欧美可消耗忠诚僚机的发展

云脑智库 2022-08-18 00:00


来源 | 国际航空

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埃隆·马斯克曾预言,未来将是“自主无人机战争”。在2021年,美国和欧洲多国加快了推进有人-无人机编队作战技术的发展。

截至2021年11月,美国空军极具科幻意味的“天空博格人”项目已至少开展了3次无人机飞行试验。同年启动的“机外感知站”项目提出携带传感器的无人机为有人战斗机提供远程侦察信息,未来则可能作为有人战斗机控制的远程“扩展武器系统”,更有一种“空战游戏”的既视感。

与此同时,英国的“轻型经济可承受新型作战飞机”项目,法国、德国和西班牙联合推进的“未来空战系统”项目,澳大利亚开展的“空中力量编组系统”项目都在加速推进,其核心理念和美国空军的项目一样,都是基于“可消耗忠诚僚机”这一概念。


“可消耗”的忠诚僚机 

美国和欧洲相继计划在空军部队中增加“可消耗忠诚僚机”,这里的“可消耗”(Attritable)源自“消耗战”(Attrition Warfare),不代表一次性使用,更像是对先进有人战机所造成的高成本问题的反思。因为无人机损失不存在人员伤亡的问题,如果能仅以无人机的损失而在战略或战术层面获得较大优势、甚至达成任务目标,那么这一损失就是可以接受的。如果无人机的成本控制得当,甚至可以成为一种行之有效的战法,这就是“可消耗”的意义。

为此,至少需要做到两点:

  • 此类无人机必须比同类有人战机的成本低,甚至需要低很多;

  • 该类无人机在队中的数量足够,在少量无人机“消耗后”,机队仍具备持续作战能力。


作战能力和作战概念 

“可消耗忠诚僚机”离不开先进、可靠的人工智能技术。对飞机的操控应该是由来自有人飞机或地面站的指令和自主操作组合而成的,目前更多是作为有人机的支持与补充,以倍增有人战机战力。为了满足多种作战需求,“可消耗忠诚僚机”可能装载侦察系统、武器系统或者电子战系统。

因此,“可消耗忠诚僚机”提出方案中通常还会包括“模块化”和“开放架构”这两个概念。

“模块化”一方面指无人机的有效载荷“模块化”,如挂载弹药、弹药无人机、电子战装备或是监视感知设备等;另一方面指无人机本身功能部件的“模块化”,如机翼、尾翼、雷达等。硬件“模块化”目前很难在现役飞机上实现,但软件方面的“模块化”设计却早已开始,主要体现在有人-无人平台的通信控制系统与无人机本身通信控制系统的模块化。

“开放架构”是“模块化”理念的扩展。在硬件层面,有效载荷、功能部件的采用开放式标准,则能够让更多国防厂商参与进来,形成生态,便于飞机的长期使用和升级。在软件层面,通过规范并开放人机接口、机机接口,能够支持多类型无人机和有人战机编队协同,而不会对一套软件或算法产生依赖。

克拉托斯公司提供给米切尔航空航天研究所的模块化设计概念图。


美国“天空博格人”项目 

“天空博格人”(Skyborg)项目由原来的美国空军“忠诚僚机”项目调整而来。美国空军在2020年选定多家公司开展前期原型竞争,2021年仅选定了克拉托斯公司和通用原子公司承担进一步的原型验证工作。截至2021年11月,该项目已至少开展了3次无人机飞行试验。

“天空博格人”项目明确提出了模块化的有效载荷设计需求,包括空地武器、电子战套件、通信中继设备和多种传感器等,甚至包括可以发射更小的侦察组件无人机和游弋导弹(自杀无人机)。根据2021年的进展,该项目很有可能和“机外感知站”项目联合推进原“忠诚僚机”项目。

和其他忠诚僚机项目一样,“天空博格人”将首先实现有人-无人机的协作自主飞行,配合的有人机包括F-22、F-35以及未来的其他有人作战平台。在作战期间,由有人机飞行员保持对无人机的控制,这种控制一般通过模式化的指令实现,而由无人机的智能系统来自主执行操作,完成作战指令。无人机的作战任务包括压制敌方防空火力、摧毁敌方目标、进行电子战攻击、触发敌方防御系统、探测地面目标等。

“天空博格人”自主核心系统

虽然无人机机身和有效载荷的设计对任务性能很重要,但真正重要的还是AFRL研究的“智能大脑”,名为“天空博格人”自主核心系统。该系统由雷多斯公司负责开发,需要实现有人-无人自主协同,并能够对空中或地面的指令进行无缺陷响应。

在2021年4月、6月和10月,AFRL已至少开展3次“天空博格人”项目的无人机试飞。克拉托斯公司的UTAP-22“灰鲭鲨”与通用原子公司的MQ-20“复仇者”无人机参与了试飞,并计划于2022年在XQ-58A“女武神”无人机上开展试飞。这些试飞对使用自主核心系统操作多类型无人机的可行性进行了验证,并通过无人可消耗飞机试验验证了低成本可消耗无人机军事应用的可行性。

XQ-58A在空中发射了Altius-600空射无人机。

“机外感知站”项目

AFRL在2021年10月与克拉托斯公司和通用原子公司分别签订了“机外传感站”项目合同。单个合同金额约为1700万美元,执行期为一年,之后AFRL将选择一家公司研制项目的原型机。

“机外感知站”项目沿用了“天空博格人”项目的成果,但似乎又独立于后者推进。该项目将使用“天空博格人”自主核心系统,并继承“低成本可消耗飞机技术”项目的“模块化”和“开放架构”等成果。

据报道,“机外感知站”项目很可能在2024年开始针对装载传感器的无人机进行飞行试验,并在2026年开始机外武器站(装载武器的忠诚僚机)飞行试验,2028年开始机外预警站(装载电子战武器的忠诚僚机)飞行试验。

澳大利亚“空中力量编队系统”项目 

2019年前后,波音和澳大利亚皇家空军签署了忠诚僚机项目合同,即“空中力量编队系统”(ATS)项目。由波音澳大利亚分公司和澳大利亚皇家空军合作开发,被称为澳大利亚国产的自主无人机系统产品,其外形与MQ-25“黄貂鱼”舰载无人加油机很像。

2021年3月和11月,ATS项目已经开展了两次原型机的试飞。澳政府将追投1.15亿美元,以支持独立开发能够进行编队作战的“忠诚僚机”及其有效载荷和配套训练保障设备。

ATS的原型机机长11.7m,航程可达3700km,具有比拟战斗机的机动性能。最大特点是其2.6m长的模块化机头,可提供超过1.5m3的存储容量,可以适配多种传感器载荷,具有快速更换载荷的设计,能够支持预置传感器模块在作战机场快速更换,可以实现ISR以及战术预警任务。据估计,该无人机的价格约为每架200~300万美元。

波音和澳大利亚皇家空军合作研发的“空中力量编队系统”项目已经开始试飞。

英国皇家空军“蚊子”项目 

英国皇家空军忠诚僚机项目也被称为“蚊子”(MOSQUITO)项目,该项目是2015年开始的“轻型经济可承受作战飞机”(LANCA)计划的技术演示项目,该计划希望打造有人-无人协同作战能力或自主/无人集群作战能力,以此来提升战斗水平和部队生存能力。该项目的研究结果可推进英国皇家空军在将来开展“轻量级经济可承受新型作战飞机”计划。

 “蚊子”项目的第二阶段由势必锐航空系统公司主导,合作方还包括诺格英国公司、Intrepid Minds公司和英国国防科学技术实验室。势必锐公司贝尔法斯特分部将采用树脂转移灌注技术生产轻型高速无人机。诺格英国公司除了向该项目提供系统工程支持外,还将负责自主控制、网络通信等工作。Intrepid Minds公司将负责项目的航电系统、电源系统、照明系统和地面控制站的设计和开发工作。

“蚊子”项目第二阶段工程重在迅速完善原型机的设计和制造,为后续计划奠定基础,项目开发出来的“忠诚僚机”可与美国F-35战斗机、欧洲台风战斗机和英国下一代“暴风”(Tempest)战斗机协同作战,能大幅提高机组人员的防护能力、生存能力和信息优势。根据英国国防部长的说法,“蚊子”项目的内埋有效载荷舱将可容纳空地和空空武器,计划于 2023 年生产全尺寸原型机。

“蚊子”项目开发出来的“忠诚僚机”可与F-35、“台风”和“暴风”战斗机协同作战。

“蚊子”项目是英国“轻型经济可承受作战飞机”计划的技术演示项目。


法德西“未来空战系统”项目 

法国、德国和西班牙三国联合推进的“未来空战系统”(FCAS)项目由空中客车公司和达索公司主导,该项目下包括 “下一代战斗机”(NGF),被命名为“远程载机”(Remote Carrier)的无人机,以及用于协同作战的“作战云”(Combat Cloud)等,这些共同构成FCAS第一阶段的“下一代武器系统”(NGWS)。

尽管该项目受到法德知识产权争议、与英国“暴风”战斗机项目存在重叠、空客和达索公司的意见分歧等影响,出现过一些波动,但目前仍在法德西三国政府的指导下不断推进。该项目旨在平等地代表所有三个国家,项目内容分为七个工作包,每个工作包都有一个牵头公司和两个支持公司,确保所有国家在各级都有代表,尽管参与程度略有不同。

作为项目最核心、最昂贵要素的战斗机研发工作由达索公司主导,德国和西班牙的空客公司分部作为支持。发动机开发的主导权属于赛峰集团和MTU的德法财团,西班牙的ITP公司是主要的分包商。

“远程载机”部分,包括无人机和有人/无人编组概念,由空客防务和航天分部牵头,并得到欧洲导弹公司(MBDA)和西班牙SATNUS产业联盟的支持。德国的公司还负责牵头模拟仿真环境部分,但该部分具体工作由三国公司平分。西班牙的空客子公司将牵头开发传感器,法国泰雷兹集团和德国工业财团亨索尔特公司、迪尔防务公司、EST以及罗德与施瓦茨公司将担任分包商。

“远程载机”设计包含多种类型,从几百公斤重的小型可扩展无人机,到几吨重的先进忠诚僚机,其中也引入了模块化设计,赋予同一平台具备ISR、目标捕获、电子战、空空作战等多种任务能力。

与美国“天空博格人”项目首先考虑无人机与现有战斗机队协同作战的思路不同,FCAS项目从一开始就是作为统一的有人-无人协同系统进行开发的。可以想象,这会更容易推进下一代战斗机和无人机的无缝协同,但同时也意味着整个系统的规模更大,完成所需的时间恐怕也将更长。

FCAS项目从一开始就是作为统一的有人-无人协同系统进行开发。


作者:李 亮(中国航空工业发展研究中心)

编辑:马 元 边   远

审核:彭 健

监制:王亚林

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