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无人机概述

 

无人机概述

 

引言:无人机(unmannedaerialvehicle或drone)是一个许多国家用于描述最新一代无人驾驶飞机的术语。从字面上讲,这个术语可以描述从风筝,无线电遥控飞机,到V-1飞弹从发展来的巡航导弹,但是在军方的术语中仅限于可重复使用的比空气重的飞行器。

 

一、概述

 

无人机技术是一项涉及多个技术领域的综合技术,它对通信、传感器、人工智能和发动机技术有比较高的要求。如果在恶劣环境下作战,它还需要有比较好的隐身能力。无人机与所需的控制、拖运、储存、发射、回收、信息接收处理装置统称为无人机系统。

 

二、用途与优势

 

无人机种类很多,不同的无人机可以完成不同的特殊任务。军用无人机的主要用途包括:战术侦察和地域监视、目标定位和火炮校射、电子侦察和电子干扰、通信中继转发、靶机和实施攻击等。与有人飞机相比,无人机具有多种优势:

 

1、由于机上没有驾驶员,因此可省去驾驶舱及有关的环控及安全救生设备,从而降低飞机的重量和成本。

 

2、无人机在作战时不会危及飞行员,更适于执行危险性高的任务。

 

3、由于机上没有驾驶员,飞机可以适应更激烈的机动和更加恶劣的飞行环境,留空时间也不会受到人所固有的生理限制。

 

4、在使用维护方面,无人机比较简单,而且费用低,操纵员只需在地面进行训练,无需上天飞行。

 

三、技术途径

 

无人机从产生到现在已有多年,早在70年代西方就产生用无人机进行对地攻击和格斗空战的构想,在美国还进行了大量飞行试验,但是由于技术上的难度,使这些构想无法实现。

 

无人机存在的致命弱点主要有两个:一是自主作战能力差,由于无人机执行任务时需要有人参与遥控,其自主作战能力有限,因而缺乏有人飞机所具有的灵活性和适应能力。二是完成任务的有效性低,由于控制人员对无人机所处环境的了解必须借助远距离通信,而这种远距离通信又随时会被压制而中断,从而造成了人机之间无法及时、准确交流信息,影响了无人机完成任务的有效性。

 

随着战场实时信息网(如JSTARS)和人工智能技术的发展,人—机之间的信息交换和无人机的自主工作能力有了很大提高,这就保证了无人机能够最大限度地发挥其特有的长处,从而使无人机技术成为对未来作战最有影响的技术之一。

 

四、发展方向

 

从低空,短航时向高空,长航时发展。老式的无人机滞空时间短,飞行高度低,侦察监视面积小,不能连续获取信息,甚至会造成情报“盲区”,不适应现代战争的需要。为此,美国陆军研制了“蒂尔”II超高空,长航时无人机。

 

向隐形无人机方向发展。为了对付日益增强的地面防空火力的威胁,许多先进的隐形技术被应用到无人机的研制上。

 

一是采用复合材料、雷达吸波材料和低噪声发动机。如美军“蒂尔”II无人机除了主梁外,几乎全部采用了石墨合成材料,并且对发动机出气口和卫星通信天线作了特殊设计,飞行高度在300米以上时,人耻听不见;在900米以上时,肉眼看不见。

 

二是采用限制红外光反射技术,在机身表面涂上能够吸收红外光的特制油漆并在发动机燃料中注入防红外辐射的化学制剂。

 

三是减小机身表面缝隙,减少雷达反射面。

 

四是采用充电表面涂层还具有变色的特性:从地面向上看,无人机具有与天空一样的颜色;从空中往下看,无人机呈现与大地一样的颜色。

 

从实时战术侦察向空中预警方向发展。美军认为,21世纪的空中侦察系统主要由无人机组成。美军计划用预警无人机取代E-3和E-8有人驾驶预警机,使唤其成为21世纪航空侦察的主力。

 

向空中格斗方向发展。攻击无人机是无人机的一个重要发展方向。由于无人机能预先靠前部署,可以在距离所防卫目标较远的距离上摧毁来袭的导弹,从而能够有效地克服“爱国者”或C-300等反导导弹反应时间长、拦截距离近、拦截成功后的残骸对防卫目标仍有损害的缺点。如德国的“达尔”攻击型无人机,能够有效地对付多种地空导弹,为己方攻击机开辟空中通道。以色列的“哈比”反辐射无人机,具有自动搜索、全天候攻击和同时攻击多个目标的能力。

 

(一)长航时无人机

 

在长航时无人机中,美国的Tier2+"环球鹰”和Tier3-"暗星”最具代表性。

 

Tier2+由美国特里达因•瑞安航空公司研制,是一种高空大负载长航时无人机,专门用于远距离和大面积的侦察和监视。可以同时携带几种远距离传感器,飞行高度约在20000米左右,可以通过卫星数据链进行实时视频信号传输,其数据传输速度为50Mbps,另外,它拥有一个功能很强的处理机,在机上就可以将情报数据转换成图像,并将图像直接反馈给地面部队。每天监视的范围可达103600平方公里,续航时间42小时。一般情况下,4架飞机便可覆盖整个危险地区,被人们称其为“低空人造卫星”Tier3-由洛克希德•马丁/波音公司联合研制,采用全复合材料机翼,可以自动起飞、巡航、着陆和滑跑,在飞行中如空中交通和任务发生变化可改编程序,或由无人机自行决定是否继续留空、巡逻或尽快返回基地。“暗星”装备有大面积搜索用合成孔径雷达(SAR)、光电传感器(EO)、惯性测量装置和全球定位系统。每小时可搜索5480公里的范围,分辨率为0.9米,或在4平方公里的范围内一次获取600个点目标,分辨率为0.3米。

 

(二)中程无人侦察机

 

中程无人侦察机是一种活动半径在700-1000千米范围内的无人侦察机。它可以实施可见光照相侦察、红外线和电视摄像侦察,能实时传输图像。这种无人侦察机主要用于海军、海军陆战队和空军的军以上部队在攻击目标前,进行大面积快速侦察;在攻击后,进行战果评估,便于高一级指挥员在战前了解作区域内敌军的兵力部署、武器、装备、战斗能力等情况,制定攻击计划,在战后了解战斗毁伤情况,从而作出再次攻击计划。中程无人侦察机通常采用自主飞行式,辅以无线电遥控飞行。发射方式多为空中投放或地面发射两种。这类无人机可多次使用。回收时既可依靠降落伞在地面回收,也可由大型飞机在空中回收。中程无人侦察的代表机型主要有:美国的D-21、324型“金龟子”和350型无人机等。

 

(三)短程无人侦察机

 

短程无人侦察机是一种活动半径在150-350千米范围的无人侦察机。这类无人侦察机多数为小型无人机。最大尺寸在3-5米范围,全机重量小于200千克。在作战时,适用于陆军的军、师级和海军陆战队的旅级部队进行战场侦察监视、目标搜索与定位以及战果评估等。这类无人侦察机上可装置电视摄像机、前视红外装置、红外扫描仪或激光测距/指示器等侦察设备,采用无线电遥控或自主飞行或两者组合的控制方式;回收可采用降落伞回收,滑跑着陆和拦截网回收等方式。由于短程无人侦察机尺寸小,费用低,使用灵便,世界各国都比较青睐,发展很快,是无人侦察机中占比例最大的机种,也是实战使用最多的无人侦察机。其代表机型主要有:“瞄准手”、“不死鸟”、“玛尔特”、“猛犬”、“侦察兵”、“先锋”等。

 

(四)近程无人侦察机

 

近程无人侦察机是一种活动半径在几千米至几十千米范围的微型无人侦察机。这类无人机飞行速度小,最大尺寸为2-4米,多数飞机全重小于100千克,有些飞机重量小于20千克。它适用于陆军和海军陆战队的旅或营级部队以及小型舰艇进行战地侦察监视,能使指挥员及时准确地了解前沿战场的动态。这种无人侦察机结构简单,携带方便、可装置小型光学摄像机,电视摄像机或微光(红外)摄像机等侦察设备。在招待执行任务时,通常采用无线电指令遥控方式飞行。其代表机型为“短毛猎犬”无人侦察机。

 

(五)攻击型无人机

 

为了用无人机执行真实的、多方位的攻击任务,1996年夏天,美国空军科学咨询委员会拟定了一份关于攻击型无人机使用需求的研究报告。其中提到一种称之为“攻击星”2025系列的攻击无人机,这种无人机将是综合了F-117和Tier3-"暗星”各种性能的新型无人机。在对各种可能的空对空、空对地作战任务进行分析排序之后,该委员会提出,攻击型无人机初期的主要用途应当是对付敌方的面对空导弹。至于空对空作战任务,多年来一直由有人飞行器完成,目前的空对空作战环境还离不开人的直接参与。至于将来,无人机可能会承担空对空作战任务,但这需要较长的时间,才能成为现实。

 

美国空军科学咨询委员会的这些观点与美国空军和飞机生产厂商的想法不谋而合。波音公司认为,如果用JSF的主要部件制造新一代无人战斗机,其性能在原有基础上会有所提高,而价格只有3000万美元基本价格的一半。

 

波音公司设想了两种JSF改作无人战斗机的初步方案,一种专门用于对地攻击,另一种用于空空作战。波音公司的无人机预计将保留JSF的大载油量和三角翼,航程是目前F-16的2.5倍,还将保留4个翼下挂点,用于外挂武器和副油箱。由于机上无人,可以利用JSF原有的强度扩大新机的飞行包线,使其机动过载限制从现在的9g提高到20g。

 

五、无人机的优势

 

无人机的使用费用比较低,因为无人机体积比较小,重量也比较轻,那么造价成本都很低,有的是比有人机降低三分之一,有的可以说是一个数量级。另外无人机可以长期保存在仓库里面,十年或者更长的时间。这样的话,使用维护费用大大减少,据国外军方估计可以减少80%。另外在飞行方面,无人机的训练它跟有人机不一样,有人机,飞行员必须到空中去飞。在美国,飞一次一个小时,就要四万美元的价格,包括人员保养等等。而无人机可以在虚拟的坐舱里面进行训练。可以用虚拟的训练系统,所以费用大大减少。使用无人机,一个人可以同时控制几架甚至数十架的无人机,所以无人机的使用费用是很低的。更为重要的是,它大大降低了人进入高危地区的风险。

 

国内无人机简介

 

1、由南京模拟技术研究所开发有W-30型无人飞机是一种小型无人机,装有GPS定位导航系统,航向和高度增稳系统,机载摄像及图像传输设备,它的续航时间是4小时,控制半径是10公里;

 

2、由南京模拟技术研究所开发有W-50型两种无人飞机,是一种较先进的无人机,它采用先进的数据链控制技术,GPS自主导航方式,可以对较远距离的目标实施侦察、临近。在不同的任务设备下,可用于侦察、评估、监控、通讯中继、电子干扰、森林防火、渔场搜索等事务,它的续航时间达4-6小时,控制半径达100公里,飞行速度也达每小时180公里。

 

3、南京模拟技术研究所推出了一种Z-2型遥控直升机,这种遥控直升机可以垂直起降,具有操纵灵活的特点,可装载不同的任务设备,如侦察、评估、监控、通讯中继、电子干扰等任务。它的续航时间是1小时,飞行速度为每小时108公里。

 

4、由南京模拟技术研究所开发的WZ-2000多用途无人机其机长为4.5米,机高为0.8米,翼展3米,任务载荷20-55公斤,而最平飞速度达每小时850公里,飞行高度为9000米。

 

5、由西安爱生技术集团公司生产的ASN-105B无人侦察机,它装有CCD电视+光轴稳定平台、红外行扫仪、航空相机,主要用于空中侦察和监视、核辐射探测或取样、航空摄影、航空探矿、灾情监视、交通监视、边境巡逻等。它的续航时间为6小时,最大平飞速度为每小时200公里,控制半径达150公里。

 

6、M22无人驾驶直升机是北航研制的多用途小型无人驾驶机,它的最大直径0.8米;旋翼直径2米;机高1.125米;该机最大平飞速度1每小时120公里,巡航速度60-80公里,续航时间为1.5小时,遥控控制距离为40公里。

 

对空军作战的影响

 

高性能的机载火控雷达和中、远程空空导弹及其制导技术的发展,增大了空中作战的距离,空中作战方式由二次世界大战时的“面对面”近程空中格斗,变成了看不见的超视距、发射后不管空空作战。空中对地、对海攻击由过去的临空概略式瞄准轰炸,发展到了超视距火力圈外精确打击。空中作战的胜负,不仅依赖飞行员的战斗勇气,更取决于武器装备的性能和飞行员驾驭新装备的能力。现在,多用途、多程式、多功能的无人机投入空空、空地和空海作战使用后,必将对空中战争的样式带来革命性的影响。

 

六、无人机对空空、空地和空海作战的影响主要有以下几个方面:

 

一是由于无人机不仅具有更高的升限和更远的航程,而且具有良好的低空、超低空性能,交战双方的作战空域将会在更高、更远、更大的空间内展开,改变了人们通常定义的高空、中空、低空和超低空的数据概念。由于无人机可以从任何高度、任何方向进行空中突防,加上其隐身效果,要掌握空中态势的预警和情报的主动权就更加困难,也更为重要。

 

二是由于无人机可大范围进行侦察、预警、通信和干扰等软杀伤,信息战将更加激烈,侦察与反侦察、干扰与反干扰的手段将多样化,贯穿于夺取制空权和战争全过程的夺取电子权,就会更加复杂和重要。

 

三是由于远程、精确打击无人机的使用,战役和战略的地域数据差别将缩小,加上无人机可快速从多方向高、中、低空同时突防,以前防空作战中的主要方向和次要方向概念将相互转化,国土防空面临的作战环境和技术难度将成倍增加。

 

四是无人机朝体积小隐身的方向发展,如何尽早发现、拦截和打击无人机将面临新的技术难题。

 

五是无人机作为杀伤性武器,可以首批大规模投入对地、对海进攻,也可以作为防空武器,拦截有人飞机、无人机或巡航导弹。无人机作为空中战争的多面手,将会出现一套专用的无人机空战战法。

 

六是由于无人机既可以使用无线电遥控操作,也可以使其按设定的程序自动执行任务,所以空战的双方可以在后方指挥所、前线指挥所或一定的空域内同时进行作战,无人机的驾驶员不仅是命令的执行者,而且也是战争的指挥者。可以想像,只有同时具备作战指挥和科学技术的知识型无人机“驾驶员”,方可用好手中的武器,也才有赢得战争胜利的较大把握。

七是无人机的机载武器既可以是常规武器,又可以带核弹头,新的军备竞赛将围绕无人机展开和升级。


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