俄版“武女神”——“雷霆”隐身无人攻击机简析

云脑智库 2021-07-09 00:00


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俄罗斯“军队-2020”国际军事技术论坛上展出的“雷霆”无人机模型

发展环境(背景)分析

无人机——俄军短板

自从阿塞拜疆与未被承认的纳戈诺-卡拉巴赫共和国之间的武装冲突开始以来,无人机(UAV)的话题就一直没有离开专业出版物的页面。此前,无人机在叙利亚和利比亚的冲突中表现出色,成功摧毁了地面目标,有时甚至在与最新的俄罗斯防空导弹系统“铠甲”的对抗中获胜。

在俄罗斯,长期以来,无人机在军备领域的开发和采用存在着相当严重的滞后。对于高空远程无人机尤其如此,例如专为14000米以上飞行而设计的HALE(高空长航时)和4500~14000米高空的MALE(中空长航时)级无人机。

2020——转折点

尽管冠状病毒COVID-19的情况严重影响了世界各地许多项目的实施,但2020年可能是俄罗斯武装部队配备各种类型无人机的转折点。

首先,“猎户座”综合体于2020年4月20日投入使用,其中包括无人机,这可以归因于HALE级的门槛较低。同样,在2020年,据推测已完成了对较重型无人机“阿里季乌斯-U”(“Altius-U”,其最后阶段版本名称为“Altius-RU”)的测试,并有望在2021年服役。


首套投入使用的HALE级“猎户座”无人机综合体


2019年进行的“牵牛星-U”无人机试飞

重型隐身无人攻击机S-70“猎人”(“Okhotnik”)正在接受测试,其设计中广泛使用了隐身技术。联合航空制造集团公司(UAC)负责人在2020年8月表示,“猎人”重型无人机应该在2024年投入使用。


“猎人”重型无人机原型

最后,在俄罗斯“军队-2020”国际军事技术论坛展览上,展示了由喀琅施塔得集团公司专家设计的有前途的“天狼星”(Sirius)、“太阳神”或“赫利俄斯”(Gelios)和“雷霆”(Grom)无人机全尺寸模型。


由上至下:“天狼星”、“太阳神”和“雷霆”(Grom)无人机模型


主要问题


俄专家认为,俄罗斯在建立一支庞大而高效的各类无人机机队方面的主要障碍可以概括为三个方面。其中,主要问题是缺乏所需的高效发动机和机载电子设备。


  • 发动机——关键技术难点

发动机问题是俄国产无人机发展的一个关键的难点问题。俄罗斯几乎没有通用航空,因此也没有发动机。而最后一款国产活塞发动机出现在20世纪60年代初。


涡轮螺旋桨发动机的情况稍好一些。但即使现在安装在新型IL-112V轻型军用运输机上的TV7-117也已是“前天的”发动机。


俄消息人士认为,“特别是,对于“雷霆”无人机来说,装备Yak-130教练机的礼炮燃气轮机工程中心的AI-222-25涡轮喷气发动机是当今唯一可能的选择。除此之外,没有其他可替代的解决方案。俄联合发动机制造集团(UEC)的某些产品正在开发中,但是基于这些正在开发中的发动机去创建一个重大的项目是一场纯粹的赌博。航空工业界有无数这样的例子。”


俄专家指出,“如果俄罗斯从零开始创建国产发动机的话,那么俄罗斯就有可能在无人机领域永远落后。因此,能做的应是购买许可证,获得成套企业,获得技术。至于可能的制裁限制,相信,没有哪些制裁不会越过买方的价格。”


  • 机载电子设备

据专家介绍,与俄国产无人机的制造和批量生产相关的第二个问题是电子元件基础。


俄罗斯能够制造出漂亮的滑翔机,教它飞行,但除了滑翔机,无人机还需要大脑、眼睛、耳朵,也就是传感器。例如,以色列制造的光电系统重30公斤,而俄罗斯制造的光电系统已经超过65公斤。对于无人机来说,每一公斤都很重要。


  • 第三个问题——卫星通信

阻碍无人机在距离控制点很远的地方运行的一个更重要的限制因素是缺乏国内高速抗干扰全球卫星通信系统。


目前无人机的轨道频率资源极其有限。理论上,用户可以使用两个商业系统的服务——“亚马尔”(Yamal)卫星通信和广播系统及“快讯”(Express)系列地球静止通信卫星。但军方不太可能愿意与其合作,因为这迟早会导致制裁——而这两个系统几乎都由进口部件构成。他们不太可能在将来为未来庞大的无人机机队提供现代超视距通信。


至于有前途的“雷霆”无人机,目前尚不清楚开发工作将在何时以及以何种参数进行,还没有技术任务。尽管如此,据专家介绍,该无人机并非白手起家。这种无人机的新颖程度使得几乎整个研发都需要创造新技术。


这个问题在HALE和MALE级无人机的运行中尤为明显。


前景


然而,对于某些类型的无人机而言,没有卫星通信系统并不是一个严重的缺点。可从有人机上控制这类无人机,在有人/无人协同作战模式下解决某些任务。在俄罗斯的无人机项目中,前面提到的“猎人”无人机和“雷霆”无人机就是这一类型无人机。这类无人机是按照“忠诚僚机”的理念进行设计的。它们是独立于人类操作员的自主系统,即不受在距离和速度方面拥有一定限制的无线电控制的约束,也无须考虑其控制信道会受敌方干扰,受其压制。自主系统在作战环境中更加有效,具有多功能性,可执行破敌防空系统,压制作战纵深内的指挥中心及通信枢纽等。“雷霆”无人机就是能满足上述作战任务要求的具有速度、隐身性和蜂群作战及紧密互动的一类自主系统装备。


苏霍伊公司开发的“猎人”无人机是一种复杂且昂贵的飞行器,重约20吨。其复杂程度和成本可与第五代战斗机苏-57相媲美。俄罗斯卫星通讯社2021年1月12日报道,俄罗斯军事专家、《祖国武库》杂志主编维克托·穆拉霍夫斯基表示,俄罗斯新型S-70“猎人”重型无人攻击机将成为苏-57的“忠诚僚机”,该无人机能够携带和使用包括高精度导弹在内的五代机使用的所有武器。


S-70“猎人”重型无人攻击机与苏-57战斗机编队首次试飞(2019.09.27)

“雷霆”无人机及其国外类似产品

Skyborg计划

由美国空军实施的Skyborg计划旨在为有人驾驶战斗机打造一种无人僚机。Skyborg计划下制造的无人机的一个显著特点应该是飞机的高度智能化。事实上,美国空军希望获得一种自主机器人,不仅能够承担风险,而且能够对信息进行部分分析和处理。未来,这种无人机应该完全取代人类。

美国空军Skyborg计划想象图

分配给无人机的各种任务可能会产生矛盾。

一方面,要破解防空系统,需要廉价的无人机(如有必要,无人机本身可以用作弹药——一种巡航导弹)。

另一方面,无人机为了解决复杂的问题(例如与高科技载人战斗机的对抗),必须具备相应的技术水平,这必然会影响其成本的上升。

基于上述内容,可以假设,在Skyborg计划的框架内,可以一次创建多架无人机,旨在解决不同的问题。

自2020年夏季以来,波音、通用原子航空系统、Kratos无人机系统和诺斯罗普·格鲁门系统一直致力于Skyborg计划,每家公司都获得了价值约4亿美元的合同。

Skyborg计划概念外形

XQ-58“女武神”

XQ-58A“女武神”是一款正在研发的远程高亚音速打击无人机,由美国空军研究实验室(AFRL)与Kratos无人系统公司根据低成本可磨损飞机技术(LCAAT)项目的低成本可磨损打击演示器(LCASD)计划合作开发。该计划旨在通过开发卓越的设计工具并采用商业制造工艺来减少生产时间和成本,从而快速设计和制造UAS。

XQ-58A“女武神”于2019年3月5日在亚利桑那州尤马试验场完成了首飞。它的主要目的是侦察和突破敌方防空系统。因此,它是“雷霆”无人机的直接类似物。

XQ-58A“女武神”无人机的长约为9米,翼展约7米,最大飞行速度为1050千米/小时,飞行高度上限为13715米,转场航程约3900千米。

XQ-58A“女武神”无人机机身采用隐身技术制造,专注于克服地面防空——最小有效雷达散射截面(RCS)应位于前下半球。

XQ-58“女武神”原型及渲染图

XQ-58A“女武神”计划分两个阶段进行总共五次试飞,目标包括评估系统功能、空气动力学性能以及发射和回收系统。该演示飞机于2019年3月在尤马试验场完成了首次飞行。第二次飞行测试于2019年6月进行。2019年10月,第三次试飞90分钟后坠毁在尤马试验场。高地面风和临时飞行测试恢复系统的故障被确定为事故的主要原因。第四次飞行测试于2020年1月完成。无人机展示了其在60分钟的飞行过程中能够以更高的高度飞行的能力。它使用降落伞安全着陆,批准了第三次试飞后对安全气囊系统进行的设计变更。2020年12月9日,在第五次飞行测试中,该无人机与F-22“猛禽”和F-35A“闪电”II战斗机完成了首次编队飞行测试。2021年3月26日在亚利桑那州尤马试验场成功完成了XQ-58A“女武神”的第6次飞行试验,并首次从内置弹舱投放了载荷。

XQ-58A与F-22“猛禽”和F-35A“闪电”II战斗机编队飞行

XQ-58A无人机的武器放置在具有四个悬挂点的内部武器舱中,每个悬挂点的负载能力为250千克。XQ-58A“女武神”应配备光学和雷达侦察系统、遥控系统和自动驾驶仪。

除了上述产品外,国外同类产品还有波音航空动力系统公司开发的“忠诚僚机”无人机、德国西班牙联合开发的Barracuda无人机。

“忠诚僚机”无人机原型

Barracuda无人机

“雷霆”无人机

如上所述,“雷霆”无人机模型是喀琅施塔得集团公司在“军队-2020”国际军事技术论坛上首次展出的。在外观上,“雷霆”无人机类似于XQ-58A“女武神”无人机,这可能是基于它们是为了解决相同的问题而创建的。因此,“雷霆”无人机被称为俄罗斯“武女神”——俄版“忠诚僚机”。然而,在规模上它超过了美国“女武神”和“忠诚僚机”。“雷霆”无人机长13.8米,翼展10米。与美国同类产品一样,“雷霆”无人机的实施也考虑了降低能见度的技术(即隐身技术),总体外形设计使之具有一定的隐身能力。该无人机采用大量隐身设计,进气道位于机体上方;机身横截面呈不规则多面型;尾喷口进行隐身处理,采用具有辅助冷却回路的“海狸尾”型扁平尾喷口,航空煤油燃烧的热产物将在其中与通过内置在进气口的内部回路中的辅助空气管道进入的大气气流混合,从而大大减弱雷达反射信号和红外特征。此外,该无人机还采用了一定比例的复合材料和隐身涂层。

“雷霆”无人机模型

“雷霆”无人机是一款中型隐身攻击无人机。其最大飞行速度应达到1000千米/小时,巡航速度800千米/小时,实用升限为12000米。据推测,Yak-130教练机上使用的AI-222-25涡喷发动机将安装在“雷霆”无人机上。

这种发动机已经被考虑用于苏霍伊设计局的“Zond-1”和“Zond-2”无人机。显然,这是俄罗斯无人机开发商可用的最经济的国内解决方案。

“雷霆”无人机对外宣称的作战半径为700千米。一方面,看起来,其作战半径比XQ-58A“女武神”和“忠诚僚机”无人机要小,因为它们的半径可能超过1500千米(基于转场距离)。另一方面,有时会考虑到无人机在目标区域徘徊的时间来指示半径。此外,用于无人机的控制的通信系统的距离可能是一个限制因素。

一般来说,俄罗斯教练机Yak-130配备两台AI-222-25发动机,其飞行航程为2000千米。而中国对应的洪都L-15,配备了类似的AI-222-25F发动机,公开的航程为3100千米。

考虑到上述情况,可以推测“雷霆”无人机可以很好地实现3000~3500千米数量级的转场距离。

“雷霆”无人机最大有效载荷为2000千克,据推测,比XQ-58A“女武神”无人机和“忠诚僚机”无人机的重。其两侧机翼下各有一个外挂点,机腹下设有两个内埋弹舱,分别有2个内挂点。它可携带多种制导武器作为武器库,包括Kh-38ML制导导弹、KAB-500S和KAB-250LG修正航空炸弹、具有多光谱寻的头的“产品85”制导导弹。

“雷霆”无人机可携带的武器装备

同时,在“雷霆”无人机模型的前部有一个明显的无线电透明天线整流罩。为了使用一些高精度武器装备,还需要光电侦察设备。

“雷霆”无人机性能特征

无人机作战应用构想

无人机/有人机协同作战模式

  • 无人机/战斗机

喀琅施塔得集团表示,在激烈的战斗冲突中,这种具有高速性能的无人隐身攻击机可以作为有人无人混合攻击航空编队先进梯队的“僚机”。它的任务将包括侦察和摧毁军事和目标防空系统,这将挽救飞行员的生命,使用精确制导武器摧毁战术和作战战术纵深的地面目标,以及击败水面目标和沿海目标。简而言之,该机可与有人机配合前出执行侦察和对地打击任务;也可自主执行侦察和对地/对海打击任务。
喀琅施塔得集团的总设计师尼古拉·多尔任科夫指出,7吨重的“雷霆”将用于支援苏-35和苏-57战斗机,使其免受地面防空武器装备的攻击;以及完成一系列其他任务,尤其是,它可作为空中侦察机来使用。

  • 侦察机/无人机

侦察机/无人机控制飞机与“雷霆”型高速无人机(以及其他类型的无人机)的编队组合将使得对敌人实施高强度火力打击成为可能,同时不存在有人战斗机丢失的风险(当然,同时为控制中心提供有效躲避来自敌机的探测)。

Tu-214R+无人机“雷霆”编队组合的优势之一是不需要高速抗干扰卫星通信信道。这一决定可以“结束”苏-25喷气式攻击机和苏-24/苏-34前线轰炸机的时代,并显著减少使用先进且昂贵的第五代苏-57战斗机攻击地面目标的需求。

无人机/无人机协同作战模式

喀琅施塔得集团公司表示,“雷霆”攻击无人机将能够在侦察和打击配置中控制10架“闪电”小型无人机,并能够改变每个成员的任务。“闪电”小型无人机适合在“神风”模式(自杀模式)下进行侦察和打击。因此,重型、低可探测无人机将取代战场上空的有人驾驶飞机,并由按照“集群”方法操作的小型飞行器提供协助。

“闪电”小型无人机将能不断彼此相互和与“雷霆”无人机主机通信。“闪电”已优化作为无人机编队成员使用。“闪电”无人机可在无人机之间不断交换数据。可以改变每个成员的任务,进行“领导”角色的转移和互换性。同时,由于人工智能技术,小型无人机编队可单独执行任务,无需与主机经常通信。

公司向国防部代表团展示了“闪电”无人机的模型

俄空天军需要“雷霆”无人机吗?

一方面,这种无人机将不可避免地比“猎户座”无人机等更简单的解决方案更昂贵。另一方面,随着以反无人机为导向的防空系统的发展,活塞发动机的低速解决方案可能变得太容易成为攻击目标。尽管喷气式无人机在红外和声学范围内可能更容易被探测到。总而言之,很可能所有类型的无人机都将投入使用,每种无人机都将占据自己特定领域。

“雷霆”无人机与有人战斗机的协同作战引发了一个问题。例如,当Skyborg计划下开发的无人机被赋予电子战、中继通信或远程武器平台等功能时,在打击空中目标时,它们需要战术航空飞行员的干预最少。另一方面,在攻击地面目标时,无人机将需要为飞行员预留更多的时间,这可能会危及“主机”。那么“雷霆”无人机将在多大程度上实现自动化,是否会成为其“主机”的负担?

面对这一问题,在“作战飞机会去哪里:它会倾向地面还是会升向高空?”一文中的作者得出的结论是:有人驾驶飞机将飞向更高的高度。在低空,只剩下无人机。有人战术航空飞机只参与打击特别重要的目标,而无人机将承担主要工作。

综上所述,“战术载人飞机+无人机-攻击机”的概念组合是可能存在质疑的。这恰好涉及到摧毁地面目标任务。当然使用无人僚机作为电子战手段进行侦察或武器的载体是极为有效的。但这很可能是指苏-57+S-70“猎人”无人机的编队组合。

根据作者的说法,摧毁地面目标的最佳解决方案是使用Tu-214R侦察机作为无人机的控制中心,包括“雷霆”无人机。

Tu-214R现在是俄罗斯空军最现代化的侦察机。它配备了多频无线电技术综合体MRK-411,带有由TsNIRTI开发的侧扫和圆形雷达以及“Fraktsiya”高分辨率光电系统。主动模式下雷达目标估计探测范围为250千米,被动无线电侦察模式下雷达探测范围可达400千米。

Tu-214R侦察机

据推测,Tu-214R的内部可以放置用于控制“雷霆”无人机的设备。很难说Tu-214R可以容纳多少无人机操作员,但可能至少有八个人。在这种情况下,Tu-214R既可以用自己的侦察手段也可以用无人机侦察手段探测目标,然后迅速摧毁它们。

Tu-214R侦察机内的自动化操作员工位

打击编队可能包括具有各种有效载荷和任务的“雷霆”型无人机(攻击无人机、带有电子战设备、带有反雷达武器的无人机、带有虚假目标的无人机、带有额外悬挂侦察设备的无人机等),这有利于构建灵活的战术攻击。

项目状态

众所周知,2020年8月,喀琅施塔得集团公司在俄罗斯“军队-2020”国际军事技术论坛上首次展示了“雷霆”无人机的全尺寸模型,并披露了这一装备的基本数据及预期作战能力。

同样在2021年,有关新型无人综合体作战能力的消息多次出现。据报道,“雷霆”能够使用现有的航空武器,以及开发新型专用样本。

然而,该项目的前景仍然存在疑问。俄Gazeta.ru报道称,以国防部为代表的客户尚未给出“雷霆”无人机的技术任务要求。因此,开发人员无法形成无人综合体的最终外形并开始试验设计工作。

“军队-2020”论坛上展示的“雷霆”无人机尚未加装起落架

因此,目前,开发机构的总体设想和方案是已知的,“雷霆”的详细外形可能尚未确定。因此,到目前为止,只能评估模型的外观和未来无人机的大致特征,以及确定项目关键方案的前景。

总体而言,无人机“雷霆”和“闪电”无人机目前只存在于概念层面,并以两种全尺寸模型的形式存在。喀琅施塔得公司的有前景的项目由于缺乏技术规范和真正的订单,尚未进入开发阶段。目前,国防部与喀琅施塔得集团的合作仅限于猎户座、天狼星等项目。目前尚不清楚俄国防部将在多长时间内确定对其需求并下令开发。
然而,潜在客户和运营商对它们都很感兴趣。俄军事部门了解建造此类设备及其在部队中实施的必要性。这些理念的成功实施,将显著改变俄空天部队的作战能力,降低主要风险。而且值得一提的是,俄罗斯已经有一个具有类似能力的无人机项目。苏霍伊设计局的S-70“猎人”无人机已经进入飞行测试,已与苏-57战斗机编队组合成功进行了首次飞行试验。

所以,实际情况可能更为乐观。不排除军事部门相关组织已经在进行理论工作,以确定新型无人机的最佳外形并寻找其在空天军中的位置。其结果将是一项技术任务和一项新技术装备开发订单——因此,未来论坛上将不会出现模型,而是成熟定型的新型无人机。

主要参考资料
[1] Ударный беспилотник «Охотник» совершил первый полет вместе с Су-57.Discover24,27 сентября 2019 г.
[2] Андрей Митрофанов.Русская «Валькирия»: ведомый БПЛА «Гром».27 ноября 2020
[3] Беспилотный стелс-штурмовик «Гром» защитит Су-35 и Су-57 от средств ПВО противника,26.08.2020,
[4] Алексей Заквасин, Елизавета Комарова.«Удары будут наноситься точечно»: какие преимущества может получить российский беспилотный комплекс «Гром».15 марта 2021
[5] Рябов Кирилл.Продвинуться дальше макета: преимущества и проблемы БПЛА «Гром».24 мая 2021
[6] Михаил Ходаренок.«Гром» надвигается: как в России работают над созданием дрона мирового уровня.20.05.2021
[7] «Гром» и «Молния». Будущие беспилотные возможности ВКС.17 марта 2021
[8] Евгений Даманцев.Преимущества, недоступные «Охотникам-Б». Какие «сюрпризы» предоставят противнику БПЛА «Гром»? 16 марта 2021

The End

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