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坚持需求牵引,加强军民融合,促进海军无人机跨越发展

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坚持需求牵引,加强军民融合,促进海军无人机跨越发展

鄢茂林,郑震山

(海军研究院,北京  100161)

摘要:随着海上作战需求牵引,以及新一代电子信息、自动控制、人工智能等技术推动,海军无人机装备发展迅速,已成为世界无人机发展的标志性事件,也预示未来海上作战的重大变革。分析了国外海军无人机发展现状及趋势,对海军无人机作战运用需求、“适海性”要求及关键技术需求进行梳理,研究提出军民融合背景下推进海军无人机跨越发展的举措、建议。

关键词:海军无人机;“适海性”;军民融合

中图分类号:V279;TJ85  文献标识码:C  文章编号:1000-8829(2018)07-0001-04

doi:10. 19708/j. ckjs. 2018. 07. 001

 

引言

近年来,在海上作战需求牵引,以及新一代电子信息、自动控制、人工智能等技术推动下,海军无人机发展迅速。无人机技术是航空装备领域最具有技术活力、发展最迅速的方向,逐步成为海战场的主角。本文分析国外海军无人机发展现状及趋势,对海军无人机作战运用需求、“适海性”要求及关键技术需求进行梳理,研究提出军民融合背景下推进海军无人机跨越发展的举措、建议。

1  国外海军无人机发展现状及趋势

近年来,在海上作战需求牵引,以及新一代电子信息、自动控制、人工智能等技术推动下,海军无人机发展迅速。世界海军强国特别是美国海军将无人机作为战略转型的关键因素,美海军RQ-21A“黑杰克”小型舰载无人机、MQ-8B/C“火力侦察兵”舰载无人直升机、MQ-4C“人鱼海神”广域海上监视无人机、MQ-25A“黄貂鱼”航母舰载多用途无人机、“战术侦察节点(TERN)”等陆续立项研制或投入使用。

未来海军无人机将不再是海军航空装备的配属和点缀,而将作为大规模装备使用的主战力量融入作战体系,对海上作战运用带来重大变革影响。

1.1  系列化发展,逐渐形成完善型谱体系,支持海战场各层次作战的需要

美海军无人机呈现出远中近程衔接、大中小型配套,成族、成系列发展的局面,岸基远程无人机有“人鱼海神”无人机,舰载中近程战术无人机有“火力侦察兵”无人直升机(见图1)、“扫描鹰”和“海盗旗”小型舰载固定翼无人机,航母正在发展“黄貂鱼”无人机等,形成了分层次、联合使用的无人机体系,与有人机、水面舰艇以及陆战装备跨领域集成,支持从航母打击群、远征打击群到海上远征部队、团、营乃至连/排等不同层次作战的需求。

图1  MQ-8B“火力侦察兵”舰载无人直升机

1.2  多样化任务牵引,任务领域急剧拓展,正由单一侦察监视进入信息对抗、火力打击等领域

无人机由于不受人员生理限制,具有机动灵活、持续耐久、经济实用、零伤亡等独特优势,适应未来海战争的残酷性、威胁的多样化,将渗透到海军各个作战任务领域。目前,海军无人机系统主要用于海上侦察监视、舰艇/部队保护等,从美国国防部发布的《2013—2038年无人系统发展路线图》可以看出,海军无人机系统正在向通信中继、技术侦察(信号情报)、反水雷、气象水文探测、海洋测绘等任务领域扩展,下一步将扩展到电子战、压制敌防空火力、反潜战、通信导航组网、空空作战等任务领域,但情报侦察监视将始终是无人机的首要任务。

1.3  功能性能不断增强,系统多用途化、智能化、自主飞行、有人/无人协同、蜂群作战是无人机发展方向

舰载无人机系统采用模块化设计,实现平台通用化、任务载荷多功能化、系统多用途化,在舰艇有限的空间内,可用有限数量的无人机平台适应作战任务的快速变化,经济性好,使用效率较高,优势突出。当前,各国将自主控制、自动识别、自动规避等关键技术作为主要攻关方向,努力提高无人机自主性,摆脱严重依赖人工干预的限制,突破无人机更广泛使用的瓶颈。另外,美海军正大力发展有人/无人协同、无人蜂群技术,通过与有人机配合、大规模网络化运用提升无人机的整体任务效能。

1.4  技术创新,无人机上舰模式层出不穷,海上部署灵活、使用方便

美海军针对不同舰船要求不断创新探索,无人机上舰模式可谓层出不穷,除可以在舰上垂直起降无人机,如“火力侦察兵”系列无人直升机,有通过弹射起飞、垂绳拦阻着舰的小型舰载固定翼无人机,还有可在航母可弹射起飞、拦阻着舰的大型无人机,如X-47B和在其基础上发展的“黄貂鱼”无人机(见图2)。目前还探索可在巡洋舰、驱逐舰、护卫舰、濒海战斗舰等“非航母”水面作战舰艇使用的中空长航时无人机“战术侦察节点”(TERN),对“侧臂”、低速旋翼/复合式、尾座式构型等进行试验验证(见图3)。

图2  MQ-25A“黄貂鱼”航母舰载多用途无人机

图3  “战术侦察节点(TERN)”概念设想图

1.5  突出“适海性”要求,针对海军作战任务、环境、对象特点改进或全新发展适合海军作战使用要求的无人机平台

虽然RQ-4“全球鹰”在美国空军得到广泛的应用,但美海军通过试验评估后,认为其难以满足要求,针对海洋环境特点,广域海上目标搜索的360°有源相控阵雷达、光电载荷,加强复合材料机翼和增加前缘的电子除冰能力,确保无人机在海洋上空恶劣气候下飞行,并强调侦察、目标指示、通信中继等多任务能力,型号由空军“侦察为主”(RQ-4中R代表侦察无人机)演变为“多任务类型”(MQ-4C中M代表多任务无人机)。

2  海军无人机作战运用需求

随着我国“一带一路”战略的深入实施以及国家战略利益不断拓展,我海上方向面临的应对霸权主义、国家分裂势力、海洋领土权益争端等传统安全问题依然严峻,海外海盗、恐怖主义等新型安全问题逐步凸显。海军作为海上常态化运用、前沿存在的主要力量,在保障国家海洋安全和发展利益具有重要作用。发挥无人机装备持久性、灵活性、多功能、低风险的优势,起到“机器取代人、兵器替代兵力”的作用,可为海军履行多样化任务提供有力支撑。海军无人机将是我海军夺取和保持海上信息优势不可或缺的重要手段,在“高、远、险”空间作战不可替代的基本力量,破袭强敌体系节点的“杀手锏”装备,是海军新质作战力量发展的重点。

(1)运用范围。

海军无人机将渗透到海军各种行动中和战略/战役/战术各个层面,包括救灾救援、反海盗反恐等非战争军事行动,低对抗性的日常巡逻、海上维权任务,以及与强敌海空冲突、岛礁攻防、海上封锁、联合火力打击、大规模登陆作战等高强度对抗军事行动。

(2)作战空间。

使用上将远中近程梯次配置、高中低空衔接。一是发展岸基远程长航时无人机,主要是陆上部署,近岸沿海使用,为近海作战提供支撑。二是重点发展舰载无人机,实现从“在海上”发展到“由海向陆”,由陆上浅近纵深发展到远程纵深。三是发展超远程持久临近空间飞行器,为海军力量全球部署提供伴随式、广域持久空基信息保障手段。

(3)任务领域。

将由信息保障扩展到火力打击领域,不但遂行情报侦察监视、通信中继等信息保障任务,还将执行电子侦察、电子干扰、压制敌防空系统等信息对抗任务,应急运输补给、搜救救援等勤务保障任务,时敏目标侦察打击、远程渗透突击等火力打击任务。

(4)部署平台。

海军部署平台将“泛化”,不但岸基、岛礁上可以部署无人机,海军各种级别的舰艇平台都可搭载无人机,未来甚至潜艇和飞机也将发射使用无人机,促进跨领域融合集成,实现作战力量分布式配置,提升作战的隐蔽性和灵活性。

(5)装备型谱。

根据任务功能不同,海军无人机包括侦察监视、警戒探测、通信中继、信息对抗、察打一体、无人作战以及搜反潜等不同类型;按照部署平台划分,包括岸基、舰载、机载等大类;按照起降方式,有垂直起降和水平滑跑/弹射起飞/空投发射、着舰/着陆等;按照航程、作战半径,划分为远程、中程、近程;按照飞行高度,划分为临近空间、高空、中高空和低空等;按照模块化、综合化思路,可实现一机多能、一机多型,“远中近”、“高中低”衔接使用。

3  海军无人机“适海性”需求

海军航空装备的“适海性”是装备适应海军作战任务要求和使用环境特点的设计、使用和保障等多方面的特性,包括作战适用性、环境适应性和舰载适配性等特点。

(1)作战适用性。

① 作战海空广阔,直面强敌。

② 海军无人机任务包括侦察监视、预警、电子战、对地攻击等。

③ 作战目标分布在岸上、空中、水面、水下等多维空间,空间分布交错。

④ 使用方式除了独立使用、有无人协同、集群使用之外,还有伴随舰艇和陆战队使用,以及跨领域集成使用。

⑤ 作战保障主要依托舰艇平台、机场和各类情报等网支撑。

(2)环境适应性。

① 海洋环境气候湿热、多盐雾、高日照、易滋生霉菌,无人机腐蚀防护问题突出。

② 海面光学反射、海杂波反射的观察背景严重影响光电、雷达等任务载荷的效能,要求任务系统具备抑制和处理能力。

③ 海洋电磁环境复杂,舰上电磁环境恶劣,无人机频率使用和管理难度大,要求测控与信息传输系统具有较强的电磁抗干扰能力。

④ 海上风浪大、变化快,对无人机安全使用影响大,气象保障要求高。

(3)舰载适配性。

① 舰载无人机作为舰艇重要组成部分,应与舰艇作战系统高度集成融合优化。

② 舰艇甲板场地狭小,尤其是舰船运动复杂,无人机起降控制难度大,要求其具备自主控制能力,母舰应提供着舰引导等保障条件;同时,着舰冲击载荷大,对机体结构强度要求高。

③ 舰船人员、设备高度集中,安全性要求高,应采用使用高闪点燃料的重油发动机。

④ 舰艇、岛礁等空间十分有限,无人机运转困难,尺寸受到严格限制,要求机体设计紧凑或采用折叠/拆卸的存放方式。

⑤ 舰船保障资源有限,要求无人机平台通用化、任务载荷模块化,可靠性好、便于维护保障。

4  海军无人机关键技术需求

为满足海军无人机装备发展需要,必须加强海军无人机装备作战概念和技术创新,攻克飞行器平台总体、动力装置、任务载荷与武器系统、舰机适配性、自主控制与智能决策等关键技术,特别是应当瞄准非常规构型无人机布局设计、全自动着舰、有人/无人协同作战和集群控制等重大关键技术精准用力,破解制约海军无人机的技术瓶颈。

(1)平台技术。

① 固定翼无人机平台技术:非常规构型无人机平台高升阻比/低阻力/隐身布局设计、轻质高隐身折叠机翼和拦阻钩设计技术、传感器与无人机机体共形设计技术、大型无人机自主空中伙伴加受油技术。

② 新构型无人机平台设计技术:兼顾垂直起降、高速和持久飞行,复合旋变翼、尾座式、气驱动涵道风扇推进等新构型无人机设计技术,全电驱动无人飞行器设计技术,电磁发射与回收技术,无人机抗强风、防除冰设计技术等。

(2)动力技术。

① 涡扇发动机技术:发动机抗过载设计技术、稳定性评估与优化设计技术、大小油门推力响应设计技术,以及先进自适应发动机技术。

② 先进低油耗涡轴发动机技术:高负荷先进压气机设计技术、新型单晶材料应用技术。

③ 航空重油活塞发动机技术:小功率重油活塞/转子发动机、大功率高功重比压燃式/转子重油活塞发动机设计技术。

④ 新能源与动力技术:混合动力、燃料电池、太阳能等新能源与动力应用技术,推力矩阵、复合动力系统等新型推进系统设计技术。

(3)机载系统与武器技术。

机载系统与武器技术主要包括自适应一体化机载系统总体设计技术、任务载荷模块化设计技术、分布式雷达设计技术、基于认知的机载雷达/通信/电子战系统设计技术、多光谱传感器设计技术、机载定向能武器技术、先进测控与信息传输系统设计技术。

(4)自主控制与决策技术。

① 自主控制技术:复杂海洋气象环境感知、自适应飞行控制与管理、非合作目标感知与自主规避技术、威胁感知与自动规避、海上目标自主识别、电磁环境下抗干扰/防诱骗技术、人因智能飞行控制技术。

② 智能决策技术:基于云计算、大数据分析技术,以及深度学习等人工智能技术应用。

③ 全自动着舰技术:新体制高精度引导技术、非常规布局无人机着舰控制技术。

④ 舰/地/空基指挥控制技术:舰/地/空基指挥控制系统体系架构设计、通用控制系统设计技术。

(5)协同作战技术。

① 有/无人机协同作战技术:通信网络构建技术、编队飞行控制与管理技术、协同探测识别与数据融合处理技术,以及自主协同对空预警、对海监视、对潜探测、空面火力打击等技术。

② 无人机集群控制技术:大规模无人机集群管理与控制技术、集群自主飞行控制与管理技术、集群感知与规避技术、集群态势感知与信息共享技术、无中心自适应组网技术,以及无人机分布式协同搜潜、预警探测以及侦察-干扰-打击技术。

5  加强军民深度融合,促进海军无人机装备跨越发展

5.1  深度军民融合,建立有序竞争

海军无人机装备领域应全面贯彻军民融合深度发展战略,建立产学研用一体的研发体系,形成集智攻关局面,推动我国海军无人装备研发水平的整体提升。

(1)加大竞争性采购力度,推行分层次竞争,减少无序竞争。小型无人机研发方面,由于研制风险相对较小、投入需求较少,可以实物竞争为主,采用以购代研方式,简化研制程序、缩短试验周期,先试先用,缩短装备成军周期;中大型无人机研发方面,鉴于平台技术难度较大、投入需求较高、研制风险较高,主要考虑开展方案竞争或实物竞争;任务载荷研发方面,技术更新发展快,具备研发能力的单位多,可考虑采取招标方式择优确定承研单位。

(2)发挥研究单位的主体作用,扶持国内高校、优质民营企业开展创新理论和前沿技术研究,待取得突破性成果或达到一定技术成熟度后,适时纳入预研、研制、采购计划。

(3)充分发挥军方主导作用,适时组织装备承研承制总体单位与国内优秀创新团队、民营企业进行技术对接交流,引导总体单位加大配套系统、设备竞争采购力度,确保国内最新技术成果、最佳解决方案及时转化为实实在在的装备。

5.2  创新驱动发展,加快成果转化应用

当前海军无人机发展速度和规模与海军作战需求存在较大差距,技术思路不够开阔,发展路径选择比较单一。为确保实现海军无人机发展总体目标,要敏锐捕捉具有重大影响的海军无人机装备前沿技术,主动作为,推动应用。

(1)加强对世界无人机发展前沿的情报收集与跟踪,尤其对新的作战概念、颠覆性前沿技术,及时进行深入解读和方向研判,对比分析国内技术现状,针对性提出借鉴超越或实施反制的策略和技术途径。

(2)军内单位应通过走出去调研、请进来交流、定期发布需求等途径,更加全面、及时地掌握国内无人机领域前沿技术探索、创新发展思路进展情况,建立海军无人机技术创新提案储备库,适时组织召开各类新技术交流研讨、专项评估会议,最大限度地挖掘支撑我海军无人机装备发展的最新研究成果和创新思路,有选择、有重点地培植,优选技术途径。

(3)要以重大项目为抓手,重点通过开展全自动着舰技术、协同作战、集群控制技术等演示验证项目,加大技术攻关力度,实现技术群水平的整体提升,加快技术转化应用。

无人机技术是航空装备领域最具有技术活力、发展最迅速的方向,将逐步渗透到海军战略战役战术运用各个层次,逐步成为海战场的主角,必须以时不我待的紧迫意识,勇于打破常规,敢为天下先,努力创造推进无人机由渐进式演进到跨越式发展的动力,促进海军无人机跨越发展。

 

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