美国航母舰载无人机发展脉络与思路

  度余生        2019-11-20 10:17:16

2019年9月19日,MQ-25A无人加油机样机首飞成功,预示着美国航母舰载无人机型号研制工作的按期推进,2024年可实现部署。美国航母大型舰载固定翼无人机论证和验证工作持续近20年,其需求论证、采办策略、技术开发路线等值得思考和借鉴。


一、航母舰载无人机发展脉络


1993年,美空军提出“在不久的将来,无人作战飞机有可能成为21世纪空中作战的主导力量”,随后启动了无人作战飞机的概念论证。美海军则于2000年正式启动无人作战飞机样机研制,牵引技术攻关与验证工作。此后15年中,历经了三个项目:海军单独开展的“海军无人作战飞机”(UCAV-N)项目;海军与空军合作开展的“联合无人作战系统”(J-UCAS)项目;空军终止无人作战飞机研制计划后,海军独立开展的“无人作战飞机系统验证”(UCAS-D)项目。波音和诺斯罗普·格鲁曼两家公司参与了各个项目的竞标。三个项目耗资约27亿美元,进行了X-45A/B/C/N和X-47A/B验证机研制和技术演示验证。其中,X-45A突破了高空高速察打技术、多机协同飞行技术,X-47B突破了大型固定翼无人机舰上起降技术、舰机适配技术、空中受油技术。这些技术突破为型号研制奠定了基础。


在“无人作战飞机系统验证”项目(即研制验证X-47B)执行期间,美海军启动了航母大型舰载无人机型号选型工作,提出发展“舰载无人监视与打击飞机”(UCLASS),并于2010年3月,向工业部门发布信息征询书。该项目历时6年,有四家公司参加竞标,可划分为两个时期。


第一个时期(2010~2013年)聚焦发展低威胁环境下的对地攻击和高威胁环境下的情报监视侦察功能。诺斯罗普·格鲁曼公司以X-47B参加竞标;波音公司提出“幻影线”竞标方案,2012年弃用“幻影线”,改用新型常规布局方案,并启动研制工作;通用原子公司以“复仇者”陆基无人机为基础,提出“海上复仇者”改型设计方案;洛克希德·马丁公司提出“海上幽灵”方案。

美国航母舰载无人机发展脉络与思路

图1“舰载无人监视与打击飞机”项目竞标方案

美国航母舰载无人机发展脉络与思路

图2波音公司新型常规布局方案概念图


第二个时期(2013~2016年)取消对地攻击功能、弱化情报监视侦察功能、新增空中加油功能。2013年后,随着X-47B弹射起飞、全自动着舰、有人/无人机协同作业、空中受油等技术的重大突破,美海军加速推进“舰载无人监视与打击飞机”项目。但在型号功能定位上,国会与海军意见存在分歧,国会要求发展高威胁环境下的远程隐身无人作战即对陆打击飞机,通过空中受油增加航程;海军坚持发展具备在低威胁环境下情报监视侦察和有限打击能力的无人机,强调在无空中受油条件下的负载能力。伴随国会与海军的争执,波音公司于2014年完成新型常规布局方案设计,随后抛开海军和国会双方的争执,将执行空中加油任务作为这型飞机的主要功能,并为此修改了方案:将背负式进气道调整为埋入式进气道,对机身装载空间和截面形状进行了优化。这一主动行为暗合了海军和国防部后来的决定,为最终赢得竞标打下基础。同期,其他公司的方案未有实质性进展。


2016年2月,美国防部将“舰载无人监视与打击飞机”项目调整为“舰载无人加油机”(CBARS)项目,7月,授予该型号MQ-25A“黄貂鱼”代号。洛克希德·马丁公司在“海上幽灵”方案基础上提出全新的飞翼布局方案;通用原子公司在“海上复仇者”方案基础上进行适应性改进;诺斯罗普·格鲁曼公司继续采用X-47B竞标,但在海军发布招标书后1个月内宣布退出竞标;波音公司在海军发布招标书3个月内推出全尺寸样机,并最终中标。


二、航母舰载无人机发展思路调整原因


美军将航母舰载无人机发展目标由作战飞机调整为加油机的主要原因有以下几点。


(一)无人作战飞机发展仍存在诸多技术瓶颈


无人作战飞机主要在中高威胁环境中使用,存在多项技术难点,短期难以克服。一是飞行包线、机动能力等方面仍停留在轰运类飞机的水平,战术执行力和生存力难以满足作战需求;二是机上处理能力不能支持多元传感器的信息融合及面向高实时/高动态任务的自主决策;三是智能化水平达不到自主作战要求,仍需要“人在回路”控制,而链路水平难以满足通信可靠性、时效性、准确性的要求。


(二)“舰载无人监视与打击飞机”暂无必要发展


在“舰载无人监视与打击飞机”选型期间,美空军分别于2013年和2015年披露或启动了RQ-180无人侦察机和B-21远程轰炸机的研制工作。其中,RQ-180主要用于对陆情报监视侦察,也可执行电子攻击任务,续航时间不低于24小时,作战半径不低于2200千米;B-21主要执行远程战略轰炸任务,还具备打击机动防空系统、地下掩体等目标的能力,作战半径3700~4600千米,具有速度快、机动性高、电子对抗能力强、隐身性能好等特点,装备数量至少100架。鉴于空军的RQ-180和B-21已全面覆盖海军为“舰载无人监视与打击飞机”设定的使命任务,为避免重复投资,后者暂无发展必要。


(三)航母舰载无人加油机的发展势在必行


根据美军披露的情况,美海军544架F/A-18E/F舰载作战飞机中,仅200架左右可随时执行作战任务,其中,20%~30%还承担伙伴加油任务,在服役寿期已过半的情况下,加油和作战双重任务造成F/A-18E/F过快消耗;无人加油机上舰可将承担伙伴加油任务的F/A-18E/F和飞行员解放出来,将航母航空联队的作战能力提升20%~30%;还可前出930千米为至少4架F-35C加油,将战机的作战半径提升40%以上。


三、MQ-25A舰载无人加油机选型分析


从美军透露的情况看,MQ-25A的技术要求包括:可携带6.8吨燃油,在距航母930千米范围以内为F/A-18E/F、EA-18G、F-35C加油,使舰载机作战半径增加560~740千米,并具备一定的情报监视侦察能力。根据海军对MQ-25A的技术要求,最终参加竞标的三家公司提出如下方案。


(一)洛克希德·马丁公司方案


采用飞翼布局,配装F404发动机,进气口位于机身背部,机腹中线左侧加挂单个D-704加油吊舱,机鼻处、前起落架舱门两侧配装光电/红外传感器。竞标时无样机。


(二)通用原子公司方案


采用常规布局,中单翼+V形尾翼,配装PW815发动机,左机翼下加挂D-704加油吊舱,右机翼下加挂副油箱,前机身腹部配装光电/红外传感器。竞标时已推出验证机(“复仇者”),并在陆上进行了甲板调运测试。


(三)波音公司方案


采用常规布局,埋入式进气道,扁平化机身,左机翼下加挂加油吊舱,右机翼下加挂通用挂架,可挂载副油箱、传感器吊舱或武器。竞标前,率先推出样机,并开展了地面滑行测试。

美国航母舰载无人机发展脉络与思路

图3波音公司无人加油机竞标方案


此外,诺斯罗普·格鲁曼公司在海军招标书发布之初仍计划以X-47B参加竞标。但由于X-47B采用飞翼布局,操稳特性弱于常规布局飞机,为满足加油过程中的安全性要求和MQ-25A技术要求,方案需重新设计,研制周期过长,因此,主动放弃竞标。


从方案技术成熟度看,洛克希德·马丁公司方案采用未经验证的飞翼布局,且无样机,技术成熟度最低,无竞争优势;从舰机适配性上看,通用原子缺乏舰载固定翼飞机的研制经验,其方案从陆基飞机改型而来,在弹射起飞、阻拦着舰等方面存在极大技术风险;波音最先推出符合要求的样机,具备一定的隐身能力,可前出为五代机加油或执行情报监视侦察任务,因此最终中标。


来源:孙明月 于宪钊等 蓝海星智库

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