第三部分：無人機研究報告
（六）
世界各國無人機發(fā)展情況
美國：無人戰(zhàn)斗武裝旋翼機
X-51A，潛射無人機
無人戰(zhàn)斗武裝旋翼機
美國陸軍承諾為轉(zhuǎn)型期間的未來部隊提供一款更致命的偵察機，可以單獨搜索或與有人或無人駕駛小隊一起執(zhí)行任務。這種無人戰(zhàn)斗武裝旋翼機（Unmanned Combat Armed Rotorcraft）稱為UCAR。美國國防預研局的項目經(jīng)理唐納德•伍德伯里說：“我們已經(jīng)像開發(fā)卡車一樣開發(fā)了無人機（UAV），UCAR正開發(fā)成為一個體系性的遠景。”
伍德伯里先生解釋道：“無論是白天還是晚上，或是在不利的氣象條件下，UCAR系統(tǒng)同它的模塊化載荷都是設計為發(fā)現(xiàn)最困難的目標——徒步進行、偽裝的作戰(zhàn)人員，和其他隱藏在地面混亂中的其他目標。陸軍未來戰(zhàn)斗系統(tǒng)的單獨一名操作人員或是在AH-64D“阿帕奇”或A2C2（陸軍空域指揮可控制，譯者注）系統(tǒng)“黑鷹”上機載的單獨操作人員，最終都能指揮一架或多架無人機，僅僅通過少數(shù)幾句口語詞匯。該項目的目的就是可以使用操作指令，近似于發(fā)送給有人系統(tǒng)的指令命令他們。”
“實際使用中的UCAR概念是與‘影子’、‘捕食者’以及其他實際使用的UAV有很大不同的”，諾斯洛普•格魯曼公司UCAR的項目經(jīng)理戈雷格•祖溫納曼解釋說，“替代一個人控制一架UAV的是，你可能用一個人控制一個小隊。一名忙于同其他職責的操作員可能為協(xié)作小組發(fā)出最高級的指令，僅為了勘察一列樹行，還得忙于注意同野戰(zhàn)炮火重疊在一起的槍彈威脅。而自動駕駛無人機在他們小隊之間分派任務和資源，順應空氣動力情況改變隊形，對那些偏離命令的需要授權(quán)。”
伍德伯里先生承認：“在網(wǎng)絡中心戰(zhàn)領域，無人直升機可能從有人駕駛攻擊直升機、戰(zhàn)術噴氣式飛機或者未來戰(zhàn)斗系統(tǒng)的非直瞄火箭系統(tǒng)（FCS Non Line Of Sight Launch System，F(xiàn)CS NLOS-LS）召喚火力。或是它可以履行通信中繼、排雷或其他任務。諾斯洛普•格魯曼公司得到卡曼授權(quán)的UCAR曾裝有一個腹鉤，用于掉運貨物。我不能確定發(fā)抖的原因是否有關UCAR只能運送單件載荷；但當你談到多用途飛行器時，你要有能力提供后勤支援作為核心使命。”
多功能的UCAR將可在陰暗、惡劣的天氣下，執(zhí)行危險任務，而不用將人的生命置于險地。不像其他無人機（UAV）使用單位，陸軍航空兵需要高度自理的飛行器，才能找到低空下自己航路上的障礙物，以及最接近防空火力危險下的生存性。但UCAR概念因此稱作“低空觀測直升機”，具有對人類指揮官口語指令產(chǎn)生反應的足夠的機敏，同機載成員無縫協(xié)作，以及在動力學環(huán)境再次執(zhí)行任務的能力。它是非常靈活的平臺，將可以同先進的傳感器和武器系統(tǒng)整合，用于發(fā)現(xiàn)、識別，并同敵人交戰(zhàn)。伍德伯里先生承認，UCAR從開始就確定為一款雄心勃勃的機型。
X-51A
X-51A是美國高超音速導彈研制計劃的名稱，其關鍵在于研制出一種能以6.5馬赫（即6.5倍音速）的極高速度攜帶彈頭飛行的高超音速沖壓噴氣發(fā)動機。與需要攜帶大量氧氣的傳統(tǒng)導彈不同，這種新式導彈的發(fā)動機能夠以極快的速度將自帶燃料和空氣中的氧氣進行混合，從而產(chǎn)生出極高的速度。而且這種可重復使用的高超聲速導彈外形尺寸比同類導彈要小得多，只有后者的一半大小，但卻具備攻擊500千米外目標的能力。研發(fā)中的這種高超聲速導彈在投下彈藥后可飛回基地，因此更像是一架飛機。X-51圖示和特性如下：
2004年1月，AFRL選擇波音公司與普惠公司共同制造SED-WR的驗證機，由波音公司制造機身，普惠公司生產(chǎn)發(fā)動機。2005年9月，美國空軍正式將該計劃編號為X-51A。
2010年5月26日，美國在加利福尼亞州南部太平洋海岸的軍事基地，成功試飛了X-51A飛行試驗機。
按照最初試飛計劃，B-52飛機在大約15000米高空投放整個X-51A試驗系統(tǒng)。首先，助推器持續(xù)燃燒30秒鐘，將整個系統(tǒng)加速到馬赫數(shù)4.6～4.8。在助推過程中，空氣將進入X-51A驗證機的超燃沖壓發(fā)動機內(nèi)，通過級間段流出，以便起動進氣道，開始逐漸加 熱發(fā)動機及其燃油。在助推器分離后，X-51A驗證機將借助慣性繼續(xù)滑行數(shù)秒鐘，然后在發(fā)動機內(nèi)部依次點燃乙烯和燃油，達到熱平衡后，僅利用JP-7燃料 的燃燒實現(xiàn)不斷加速。整個動力飛行過程大約300秒，預期飛行速度達到馬赫數(shù)6.5。隨著全部燃料消耗殆盡，X-51A驗證機將開始減速，接著是500秒的無動力飛行，逐漸下滑，最后墜落進太平洋。
然而，首次試飛并非按照設想順利進行，盡管取得了成功，但還是出現(xiàn)了令人意想不到的一些情況。
5月26日，美國空軍實施了X-51A驗證機的首次飛行試驗。當搭載X-51A的B-52H載機爬升到預定高度后，在馬赫數(shù)0.8的飛行速度下，釋放了由助推器和驗證機組成的X-51A試驗系統(tǒng)。大約4秒后，助推器按照預定程序點火，將X-51A驗證機助推到馬赫數(shù)4.8。隨后，X-51A驗證機與助推器、級間段分離，按照預定程序，成功地完成了一個平緩的180度滾轉(zhuǎn)機動。這一過程中，X-51A驗證機將進氣口從上方位置改變?yōu)楦共课恢茫w行速度略微降低到馬赫數(shù)4.73。
隨后，SJY61超燃沖壓發(fā)動機先點燃乙烯，然后過渡到JP-7碳氫燃料的點火、燃燒。接著，X-51A驗證機開始逐步加速，但是遙測數(shù)據(jù)表明，加速度略低于設計值，而且發(fā)動機艙后部的溫度明顯高于設計值。靶場安全官員通過監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，X-51A驗證機開始減速，并且遙測信號丟失，于是下令終止試飛，飛行器啟動了自毀程序。
結(jié)果，SJY61超燃沖壓發(fā)動機只工作了140秒，并未達到預期的300秒時間，飛行器的飛行速度達到了馬赫數(shù)5，尚未加速到馬赫數(shù)6以上。PWR公司表示，有關數(shù)據(jù)初步表明，SJY61發(fā)動機完全按照設計要求工作，在第一次試飛中就實現(xiàn)了最關鍵的一些事情：點燃乙烯，過渡到乙烯與JP-7燃料的混合燃燒，達到JP-7燃料燃燒的條件，僅用JP-7燃料繼續(xù)燃燒，并持續(xù)工作140秒。X-51A驗證機在自毀前，機內(nèi)仍然剩余一部分燃料。
由此可見，PWR公司已經(jīng)完全掌握了一系列關鍵技術，可以很快制造出更長燃燒時間的超燃沖壓發(fā)動機。設計的5分鐘飛行時間并不是推進系統(tǒng)的限制，只是局限于在油箱內(nèi)裝有燃料的容量。如果改進設計一種更大容量的燃料箱，X-51A改進型可以進一步增加飛行時間。
盡管飛行時間沒有達到預期目標，但測試組仍然對結(jié)果感到滿意。AFRL發(fā)言人表示，首次飛行得分為B，下一次將得到A。AFRL負責X-51計劃的經(jīng)理布林克表示，此次試飛取得了95%的成功，飛行控制軟件完美無缺，尚不清楚加速過程減慢和飛行時間短暫的具體原因，初 步推測可能是密封問題或作動器故障，同時也認為，有可能是錯誤地估算了X-51A驗證機在低馬赫數(shù)飛行時的阻力。
2011年6月13日進行的X-51”乘波者”高超聲速飛行器第二次飛行試驗中，由于超燃沖壓發(fā)動機的進氣道未啟動，X-51第二次飛行過早終止。在操作人員的控制下，飛行器濺落加利福尼亞沿海。
波音公司B-52飛機攜帶X-51飛行器完美地飛至發(fā)射點后，火箭推進器成功將X-51推進至馬赫數(shù)5，由普惠·洛克達因公司建造的超燃沖壓發(fā)動機以乙烯為初始燃料，成功點火。在隨后轉(zhuǎn)而使用JP-7常規(guī)燃料時，進氣道未能啟動。之后工作人員重啟、恢復最佳條件的努力失敗。
按照NASA的說法，進氣道不啟動的原因多為激波速度過快，越過進氣口前端，導致發(fā)動機氣流的氣壓驟減。超燃沖壓發(fā)動機的工作依賴著極度精確的激波運動和發(fā)動機氣流。沒有風洞能使空氣以高超聲速運動，因此高超聲速試驗極端困難。
空軍項目經(jīng)理查理·布林克（Charlie Brink）表示：“顯然，我們很失望，原本我們期待著更好的結(jié)果。但是我們?nèi)詫Υ舜物w行收集到的數(shù)據(jù)感到滿意。我們將繼續(xù)檢查這些數(shù)據(jù)，了解更多關于這項新技術的知識。每一次對這項令人振奮的新技術進行試驗，就距離成功更近一步。”
2012年8月16日，美軍進行了X-51A的第三次發(fā)射。按計劃，用于測試的X-51A先是在位于加利福尼亞州的愛德華茲空軍基地進行測試，待一切妥當之后被掛到B-52轟炸機翼下；接著B-52從愛德華茲空軍基地起飛，在飛到接近莫古角導彈靶場的太平洋上空時，從5萬英尺高空將X-51A放飛；然后X-51A打開自身動力，加速到6倍音速并爬升到7萬英尺高空，在持續(xù)飛行300秒后最終墜入太平洋。而6倍音速相當于從紐約飛到倫敦只需短短不到一小時。發(fā)射后，無人的X-51A乘波者飛行器按計劃與其載機B-52堡壘轟炸機實現(xiàn)了分離，助推火箭也實現(xiàn)了點火。但是一個控制翼發(fā)生故障導致X-51A“乘波者”飛行器在飛行了僅僅16秒后就垂直墜進了太平洋。
2013年5月3日，美國空軍宣布，已研制近10年的無人駕駛飛行器X－51A“乘波者”在第四次，也是最后一次測試中一度以5倍多音速飛行，“任務圓滿成功”。
美國空軍當天發(fā)表聲明說，“乘波者”5月1日在太平洋上空進行了最后一次測試飛行，在約6分鐘的時間里飛行了約230海里，這也是”乘波者”在四次飛行測試中飛行距離最長的一次。
美國空軍公布的視頻畫面顯示，一架B－52型轟炸機從愛德華茲空軍基地起飛后，將“乘波者”運載至太平洋上空約1.5萬米處將其釋放。然后，“乘波者”依靠固體火箭推進器在26秒時間內(nèi)加速至4.8倍音速。與推進器分離后，“乘波者”啟動超燃沖壓發(fā)動機，沖上約1.8萬米的高空，速度達到5.1倍音速，飛行了約3分半鐘。
按照設計，“乘波者”不可重復使用，因此發(fā)動機燃料耗盡后，“乘波者”墜入太平洋并按計劃自毀。
這一次飛行并沒有達到6倍音速的設計飛行速度，但美國軍方依然表示滿意，美國空軍X－51A項目主管查利·布林克在一份聲明中說：“任務圓滿成功。我相信，從X－51A項目中獲得的經(jīng)驗和教訓將有助于將來的高超音速研究以及最終的高超音速飛行的實踐應用。”參與制造的波音公司則發(fā)表聲明說，這是“一項歷史性成就”。
潛射無人機
美軍認為，海軍潛艇將在聯(lián)合遠征作戰(zhàn)中發(fā)揮更重要的作用，潛艇若要在戰(zhàn)爭中取得優(yōu)勢，就必須將各種傳感器置于潛艇以外，潛艇發(fā)射使用無人駕駛飛行器將成為下一代潛艇發(fā)展的焦點之一。無人機從潛艇上發(fā)射升空，可以進行實時的偵察、監(jiān)視、預警等，為潛艇提供近空支援，搶占信息優(yōu)勢，將提高潛艇平臺的戰(zhàn)斗能力，并有效地將潛艇融入海陸空天“網(wǎng)絡中心戰(zhàn)”信息大系統(tǒng)之中，提升聯(lián)合打擊能力。潛射無人機的使用可有效隱蔽己方潛艇的位置，同時還能擴大對海、對空搜索范圍，延長預警時間，并能確定目標攻擊參數(shù)，為水面艦艇和三叉戟核動力彈道導彈潛艇提供近距空中支援、中繼制導和攻擊戰(zhàn)果評估，對于潛艇準確地選擇、追蹤、瞄準目標進而實施打擊具有重要意義，被認為是“網(wǎng)絡中心戰(zhàn)”的重要組成部分，將顯著提高三叉戟潛艇平臺的作戰(zhàn)能力，使“空優(yōu)潛劣”的格局出現(xiàn)新的變化。配有深彈、反潛魚雷等攻擊武器的無人機對在水面及潛望深度航行的潛艇能夠直接實施攻擊，對敵方潛艇行動構(gòu)成巨大威脅。
美軍從20世紀90年代至今已經(jīng)先后研究和試驗了多款潛載無人機，如通過潛艇魚雷發(fā)射管發(fā)射的能執(zhí)行偵察、監(jiān)視和目標搜索的海上搜索者潛載無人機；通過三叉戟潛艇的彈道導彈發(fā)射筒發(fā)射的配有低成本自主攻擊系統(tǒng)和輕型炸彈無人機和可重復使用的鸕鶿無人機。
美國鸕鶿潛射無人機
潛射無人機發(fā)射過程
文章來源：《武器與裝備研究選編》國際防務科技叢書（2015年第5期，總第15期）中國電子科學研究院管理研究中心編譯/ 圖片來自于原報告或互聯(lián)網(wǎng)。
第一部分：美國航母研究報告
第二部分：國外預警機研究報告
國外預警機研究報告（一）：發(fā)展歷程+預警機地圖
國外預警機研究報告（二）：美國E-3系列“望樓”預警機
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