X-47B:开启舰载机无人化时代

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  X-47E3服役后,美国航母将具有支撑“空海一体战”远程纵深打击和远程封锁等重要概念的能力,可在远离大陆约3000千米以外的安全区域,利用舰载无人作战飞机发起攻击。
  2011年是美国海军航空兵诞生一百周年,也是“空海一体战”构想进入实施阶段的第一年,X-47B航母舰载无人战斗机作为美国新一代海军航空精锐力量和支撑“空海一体战”不可或缺的装备,在这一年里取得了令人瞩目的成就。2月4日,X-47B航母舰载无人战斗机样机成功首飞。3—11月,成功完成首次巡航模式飞行等共计16次试验。11月2日,启动空中加油设备和软件加装工作……作为世界第一型可在航母上起降的海军喷气式无人战斗机,X-47B正在开启海军航空史的新时代。
  项目最新进展
  X-47B是美国海军“无人舰载战斗机-演示”(UCAS-D)项目的重点装备,该项目旨在演示航母上操作无尾翼、无人隐身战斗机的技术可行性,为正式研制航母舰载无人机奠定基础。UCAS-D项目为期6年,2007年正式启动,由诺,格公司发展两架X-47B演示验证机并在航母上进行演示验证。2008年12月16日,X-47B的1号样机正式亮相,此后到2010年,诺·格公司对1号样机的子系统和机身结构进行了初期组装和测试;2010年6月初,1号样机完成低速和中速滑行试验。2011年,正式启动飞行试验工作。
  首次飞行试验
  2011年2月4日,X-47B成功进行了首次飞行试验。在首飞之前,美国海军曾两度推迟了试飞时间。第一次是由于技术原因,X-47B在推进装置、发动机点火和声学信号特征地面测试中的表现不尽人意;第二次则是出于谨慎考虑,UCAS-D项目组决定在试飞前对系统的软件部分进行全方位的审查。
  在首次飞行试验中,X-47B总共飞行了29分钟,最大飞行高度达到1500米,并完成了标准速度下的绕圈飞行测试。试验内容还包括:机身验证负载试验、推进系统加速任务试验、软件成熟与可靠性模拟、仝系统滑行试验等等。
  扩展飞行试验
  3月初,X-47B又接连进行了2次成功的飞行试验,飞行时间在28分钟到45分钟之间不等。此后,UCAS-D项目组开始将工作重点转向X-47B飞行包线的扩展和试验。开展了飞机稳定性和控制性验证、大气数据系统验证等工作。截至12月初,已经完成了全部的包线扩展飞行试验,其中包括了飞行中放下拦阻钩和进行模拟舰载进场飞行。1号样机进场时速度达到200节,飞行高度2286米。按照计划,年底前将使飞机的飞行时速达到225节,让飞机经历所有负载情况和重心位置的飞行考验。
  在此期间,美国海军基于无人机在未来作战的需要,对X-47B无人机项目的战技指标提出了新的要求,例如配备可执行广域侦察任务的主动和被动传感器系统;可在目标区域进行长时间盘旋;具有抵御敌方电子欺骗和电子干扰的能力;可以与战区和国家传感器系统网络实现一体化,携带的精确制导弹药可同时精确打击多个目标,具有极强的战场生存能力等。
  巡航飞行试验
  9月30日,X-47B完成巡航模式飞行演示,首次在飞行中收起起落架。在此前的飞行测试中,X-47B均在起落装置打开的情况下完成,这使得空气动力特性的测试难以进行。该试验的成功说明X-47B的技术成熟度达到了一个新的水平,并为下一阶段的飞行试验奠定了基础。此前,X-47B的智能化操作研究也取得了重要进展,项目组用F/A-18D作为替代机对X-47B自主降落技术进行了成功试验。
  11月2日,美国海军宣布将为X-47B无人机样机增加空中加油设备和软件。2011年底,X-47B样机将移至马里兰州帕特森河海军航空站,并于2012年开始进行陆上航母适应性试验,主要内容是将1架无人战斗航空系统飞机吊到航空母舰的飞行甲板上,然后进行滑行试验,为2013年首次航母起飞和着舰演示做好准备。
  项目未来发展重点
  X-47B研制项目取得的重要进展,使美国海军舰载无人战斗机的发展前景被普遍看好,按照计划,X-47B将在2013年进行航母着舰试验,2014年组织空中加油试验。2号样机在飞行试验中的速度计划提高至230节速度和4572米高度。
  航母着舰试骏
  航母着舰试验将完成X-47B在航母海上航行状态下的引导着舰和全周期甲板作业试验,包括两个阶段的工作内容:一是航母着舰模拟演示,二是航母实地测验。具体的试验项目将包括弹射器发射与拦阻降落,航母控制空域飞行作业,升降机运送与待命,甲板加油与排出余油,与航母信息通信系统的任务规划与集成等。为达到上述目标要求,未来工作中将主要解决三个问题:一是X-47B在航母飞行甲板上的精确移动,二是无人机系统和航空母舰系统的对接。三是实现在航母上的安全降落。
  精确移动和控制是未来重点解决的技术难题之一。在X-47B的航母着舰试验中,一项重要的要求是在着舰后,必须在45秒内完成脱钩、撤出降落跑道、完成机翼折叠并滑行至空闲区域的一系列动作。此外,还需要进行无人机在航母飞行甲板上的移动技术演示,通过无线控制器操纵X-47B实现精确移动。
  安全降落是确保航母支持无人机作业的又一项重大技术。按照美国海军的要求,X-47B的自动着舰失败率应低于1%,而目前系统的实际失败率约为25%,航母的自动着舰系统还远不能满足在航母上使用无人机的要求。为了提高成功率,新型精密GPS装置将安装在航母上,并与惯性导航系统耦合,向无人机提供航母甲板的精确位置。
  未来,波音公司负责的F/A-18替代性自主降落研究将继续向前推进,远期目标是利用任务管理系统,在当前航母打击群最典型的24小时连续行动中,将有人与无人驾驶飞机的控制与降落进行集成。此外,在进行首次航母着舰前,X-47B还将完成航母空中交通管制演示试验。
  空中加油试验
  空中加油试验计划2014年进行,届时将利用X-47B的2号样机进行自主无人机空中演示。该机已经完成静态结构验证和滑行试验,模拟了湍流导致的气动载荷效应,即将接受空中加油设备和软件的安装。为X-47B设计的着舰和空中加油控制软件也在“林肯”号和“艾森豪威尔”号航母上完成了初步试验,由经过改装的“空中之王”有人驾驶试验机和F/A-18作为X-47B替代平台。
  在空中加油演示试验中,项目组将对美国空军和海军两种不同的加油模式进行试验。美国空军采用伸缩套管加油模式,美国海军则采用软管锥套加油模式,相比而言后者更具挑战性,空军系统的测试将使用KC-13助口油机,海军系统的测试则使用商用波音707加油机。两架加油机都将安裝专用设备以允许加油机机组成员在加油过程中接管无人 机的控制权。目前,项目组已经开发了一些复杂技术,包括在将控制权由航母向岸上转移时,如何确保无入机与加油机对接。以及如何与加油机编队飞行等的操作设计。
  在X-47B成功完成航母着舰和空中加油试验后,美国海军将推进UCAS-D项目向舰载无人战斗机研制项目的转变。美国现计划分两个阶段采办舰载无人战斗机:一是技术成熟,二是研制和列装。UCAS-D演示验证项目是第一阶段的核心工作,第二阶段的工作将包括航母舰载无人机项目正式立项、系统设计与开发以及舰队部署等,计划2018年在航母上部署首个飞行中队。
  X-47B对未来航母舰载航空兵的影响
  X-47B作为美国海军重点发展的未来航空兵力和“空海一体战”的重要支撑平台,凭借超远的航程、强大的自持力和高度的隐身性,将大大推动航母舰载航空兵的历史性变革。
  推动航母舰载航空兵作战能力的跃升
  X-47B能够更好地规避包括长波段雷达在内的探测係统。实现了隐身性能的提升。实验表明,无论是机身正面还是机身侧面,X-47B的雷达反射有效截面积仅为0.01平方米。在设计上,首先将飞机的进气道设置在机身前上方的正中位置,屏蔽了发动机扇叶对雷达波的强反射,同时通过覆盖吸波效果极好的整体复合材料,达到大量吸收雷达波的效果,其次,采用飞冀和无尾冀布局,减少了舵面并简化了机载武备与系统,改善了翼身融合性,进一步减少了雷达反射率,最后,采用圓滑过渡的M型进气道和锯齿形机翼后缘,进一步提升了隐身效果。
  X-47B将配备一系列先进的武器装备和作战系统,是“空海一体战”构想中的重要作战力量。该机将配备精确GPS系统、“战术目标网络技术”数据链和“联合精确着舰系统”,携带12枚精确制导小型炸弹或2枚“联合直接攻击弹药”,未来可能携带的负载还包括空中受油系统、全套侦察设备、无线电电子压制设备和导弹及制导炸弹、激光器和微波武器。凭借这些武器系统和高度的隐身性,X-47B不仅将使美国航母舰载航空兵的作战能力大大提升,而且对“空海一体战”构想的远程和隐身打击概念、空中侦察作战平台提供重要的支撑,成为海空军一体化作战和网络化作战不可或缺的兵力。
  推动航母舰载航空兵任务领域的拓展
  X-47B将与有人驾驶战斗机并肩作战,有力推动航母舰载航空兵的任务领域进一步拓展。按照美国海军目前的计划,未来的美军航母将同时搭载有人与无人飞机。届时,美国航母编队的航空兵力将主要是:44架F/A-18或F-35,8-10架X-47B,5架EA-18G,5架E-2D,19架MH-60R/S。这种转变将使载机的出动架次率、控制范围以及任务的多样性和持久性都有显著的提高。依靠X-47B,美国海军在战役早期将具备在其他平台无法接近的区域执行非传统情报、侦察与监视任务的能力,在大大减少风险的情况下执行前期压制敌防空系统和摧毁敌防空系统以及精确打击任务。
  X-47B能够长时间徘徊在作战空域,灵活执行多种任务,并对各种目标实施打击。根据美军条例规定,美海军飞行员每次升空作战最多持续10个小时,而受到人体生理极限的制约,战斗机飞行员所能承受的最大过载一般不超过9g。X-47B将突破这些限制,其可承受的过载超过20g。因此,从理论上看,无人机可以拥有更强的机动性能,从而可以用更小的半径、更快的速度完成俯冲、爬升或转弯等战术动作,可以广泛适应于危机前的侦察任务和冲突中的高强度作战,并且具有作为网络化空中节点执行多机协同任务的能力。例如,可用于对地和对海情报、监视和侦察以及目标定位、通信、“时间敏感”地面目标攻击、海上拦截、反潜作战、舰队防空以及巡航导弹及弹道导弹防御等。
  推动航母舰载航空兵作战样式的变革
  X-47B一旦批量装备美军,围绕X-47B而展开的联合无人空中作战可能成为美军关注的重点作战样式之一。可以预见,无人战斗机最终将融入美军的通用核心作战体系。成为一支能力强大的空中作战力量。X-47B无人战斗机正式服役后,不仅可以与F/A-18、F-35C搭配。实现优势互补、联合交战,还可以利用隐身性好、航程大的优势,发起先行突击,为F-35C的后续作战铺平道路。此外,还可以用装备空对空导弹的F-35C执行制空任务,由X-47B完成轰炸或对地攻击任务。在必要情况下,还可以去掉X-47B上的武器弹药,装设各种探测、搜寻、传输设备,改装为长航时、中低空的远程隐身侦察平台,与现有的卫星、预警机、高空侦察机等组成联网侦察体系。
  X-47B服役后。美国航母将具有支撑“空海一体战”远程纵深打击和远程封锁等重要概念的能力,可在远离大陆约3000千米以外的安全区域,利用舰载无人作战飞机发起攻击。目前,美军航母舰载机的作战半径约900千米,而X-47B在不进行空中加油的情况下最大航程接近4000千米,使用空中加油,能够持续飞行50~100个小时。美国曾经对未来航母舰载无人战斗机参与台海战争进行过大胆的设想:在台海冲突爆发时,无人战斗机将从位于珍珠港的航母上起飞,以833千米/小时的速度、经过两次空中加油抵达台湾海峡,用时不到10个小时,在此之后和第三次加油前,无人战斗机还可执行5个小时的监视一打击巡航任务,甚至攻击中国大陆纵深目标,可以看出X-47B所改变的将不仅仅是海军航空兵的未来,同时还将带来美国海军火力投送样式的革命性变化。
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