研究和描述。在此基础上,对UCAV、未来变体战斗机及未来变体UCAV的关键技术等进行了初步的分析。1现代程序的存在,是一个单要搞清楚未来战斗机的主要特征,首先要搞清楚在未来作战方式中,作战飞机的角色。未来战场将是一个由众多计算机通过有线或无线等方式,把陆、海、空、天、电等诸领域的基本作战单元连接在一起的作战系统,而作战飞机仅是该作战系统中的一个节点。空天地一体化信息对抗系统构架如图2所示。1.1定向能武器根据文献,战斗机(Fighter)的主要任务是消灭空中和地面的敌机,夺取制空权。在中国称之为歼击机。按用途分,现代战斗机可分为制空战斗机和多用途战斗机两大类。制空战斗机,又称为空中优势战斗机,主要任务是空战;多用途战斗机,则既可以执行空战任务,又可以执行对地攻击任务。当代战斗机多兼有空战和对地作战能力,被称之为多用途战斗机。在军用飞机中,战斗机是装备数量最多、应用最广、发展最快的机种,其研制水平往往代表了航空科学技术发展的水平。从战斗机的定义可以看出,研究未来作战体系中战斗机有无存在的必要性就是研究其空战能力和对地攻击能力是否必要。未来传统战斗机的空战能力是否可以被制导武器或者定向能武器的发射平台所代替?若是,则未来战斗机的概念不复存在。然而要回答该问题,需要研究清楚以下三个方面的问题:(1)制导武器或者定向能武器的能力(远射程,高精度)能否在任何时候都可以达到攻击敌方空中目标的要求?对于空中机动性强,飞行速度快的目标,远程制导武器和定向能武器很难保证任何时候都可以对其实施有效攻击。很多巡逻、威慑和占领的任务是不能依靠消灭敌方空中目标来完成的,单纯依靠制导武器和定向能武器的任务灵活性很差,因此不能在任何时候使用远程制导武器和定向能武器对所有的空中目标实施打击。(2)天基、空基与地基平台发射制导武器或者定向能武器攻击空中目标的经济性与未来战斗机攻击空中目标的经济性孰优孰劣?战斗机、无人机等空中目标本身是一种低价易受攻击的目标,现代战斗机具有很强的隐身能力和完备的干扰手段,往往需要多次攻击才能被摧毁,因此采用远程制导武器或者定向能武器性价比太低。(3)未来二三十年来所构想的空、天、地信息网络系统是否能提供发射平台制导或者定向能武器足够的信息支持?信息支持包括三个方面,即信息的搜集、传输和处理。对空中目标的信息搜集,主要依靠多功能无人机、空中预警机、临近空间飞行器、对空预警雷达网等电子信息装备。信息的传输和处理主要依靠功能完备、种类齐全的军用卫星体系和指挥控制飞机来完成。美军计划到2010年部署200颗不同种类的卫星,2030年美国的在轨卫星将达到800颗,形成庞大的空间信息情报系统。逐步实现卫星间的信息互联和星上处理,实现空天地信息之间的互联互通,提高一体化的空天战场感知能力,为空天作战提供强大的信息支援保障。在未来先进的对空探测系统和完备的战术信息网络系统的支持下,是能够为发射平台制导或者定向能武器提供足够的信息支持。传统战斗机对地攻击能力是否可以被天基、空基与地基制导武器或者定向能武器所替代?该问题同样涉及到三个方面的问题:(1)制导武器或者定向能武器的能力是否可以达到攻击任何地面(海面)目标的能力?对于地面目标而言,在被发现和没有有效干扰的情况下,制导武器或者定向能武器是能够对其实施有效打击的。在相同条件下,地面目标相对于空中目标机动性更差,甚至是固定目标,其被摧毁的概率比空中目标被摧毁的概率更大。(2)天基、空基与地基平台发射制导武器或者定向能武器攻击地面目标的经济性与未来战斗机攻击地面目标的经济性孰优孰劣?不同地面目标的最有效打击手段如表1所示。从表1可以看出,对于高价值的战略目标,利用远程精确打击武器更经济,但对于防空系统,利用高性能战斗机攻击则更加有效,至于其他的战术目标,则可以通过对地攻击机、直升机和各类廉价的制导炸弹来完成。由此可见,对地打击手段多种多样,应该根据不同的目标类型,选择最经济的打击手段,因而有必要保留空中优势战斗机对特定目标的打击能力。(3)未来二三十年来所构想的空、天、地信息网络系统是否能提供发射平台制导或者定向能武器足够的信息支持?对地面目标的信息搜集,主要依靠多功能无人机、空中预警机、临近空间飞行器、侦察卫星和地面侦察部队。信息的传输和处理主要依靠功能完备、种类齐全的联合战术信息分配系统和指挥中心来完成。在未来先进的对地探测系统和完备的战术信息网络系统的支持下,能够为发射平台制导或者定向能武器提供足够的信息支持。根据本节的研究,未来战斗机的作战使命应该是以攻击空中目标为主,兼顾对地攻击。1.2第二、有助于提高任务的能力未来战斗机的发展思路有以下四种可能:(1)目前四代机基础上能力的提高与拓展本文认为,能力跃升并不能作为未来战斗机主要的发展思路,可作为四代机后继发展型的思路。(2)无人战斗机(UCAV)与有人驾驶飞机相比,无人机具有众多优点:无人员过载限制,机动性高;外形体积小,隐身性能好;无人员疲劳和生理限制问题,续航时间长;不存在飞行员伤亡、被俘和泄密等问题,因而在未来空中战场上具有比较明显的优势。但由于无人机对环境的准确感知和灵活反应能力不如有人机,致使其无法执行相对复杂的作战任务。因此,未来无人作战飞机出现的初期可能采用与有人驾驶战斗机编队的形式作战,通过这样的组合来提高任务完成能力。随着信息技术和自主控制技术的发展,无人机独立完成任务的能力将会越来越强。(3)变体飞机变体飞机是指能够在飞行中改变气动外形,如机翼面积、展弦比、后掠角等,使飞机在不同飞行状态下性能保持最佳的飞行器。与常规固定布局飞机相比,变体飞机的飞行包线更宽,作战效能更高,能够根据飞行环境、飞行剖面以及作战任务等需要,自主地改变气动构型,优化其飞行性能。发展兼顾亚音速和超音速的变体战斗机可以大幅改善未来战斗机的起降性能、空战性能、超音速巡航性能以及对地攻击性能。如果变体飞机还具备高超音速性能,那么将大大提高其快速反应能力和生存力。(4)空天飞机随着现代科学技术的进步和未来战场的不断拓展,传统意义上的空中作战将发生根本性的变化,空天力量一体、空天战场一体已经成为趋势。在未来战场上,要有效地保障己方航空航天器顺利执行任务,同时阻止对方航空航天器执行任务,就有必要装备可常规起降、快速灵活进入太空的空天作战飞机以夺取制天权。空天飞机不仅能够在大气层中飞行,还要能够在外太空飞行。同普通航天器不同,空天飞机还要能够被重复使用,因此存在很多技术难题,例如:需要装备既能在大气层中飞行,又能在太空中飞行的新型发动机;需要采用一系列新型材料和散热措施等。这些技术难点不但使得飞机变得笨重、复杂,而且使用维护成本高昂,因此对于未来战斗机的任务而言,空天飞机的灵活性太差,比较适合在战争初期对敌方的高价值高危险目标实施突防,而对于战术级的空中及地面目标,其作战效费比太低。因而,空天飞机不能成为未来战斗机主要的发展思路,只能作为未来战斗机的一个补充。1.3未来战斗机的主要特征(1)智能化水平①具有大过载与高机动性;②具有隐身性;③具有高度的智能化水平和自动化程度;④其机载航空电子设备、推进系统和任务载荷应具有较高的自动化、可靠性水平,并具有较小的体积和重量等。(2)高重机动能力①在不同飞行状态下具备改变外形的能力;②具备高速巡航能力的同时,具有大过载飞行与高机动能力;③具有隐身性;④高可靠性;⑤高精度的控制系统。(3)变体epc的特点同时具备UCAV和变体飞机的特征。2未来战斗机开发的可能关键技术2.1u(1)运营/演练模拟设备包括远距显示和虚拟实况显示;2D和3D高分辨率显示器;战情了解决策辅助设备;自动飞行任务规划;训练/演练用的分布式交互模拟;人机接口;智能可变自主性控制结构。(2)通信系统包括多波段多模式无线电台传播频谱抗阻塞/低窃取概率波形;高动态带宽机载网络协议;敏捷波束保形天线;网络安全性。(3)智能滤波和智能决策辅助包括多频谱图像融合自动目标识别;敌/我/中立方识别显像技术;智能滤波和相关算法、导向目标、目标系统分析和决策辅助技术;面向目标的数据库和数据新添算法。(4)数据压缩包括多频谱压缩算法;算法的收发硬件实施;为图像和传感器数据处理设计的压缩算法;自动化感兴趣压缩区。(5)传感器包括分布式孔径光电/成像红外传感器;非冷却或红外探测器、智能蒙皮。(6)飞机控制包括自适应性管理;多频谱图像融合;智能规划和常规程序算法;特征管理系统;智能防御机动动作规划。(7)身体和推进器系统包括超高过载设计下UCAV/UTA寿命周期的机身材料;先进的结构设计技术;推力矢量控制等。2.2分散战斗机的关键技术(1)体设计方法对比变体飞机可兼顾起降、巡航、机动等多任务需求,其在总体设计上的思想和方法与常规飞机有所不同。变体飞机的总体设计必须考虑多学科交叉综合,通过总体及气动协调优化设计来保证其在不同飞行条件下均具有较好的气动性能。(2)机翼性能自适应性变体飞机的机翼需要在不同飞行状态下均具有优良的性能,因此其机翼结构应具有自适应性。机翼的蒙皮材料和结构驱动技术是变体飞机设计的最大难点之一。(3)控性问题的提出变体飞机构型改变时,如何保证其飞行的可控性也是一个需要解决的重要问题。通过对机翼变形前后的