美國無人機空中加油試驗

    王 劍，空軍裝備研究院某所研究室主任、高級工程師?？哲姼邔哟稳瞬?，中國航空學(xué)會高級會員，浮空器分會及空氣動力學(xué)分會委員。主要從事無人飛行器發(fā)展、使用及相關(guān)研究，獲國家科技進步二等獎1項，軍隊科技進步一等獎1項、二等獎3項，先后榮立三等功3次。

    新聞提示

    美國《空軍》3月刊披露，美軍今夏將試驗無人機空中加油。據(jù)悉，這是美國防部高級研究計劃局正在進行的一個新項目：讓一架“全球鷹”式無人偵察機作為加油機在高空給另一架“全球鷹”式無人偵察機加油。該項目負責(zé)人吉姆·麥考密克說，這將給空中加油技術(shù)帶來顛覆性變化。

    日前，就無人機空中自主加油技術(shù)難點、發(fā)展趨勢、應(yīng)用前景等問題，記者采訪了空軍裝備研究院某所研究室主任、無人機研究專家王劍。

    無人機自主空中加油是一項劃時代技術(shù)

    問：作為無人機研究專家，您對美軍今夏無人機空中加油試驗怎么看？

    答：提到無人機空中加油，我不禁聯(lián)想到美國大片《絕密飛行》中的場景：一個浮空器作為加油平臺在固定空域游弋，有力支援了有人和無人作戰(zhàn)飛機的遠程作戰(zhàn)。無人機自主空中加油技術(shù)的試飛驗證，是一項劃時代技術(shù)，必須應(yīng)對無人系統(tǒng)、傳感和空氣動力學(xué)的挑戰(zhàn)，其價值不亞于空中加油對有人飛機帶來的影響。一方面，可以大大提高無人機航程、航時和部署上的靈活性，減少對前進基地的依賴，成為作戰(zhàn)效能的倍增器；另一方面，能使無人機同樣具備空中編隊飛行能力，從而改變當(dāng)前無人機各自為戰(zhàn)的使用方式，這對探索未來無人機與有人飛機協(xié)同使用的作戰(zhàn)模式具有開創(chuàng)性意義。

    問：與有人飛機相比，無人機自主空中加油的優(yōu)勢和價值在哪？

    答：以美軍“全球鷹”無人機為例，據(jù)說通過空中加油，續(xù)航時間和航程能提高3倍，單架次飛行作戰(zhàn)效率將成倍提升，進一步深化擴展該型無人機的用途。通過快速部署和對特定地域全天候的定點偵察，它還能彌補衛(wèi)星定軌運行導(dǎo)致偵察范圍及時間受限的不足，并能在間諜衛(wèi)星被摧毀或被干擾時替代衛(wèi)星完成偵察任務(wù)。

    有人飛機雖然具備空中加油能力，但航行時仍會受飛行員疲勞耐受時間影響。例如：海軍“大黃蜂”F/A-18艦載戰(zhàn)斗機通常每次出擊的飛行距離不超過450英里，只能執(zhí)行幾小時的任務(wù)。為此，美國海軍將為諾·格公司正在開發(fā)的兩架X-47B無人作戰(zhàn)飛機增加空中加油設(shè)備和軟件。這一變化將使海軍核動力航母有效打擊射程增加數(shù)千英里，即從遠海安全區(qū)域?qū)μ窖蟮貐^(qū)的任意目標實施打擊，從而改變太平洋地區(qū)的力量平衡。

    此外，無人機自主空中加油技術(shù)同樣可以在有人駕駛飛機上發(fā)揮重要作用。對飛行員來說，一次長達10至30小時的飛行任務(wù)(相當(dāng)B-2轟炸機從美國中西部飛往伊拉克)是一個不小的挑戰(zhàn)，特別在起飛、著陸、轟炸和空中加油階段是飛行員最緊張的時候。如果采用了自動編隊和自主加油技術(shù)，就可以幫助減輕飛行員長距離飛行和惡劣天氣飛行的負擔(dān)。

    從有人到無人需要突破飛行控制系統(tǒng)等核心技術(shù)

    問：無人機空中自主加油有哪些技術(shù)難點？

    答：需要解決精確導(dǎo)航、精確測量跟蹤、精確飛行控制三方面的技術(shù)難題。

    在當(dāng)前美國研究機構(gòu)開發(fā)的自主空中加油驗證系統(tǒng)中，導(dǎo)航系統(tǒng)采用的是“gps＋慣性導(dǎo)航”的組合導(dǎo)航方式，并通過測量、解算加油機和受油機的相對位置、速度、加速度等相關(guān)數(shù)據(jù)，引導(dǎo)受油機從較遠距離接近加油機，組成精確加油編隊。

    實現(xiàn)精確測量跟蹤，主要是在受油無人機上安裝光學(xué)測量跟蹤系統(tǒng)。通過對數(shù)碼圖像的解算，識別并鎖定加油機錐套，跟蹤測量錐套的相對位置、角度、距離、速度等數(shù)據(jù)，引導(dǎo)加油管和錐套的最后精確對接。

    最核心的是飛行控制系統(tǒng)。首先，要根據(jù)組合導(dǎo)航和光學(xué)測量跟蹤系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)，精確控制無人機形成滿足空中加油要求的飛行編隊，進而完成對接；其次，要消除加油機和受油機之間復(fù)雜氣流以及加油過程中的重量、重心變化帶來的影響，保持加油編隊和無人機平臺穩(wěn)定；再次，要克服突發(fā)氣流對無人機平臺的影響，并在加油編隊做標準轉(zhuǎn)彎機動時實施有效控制。

    此外，還應(yīng)具有完善的自動保護模式，一旦在對接過程中出現(xiàn)異常，飛控系統(tǒng)能夠控制受油機自動和加油機脫離。正是由于上述關(guān)鍵技術(shù)的突破和綜合應(yīng)用，從而實現(xiàn)了空中加油從有人到無人的技術(shù)跨越。
  問：美軍無人機空中自主加油技術(shù)經(jīng)歷幾個發(fā)展階段？

    答：針對無人機自主空中加油技術(shù)，美國空軍研究實驗室制定了一個分階段實現(xiàn)的發(fā)展路線圖：第一階段進行由有人飛機模擬無人機平臺的試飛驗證；第二階段利用F-16 VISTA變穩(wěn)飛機模擬美軍典型無人機（如“全球鷹”“捕食者”）飛行特性的試飛驗證；第三階段，進行無人機對無人機的試飛驗證，從而實現(xiàn)空中加油技術(shù)從有人到無人的跨越。

    越來越多的無人機將占據(jù)未來空戰(zhàn)場

    問：目前美軍無人機空中自主加油技術(shù)進展如何？都有哪些機構(gòu)在研究？

    答：2006年8月15日，波音公司用改裝的“里爾”飛機，采用硬式加油方式，與一架KC-135R加油機成功驗證了無人機空中加油位置自動保持技術(shù)。

    同年8月30日，德萊頓飛行研究中心用改裝的F/A-18飛機，與一架波音707-300加油機首次成功實現(xiàn)全自主空中軟式加油對接飛行。

    RQ-4“全球鷹”無人機的開發(fā)商諾·格公司，一直在探討利用空中加油技術(shù)提升該型無人機的續(xù)航能力。為配合美國空軍研究實驗室的發(fā)展路線圖，該公司在美國航空航天局的支持下開展在兩架“全球鷹”之間進行自主空中伙伴加油技術(shù)的技術(shù)研發(fā)。美國航空航天局采購了兩架“全球鷹”無人機，安裝軟式加油系統(tǒng)，分別作為無人加油機和無人受油機，計劃在今年夏天試飛驗證無人機空中自主加油。

    問：能談?wù)劅o人機自主空中加油技術(shù)在未來的發(fā)展趨勢與實戰(zhàn)應(yīng)用嗎？

    答：美國空軍對無人機空中加油能力的發(fā)展十分重視。在最新的“2009一2047年無人機系統(tǒng)飛行計劃”中，中型無人機MQ-9“死神”的后續(xù)機型MQ-X在2030年應(yīng)具備空中加油功能，并能夠作為小型加油機協(xié)助擴展其它機型執(zhí)行任務(wù)；大型無人機RQ-4“全球鷹”的后續(xù)機型MQ-L在2030年前要求具備空中加油能力。美國空軍正在進行論證的新型轟炸機“下一代遠程攻擊系統(tǒng)”（NGLRS-Ⅱ），采用的就是一種能夠自主空中加油的無人轟炸機。

    當(dāng)前，美國空軍位居第一的采辦項目已不再是F-22“猛禽”戰(zhàn)斗機，而是對空軍具有重大影響的空中加油機?？梢灶A(yù)見，隨著無人空中加油技術(shù)的發(fā)展與成熟，越來越多的無人機將占據(jù)未來空戰(zhàn)場，成為有人作戰(zhàn)飛機的強有力支援。

    今夏美軍計劃組織的試驗，僅僅是真正意義上無人機自主空中加油飛行驗證的開始，無人機時代即將加速起飛。