無人機機載武器發展現狀及展望

隨著無人機技術及人工智能技術的日趨成熟,無人機作戰應用日益普及,並趨於多元化。主要承擔低成本偵察打擊、對地反輻射打擊、網絡化體系作戰、反無人機蜂群、奪取空中優勢、反導、反衛、反航母等任務。無人機機載武器的需求也越來越旺盛,已經成為無人機重要的發展方向。國外無人機機載武器正向小型化、精確化、低成本、智能化、模塊化、通用化、多用途設計發展,其作戰體系逐漸形成了智能協同體系、信息對抗領域、空中優勢領域、防空壓制領域的“1+3”格局。

國外無人機機載武器發展現狀

隨著無人機平臺技術、通信技術、載荷探測技術、精確制導武器技術等技術的發展,無人機機載武器的發展受到了越來越多的關注,但從總體上看,無人機機載武器的發展還處於初步階段。目前,美國已經將無人作戰飛機應用於實戰,具備無人機機載武器對地精確打擊能力。在發展空地武器的同時,美國等國已經開始在無人機上配裝空空武器,使無人機具備自衛作戰能力,提高無人機的生存概率。

根據美國無人機機載武器的發展現狀以及最新版的美國無人系統路線圖,無人機機載武器發展主要有以下幾種途徑。

無人機機載武器發展現狀及展望

將小型有人機機載武器或者單兵武器直接(或改進後)用到合適的無人機上。此類武器典型的有美國的AGM-114海爾法反坦克導彈、空射型標槍導彈、銷釘小型導彈可以掛載MQ-1無人作戰飛機;MQ-9載荷比MQ-1大,因此可以掛載AGM-65E幼畜導彈、JDAM GBU-38航空制導炸彈等;而正在研製的X-47B載荷更大,載彈量達到2噸,可以掛載AGM-88反輻射導彈、GBU-29/30聯合直接攻擊彈藥等。

AGM-114海爾法導彈原是美軍裝備在阿帕奇武裝直升機上的對地攻擊武器,有多種型號。彈長不超過1.80米,彈徑177.8毫米,彈重45.7千克,為了實現完全的“發射後不管”和全天候、全環境作戰能力,在半主動激光制導基本型基礎上通過對發動機、戰鬥部和導引頭的改進以提高性能,AGM-114L採用主動毫米波制導。MQ-1能帶2枚海爾法彈,MQ-9能帶14枚海爾法彈。

長釘導彈被設想成一種廉價的(4000美元)面面制導武器,用來補充美國海軍陸戰隊的十萬美元(級)FGM-148標槍反裝甲導彈。長釘導彈可用來攻擊非裝甲或輕型裝甲車輛,它採用光電制導,裝有對比鎖定設施,可進行發射後不管作戰。在夜間使用時,建議採用激光導引頭。長釘導彈的射程約為3.2千米。

發展無人機與有人駕駛飛機通用的新型機載武器,此類武器典型的有美國的低成本小型巡航導彈(LCMCM)、Griffin B導彈和英國的LMM等。

LCMCM是為F-22和F-35戰鬥機而設計,並可由一些重型戰術無人機攜載,重量達454千克。為了能讓無人機攜載,洛克希德·馬丁公司研製了一種新型有效載荷精確制導系統(PGS)。它是一種小型的23千克子彈藥,採用半主動激光和毫米波複合導引頭,一枚LCMCM可以攜載3~5枚PGS。

以色列士兵正在發射長釘-LR導彈

Griffin B是美國雷神公司開發的一型小型精確制導導彈。彈長1.09米,彈徑140毫米,質量15.6千克,飛行中段由GPS/INS導航,末段利用半主動激光尋的系統制導,Griffin B的彈體前部裝有4片伸出的彈翼,後部還裝有4片可摺疊的尾舵,採用了彈道控制技術,可在降低附帶損傷的情況下實現最佳的命中精度。Griffin B由無人機和直升機掛載投放,也可由地面和水面發射系統發射,空中發射時射程約為19.3千米。

諾斯羅普·格魯曼公司在美國陸軍地面發射的BAT滑翔子彈藥基礎上,研製了GBU-44蝰蛇打擊反裝甲滑翔彈。蝰蛇打擊彈藥質量約19千克,長0.9米,直徑140毫米,翼展0.9米。2007年11月,蝰蛇打擊首次參與伊拉克作戰。基型蝰蛇打擊裝有半主動激光導引頭,可用於城市近距空中支援時點目標的打擊。由於基型只能當無人機位於目標正上方時投放,為了使其具備防區外打擊能力,目前的最新改型(稱為GPS VS)加裝了GPS制導裝置,使得該炸彈的防區外打擊距離增至10千米。據悉,這種新改型將部署到西南亞地區。

短柄斧微型精確制導彈藥是美國阿連特系統公司最新研製的用於中小型無人機的微型空地精確制導彈藥。該彈藥質量為2.7千克,全長0.6米,戰鬥部質量為1.8千克,採用氣動佈局,其圓柱形彈體由前至後依次為引信導引頭艙、戰鬥部艙、制導控制艙,這3個艙體是彈體的主要組成部分。戰鬥部艙外部安裝有呈Y型配置的3個三角形彈翼,制導控制艙外部則安裝著3個柳葉形的後掠舵面,該彈藥的舵面及彈翼均採用了高強度塑料。彈藥總體採用半主動激光加GPS/INS制導,呈無動力滑翔設計。短柄斧彈藥平常狀態下存放在保形的儲存/發射架內,可直接掛載在無人機的機翼下。該彈藥發射後,會一齊打開,武器藉助翼面和舵面無動力滑翔至預定的攻擊區。

蝰蛇打擊反裝甲滑翔彈

無人機機載武器發展趨勢

精確制導武器的小型化可使無人機載彈量大大增加,同時滿足未來無人戰鬥機武器內埋的要求,還可將彈藥作戰時的附帶損傷最小化。美國空軍的無人機載創新性精確制導對地攻擊武器計劃是為了滿足戰術無人機實施精確對地攻擊任務而制定的,其總體設計要求是重量不得超過45.4千克,能夠供現役和在研的無人機裝備使用(如美國空軍MQ-I和MQ-9捕食者,陸軍MQ-5獵人等無人機),並滿足其他更小型無人機系統的使用要求。

當前,隨著越來越多的無人機用於攻擊作戰,以及無人戰鬥機的相繼問世,機載小型精確制導彈藥的需求也會越來越多。而且微機電系統等新技術的發展也使精確制導武器的關鍵性元件實現小型化和微型化成為可能,從而進一步推動精確制導武器小型化的進程。

進入21世紀後,對精確打擊武器提出了更高的要求,不僅能夠準確命中中小型目標,還要求根據目標的類型具備可變的殺傷水平(從高殺傷力到低殺傷力);能在飛行中重新定向甚至中止飛行;可以在有/無GPS裝備的任何環境下使用;根據作戰需要靈活定製戰鬥部效力;利用電子裝置改變戰鬥部裝藥形狀,並提高精確定時起爆的能力。所有這些需求都將進一步牽引並推動精確制導技術的發展。

目前,在制導與導航技術領域,美國國防高級研究計劃局就有多個可應用於小型精確打擊武器的技術項目正在進行之中。其中包括精確慣導系統(PINS)、微型慣導技術(MINT)、導航級積分微陀螺(NGIMG)、芯片原子鐘(CSAC)、雙探測器組件(DuDE)等。可以預見,這些高端技術將為未來的精確制導彈藥帶來一場技術革新。雖然目前這些高端技術仍處於研發階段,但其中的大部分技術成果將在未來10年間走出實驗室,轉化為美軍的實戰能力,使未來的小型精確制導彈藥對目標的打擊更為精準。

短柄斧彈藥

為確保武器裝備的經濟適用和可大規模供應能力,在上述各種新型無人機機載小型精確制導彈藥的研發歷程中,研發商充分利用已有技術資源,大量採用商用(COTS)組件,或直接沿用現有武器產品的組件,從而最大限度地減少了技術風險,縮短了研製週期,同時也有利於簡化系統,降低成本,實現最佳效費比。此外,採用模塊化、通用化設計,也有利於大大降低武器系統的成本。

隨著人工智能技術和網絡技術的飛速發展,現代戰爭已從過去的平臺中心戰逐漸轉向電子戰、信息戰和網絡化的體系對抗,低成本、零傷亡的無人機能夠執行軍事鬥爭中的多種複雜任務,其所攜帶的武器裝備也已成為未來戰爭中的一個重要作戰節點。從美國國防部的6個無人機系統發展路線圖可以看出,未來無人機的作戰不僅僅是單平臺和單系統的作戰,而是由多個系統組成的體系作戰。因此,無人機機載武器裝備的研究應用應考慮智能化和網絡化作戰需求。重視用信息技術的聯通性和融合性,將無人機系統與分佈在陸、海、空、天的各種偵察探測、指揮控制、打擊武器等系統無縫隙地連接成一個有機整體,如與預警機、電子干擾機、戰鬥機等連接成協同作戰體系,高效率地實施信息戰和精確打擊戰,發揮武器裝備系統整體的最大作戰效能,形成遠遠高出單個無人機系統的合力,構建全方位、全空域、全頻域的精確打擊體系。

武器的精確化一直是未來戰爭的重要發展防線

近年來新研製的小型機載精確制導彈藥大多遵循模塊化、通用化和多用途設計原則,如導引頭和戰鬥部均採用模塊化設計,可根據作戰任務和目標類型配裝多種導引頭及戰鬥部。此外,新一代的無人機機載小型武器從設計之初,就考慮了研發的彈藥與多種武器平臺及發射裝置的兼容性,從而為武器系統的經濟性、可靠性、可維護性的提高創造了條件,為實現其多平臺作戰能力提供了基本保障。

發展領域及關鍵技術分析

從國外無人機作戰需求及無人機機載武器發展趨勢來看,把國外無人機機載武器作戰體系歸納為一個體系、三大領域的“1+3”格局,即:智能協同體系、信息對抗領域、空中優勢領域、防空壓制領域。

態勢評估系統根據領彈傳輸的即時信息對戰場環境進行態勢評估,確定出各目標實體的威脅度。然而戰場信息瞬息萬變,傳感器自身也存在缺陷,這都使得態勢感知系統所需處理的目標信息具有較強的不確定性。因此,開展群體感知與態勢共享研究,基於多源信息融合系統達到群體感知,並且導彈集群之間態勢共享。同時,如何利用好這些信息完成戰場態勢評估是協同作戰系統首先需要解決的問題。在多源信息融合的基礎上,按照軍事專家的思維方式和經驗,對戰場上敵、我、友軍及戰場環境的綜合情況和事件的定量或定性描述,以及對未來戰場情況或事件的預測。態勢估計的結果是形成態勢分析報告、情況判斷結論和戰場綜合態勢圖,為作戰指揮提供輔助決策信息。

在複雜戰場環境下作戰時,飛機、艦艇、導彈等平臺和武器之間的互連關係往往無法預先規劃,網絡拓撲存在高機動性,這就決定了系統應具有無中心自組織的智能組網特性。這種情況下,相比靜態組網、不能實時重組且無法滿足協同作戰和打擊時敏目標要求的通用數據鏈,具有多跳性、抗毀性強、自恢復部署迅速等特點的無中心動態自組織網絡無疑是導彈協同作戰的最佳選擇。主要研究內容包括集群編隊控制、分佈式作戰控制、大規模自組織與群體決策、群體行為仿生與控制等。

戰毀評估系統依據導彈探測到的目標信息來評估目標的狀態,以此確定是否需要對該目標繼續打擊、是否需要對部分導彈的作戰任務進行重新規劃。戰毀評估是導彈集群協同攻擊的一個重要特徵,對提高導彈集群的整體作戰效能有著巨大的意義,其主要性能指標包括虛警概率、漏報概率和延遲時間。

載機特徵高逼真度模擬技術主要包括雷達/運動特徵高逼真度模擬技術。其中雷達特徵高逼真度模擬技術要求誘餌空空彈能夠對抗空戰中各種體制的雷達,在時域、頻域上模擬真實飛行目標;運動特徵高逼真度模擬技術要求誘餌空空彈具有長時間巡航能力,在滿足末段攻擊的前提下,對飛行器外形和動力系統提出了苛刻的約束條件。

群體感知與態勢共享有助於適應日益複雜的戰場環境

隱身無人作戰飛機攜帶空中優勢導彈要求能攻擊高速、高機動目標,並具備全方位攻擊能力,要求其控制系統必須具有全彈道條件下的快速響應能力。採用直/氣複合控制技術提高控制系統快速性是有效的技術措施,可將控制系統的時間常數縮短,提高導彈敏捷性。需要突破直接力噴流下的氣動干擾、直接力/氣動力複合高精度控制、直接力裝置的設計等關鍵技術。

作戰需求的變化對空中優勢導彈的導引頭提出了嚴格的反隱身能力需求和同時多任務能力的需求。傳統的單模導引頭已經不能適應新一代空中優勢導彈的作戰任務需要,必須採用全新的多模複合導引頭。多模複合導引頭的目標信息融合能夠比任何單模探測器獲得更多的探測信息,可有效提高對隱身目標的探測能力、抗干擾能力,適應全天候、全高度和全向攻擊的要求。與其它制導武器相比,在空空導彈上實現多模導引的主要難點在於空空導彈不僅對導引系統的跟蹤能力等指標要求很高,而且對體積和重量有嚴格限制。

敵方雷達在與反輻射導彈的攻防對抗中,通常採用的有效戰術是,雷達關機和在雷達車附近佈置有源雷達誘餌。有源誘餌主要針對被動導引頭,其在信號設計上,輸出功率比雷達旁瓣功率稍強,信號頻率、調製類型以及特徵參數均與雷達信號一致,各個誘餌之間等功率發射。因此,導彈在中制導飛行過程中需對目標被動定位,以滿足中末制導交班,能否在抗誘餌條件下實現中末制導的順利交班直接決定任務的成敗。

結 語

無人作戰飛機的出現對未來作戰模式將產生深遠的影響。無人機機載武器作為無人作戰飛機的主要任務載荷之一,隨著無人作戰飛機大量使用而成為未來空戰主戰裝備。本文歸納了國外無人機機載武器裝備的一大體系、三大領域,並梳理了關鍵技術,為後續裝備發展提供支撐。


分享到:


相關文章: