美國無人機(jī)空中加油試驗(yàn)
王 劍，空軍裝備研究院某所研究室主任、高級(jí)工程師?？哲姼邔哟稳瞬牛?strong class="keylink">中國航空學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員，浮空器分會(huì)及空氣動(dòng)力學(xué)分會(huì)委員。主要從事無人飛行器發(fā)展、使用及相關(guān)研究，獲國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，軍隊(duì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、二等獎(jiǎng)3項(xiàng)，先后榮立三等功3次。
新聞提示
美國《空軍》3月刊披露，美軍今夏將試驗(yàn)無人機(jī)空中加油。據(jù)悉，這是美國防部高級(jí)研究計(jì)劃局正在進(jìn)行的一個(gè)新項(xiàng)目：讓一架“全球鷹”式無人偵察機(jī)作為加油機(jī)在高空給另一架“全球鷹”式無人偵察機(jī)加油。該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人吉姆·麥考密克說，這將給空中加油技術(shù)帶來顛覆性變化。
日前，就無人機(jī)空中自主加油技術(shù)難點(diǎn)、發(fā)展趨勢(shì)、應(yīng)用前景等問題，記者采訪了空軍裝備研究院某所研究室主任、無人機(jī)研究專家王劍。
無人機(jī)自主空中加油是一項(xiàng)劃時(shí)代技術(shù)
問：作為無人機(jī)研究專家，您對(duì)美軍今夏無人機(jī)空中加油試驗(yàn)怎么看？
答：提到無人機(jī)空中加油，我不禁聯(lián)想到美國大片《絕密飛行》中的場(chǎng)景：一個(gè)浮空器作為加油平臺(tái)在固定空域游弋，有力支援了有人和無人作戰(zhàn)飛機(jī)的遠(yuǎn)程作戰(zhàn)。無人機(jī)自主空中加油技術(shù)的試飛驗(yàn)證，是一項(xiàng)劃時(shí)代技術(shù)，必須應(yīng)對(duì)無人系統(tǒng)、傳感和空氣動(dòng)力學(xué)的挑戰(zhàn)，其價(jià)值不亞于空中加油對(duì)有人飛機(jī)帶來的影響。一方面，可以大大提高無人機(jī)航程、航時(shí)和部署上的靈活性，減少對(duì)前進(jìn)基地的依賴，成為作戰(zhàn)效能的倍增器；另一方面，能使無人機(jī)同樣具備空中編隊(duì)飛行能力，從而改變當(dāng)前無人機(jī)各自為戰(zhàn)的使用方式，這對(duì)探索未來無人機(jī)與有人飛機(jī)協(xié)同使用的作戰(zhàn)模式具有開創(chuàng)性意義。
問：與有人飛機(jī)相比，無人機(jī)自主空中加油的優(yōu)勢(shì)和價(jià)值在哪？
答：以美軍“全球鷹”無人機(jī)為例，據(jù)說通過空中加油，續(xù)航時(shí)間和航程能提高3倍，單架次飛行作戰(zhàn)效率將成倍提升，進(jìn)一步深化擴(kuò)展該型無人機(jī)的用途。通過快速部署和對(duì)特定地域全天候的定點(diǎn)偵察，它還能彌補(bǔ)衛(wèi)星定軌運(yùn)行導(dǎo)致偵察范圍及時(shí)間受限的不足，并能在間諜衛(wèi)星被摧毀或被干擾時(shí)替代衛(wèi)星完成偵察任務(wù)。
有人飛機(jī)雖然具備空中加油能力，但航行時(shí)仍會(huì)受飛行員疲勞耐受時(shí)間影響。例如：海軍“大黃蜂”F/A-18艦載戰(zhàn)斗機(jī)通常每次出擊的飛行距離不超過450英里，只能執(zhí)行幾小時(shí)的任務(wù)。為此，美國海軍將為諾·格公司正在開發(fā)的兩架X-47B無人作戰(zhàn)飛機(jī)增加空中加油設(shè)備和軟件。這一變化將使海軍核動(dòng)力航母有效打擊射程增加數(shù)千英里，即從遠(yuǎn)海安全區(qū)域?qū)μ窖蟮貐^(qū)的任意目標(biāo)實(shí)施打擊，從而改變太平洋地區(qū)的力量平衡。
此外，無人機(jī)自主空中加油技術(shù)同樣可以在有人駕駛飛機(jī)上發(fā)揮重要作用。對(duì)飛行員來說，一次長達(dá)10至30小時(shí)的飛行任務(wù)(相當(dāng)B-2轟炸機(jī)從美國中西部飛往伊拉克)是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)，特別在起飛、著陸、轟炸和空中加油階段是飛行員最緊張的時(shí)候。如果采用了自動(dòng)編隊(duì)和自主加油技術(shù)，就可以幫助減輕飛行員長距離飛行和惡劣天氣飛行的負(fù)擔(dān)。
從有人到無人需要突破飛行控制系統(tǒng)等核心技術(shù)
問：無人機(jī)空中自主加油有哪些技術(shù)難點(diǎn)？
答：需要解決精確導(dǎo)航、精確測(cè)量跟蹤、精確飛行控制三方面的技術(shù)難題。
在當(dāng)前美國研究機(jī)構(gòu)開發(fā)的自主空中加油驗(yàn)證系統(tǒng)中，導(dǎo)航系統(tǒng)采用的是“gps＋慣性導(dǎo)航”的組合導(dǎo)航方式，并通過測(cè)量、解算加油機(jī)和受油機(jī)的相對(duì)位置、速度、加速度等相關(guān)數(shù)據(jù)，引導(dǎo)受油機(jī)從較遠(yuǎn)距離接近加油機(jī)，組成精確加油編隊(duì)。
實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量跟蹤，主要是在受油無人機(jī)上安裝光學(xué)測(cè)量跟蹤系統(tǒng)。通過對(duì)數(shù)碼圖像的解算，識(shí)別并鎖定加油機(jī)錐套，跟蹤測(cè)量錐套的相對(duì)位置、角度、距離、速度等數(shù)據(jù)，引導(dǎo)加油管和錐套的最后精確對(duì)接。
最核心的是飛行控制系統(tǒng)。首先，要根據(jù)組合導(dǎo)航和光學(xué)測(cè)量跟蹤系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)，精確控制無人機(jī)形成滿足空中加油要求的飛行編隊(duì)，進(jìn)而完成對(duì)接；其次，要消除加油機(jī)和受油機(jī)之間復(fù)雜氣流以及加油過程中的重量、重心變化帶來的影響，保持加油編隊(duì)和無人機(jī)平臺(tái)穩(wěn)定；再次，要克服突發(fā)氣流對(duì)無人機(jī)平臺(tái)的影響，并在加油編隊(duì)做標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)彎機(jī)動(dòng)時(shí)實(shí)施有效控制。
此外，還應(yīng)具有完善的自動(dòng)保護(hù)模式，一旦在對(duì)接過程中出現(xiàn)異常，飛控系統(tǒng)能夠控制受油機(jī)自動(dòng)和加油機(jī)脫離。正是由于上述關(guān)鍵技術(shù)的突破和綜合應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)了空中加油從有人到無人的技術(shù)跨越。
問：美軍無人機(jī)空中自主加油技術(shù)經(jīng)歷幾個(gè)發(fā)展階段？
答：針對(duì)無人機(jī)自主空中加油技術(shù)，美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室制定了一個(gè)分階段實(shí)現(xiàn)的發(fā)展路線圖：第一階段進(jìn)行由有人飛機(jī)模擬無人機(jī)平臺(tái)的試飛驗(yàn)證；第二階段利用F-16 VISTA變穩(wěn)飛機(jī)模擬美軍典型無人機(jī)（如“全球鷹”“捕食者”）飛行特性的試飛驗(yàn)證；第三階段，進(jìn)行無人機(jī)對(duì)無人機(jī)的試飛驗(yàn)證，從而實(shí)現(xiàn)空中加油技術(shù)從有人到無人的跨越。
越來越多的無人機(jī)將占據(jù)未來空戰(zhàn)場(chǎng)
問：目前美軍無人機(jī)空中自主加油技術(shù)進(jìn)展如何？都有哪些機(jī)構(gòu)在研究？
答：2006年8月15日，波音公司用改裝的“里爾”飛機(jī)，采用硬式加油方式，與一架KC-135R加油機(jī)成功驗(yàn)證了無人機(jī)空中加油位置自動(dòng)保持技術(shù)。
同年8月30日，德萊頓飛行研究中心用改裝的F/A-18飛機(jī)，與一架波音707-300加油機(jī)首次成功實(shí)現(xiàn)全自主空中軟式加油對(duì)接飛行。
RQ-4“全球鷹”無人機(jī)的開發(fā)商諾·格公司，一直在探討利用空中加油技術(shù)提升該型無人機(jī)的續(xù)航能力。為配合美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展路線圖，該公司在美國航空航天局的支持下開展在兩架“全球鷹”之間進(jìn)行自主空中伙伴加油技術(shù)的技術(shù)研發(fā)。美國航空航天局采購了兩架“全球鷹”無人機(jī)，安裝軟式加油系統(tǒng)，分別作為無人加油機(jī)和無人受油機(jī)，計(jì)劃在今年夏天試飛驗(yàn)證無人機(jī)空中自主加油。
問：能談?wù)劅o人機(jī)自主空中加油技術(shù)在未來的發(fā)展趨勢(shì)與實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用嗎？
答：美國空軍對(duì)無人機(jī)空中加油能力的發(fā)展十分重視。在最新的“2009一2047年無人機(jī)系統(tǒng)飛行計(jì)劃”中，中型無人機(jī)MQ-9“死神”的后續(xù)機(jī)型MQ-X在2030年應(yīng)具備空中加油功能，并能夠作為小型加油機(jī)協(xié)助擴(kuò)展其它機(jī)型執(zhí)行任務(wù)；大型無人機(jī)RQ-4“全球鷹”的后續(xù)機(jī)型MQ-L在2030年前要求具備空中加油能力。美國空軍正在進(jìn)行論證的新型轟炸機(jī)“下一代遠(yuǎn)程攻擊系統(tǒng)”（NGLRS-Ⅱ），采用的就是一種能夠自主空中加油的無人轟炸機(jī)。
當(dāng)前，美國空軍位居第一的采辦項(xiàng)目已不再是F-22“猛禽”戰(zhàn)斗機(jī)，而是對(duì)空軍具有重大影響的空中加油機(jī)。可以預(yù)見，隨著無人空中加油技術(shù)的發(fā)展與成熟，越來越多的無人機(jī)將占據(jù)未來空戰(zhàn)場(chǎng)，成為有人作戰(zhàn)飛機(jī)的強(qiáng)有力支援。
今夏美軍計(jì)劃組織的試驗(yàn)，僅僅是真正意義上無人機(jī)自主空中加油飛行驗(yàn)證的開始，無人機(jī)時(shí)代即將加速起飛。
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