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美国海军加速提升无人机作战能力

访问次数: 979 次    作者: 远望智库开源情报中心 李浩源    发布时间: 2021-11-05

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由于采购成本低、建造周期短、运行维护需求小,美国海军目前将无人机作为快速扩充舰队规模、施行“分布式海上作战”概念的重要平台,正通过各种研发及演练验证活动,加速提升其作战能力,以适应未来海战的需求,由此引发人们的广泛关注。

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一、无人协同作战软件系统研发


为提高“无人系统”与“有人系统”的C3(指挥、控制与通信)层面的“无缝整合”能力,美国正在积极研发相关协同作战软件系统。五角大楼的科学家一直以“鸟群”和“蜂群”为模拟对象,深入了解一个群体的成员如何能协调地快速移动,却不会相互碰撞。
目前,美国相关研究机构正在积极开发适合无人作战系统运用的协同作战软件系统。其中,比较引人关注的是美国国防预先研究计划局(DARPA)正在进行的“拒止环境中的协同作战”(CODE)系统项目。该项目旨在拓展美军现役无人机的能力,未来也将会装备美海军无人作战平台,提升“无人系统”与“有人系统”的C3“无缝整合”能力,实现在拒止或对抗环境中针对高度机动的地面和海面目标执行动态、远距作战任务。多架装备CODE软件的无人机可以导航飞往目的地,根据已经建立的作战规则遂行寻找、跟踪、识别和攻击任务,而且仅需要1名任务指挥官的监管。


二、海空侦察监视、目标引导


美国是世界上将无人机投入实战最多的国家。在过去历次局部战争中,其无人机的主要任务就是执行侦察、目标引导任务。在越南战争期间,美军出动3435架次无人机进行侦察,其中2873次安全返回,收到明显成效。另外,还包括其他几种小型的无人机系统,用于支援特种作战需求。
美国海军也是世界上最早运用无人机的海上力量,早在上世纪80年代,美国海军就曾装备一款名为RQ-8的无人机(绰号:火力侦察兵),美国军方编号RQ-8A,是美国研制的舰载垂直起降战术无人机,其主要任务就是执行侦查和目标引导攻击。该型机装有先进的侦察探测装备,其中包括:通用原子公司提供的具有地面活动目标指示器的Lynx合成孔径雷达,该雷达的分辨力达到了10厘米,能在7500米高空探测到25千米以外的目标,并获得类似照片般质量的图像,机上装置的光-电/激光传感器和激光指示器/测距仪,可以提供情报、侦察和监视功能。
诺斯罗普-格鲁曼公司还计划建立先进信息交流结构,使用户可以直接从与“火力侦察兵”相链接的监视平台下载目标图像,并重新调整传感器来获取更新的图像。目前,美国海军装备有MQ-9B“海上卫士”无人机,该型机是RQ-8A的改进型,由于该型机察打一体多功能性,因此,编号字母由M代替R。机身全长11.7米,翼展24.0米,最大飞行高度12192米,最大航程达10186千米,续航时间可达35小时以上。该型机配有多模式水面搜索雷达,该雷达采用逆合成孔径雷达(ISAR)成像算法。同时,MQ-9B还配有自动识别系统(AIS)接收机、电子支援措施(ESM)以及能够拍摄标准高清全动视频的光学红外摄像机。执行地面攻击任务时,机翼下的8个挂架可以挂载8枚AGM-114“地狱火”反坦克导弹,或者4枚“地狱火”加2枚GBU-12“铺路II”激光制导炸弹,依靠这些精确制导导弹,“海上卫士”足可对地面上坦克、车辆造成极大威胁。该型机还可以执行反潜任务,一架MQ-9B无人机可以在其机翼的4个挂架上挂载4具声呐浮标吊舱,一次性就可以携带多达40个A型尺寸的声呐浮标或是80个G型尺寸的声呐浮标,具备对大片海域进行布控的能力。
2021年4月,美国海军举行了一次名为“无人综合作战问题–2021(UxS IBP 21)”演习,在演习过程中,MQ-9B“海上卫士”无人机协助提康德罗加级导弹巡洋舰“普雷斯顿”号(CG 59)进行了“远距、超地平线瞄准”,并达到预期效果。MQ-9B无人机综合使用了声呐浮标及其他装备,对目标进行识别并将其位置传输给巡洋舰上的指挥官,成功完成了无人机与水面舰艇的火控数据传输试验。

三、海上运输补给


据美国海军的统计数据,目前其海上货物运输任务中近90%的承运货物都是单件重量一般不超过50磅(22千克)的轻型货物,这些货物或是医疗药品器具,或是关乎军舰战斗力的电子零部件、关键备件等,这种运输任务时间紧,且任务急。但是,如果动用一架运输直升机紧急起飞运输几个小件货物,效率低下且成本高昂。
近年来,美国海军一直在试验各种无人机运输投递概念,以减轻其后勤负担。但美国海军的货物运输任务对无人机平台的要求极为严格,无人机需能经受复杂恶劣海上环境的考验,其中的难点包括海上的强风、在开阔水域的海上运动平台起飞和降落等。美国海军曾对参与竞标的65种无人机系统进行过筛选,最终只有极少数无人机全面满足了尺寸、载荷能力与海上飞行能力等几方面的初步要求,获得军方认可,走到了试飞这一步。
美国海军重视无人机海上运输训练,以提高无人机全天候海上运输补给能力。在2019年的测试中,美国Skyways公司研发的无人机搭载20磅有效载荷,完成对海上目标舰艇的补给并成功返航,全程飞行35海里。2020年,美海军曾测试利用小型遥控无人机对海上威慑巡逻的俄亥俄级战略核潜艇提供补给。2021年8月,美国Volansi公司宣布已完成史上首次自主舰对舰无人机运输投递。在演示中,两架具有垂直起降能力的无人驾驶飞机在佛罗里达州基韦斯特海岸附近的一艘美国海军舰艇和一艘美国海岸警卫队船只之间完成了三次投递。Volansi公司是一家长续航送货无人机制造商,此次参与自主投递测试的无人机,一架为VOLYC10,续航力约68千米,有效载荷能力4.5千克;一架为VOLY M20,续航能力为563千米,最高巡航速度为120千米/小时,最大载货量9千克,还可以携带重达4.5千克的传感器有效载荷。两种型号采用了相同的总体布局,即中央机身悬挂在主翼和带旋翼的双臂下;VOLY C10采用全电动推进器,而M20在平飞时则采用汽油主发动机提供推力。

四、海上扫雷


早在1988年,美国的罗伯茨号护卫舰在波斯湾触碰几百美元的普通水雷,曾造成一亿美元左右的损失。美国海军扫雷艇是美国海军发现和消除水雷的主要工具之一,但是,目前美国海军扫雷艇数量严重不足,扫雷舰队成为美海军中最老旧的舰队。这些建造于二三十年前的舰艇,很多都在延用“古老”的装备和系统。比如,大多数扫雷舰的导航系统,仍在Windows2000环境下运行。由于装备和系统老化,扫雷舰在美海军各舰种中故障率是最高的,不得不经常返回母港接受维修,导致该类舰艇的出勤率非常低。由于扫雷舰数量不多,船员没有足够的出海训练机会,只能通过计算机模拟系统接受训练,船员专业素质逐渐滑坡。部署在波斯湾地区的第五舰队只有4艘陈旧的扫雷艇,但面对该地区几千枚的水雷,其扫雷力量过于弱小。
要想有效地清除波斯湾的水雷,需要多艘船在一段持续的时间内执行任务,这对于目前的美国海军而言根本无法实现,而如果利用直升机和反潜巡逻机替代扫雷艇的任务,一是成本过大,二是这些飞机将面临防空导弹的威胁。为弥补海上扫雷力量的不足,美国海军目前将发展目光投向无人作战平台,其中包括无人机。2021年6月,美国海军研究办公室对一种配备磁性定位器和“天空玻璃”(Sky Glass)探地雷达先进传感器的新型无人机系统进行了试验,该无人机可从空中用于探测敌方在浅水区域布设的雷场。此次试验是第50次“波罗的海行动”(BALTOPS)演习的一部分,据称,演习设计首次将战术和技术结合,并达到预期试验目标。

五、舰载机空中加油


随着反舰弹道导弹的出现,航毌海上生存开始面临新的生存挑战,反舰弹道导弹的射程远,导弹射程最低可达1500公里,远超F/A-18E/F舰载机的作战半径,舰载机要发挥作用,必须进入到距离目标1000公里之内,但在1500公里的距离上航母战斗群已经遭到反舰弹道导弹的打击。为提高提高舰载机作战半径,使航空母舰具备应对反舰弹道导弹的能力。
近年来,美国海军积极研发和试验无人加油机,以延伸航母舰载机航程,实际上,美国海军航母一直都有标配舰载加油机,但却始终没有一款专用加油机。目前美海军舰载机飞行中队配备有KA-6D加油机,该型机是由A-6舰载攻击机改装而成的,已经十分落后。因此目前美海军航毌舰载机留空时间都不是特别长。以F/A-18E/F为例,其在正常战斗状态下的留空时间往往不到2个小时,即便不挂武器,只挂4个副油箱也不太可能超过3个小时。因此F/A-18E/F的加油构型通常都是“随用随弹”的,不利于甲板轮转。为提高舰载机加油能力,目前,美国海军推出了新一代无人加油机MQ-25“黄貂鱼”,该型号机续航时间可以达到14小时以上,可以在900km范围内进行加油作业,每个飞行日只需要弹射8个架次,就足以保证随时有至少4架MQ-25在天上待命,大大提升了美军舰载机的作战半径和出动频率。该型机机翼后缘整体厚实,接近三角形,MQ-25将搭载光电传感器转塔,还可提供有限的监视能力,并且在飞机机头安装了广角相机,以便在拥挤甲板上操作时进行控制。
美国海军多次展开无人加油机飞行试验,并为无人加油机正式投入使用做好前期准备,2021年8月19日,美国海军宣布,MQ-25“黄貂鱼”舰载无人机加油机T-1原型机已于8月18日完成对E-2D“先进鹰眼”舰载预警机的空中加油试验。此次试验是在伊利诺伊州马斯库塔的中美机场进行的。美国海军表示,此次试验的成功标志着E-2D将由一型受限于航母环境、滞空时间有限的超地平线空中早期预警平台,转变为可在战场空间任意地点提供复杂作战管理能力的延时滞空平台。MQ-25A“黄貂鱼”舰载无人加油机,预计将于2024年8月前完成交付。

六、航母无人机作战中心(UAWC)


为加强对舰载无人机指挥控制能力,美国海军正在航母大修和维护期间安装无人航空作战中心(UAWC),据美海军称,目前,美国海军“艾森豪威尔”号航母(CVN69)指挥官已初步完成无人机作战中心(UAWC)的集成工作,配备了相应的基础物理设备,成为首艘配备UAWC的航母,为后续指控MQ-25无人加油机奠定基础。UAWC完全集成后,航母将可作为MQ-25A无人加油机的作战指挥中心,操作员可以使用MD-5控制站从UAWC内部控制MQ-25无人机。
目前,MD-5控制站尚未集成到航母上,但UAWC视频管理系统和无线通信系统已安装完成,MD-5控制站包括显示、处理、网络和通信等硬件,UAWC的视频管理系统由大型显示器和支持多视频数据传输处理的支持站组成,将提供航母和周围区域的态势感知,无线通信系统可在MD-5和MQ-25A之间交换超高频命令及控制数据,UAWC的集成将为航母航空联队及航母打击群带来全新的作战理念和战斗方式。UAWC完全集成后,航母将可作为MQ-25A无人加油机的作战指挥中心,操作员可以使用MD-5控制站从UAWC内部控制MQ-25无人机。
结束语:作为一种新作战平台,无人机正日益成为美国海上力量的“倍增器”,尽管无人机的发展和运用还面临很多技术性难题,但是,美国海军追求海上战争“无人化”的步伐不会轻易停顿,无人机在美国海军的作用正由“后台助演”逐步走向“前台主角”。





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