蔡海亮

(中國直升機設計研究所，江西 景德鎮(zhèn) 333001)

0 引言

信息化、智能化技術的高速發(fā)展，將徹底顛覆傳統(tǒng)的以人員為作戰(zhàn)主體的戰(zhàn)爭模式，未來戰(zhàn)場可能實現(xiàn)無人化作戰(zhàn)，人直接參與作戰(zhàn)的場景會越來越少，徹底改變現(xiàn)有戰(zhàn)爭形態(tài)。戰(zhàn)場無人化是未來智能化戰(zhàn)爭的主要發(fā)展方向。

無人直升機將以其特有的起降場地小、可垂直起降、空中懸停、可長時間在超低空飛行、使用靈活、不需要復雜的發(fā)射與回收設備等特點，適用于在低空和超低空執(zhí)行情報收集、監(jiān)視和偵察任務，還可進行戰(zhàn)損評估、通信中繼、電子戰(zhàn)、武裝攻擊等作戰(zhàn)任務，是未來戰(zhàn)場上中低空領域不可或缺的武器裝備。

1 無人直升機在未來戰(zhàn)爭的主要作戰(zhàn)使用

1.1 單機作戰(zhàn)使用方式

考慮無人直升機的特點，在未來戰(zhàn)場上的單機使用主要是執(zhí)行晝夜長航時巡邏監(jiān)視、遠距離偵察探測、通信中繼和低空/超低空火力打擊任務，所攜帶任務載荷大，留空時間長，一般以大中型無人直升機為主，可發(fā)展為偵察機、中繼機和察打一體無人直升機。

1.1.1 長航時偵察型無人直升機

偵察型是無人直升機發(fā)展的主流模式，以中小型無人直升機為主，起飛重量一般在2噸以下，留空時間一般在4～8小時，主要攜帶光學照相機、紅外掃描器、電視攝像機和合成孔徑雷達等探測設備，可完成偵察、監(jiān)視、警戒、氣象、戰(zhàn)傷評估、目標跟蹤等任務。典型代表為美國的RQ-8A/MQ-8B “火力偵察兵”無人直升機(圖1)。

RQ-8A/MQ-8B“火力偵察兵”是美國諾斯羅普·格魯門公司推出的一款先進的無人直升機，由Schweizer 330有人機改型而來，是目前世界上已裝備使用的最先進的旋翼無人機。由美國海軍推出的增強型MQ-8B“火力偵察兵”，裝備有前視紅外系統(tǒng)，光電成像器，X波段多模態(tài)海上監(jiān)視雷達等任務載荷，可承擔海上巡邏偵察任務和進行反潛、反艦和反水雷作戰(zhàn)，是美國海軍艦載武器中的利器[1,2]。

圖1 MQ-8B無人直升機

1.1.2 中繼型無人直升機

中繼型是無人直升機發(fā)展的一個主要方向，以中大型無人直升機為主，起飛重量一般在2噸以上，留空時間一般在8～12小時，主要攜帶通信中繼設備和信息處理設備，可完成通信中繼、通信管理、戰(zhàn)場信息搜集與分發(fā)、情報處理等功能。

隨著智能化、無人化戰(zhàn)場的發(fā)展，作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)將處于戰(zhàn)場后方，急需穩(wěn)定的空中信息中繼和處理平臺，用于搜集、處理和傳遞戰(zhàn)場信息。傳統(tǒng)的有人駕駛空中指揮控制系統(tǒng)和通信中繼系統(tǒng)比較靠近戰(zhàn)場前端，對作戰(zhàn)指揮人員生命安全具有較大威脅，無人直升機以其特有的空中懸停的優(yōu)勢，成為戰(zhàn)場通信中繼、信息傳遞的理想平臺。

1.1.3 察打一體型無人直升機

察打一體無人直升機是未來無人直升機發(fā)展的主要方向，以中大型無人直升機為主，起飛重量一般在3噸以上，留空時間一般在12小時以上，主要攜帶光電轉塔和空空/空地武器系統(tǒng)，具有偵察、監(jiān)視、捕獲和目標實時打擊的能力，可對高價值、時間敏感目標實施精確攻擊，能極大地縮短從發(fā)現(xiàn)到摧毀目標的時間。察打一體無人直升機并不是簡單的“無人直升機+導彈”，它具有“靈魂”(作戰(zhàn)使命)、“眼睛”(偵察系統(tǒng))、“大腦”(控制系統(tǒng))和“心臟”(動力系統(tǒng))，可充分適用于未來信息化、智能化作戰(zhàn)。典型代表為美國的MQ-8C“火力偵察兵”和A160T“蜂鳥”無人直升機(圖2)。

A160T“蜂鳥”無人直升機是波音公司研制的長航時、大載荷無人直升機。該機首次采用了變轉速旋翼技術，有效降低油耗，續(xù)航時間在20小時以上，主要攜帶的任務載荷有光電/紅外成像器，激光測距儀，偵察、監(jiān)視、跟蹤與目標鎖定雷達，電子情報系統(tǒng)，電子對抗措施等，可執(zhí)行情報搜集、偵察監(jiān)視、戰(zhàn)場補給和火力攻擊等任務[3,4]。

圖2 A160T無人直升機

1.2 多機協(xié)同作戰(zhàn)使用方式

單架無人直升機的任務能力有限，難以適應廣域、復雜、多變的對抗環(huán)境，而隨著技術的發(fā)展，無人直升機自主程度的提升，協(xié)同作戰(zhàn)、集群作戰(zhàn)將成為未來無人直升機主要的作戰(zhàn)使用模式。固定翼機方面，美軍在2000年率先提出了無人駕駛飛機協(xié)同作戰(zhàn)的設想，由美國陸軍航空兵應用技術管理局(AATD)發(fā)起了無人機自主協(xié)同作戰(zhàn)項目，并且開始廣泛研究無人作戰(zhàn)飛機協(xié)同作戰(zhàn)的關鍵技術。2007年，美國空軍研究實驗室啟動“集群戰(zhàn)術空間”計劃，以演示驗證12架無人駕駛飛機的自主協(xié)同飛行、協(xié)同搜索和模擬打擊等任務能力。借鑒固定翼機的戰(zhàn)場使用方式，未來無人直升機的作戰(zhàn)模式勢必也將向協(xié)同作戰(zhàn)、集群作戰(zhàn)方向發(fā)展。

1.2.1 無人直升機協(xié)同作戰(zhàn)

根據現(xiàn)有的技術發(fā)展，可以預測未來20年～30年內，無人直升機實現(xiàn)完全自主作戰(zhàn)技術尚未成熟，協(xié)同作戰(zhàn)將是無人直升機作戰(zhàn)的最典型應用方式。無人直升機協(xié)同作戰(zhàn)方式多樣，包括有人固定翼飛機和無人直升機之間的協(xié)同、無人固定翼飛機和無人直升機之間的協(xié)同、有人直升機和無人直升機之間的協(xié)同以及無人直升機和無人直升機之間的協(xié)同。從飛行速度、飛行高度、航時、航程、任務載荷配置以及戰(zhàn)場布置多角度分析，有人直升機和無人直升機的協(xié)同作戰(zhàn)將是無人直升機協(xié)同作戰(zhàn)的主流。

有人/無人直升機協(xié)同作戰(zhàn)模式下，無人直升機可直接接受有人直升機的指揮控制，實施可控起飛和著陸、聯(lián)合目標識別與確認、快速打擊和戰(zhàn)場動態(tài)評估等戰(zhàn)術任務。美國對有人直升機和無人機的協(xié)同作戰(zhàn)能力也進行了等級劃分(表1)，且以AH-64D、OH-58D、SH-60為主要有人直升機，與多種無人機協(xié)同[5]。

表1 有人直升機與無人機協(xié)同等級[5]

當前，有人/無人直升機協(xié)同作戰(zhàn)還處于飛行試驗階段。2018年4月，空直公司的H145直升機與Schiebel公司的S-100無人直升機在奧地利完成了有人/無人直升機協(xié)同作戰(zhàn)飛行試驗(圖3)。在此次試驗中，S-100無人直升機由H145直升機內的操作手操控飛行；在飛行中，無人機的操作還暫時轉移給地面控制站內的飛行員來控制，以模擬有人直升機返回地面加油的場景。此次試飛達到有人/無人直升機協(xié)同度級別5的等級，這也是該等級系統(tǒng)中的最高等級，意味著有人平臺能對無人系統(tǒng)實施完全控制，包括起飛和著陸，有人/無人直升機協(xié)同作戰(zhàn)技術已基本成熟，將大大加快其戰(zhàn)場應用時間。

最典型的有人/無人直升機協(xié)同作戰(zhàn)想定，是1架有人直升機控制多架(2-3架)無人直升機組成編隊，協(xié)同對某目標區(qū)域作戰(zhàn)，主要實施警戒、偵察、打擊等任務。編隊中有人直升機作為長機，無人直升機作為僚機。由有人直升機完成編隊戰(zhàn)術決策和任務控制，包括戰(zhàn)場態(tài)勢評估、目標分配、航路規(guī)劃等，由無人直升機完成偵察、攻擊和毀傷評估任務，能夠充分實現(xiàn)有人直升機與無人直升機聯(lián)合編隊之間的信息共享、可用資源的統(tǒng)一調度和作戰(zhàn)任務的綜合管理，并有效提升作戰(zhàn)人員的戰(zhàn)場生存能力。

圖3 H145與S100直升機協(xié)同飛行試驗

1.2.2 無人直升機集群作戰(zhàn)

基于自主化、智能化技術的深度發(fā)展，無人直升機將出現(xiàn)一種全新的作戰(zhàn)應用模式，那就是集群作戰(zhàn)。集群作戰(zhàn)目前還處于理論研究階段，但其必然是未來最主要的作戰(zhàn)方式之一。集群概念起源于蜜蜂，蜂群內部分工明確，具有很強的自主性；個體之間又存在著豐富的信息交流和社會行為，具有很強的協(xié)同性。從數學模型的角度來看，個體遵循簡單的運動和邏輯規(guī)則，不需要任何有中心的中央協(xié)調，而又能自然而然地呈現(xiàn)群體特征。集群體系機構示意圖見圖4。

無人直升機集群作戰(zhàn)的優(yōu)勢在于作戰(zhàn)的成本優(yōu)勢。俗話說打仗就是在打錢，采用低成本無人直升機集群作戰(zhàn)，敵方應對大量的無人機個體需要消耗數十倍甚至上百倍的成本來進行防御，這將在戰(zhàn)爭中帶來顯著的成本優(yōu)勢。無人機集群能夠實現(xiàn)對敵優(yōu)勢戰(zhàn)機更大的勝率，將原本造價高昂的多任務系統(tǒng)分解為若干低成本的小規(guī)模作戰(zhàn)平臺，可以用比傳統(tǒng)武器系統(tǒng)更具成本效益的方式挫敗對手。因其低廉的成本、高效的作戰(zhàn)效果，集群技術必將是無人直升機技術發(fā)展和軍事應用的重要熱點。

無人直升機集群作戰(zhàn)將形成規(guī)模優(yōu)勢，具有極佳的戰(zhàn)場生存能力和任務完成能力，主要可以用來完成復雜戰(zhàn)場環(huán)境下的協(xié)同搜索、協(xié)同攻擊、集群對抗等作戰(zhàn)任務。協(xié)同搜索方面可利用多架無人直升機配備不同類型的傳感器，充分發(fā)揮各傳感器的優(yōu)勢，如可見光、紅外、雷達等傳感器相互配合，完成疑似目標的搜索與定位，并且通過任務分工，提高區(qū)域覆蓋范圍，解決復雜戰(zhàn)場環(huán)境下的目標不確定性問題；協(xié)同攻擊方面可以實現(xiàn)從多個攻擊陣位、多個攻擊角度對單個或多個目標進行火力齊射，從而徹底有效地殺傷敵方目標，作戰(zhàn)效能高；唯一能應對無人機集群作戰(zhàn)的是另一群無人機，應盡早開展無人機集群對抗技術研究，避免受制于人。

圖4 無人機集群體系機構示意圖[6]

無人直升機實現(xiàn)集群作戰(zhàn)需要智能化技術的深度發(fā)展，應重點開展集群控制算法、協(xié)同態(tài)勢感知技術、任務規(guī)劃技術、航路規(guī)劃技術、編隊控制技術等關鍵技術的攻關工作。

2 無人直升機的發(fā)展方向

當今，無人化、智能化成為熱點，無人直升機作為無人智能裝備的一種，受到廣泛追捧，特別是民用無人直升機及消費級無人旋翼飛行器的蓬勃發(fā)展，更使得無人直升機的未來發(fā)展方向變得撲朔迷離。但從軍用裝備角度考慮，為減小裝備的維護保障工作，平臺的通用化是未來無人直升機的主要發(fā)展方向；為進一步提升裝備的作戰(zhàn)效能，增大任務載荷，增加任務時間和任務半徑，大型無人直升機將是近期發(fā)展的重點；從未來協(xié)同作戰(zhàn)、集群作戰(zhàn)分析，智能化將是未來無人直升機技術發(fā)展的重點。通用化、大型化和智能化將是軍用無人直升機的主要發(fā)展方向。

2.1 平臺通用化

平臺通用化是整個武器裝備行業(yè)的發(fā)展趨勢，無人直升機的發(fā)展也離不開這種趨勢。無人直升機的平臺通用化主要指兩個方面：一方面主要表現(xiàn)是“一機多型、一機多用”，在同一個平臺上，可發(fā)展偵察型、中繼型、武裝型、勤務運輸型等等；另一方面主要表現(xiàn)是全軍通用化，目前國內外直升機在研制時都具有較為鮮明的軍兵種特色，比如陸軍、海軍在研制各自直升機的過程中，更加注重各自的使用及作戰(zhàn)要求，陸軍型直升機改海軍型或者海軍型直升機改陸軍型的改裝工作量都相對較大，未來的無人直升機裝備，在設計之初應是站在全軍的使用角度考慮，考慮“陸、海、空”甚至是“陸、海、空、天”部隊的作戰(zhàn)使用需求。

在具體的型號研發(fā)中，作為一種設計理念、設計原則，在不造成冗余設計、過度設計的條件下，通用化的實現(xiàn)主要有兩種實施途徑：一是一線設計人員要具有通用化設計的概念和想法，在功能設計、接口設計等方面要有通用化的思路；另一方面要廣泛采用模塊化設計方法，特別是在任務載荷方面，要支持任務載荷的即插即用，并且具備較大的任務載荷升級擴展?jié)摿Α?/p>

2.2 大型無人直升機是近期發(fā)展的重點

隨著飛行控制技術、測控技術等平臺控制技術的深度發(fā)展，無人直升機平臺的性能將大幅提升，執(zhí)行任務的能力越來越強，而無人直升機作戰(zhàn)半徑、任務時間的指標要求在不斷增加，對大型無人直升機的需求越來越迫切。

未來無人直升機空中續(xù)航時間將不小于10小時～20小時，按常規(guī)發(fā)動機耗油率考慮，機上需配置燃油1噸～2噸，攜帶的任務載荷綜合考慮偵察設備、外掛武器等，重量在0.5噸～1噸左右，按重量效率0.5考慮，則未來大型無人直升機的最大起飛重量應不小于3噸～6噸。

3噸和6噸的直升機平臺是國內外有人駕駛直升機最為常見的平臺，如國外的EC135(3噸級)、國內的直-10(6噸級)等等，在研制3～6噸級大型無人直升機時，可充分利用現(xiàn)有直升機成熟平臺進行改進改型設計，加快推進大型無人直升機的研制。

2.3 智能化是未來發(fā)展的重點

當前的主流觀點是，第四次工業(yè)革命的重點是智能化的發(fā)展?；跓o人的特點，智能化將在未來無人直升機有著更加廣泛的應用。可以預見的是，智能化飛行控制系統(tǒng)、智能化航電系統(tǒng)、智能化機電系統(tǒng)、智能化任務控制系統(tǒng)等等智能化系統(tǒng)將在未來無人直升機上普及，極大地減少地面操作人員的工作量，使地面人員從繁重的飛行操縱及任務操縱中解放出來，更多地投入于指揮決策，提高作戰(zhàn)效能。

目前的智能化發(fā)展尚處于一個理論研究及初步的試驗階段。各國雖然在機器狗、機器人等方面雖取得了較為突出的成就，但總體上看，距離工業(yè)應用還有一段距離。對于無人直升機裝備研制來講，單獨從事智能化無人直升機研究的效費比不高，較為

成功的方法是待智能化技術基本成熟后在無人直升機上開展應用。當前的重點，一方面設計人員要持續(xù)關注智能化研究進展，另一方面要不斷思考智能化如何在無人直升機上應用。

3 結束語

無人直升機具有“零傷亡”的特點，且具備定點懸停、任意角度飛行、起降場地小等獨特的飛行性能，在軍民用應用領域有著不可替代的使用價值，必然是未來航空裝備發(fā)展的要點。從目前世界各國發(fā)展情況看，無人直升機基本處于試驗試飛階段，具有廣泛的應用前景及發(fā)展空間，值得所有從事直升機裝備發(fā)展的人員不斷努力。