先進無人戰鬥機(UCAV)系統

克里斯Chris

以下是關於先進無人戰鬥機(UCAV)系統的專題：


　無人戰鬥機（UCAV）是指專門作為戰鬥平臺而設計的無人機(UAV)，能夠攜帶和施放致命或非致命武器對敵人實施攻擊，並具有完成情報、監視和偵察以及電子攻擊等任務的潛力，是無人機的一個子集。

無人戰鬥機是一個概念，一個不斷在發展的概念。目前在各種文獻中提到的無人戰鬥機，主要是指美國在上世紀90年代末開始發展用於執行壓制敵方防空火力（SEAD）的X-45和X-47。實際上，無人戰鬥機的任務範圍要比X-45和X-47大得多，制空、近距空中支援、縱深遮斷等一些戰鬥/攻擊機、轟炸機的任務也在其未來的能力發展範圍內。從作戰任務角度來看，目前發展的無人戰鬥機更類似於戰鬥轟炸機。UCAV對應的另外一種中文叫法是戰鬥無人機，但從翻譯角度和UCAV的含義來講無人戰鬥機更確切一點。

　　與人的直觀感覺不同，無人戰鬥機的主要技術並不是由無人機發展來的，而是來源於有人飛機、先進感測器、高速處理器和網路等技術領域。因此，從技術角度來講，無人戰鬥機是有人戰鬥機的延伸，性能需求上也與有人戰鬥機相當（這也是無人戰鬥機比戰鬥無人機的說法更合理的原因）。

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目前的先進戰鬥機都是不穩定設計的，必須通過電腦輔助來保證飛機的穩定性，常規的飛行都可以由電腦代替飛行員完成。

與飛機發展同步，有源和無源式毫米波雷達、成像雷達、遠紅外感測器等先進感測器技術也在飛速發展，結合先進的高速訊號處理硬體和演算法，可以比單憑人肉眼獲取更多的資訊。由於大量使用電腦來控制飛機，通過感測器獲得主要資訊，將飛行員從狹小的飛機座艙中解脫出來通過遠程遙控執行任務，從技術角度講並不是不可能。

[ 本文最後由 jacklf2004 於 07-8-20 03:31 PM 編輯 ]

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●美國無人戰鬥機的發展情況

　　無人戰鬥機並不是什麼新概念，從第一世界大戰起，美國的空、海軍就開始致力於發展用於執行作戰任務的無人戰鬥機，但由於技術原因一直未獲成功。1991年海灣戰爭，美國三軍大量使用了無人機用於偵察、目標瞄準和戰傷評估，無人機的價值首次得到共識，直接導致了“捕食者”、“暗星”和“全球鷹”無人機的立項，並使計劃制定者開始考慮無人機的其他任務角色--壓制敵方防空火力（SEAD）和攻擊任務。

　　1997年4月1日，美國空軍成立了無人機作戰實驗室。1997年，在DARPA（國防預先研究計劃局）和空軍的資助下，美國啟動了UCAV ATD計劃，驗證在新興的指揮控制體系結構下，UCAV經濟有效地執行21世紀的SEAD/攻擊任務的技術可行性，在此計劃的支援下波音公司發展的X-45A成功地驗證了無人戰鬥機的技術可行性。2000年6月30日，美國DARPA和海軍也啟動了海軍艦載無人戰鬥機(UCAV-N)先進技術計劃(ATP)，諾斯羅普·格魯門公司的X-47A成功地驗證了艦載無人戰鬥機的技術可行性。2003年，美國DARPA將這兩項計劃合併，更名為聯合無人空戰系統（J-UCAS）計劃，波音公司和諾o格公司將在該計劃的資助下發展兩個系列的驗證機（X-45C和X-47B），並計劃於2007年開始進行作戰任務評估。

　　J-UCAS的設想是充分利用無人機的設計和使用靈活性發展一種具有空中攻擊和縱深監視能力的新型武器系統，該系統將綜合先進的資訊技術，具有同人類操作員類似的判斷能力和行為方式，以及相當高的自主水準，可以根據形勢重新規劃任務。系統的設計將盡可能地降低維護需求，全壽命週期成本將大大低於有人戰鬥機。

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該系統的基本性能目標如下：

　　·作戰半徑：2400km
　　·續航能力：1850km + 2h空中巡邏
　　·有效載荷：2000kg

　　其他設計需求如下：

　　·低壽命週期成本，高生存力設計
　　·任務控制站可以同時控制1架或多架飛機飛行
　　·安全的指揮、控制、通信網路
　　·從起飛到著陸的完整自主飛行能力
　　·可通過外部感測器和/或機載感測器獲取目標
　　·操作員可以介入瞄準、武器投放和目標破壞程度評估等過程

　　目前波音和諾·格兩家公司正在為J-UCAS的系統演示驗證階段各生產3架J-UCAS原型機，並計劃在2007年進行作戰評估試驗。作戰評估將主要驗證以網路為基礎的J-UCAS系統可由通用控制系統（從陸地上或從航母上）控制的技術可行性，評估J-UCAS系統在執行壓制敵方防空、攻擊、電子攻擊以及監視與偵察任務方面的作戰效能。

　　除從頭研製無人戰鬥機外，美國還曾設想將F-16、A-10、F-35等有人戰鬥機改裝成無人戰鬥機作為過渡方案，並提出了AC-17“空中母艦”和“攻擊星”2025等未來設想。

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　●其他國家的發展狀況

　　除美國外，歐洲至少有5個國家實施了無人戰鬥機項目，法國、德國、義大利、瑞典和英國，但發展程度都不同，其中只有法國啟動了Neuron無人戰鬥機方案演示驗證計劃。出於對國防的考慮，這些國家分別採取了單獨研究或合作研究的模式，重點發展無人飛行器和自主控制技術。2001年法國、德國、義大利、西班牙、瑞典和英國共同參與啟動了一項未來歐洲空戰系統（SCAFE）研究計劃，展望了歐洲2020年的空戰系統，作為研究的一部分，該計劃定義了包括無人戰鬥機在內的平臺類型和未來應優先發展的技術。

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　經過細緻考慮，法國開放了2003年啟動的Neuron無人戰鬥機方案演示驗證計劃，允許其他歐洲國家參與合作。目前希臘和瑞典已經與法國簽署了合作協議，瑞典還向法方提供了SHARC和FILUR技術驗證機的經驗。此外，義大利和瑞士也表示了合作意願。根據法國斯奈克瑪（SNECMA）和俄羅斯國防出口公司2003年10月6日簽署的「關於新一代作戰飛機和無人戰鬥機的推進系統的合作可能性」的協議，俄羅斯最終可能也會間接參與該計劃。

　　Neuron是法國政府在法國採辦局的指導下於 2003年投資3億歐元啟動的一項UCAV技術驗證機計劃，達索公司為項目主承包商，EADS的西班牙航空工業公司作為合作夥伴，負責提供複合材料機翼結構。該計劃的主要目標是驗證無人戰鬥機的方案，為未來的歐洲2020年空戰系統計劃做準備。Neuron驗證機是從法國的AVE計劃派生出來的，為亞聲速飛機，大小與戰鬥機接近，重約9噸，採用菱形隱身佈局，內部彈艙可以攜帶250kg制導武器，要求能夠在敵方區域作戰，使用空地導彈完成對地攻擊任務，具體的技術細節目前仍未公開。原型機的研製計劃在2006~2008年間進行，「實戰」測試安排在2009年進行。

　　其他國家，如印度、以色列、俄羅斯等，同樣具有發展無人戰鬥機的技術能力，並有潛在的軍事需求。雖然目前幾乎所有的發達國家都具有研製無人機的能力，但發展無人戰鬥機需要有一個先進的航空工業基礎，因此目前只有美國、法國、德國、瑞典和英國的無人戰鬥機項目處於研究和發展階段。

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●無人戰鬥機的關鍵技術

　　任何新的軍用作戰系統的出現都是有一定軍事需求和技術基礎的。無人戰鬥機的早期發展主要由需求牽引，但由於缺少足夠的技術基礎，故發展得都不成功，但由於需求迫切，故一直在斷斷續續地發展。近10年來，電子技術、感測器技術、通信技術、計算技術等的飛速發展，為無人戰鬥機的發展奠定了堅實的技術基礎，但也面臨著許多技術挑戰。

　　（1）飛行器系統
　　無人戰鬥機的機體技術相當成熟，因為可以借鑒很多有人機（B-2、F-117、F/A-22、JSF）發展的同樣技術。由於取消了座艙，明顯降低飛機的尺寸和重量（比有人機小40%左右），為優化機體的隱身品質和氣動性能提供了更大的設計自由度，使飛機可以更合理地安排結構內部佈局，雷達反射截面積（RCS）可以盡可能地小。採用智慧材料和結構設計的自適應機翼，可以明顯增強飛機機動性、航程和有效載荷。多功能結構技術可以將各種感測器的口徑集成到蒙皮，既降低了結構重量和成本，又增強了天線性能，機體的開口數量可以明顯減少。無人戰鬥機的機體設計的重點將放在高生存力設計方面。

　　推進方式和方法也是無人戰鬥機設計要考慮的主要問題。發動機不僅為飛機提供推力而且還要為機體和有效載荷提供電力。為增加機動能力發動機應該帶有固定幾何形狀偏航推力向量噴口，為提高無人戰鬥機的速度和效率，發動機應該採用先進的熱交換技術，出於安全性和後勤維護的考慮，無人戰鬥機必須使用重油（目前美國JP-900燃油可以在480℃的溫度下使用）。雖然可以採用現有的推進系統為無人戰鬥機提供動力，但現有發動機是為特定的有人機的任務發展的，並不能為無人戰鬥機提供最佳的性能匹配。未來的無人機的推進系統將對燃油消耗、推力、功率提取、成本和畸變容限有更高的要求。

　　無人戰鬥機的飛行控制系統的設計主要是解決自主飛行控制問題。根據美國空軍實驗室2000年的定義，自主飛行控制可以分為10個級別，如1圖所示。無人戰鬥機的自主控制水準至少要達到6~7級，即集群戰術規劃一級。自主控制需要先進的計算技術和軟體技術來支援，近年來人工智慧、電腦和通信技術的發展已經使研製無人機的自主控制成為可能。

　　（2）地面控制站
　　地面控制站（GCS）是控制、跟蹤和操作無人戰鬥機的主要手段，其主要職責是負責操縱任務設備和處理飛行器的遙測數據和任務載荷的數據、提供傳遞指令到飛行器和任務設備的通信信道、以及為操作員提供任務規劃和執行界面，核心問題是解決好無人戰鬥機的指揮、控制和通信問題。無人戰鬥機的控制、指揮和通信目前仍有許多困難挑戰，發展安全、可跨地平線、抗干擾的寬帶數據鏈是關鍵，近年射頻和鐳射數據鏈技術的發展為其奠定了一定的基礎。

　　除帶寬要增加外，數據鏈也要求可用和可靠。數據鏈的可用是指一特定星群的覆蓋區域和範圍。可靠是指信號的健壯性，UCAV經常深入敵後作戰，電子干擾不可避免，數據鏈需要採用複雜的信號處理和抗干擾技術（如擴頻、調頻技術等），並能確保在數據鏈失效的情況下，飛機能安全返回基地。此外，高度自適應、智慧的AI（人工智慧）軟體將極大地增強無人戰鬥機的自主能力，可以明顯降低數據鏈帶寬的需求。

　　（3）任務載荷
　　無人戰鬥機的任務載荷包括兩大部分：任務感測器和武器系統。無人戰鬥機將攜帶與有人戰鬥機類似的雷達、紅外搜索和跟蹤系統以及自身防衛等感測器，其研究方向主要是降低尺寸、重量和成本、以及如何將這些感測器與無人戰鬥機更好地優化集成。隨著新軍事變革的推進，未來無人戰鬥機將是在網路化的環境下作戰，所有的作戰裝備將被連接成一個統一的網路，無人戰鬥機將可以通過網路獲得安裝在其他平台上的外部（offboard）感測器探測到的戰術資訊。最終，無人戰鬥機將沒有必要攜帶全部的感測器，而只需攜帶最關鍵的感測器。

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出於成本考慮，無人戰鬥機的武器將以現有的和發展中的精確制導武器為主。由於無人戰鬥機相對尺寸較小，攜帶的武器的數量和尺寸也較小，因此，為保證任務效率，這些機載武器的致命性就要提高，傳統的機炮將不會出現在無人戰鬥機上。

提高制導精度和改進戰鬥部是無人戰鬥機武器系統發展的關鍵，小口徑智慧炸彈（SSB）和低成本自主攻擊系統（LOCAAS）將是無人戰鬥機目前最理想的武器。高功率微波和鐳射等能束武器及其致命和精准將是未來無人戰鬥機的最有效的武器，雖然目前發展迅速，但尺寸和功耗仍較大，還不能用於無人戰鬥機。按現在的發展速度，能束武器2025年之前不會用在無人戰鬥機上。

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●發展無人戰鬥機是具有高技術風險的，以目前的技術水準製造具有有限任務能力的無人戰鬥機還是可行的，但要發展能在複雜作戰環境下使用的多任務無人戰鬥機尚有許多技術障礙要克服：

　　（1）自主控制技術
　　無人戰鬥機的自主控制是一項相當大的技術挑戰。處理速度和軟體技術的巨大進步，使得自主控制和決策輔助成為可能。為實現自主控制，需發展的技術包括：容錯技術、行為智慧和自適應推理系統（如神經網路）等。

　　（2）網路連通性
　　從戰場管理的角度來講，將無人戰鬥機與有人機、其他無人機、外部感測器以及地面控制站聯網是非常必要的。需要進一步發展的技術包括：全天候的安全寬帶數據鏈，分佈式、高速處理技術和圖像/數據壓縮技術（可以降低對帶寬的需求），數字式“軟體”無線電技術，動態無線組網技術。

　　（3）空域管理
　　無人機的大量使用帶來了新的空域管理，這些問題的解決將涉及為避免空中相撞而制定的基於規則的操作過程和協議以及所需的技術。攜帶彈藥的無人戰鬥機的返航問題也要引起特別關注，對於艦載機來說這一問題更複雜。除了健壯的寬帶數據鏈以及單一的綜合空中圖像（SIAP）、空域管理外，尚需發展的關鍵技術包括：抗干擾GPS系統、極低漂移率的慣性測量設備、衝突檢測和防撞系統、空中交通管制和任務管理演算法、精確著陸輔助裝置、氣候對作戰環境的影響等。

　　（4）平臺相關技術
　　與其他平臺相比，無人戰鬥機的平臺組件並沒有什麼特殊的。然而，隨著任務從SEAD和縱深遮斷擴展到戰場遮斷、空中優勢和近距空中支援，無人戰鬥機將需要更大的續航能力、更大的機動性、更大的有效載重能力、更快的目標搜索能力，發動機和機體設計將是關鍵。無人戰鬥機依靠健壯的數據鏈在網路環境下作戰，因此其機載感測器組件會相當複雜，可能會需要一些無人戰鬥機防撞、著陸、甚至空中加油時所用的專門感測器。

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終：

　●探討

　　隨著通信技術、控制技術、材料技術以及計算技術的發展，無人戰鬥機將進入一個嶄新的發展階段，其在未來戰爭中的地位和作用將不容忽視。它將全面帶動航空技術的發展，對未來戰爭模式產生重大影響。然而，在無人戰鬥機發展的同時，我們要認清以下幾個問題：

　　（1）無人戰鬥機並不是真的“無人”系統，而是人在回路系統。
　　（2）無人戰鬥機是一個完整的系統，而不是一個簡單的作戰平臺。
　　（3）無人戰鬥機是有人戰鬥機的補充，而不是要取代有人戰鬥機。
　　（4）無人戰鬥機成功與否，成本是關鍵。









以上譯自：軍事新世紀的未來發展。