無人機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)及其關(guān)鍵技術(shù)

在新世紀(jì)之初，無人機(jī)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)嶄新的時(shí)代。性能各異、技術(shù)先進(jìn)、用途廣泛的各種新型機(jī)種如長(zhǎng)航時(shí)無人機(jī)、戰(zhàn)斗無人機(jī)和微型無人機(jī)等不斷涌現(xiàn)。在2001年，"全球鷹"高空長(zhǎng)航時(shí)無人機(jī)完成了越洋飛行，創(chuàng)造了航程和飛行時(shí)間的世界紀(jì)錄。"捕食者"中空長(zhǎng)航時(shí)無人機(jī)在美國(guó)對(duì)阿富汗的空襲行動(dòng)中，首次掛載了導(dǎo)彈對(duì)阿富汗地面目標(biāo)進(jìn)行了實(shí)彈攻擊，開創(chuàng)了無人機(jī)執(zhí)行對(duì)地攻擊任務(wù)的先例。戰(zhàn)斗無人機(jī)將打破無人機(jī)用于偵察的單一模式，而將作為一種新型武器發(fā)放平臺(tái)出現(xiàn)在新世紀(jì)的武器裝備行列。未來無人機(jī)不僅能用于戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)略等信息偵察，而且還可用于戰(zhàn)場(chǎng)壓制等多種任務(wù)。長(zhǎng)航時(shí)無人機(jī)、戰(zhàn)斗無人機(jī)和低成本無人機(jī)將是今后軍用無人機(jī)發(fā)展的重點(diǎn)和方向。

一. 無人機(jī)未來三大發(fā)展趨勢(shì)
在21世紀(jì)的戰(zhàn)爭(zhēng)中，無人機(jī)將發(fā)揮更加重要的作用。長(zhǎng)航時(shí)無人機(jī)、戰(zhàn)斗無人機(jī)及低成本無人機(jī)將成為未來發(fā)展的三大趨勢(shì)。
美國(guó)空軍對(duì)今后無人機(jī)的要求是六個(gè)字，即"持續(xù)、保護(hù)和價(jià)格"。"持續(xù)"就是無人機(jī)在戰(zhàn)場(chǎng)上有長(zhǎng)時(shí)間的續(xù)航時(shí)間；"保護(hù)"就是使用無人機(jī)可以避免空勤人員受到敵方防空系統(tǒng)的傷害；"價(jià)格"就是要低廉，一套無人機(jī)系統(tǒng)的價(jià)格應(yīng)該是有人飛機(jī)系統(tǒng)的幾分之一。
美國(guó)先進(jìn)無人機(jī)材料、結(jié)構(gòu)和航空委員會(huì)（以下簡(jiǎn)稱委員會(huì)）確定了美國(guó)未來重點(diǎn)研究的三類概念性無人機(jī)，即高空長(zhǎng)航時(shí)無人機(jī)（High-Altitude
Long-Endurance Vehicles）、高速機(jī)動(dòng)無人機(jī)（High-speed
Maneuverable Vehicles）和非常低成本的無人機(jī)（Very low-cost Vehicles）。該委員會(huì)認(rèn)為，這三類無人機(jī)未來能替代有人飛機(jī)并能執(zhí)行特殊作戰(zhàn)任務(wù)，同時(shí)這三類無人機(jī)能支持空軍在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和研制下一代無人機(jī)能力方面的技術(shù)需求。美國(guó)先進(jìn)無人機(jī)委員會(huì)將這三種無人機(jī)也稱之為"概念性無人機(jī)"（Notional Vehicle types）。

1. 高空長(zhǎng)航時(shí)無人機(jī)（HALE）
高空長(zhǎng)航時(shí)無人機(jī)的研究將為下一代偵察機(jī)/監(jiān)視無人機(jī)提供技術(shù)上的準(zhǔn)備，高空長(zhǎng)航時(shí)無人機(jī)的關(guān)鍵問題是，它要在20000米以上的高空長(zhǎng)時(shí)間（至少是幾天以上）的工作，該委員會(huì)相信，未來飛機(jī)在20000米以上飛行將是不受禁止的，所以與這類飛機(jī)設(shè)計(jì)和使用相關(guān)的問題應(yīng)看作是一種特殊類型的無人機(jī)。重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容應(yīng)放在高空技術(shù)上，特別是氣動(dòng)力/無人機(jī)氣動(dòng)布局和推進(jìn)系統(tǒng)技術(shù)。HALE無人機(jī)氣動(dòng)布局要重點(diǎn)研究有關(guān)長(zhǎng)時(shí)間飛行的結(jié)構(gòu)效率（結(jié)構(gòu)重量輕），因?yàn)镠ALE無人機(jī)的典型特征是結(jié)構(gòu)輕和翼展大，因此氣動(dòng)彈性是一個(gè)非常重要的因素。一般來說，HALE是自主控制和可程序控制的，為了避免操作人員的疲勞，是使用這類無人機(jī)執(zhí)行長(zhǎng)時(shí)間作戰(zhàn)任務(wù)的一個(gè)重要原因。

2．高速機(jī)動(dòng)的無人機(jī)（HSM）
高速機(jī)動(dòng)無人機(jī)的研究重點(diǎn)是為潛在的第二代戰(zhàn)斗無人機(jī)（UCAV）作技術(shù)準(zhǔn)備。HSM無人機(jī)的目標(biāo)是在成本明顯低于有人飛機(jī)的情況下來完成高風(fēng)險(xiǎn)作戰(zhàn)任務(wù)。研究HSM這類無人機(jī)的主要原因是它的生存性高，因此在設(shè)計(jì)中要考慮隱身和機(jī)動(dòng)性與速度、最大高度和損傷容限的折衷關(guān)系。HSM無人機(jī)一般是與有人飛機(jī)一同執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)，而且在操作人員的控制下對(duì)任務(wù)的變化是很敏感的，HSM無人機(jī)的使用和后勤保障成本將是非常關(guān)鍵的問題。

3．低成本無人機(jī)（Very Low-cost Vehicles）
低成本無人機(jī)的研究重點(diǎn)是解決在無人機(jī)設(shè)計(jì)中成本與性能之間的折衷問題。低成本無人機(jī)將是小型、自主和廉價(jià)的。當(dāng)作為單一部署的系統(tǒng)與其它飛機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)時(shí)，單獨(dú)的低成本無人機(jī)不會(huì)攜帶高價(jià)值的有效載荷。單獨(dú)無人機(jī)系統(tǒng)的損失只會(huì)帶來任務(wù)故障或間接損壞這類小的威脅。低成本無人機(jī)的關(guān)鍵問題是無人機(jī)的氣動(dòng)布局，其氣動(dòng)布局將取決于有效載荷、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、長(zhǎng)期存儲(chǔ)后的可靠性以及低成本的制造等問題。

二．無人機(jī)關(guān)鍵技術(shù)
美國(guó)先進(jìn)無人機(jī)委員會(huì)對(duì)以上三種概念性無人機(jī)所需的子系統(tǒng)基礎(chǔ)技術(shù)分別是：

1. 高空長(zhǎng)航時(shí)無人機(jī)的基礎(chǔ)技術(shù)
·減小渦阻力技術(shù)如升力系統(tǒng)和翼尖渦輪（tip turbines）
·低雷諾數(shù)下的層流到紊流的轉(zhuǎn)捩技術(shù)
·氣動(dòng)彈性控制技術(shù)
·燃?xì)廨啓C(jī)或活塞發(fā)動(dòng)機(jī)在高壓比狀態(tài)下的工作
·可供選擇的推進(jìn)系統(tǒng)（如：燃料電池、太陽能電池和能源儲(chǔ)備系統(tǒng)）
·有關(guān)氣動(dòng)彈性剪裁的材料和設(shè)計(jì)技術(shù)
·有關(guān)超輕型機(jī)體結(jié)構(gòu)的低速率制造技術(shù)

2. 高速機(jī)動(dòng)無人機(jī)的基礎(chǔ)技術(shù)
·非線性、非定?？諝鈩?dòng)力學(xué)
·復(fù)雜布局的流場(chǎng)模擬
·推進(jìn)/機(jī)體一體化的建模工具
·高載荷推進(jìn)系統(tǒng)的剛性輕型結(jié)構(gòu)技術(shù)
·流體密封技術(shù)
·高過載長(zhǎng)壽命軸承技術(shù)
·高速高過載環(huán)境概率結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法
·高性能結(jié)構(gòu)材料自動(dòng)制造工藝技術(shù)
·高溫復(fù)合材料技術(shù)

3. 非常低成本無人機(jī)所需的基礎(chǔ)技術(shù)
·非常低雷諾數(shù)空氣動(dòng)力學(xué)
·長(zhǎng)期存儲(chǔ)用的軸承
·推進(jìn)系統(tǒng)的低成本附件（如：燃油泵、發(fā)動(dòng)機(jī)控制器、發(fā)電機(jī)）
·一次性使用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
·擴(kuò)大結(jié)構(gòu)材料的種類（包括低成本材料和常用材料? ·低成本制造的模塊設(shè)計(jì)技術(shù)
另外，美國(guó)先進(jìn)無人機(jī)委員會(huì)在確定了這三種概念性無人機(jī)基礎(chǔ)技術(shù)的基礎(chǔ)上，還確定了一般無人機(jī)所需的五大子系統(tǒng)技術(shù)：
·氣動(dòng)力技術(shù)（和無人機(jī)氣動(dòng)布局）
·機(jī)體材料和結(jié)構(gòu)
·推進(jìn)系統(tǒng)
·能源和相關(guān)技術(shù)
·控制技術(shù)
在未來高技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)中，無人機(jī)將成為一種十分有效、必不可少的武器裝備。阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)以來，無人機(jī)的重要軍事價(jià)值得到了進(jìn)一步的證實(shí)，因而受到越來越多國(guó)家的重視。當(dāng)前，許多國(guó)家的軍方都把無人機(jī)置于優(yōu)先發(fā)展的地位。美國(guó)軍方認(rèn)為無人機(jī)非常適合美國(guó)21世紀(jì)的財(cái)政和軍事現(xiàn)實(shí)。無人機(jī)的價(jià)格只有載人飛機(jī)的幾分之一，而它們的能力正以指數(shù)形式增長(zhǎng)。
隨著戰(zhàn)斗無人機(jī)的研制成功，無人機(jī)將從過去一直執(zhí)行空中偵察、戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視和戰(zhàn)斗毀傷評(píng)估等任務(wù)的作戰(zhàn)支援裝備，升級(jí)為能執(zhí)行壓制敵防空系統(tǒng)、對(duì)地攻擊、攔截戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈和巡航導(dǎo)彈，可執(zhí)行對(duì)空作戰(zhàn)任務(wù)的真正的作戰(zhàn)裝備。其性能將會(huì)發(fā)生質(zhì)的飛躍，從而有可能改變未來空中作戰(zhàn)的組織編制、條例條令、作戰(zhàn)原則、戰(zhàn)術(shù)思想乃至國(guó)防采辦策略等。在21世紀(jì)的戰(zhàn)爭(zhēng)中，無人機(jī)將會(huì)發(fā)揮更加重要的作用。毫無疑問，無人機(jī)對(duì)未來戰(zhàn)爭(zhēng)將會(huì)產(chǎn)生重大影響。（中國(guó)航空信息中心 計(jì)秀敏）