沙漠鹰是美国空军用于基地周边保护的小型无人机
RQ-1捕食者无人机是用于执行监视和侦查的长程中空无人机系统
2007年3月,美国空军参谋长麦克尔莫斯利将军提出让空军成为国防部所有中高空无人机(UAV)的主要管理者。毫不奇怪的是美国陆军和海军都一致反对这一主张,但是报道的反对的剧烈程度有点夸大,没有真实反映军种间竞争的典型的反应特点。
无疑这是很值得争夺的事。五角大楼2002财年UAV 的总费用高达7、6亿美元,5年后,目前6种正在生产的UAV的采购费用就已经达到16、5亿美元,观察人士估计到2010年底UAV的费用将增长到30亿美元。 五角大楼目前正在服役、开发和论证的UAV项目有100多个,每个军种至少有一个系统在服役。
UAV系统和任务的分配问题随着UAV这块大蛋糕的不断扩大而涌现。未来这一问题可能随着超音速、准轨道和空间技术的发展愈加突出,更不用说像纳米技术这样更广泛的概念了。
定义
鉴于人造飞行物的日益扩散,将不能简单地将UAV的“U”定义为无人的意思。从技术上讲,UAV有三个定义特征。
第一,它不断靠自身的飞机发动机来驱动——一种涡轮机或活塞,与滑翔机、火箭、炸弹或炮弹不同,它从大气中抽取氧化剂。第二、与弹道导弹或卫星不同的是,UAV能在空中持续飞行以及进行空中机动,。第三,与巡航导弹和其他飞行武器不同的是,UAV能执行控制着陆,可以再利用。
总体上说,UAV基本上是会飞的机器人,但无人并不是无人驾驶。与'Robot 1.0'代的组装线生产的铆钉枪和自推进地板真空吸尘器(它们在非常狭窄的活动距离内是完全自主式的)不同的是,'Robot 2.0' UAV是由人遥控的,但能执行广泛而迅速扩大的行动距离的任务。
随着陆军未来战斗系统这样的系统之系统使用自适应、前摄的能合作的机器人,这两者之间的差别就会日显重要。事实上,五角大楼的UAV的技术词语是无人航空系统或UAS,它不仅包括空中飞行器而且还包括地面控制站,操作人员和运送UAV和地面设备的移动集装箱。一个UAS分队通常包括一架以上的UAV, 例如美国捕食者分队有四架UAV 飞机。
技术评估
与普遍认为的相反,无人飞行与机械飞行历史一样悠久。事实上,首次成功地无人机飞行发生在1917年的英格兰。这次飞行类似于1903年莱特兄弟的飞行。
二次大战期间盟军部队经常使用无人训练飞机。让人记忆留心的是1962年的U-2 飞机事件,美国的间谍飞机在苏联上空被击落,美国被迫承认飞机的目的。
然而,早期的无人机稳定性差,经常坠毁,因此到20世纪它们才成为实用的目标。而且为了实用,它们的有效载荷必须重而大,反过来又加剧了飞行中的控制问题。事实上直到1980年代通信、电子和信息技术的普及才使无人机走出概念范围。尤其是有三个问题必须得到解决:
第一、地面操作员必须能与无人机实现保密、可靠的(抗干扰)超视距(无需无障碍的视距)通信。这方面关键的实现能力包括数字化传输、先进的通信技术,如扩展频谱技术和日益先进的通信卫星的扩散。
另外,UAV还必须能及时向操作员传递关键的反馈信息。这里的关键进程是改进无人机上搭载的电子和电力设备的输出功率与体积比。
一旦飞行员和遥控飞机能进行通信、航空动力控制或机动面的实际管理必须自动化。事实上,首架“电子控制飞行”的飞机是真正有革命性意义的F-16飞机,它1976年首次公开亮相。在以后10年,飞行员与飞机之间的电脑界面不断发展。
进一步的改进
一旦工程人员解决了这些对任务至关重要的挑战,进一步的技术发展,如小型轻型扇涡轮发动机、合成孔径雷达和全球定位系统,使得无人机得到已经被证明是高价值的改进。这些改进相对较快有两个原因。
第一、飞机内不需要飞行员解放了设计使得有效载荷增加,飞机体积缩小。第二、第二代任务的无人机设计需要比较适度的推进输出和机身抗张强度。
结果,工程人员可以进行真正的创新设计,提高组件的功效减小了体积和成本同时无人机可以增加更多的能力。如,大部分无人机用碳纤维这样的合成材料建造,轻质的铝材用作飞机的骨架和加固材料。
由于美国在1973年-1990年之间并没有真正介入一场“热”常规战争,可以说它积累的技术革新没有引起注意。五角大楼国防高级研究计划局在1980年代初期就开始秘密调研现代UAV的概念,这也是是受到1979年以色列飞机工业公司部署的短程侦察兵无人机的刺激。
美国首架作战UAV是RQ-2先锋无人机,使以色列飞机工业公司侦察兵无人机的升级版。具有讽刺意义的是,先锋原先属于美国海军,后来美国海军在采用UAV技术方面成为三个军种中最保守的。先锋无人机首次飞行在1985年,是美国1991年沙漠风暴行动中唯一参战的无人机。
海湾战争中,美国陆、海军均采购了“先锋”无人机,利用这种廉价的无人机执行超视距目标定位、侦察和战损评估等任务。美国共有6套“先锋”系统(3套为海军陆战队所用,1套为海军所用,2套为陆军所用),并参与“沙漠风暴”行动。在阿富汗作战中,美军广泛应用无人平台,使美军实施侦察、打击和其他任务一体化成为现实。它们频繁出动,不仅完成了大量侦察、监视等任务,而且“捕食者”还首次执行了打击任务,成为无人机发展史上的一次里程碑式的重大事件,无人机武器化进程将因此缩短了3至5年。
1984年美国国防高级研究计划局在自我研究的基础上与领先系统公司签订合同生产中程UAV,它就是具有2.0代特点的琥珀无人机。该无人机成功经历了一系列 高难度的飞行试验,但1989年因预算原因该项目被取消,这是后冷战时代解除军事动员的一部分。
但琥珀无人机有重新以Gnat-750的形式活了下来,这一实验性的试验床得到了几项改进。重要的是1990年代中期前南斯拉夫共和国解体后中央情报局利用Gnat执行秘密行动。虽然至少有一架丢失,但国防高级研究计划局获得了虚拟作战条件下UAV性能的有价值的数据。
UAV概念经过巴尔干和伊拉克环境的验证后,1994年是UAV发展的转折点。当年,美国空军发布了无人机的演示合同,就是现在的前线UAV 系统,RQ-1捕食者、RQ-4 全球鹰以及像RQ-3 暗星之类的其他候选机种。
自911以来,UAV已经成为军队报告中东情况的主力军。早在2002年2月,中央情报局掌控的捕食者实施了首次遥控攻击行动,用地狱火导弹杀死了三名基地组织嫌疑人。之后,军队还将UAV用于展示行动——甚至到了这种程度,指挥官会问“UAV 在哪儿?”就好像总统在危机时问参联会“航母在哪儿?”
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