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无人机上舰有多难

来源:解放军报2022-08-19 09:41

  近日,国外一家企业宣布,将为一款远程无人机改装一种短距起降套件,可以使该无人机从更短的陆基跑道和航母甲板上实现起降。

  海上作战,夺取制空权是制胜关键。当前,舰载无人机已经可以在“空-天-海”信息网络系统支持下,担负各种复杂多变的海上作战和侦察任务。可以说,在航母舰载机体系中,无人机成为一颗冉冉升起的“新星”。

  然而,半个多世纪以来,舰载无人机发展缓慢,世界各国投入巨大、收效甚微。以美国研制的X-47B舰载无人机为例,前后5年共投入资金超过10亿美元,最终因技术性能不达标被迫搁置。那么,无人机上舰经过怎样的发展历程?研制舰载无人机又需要攻克哪些技术难题?本文为您一一解读。

  海上“筑巢”,无人机连闯多关

  1959年的一天,美海军基林级驱逐舰上,船员们急匆匆地搬开甲板上的物品,为无人机清理出起飞位置。午时,指挥室内操控人员发出指令,QH-50无人机从甲板上加速起飞,奔赴预定海域。这一天,人类实现了首次舰载无人机飞行。

  4年后,美国基洛达因公司对QH-50无人机进行升级,研制出QH-50C无人机,正式服役美海军。不过,当时电子系统运算能力有限,QH-50C无人机起降完全依靠舰上人员无线电遥控,经常会发生失控坠海事故,这给科研人员的后期改进工作带来不小难题。

  如何让无人机适应海上飞行?各国航空设计师在改进无人机“大脑”上下功夫——以色列汲取“猛犬”小型无人机的使用经验,通过搭载短程遥控无人驾驶飞机系统,提升飞控系统的可靠性;美国诺思罗普·格鲁门公司则另辟蹊径,通过引进民用直升机技术,在“侦察兵”系列舰载无人机上搭载自动控制系统,提高海上飞行稳定性。

  一段时间以来,各国军工企业积极破解舰载无人机的飞行难题。但囿于舰载无人机研发难度大、不确定因素多、改进工作难等诸多问题,时至今日,舰载无人机飞行仍然处于事故多发的演进阶段。

  那么,无人机海上“筑巢”到底难在哪?经过半个多世纪的探索实践,各国科研人员总结出无人机上舰需要攻克的3道难关:

  一是动力关——解决短距起降问题。目前,大部分长航时无人机地面起飞滑跑距离在1000米以上,而无人机从航母起飞的距离不足陆基的三分之一。

  为解决这一难题,一些国家开始寻求创新突破——以色列在小型化航空发动机领域经验丰富,其最新推出的“先锋”无人侦察机,装配大马力双缸二冲程发动机,使无人机起降距离减小至70米;奥地利西贝尔公司则在S-100无人机气动布局设计上下功夫,通过将后起落架与尾翼结合的方式,增大飞机升力,减轻机身重量,像放风筝一样让无人机“随风而行”。

  二是耐力关——减少海洋环境腐蚀。舰载无人机海上飞行,要有效应对海上高温高湿、霉菌盐雾的侵蚀,因此对材料的环境适应性、抗腐蚀能力等方面有着很高要求。

  对抗腐蚀,材料先行。当前,在技术上处于领先地位的X-47B舰载无人机和卡-37无人机,均采用铝合金部件和碳纤维/环氧复合材料,不仅能够提高抗腐蚀能力,还有效降低了雷达反射面积。

  三是收纳关——增加无人机搭载数量。航母甲板可谓“寸土寸金”,要想在有限空间内停放更多舰载无人机,不仅要发展折叠机翼技术,还要在模块化组建上下功夫。

  国外一名设计师将“模块拼装”想法应用到V-247“警惕”舰载无人机上。该无人机加装模块与机体可以分离储存,巧妙解决了空间占用率低的问题。

  海上着舰,一收一放见本领

  未来海上作战,无人机出动速度有多快?

  国外一家科研机构给出答案:40秒内出动30架。航母如同强弓,舰载无人机的出动回收效率,决定其能否在未来海战中觅得先机。

  起初,陆上无人机通过记录起飞点的GPS坐标完成一键返航,航线规划只需按照初始飞行轨迹原路返回即可。但海上舰船大多数时间都在航行,直接套用陆上无人机的返航方式无疑是“刻舟求剑”。

  为了帮助舰载无人机成功找到“回家的路”,科研人员通常会在无人机内部设置两套控制系统,无人机操作手可以通过遥控方式介入自动控制程序,引导无人机及时调整预定路线,实现快速返航。

  然而,即使航母近在眼前,无人机着舰依然困难重重。海上气象复杂、着舰甲板狭小、舰船随时移动等一系列问题始终困扰着科研人员。

  起初,舰载无人机着舰采用撞网回收方式。拦网系统需要架设较为复杂的立杆与网面,舰载无人机撞网后,会造成结构性损伤,回收效率低、故障率高。据统计,舰载无人机回收时的故障率占整个任务期间故障率的80%以上。X-47B无人机曾因故障问题,在美海军“乔治·布什”号航母上两次试降均遭遇失败。

  近年来,随着智能化技术发展,舰载无人机形成了人机协作的操作模式,收放能力有了明显提升。人机协作模式下的舰载无人机着舰呈现出3个特点:

  一是智能规划。舰载无人机着舰受舰尾气流场、甲板运动干扰以及起落架强度、拦阻索使用条件的限制,需要综合考虑多种因素。科研人员通过等角下滑航迹率控制、进场动力补偿、直接力控制等多项先进技术,生成舰载无人机最优着舰轨迹。此外,随着甲板运动补偿器投入使用,舰载无人机着舰稳定性有了显著提高。

  二是精准控制。舰载无人机飞行品质要求很高,任何细小偏差都可能造成无法挽回的损失。当紊乱气流来袭时,操作员的反应速度无法跟上风力的快速变化。为解决这一难题,科研人员通过模块分解,将自动控制系统与不同舵面的偏转效果相连,精准操控每个舵面产生对抗气流的升力,提升舰载无人机的着舰稳定性。

  三是自动引导。舰载无人机需要具备自主起降能力。这时候,着舰引导系统派上用场,为无人机持续提供精准的触舰点相对位置、姿态参数等方面信息,实现“仙人指路”。目前,法国一家公司研制出自动甲板起降系统,在昼夜及恶劣天气条件下多次成功完成着舰试验。

  未来主角,战力提升前景可期

  进入新世纪,越来越多的军事专家开始关注一个问题:随着战争形态的加速演进和海上斗争形势的日趋复杂,舰载无人机如何更好拓展职能任务?

  以QH-50无人机为例,其设计之初是以攻击潜艇为主要目的,但无人机弹舱狭小,仅能携带2枚鱼雷,难以完成攻击任务,一度沦为训练靶机。

  这一问题剑指舰载无人机现代化武器系统。强弓需配劲矢。为提升舰载无人机攻击能力,武器系统扩容增效至关重要,增加外挂点、增设弹舱等改装措施成为舰载无人机的升级首选。目前,部分攻击型舰载无人机可以搭载8至9枚导弹,攻击能力不容小觑。

  同时,精确制导武器的小型化研究也十分关键。不少国家对无人机机载武器提出严格要求:在设计机载武器时,重量不得超过50千克,能够供现役和在研的无人机装备使用,并满足其他小型无人机的使用要求。

  此外,国外科研人员还在提高精确打击能力上下苦功,推出多款无人机定制版精确制导武器,帮助舰载无人机提升打击效率。

  在舰载无人机战斗力生成之路上,少不了战术的创新设计。针对无人机体积小、数量多、成本低等特点,一些国家科研机构提出无人机蜂群作战理念,通过短时间、快速发射众多无人机,令它们相互分享信息,协同执行进攻性或防御性任务,以数量优势压制对手。

  近年来,舰载无人机正由协同有人机作战模式,向无人机独立作战模式积极转变。在这支创新探索队伍中,不仅有美、俄等传统军事强国,还有土耳其、以色列等新兴国家参与,他们致力于打通各航空器平台间的通信链路,帮助舰载无人机适应快节奏、强对抗的海上作战。

  放眼望去,未来海上战场必有舰载无人机的一席之地,尽管“上舰之路”困难重重,但无人机具备的人员保护性、成本低廉性和复杂环境适应性等一系列优点,吸引各国持续投入大量人才和资金,舰载无人机成为海战“新星”或将指日可待。(齐呈荣 姜子晗 马生成)

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