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[编者按] “尖兵之翼——2006中国无人机大会”2006年9月20~22日在北京隆重召开。本次由中国航空学会主办,有工业、科研和军方参与的盛会将为中国的无人机发展制订战略方向,具有里程碑式的意义。大会期间,本刊记者采访了南京航空航天大学教授吕庆风、中国电子科技集团公司第54研究所副总工程师周祥生及退役空军上校王旭东,就无人机技术关键、前景作用等大家关注的问题——请教。
记者(以下简称记):首先请专家谈谈无人机与航模的区别。
吕庆风 (以下简称吕):对这个问题有多种看法。英国的看法是无人机要有姿态稳定系统,比如装陀螺,能自动稳定姿态。而航模是靠人在地面看着操纵以实现姿态校正。按照这个定义,早年的航模不叫无人机。美国在“无人机路线图”提出的无人机定义是:人不在飞行器中;能一次和多次使用;可以自行控制也可以远程导引;可携带致命或非致命有效载荷;升力主要靠空气动力,这一点主要是和一些靠推力分量提供升力的弹道导弹区别。在陀螺仪刚发明不久,英国就把它装到鱼雷上试验,空投观察其姿态控制。总的来看,以姿态控制为核心的飞行控制系统是无人机必备的。
记:是不是复杂的航模也有姿态稳定系统?
吕:好像也有,当然一般的航模没有,否则价格太贵,一般爱好者也玩不起。
王旭东 (以下简称王):还要强调无人机是个系统,不仅仅是一架单独的飞行器。
周祥生(以下简称周):我们可以把航模看成是无人机发展的一个阶段。可以说无人机是在航模的基础上发展起来的。
记:现在无人机迎来了大发展,其背景和原因是什么?
吕:概括起来有两个方面:战争需求是牵引;技术进步是阶梯。无人机的发展非常清晰地反映了这两个方面。冷战时期,敌对双方为试验尖端武器,研制了大量靶机。到了越战时期,美国U-2侦察机被多次击落,于是就把靶机改成无人侦察机,一共有1 000多架。曾有一架无人机消耗了十几枚SA-2导弹才将其击落,收集了大量情报。80年代初,以色列和叙利亚的“贝卡谷地”之战,以色列成功使用无人机诱使叙利亚暴露导弹阵地,此后世界上出现了一大批小型无人机。再往后,海湾战争、科索沃战争期间,中空中长航时无人机“捕食者”大出风头。再到阿富汗战争,“全球鹰”被派上战场。
当然,并不是说战争需要什么装备,就一定能有什么装备,还要靠技术进步,它涉及很多方面,一个是平台技术,如设计、机体、气动、结构、动力、飞控,第二是链路技术,此外还有任务设备等。还有发射回收技术、地面支援等。特别明显的是自动控制和计算机对无人机的发展至关重要。机载电器也发展很快。
周:从载荷来说,无人机的特点就是小,因此机载设备也要小。早期侦察无人机带胶片相机,体积大。后来发展到数字传输,很多设备得以小型化。现在无人机可以装SAR(合成孔径)雷达,过去根本不可能,可见载荷技术发展相当快。特别是电子技术的进步对无人机发展的贡献很大。
记:是的,我发现无人机的很多设备其实核心都是电路板、卡一类的集成电子部件。是否和现在IT技术的发展有关?
周:载荷技术中很多是电子技术,如光机电、传输、测控,地面信息处理、分发。电子技术在无人机上占的份量相当大。总的来说,航空技术的发展和电子信息技术的发展推动、支持了无人机的发展。使原来很多不敢想的事现在可以去想,去实现。
王:无人机近几年呈现出一种跨越式、跃迁式的发展,这和新军事变革有着直接的因果关系。新军事变革的一个结果就是使机械化战争发展成信息化战争。信息化战争是一个系统的对抗,无人机恰恰是把各种力量形成一个整体的纽带和粘合剂。无人机可以及时感知战场态势,因此有独到的优势。
记:美国和西方国家一贯强调战争的低死亡率、零伤亡,这和无人机的发展是否有关?
王:我认为这不是政治家和军事家所追求的。战争的基本特征之一就是残酷性,西方国家这种伦理理念、民族文化可能更强一些,但不是无人机发展的主要推动原因。
周:这可能只是其中的一方面原因,但不是主要的。因为无人机除了能避免人的伤亡以外,还能完成一些人不能完成的任务。美国空军一开始对发展无人机也犹豫不决,争论很大。飞行员甚至还害怕失业,怕无人机抢了自己的“饭碗”。
王:有人机的飞行品质分为三个方面——安全、有效、好飞。无人机因为没有人在上面,抗过载等能力比有人机宽泛,任务包线也有所扩展。
记:无人机的动力技术是其面临的主要发展瓶颈吗?
吕:发达国家没有这个问题,发展中国家不要说无人机就是有人机也面临动力的难题。我们到国外参观,他们的发动机,什么档次的都有,很齐全。美国认为制约无人机发展的是处理器、通信、平台、有效载荷这几个方面。他们研制的超燃发动机用于X-43A已经试验成功,达到10倍音速。飞行速度太快了,有了这种高速度,隐身问题反而显得不重要了。
记:但要把它工程化感觉也很难,毕竟只是试验成功。
吕:他们超燃发动机的研究起步很早,在投资上几起几落。我认为通过投资肯定可以成功。即使有失败也是正常的,谁失败的越早,成功的也就最早。俗话说得好啊,早出的鸟儿有虫吃。
周:有些拥有无人机的先进国家,如以色列,本身不做发动机。以色列有的无人机发动机就是直接从摩托车发动机改进的,可以说它是改发动机的能手。当然,各种发动机它都可以买到,没有任何限制,这是一些国家所不能及的。
记:周先生是数据链方面的专家,能否谈谈这方面的问题?
周:有人机因为有人在机上,只是有选择地传回信息。与有人机相比,无人机因为没有人在上面决策,要把所有侦测到的信息实时传输回地面,因此需要宽带数据链,而且要越来越宽。压缩技术也很重要,压缩的信息越多,越节省带宽。带宽节省了,传输距离就越远。当然要解决许多技术问题,比如图像不能失真,时间要少。还有动态图像的实时压缩传输。
数据链还有一个重要方面就是抗干扰,因为无人机传输的信道环境很差,既不同于卫星信道,也不是微波传输信道。无人机受地形和环境的影响。你飞到人家的地域,人家可以很近的干扰你。地形地貌、人类活动都对其有干扰,更主要的是刻意的电磁干扰。这都是无人机数据链技术面临的难题。
此外,无人机上空间有限,要考虑设备功耗、温度、湿度,天线的安装、尺寸、位置,地面设备要移动,有的要小型化。仰角、盲区也会给无人机的测控带来困难。
现在,宽带信号的抗干扰问题还有待解决,窄带抗干扰问题容易解决一些。美国也是这几年才研究宽带信号的抗干扰问题。
记:无人机的外形多种多样,隐身设计应该放在很重要的位置吗?
吕:隐身设计要合理、优化搭配,“捕食者”无人机的雷达反射截面积要大于F-117隐身攻击机。YF-23就是太过注重隐身而败给综合性能较好的F-22。而且提高隐身能力花费的代价很大。到一定程度上,哪怕雷达反射截面积只是降低一点点,都要付出很大的代价。
记:X-45和X-47应该很强调隐身,而“全球鹰”呢?
吕:X-45和X-47的确很强调隐身,“全球鹰”靠20 000米的飞行高度来保证生存力,普通战斗机和导弹很难对其拦截。
记:有的高空高速截击战斗机不是也能飞20 000米高度吗?不能对其进行拦截吗?
王:战斗机在20 000米高度飞行时,几乎没有机动能力,只是基本的平直飞行。
记:现在一些无人机挂载武器,从普通的无人机(UAV)发展成无人攻击机(UCAV),这是否预示着一个重大的转变?
吕:是一个重大进步,但现在的无人机有效载荷毕竟有限,“全球鹰”只有900千克,意味携带的武器威力有限,攻击和破坏力量不足。
记:X-45和X-47有没有可能发展成无人战斗机?
吕:对这样的无人机要用发展的眼光看,它们吨位大体在六七吨左右,相当于一架小型有人攻击机或战斗机,这样的无人机有可能把压制和攻击相结合演变成一种无人攻击机,和有人机配合使用。
周:侦察-打击一体化无人机的出现,让人们很受鼓舞,它最大的优点就是实时、反应快。
王:现在的无人机挂载武器,比较适合进行一些小强度的精确攻击任务,比如运用于反恐作战。但现在说它能完全取代有人机还为时尚早。
记:有些国家把淘汰的有人作战飞机改装成无人机,这么做有好处吗?美国的淘汰老飞机也有很多,为什么没有这么做?
吕:各国的国情不同。美国的人力成本高,这么做未必划算。因为现在的无人机,电子设备、载荷等成本占很大一部分。美国也曾经把F-104、F-4等老飞机改装成靶机。因为是在老飞机基础上改装,气动和发动机等就不用花太大力气。也正因为是改装,气动外形和一些性能也不可能突破原来飞机的框架。
记:现在高空长航时无人机很热门,许多国家都在研制,代表机型就是美国的“全球鹰”,德国在其基础之上研制了“欧洲鹰”,请专家分析一下这类无人机的作用,为什么被看好?
吕:好处显而易见,它留空时间长,监视范围广。如“全球鹰”可监视13万平方千米,带任务载荷可以飞一天一夜,不带载荷可以飞30多个小时。20 000米的飞行高度使一般的火炮、地空导弹奈何不了它。而且它的速度也比较快,巡航速度可以达到每小时600多千米,效率很高。
记:在那样的高空中,对其测控容易进行吗?
吕:通过采取一些技术措施是可以实现的。
记:这样的无人机对一些国土面积不是很大的国家作用大吗?比如德国为什么要研制“欧洲鹰”?
吕:不一定让它飞得很远,滞空时间长就是一个优势。德国研制“欧洲鹰”,是从整个北约的角度考虑的。最近,澳大利亚也购买了“全球鹰”。
记:如何防御、对抗无人机?
周:无人机还是有一些弱点的,比如灵活性不强,有一定规律可循等。其自身的防御能力也不是很强,这些也是无人机研制单位在考虑的问题。
记:法国等欧洲国家正在联合研制“神经元”无人机,它们还会再研制一代有人驾驶的隐身战斗机吗?还是直接进入无人机时代?
王:不一定就直接跨入无人机时代。因为现在处于军事变革时期,根据自身情况的不同,各国对战斗机的划代标准不同。俄罗斯在规划下一代战斗机时,主流意见没有把隐身性能放在首位,而是把超音速巡航和敏捷性放在前面。
记:请各位专家做一个总结。
吕:任何一种兵器从诞生、发展到在战场上应用,一定要伴随相关的军事思想,比如二战初期,德国对装甲力量的运用就是范例。要上升到军事思想的角度,力量编成的角度,怎么和相关力量的配合组合都是需要思考的问题。无人机之间的配合,无人机与有人机、地面武器之间的配合。包括战场管理、力量之间的协同、指挥体系、军事法规、作战条令等都要研究,以运用无人机这个新生力量。
周:随着无人机品种越来越多,应该加强这方面研究。例如各种无人机在一定范围内如何应用而不互相干扰。多类型、多系统相互配合,这是一个很大的课题。这也涉及到具体技术,比如多系统如何运用、频率拥挤等很多问题如何解决。
王:我有一个感觉,未来无人机的应用大师很可能是技术专家出身。应该是复合型人才,既要懂指挥,又要懂技术。
周:对,这样才能避免脱节现象。
记:感谢三位专家接受本刊的采访,让我们对无人机有了更深刻的认识。
![](http://img1.qikan.com/qkimages/pqzs/pqzs200611/pqzs20061105-1-l.jpg)
记者(以下简称记):首先请专家谈谈无人机与航模的区别。
吕庆风 (以下简称吕):对这个问题有多种看法。英国的看法是无人机要有姿态稳定系统,比如装陀螺,能自动稳定姿态。而航模是靠人在地面看着操纵以实现姿态校正。按照这个定义,早年的航模不叫无人机。美国在“无人机路线图”提出的无人机定义是:人不在飞行器中;能一次和多次使用;可以自行控制也可以远程导引;可携带致命或非致命有效载荷;升力主要靠空气动力,这一点主要是和一些靠推力分量提供升力的弹道导弹区别。在陀螺仪刚发明不久,英国就把它装到鱼雷上试验,空投观察其姿态控制。总的来看,以姿态控制为核心的飞行控制系统是无人机必备的。
记:是不是复杂的航模也有姿态稳定系统?
吕:好像也有,当然一般的航模没有,否则价格太贵,一般爱好者也玩不起。
王旭东 (以下简称王):还要强调无人机是个系统,不仅仅是一架单独的飞行器。
周祥生(以下简称周):我们可以把航模看成是无人机发展的一个阶段。可以说无人机是在航模的基础上发展起来的。
记:现在无人机迎来了大发展,其背景和原因是什么?
吕:概括起来有两个方面:战争需求是牵引;技术进步是阶梯。无人机的发展非常清晰地反映了这两个方面。冷战时期,敌对双方为试验尖端武器,研制了大量靶机。到了越战时期,美国U-2侦察机被多次击落,于是就把靶机改成无人侦察机,一共有1 000多架。曾有一架无人机消耗了十几枚SA-2导弹才将其击落,收集了大量情报。80年代初,以色列和叙利亚的“贝卡谷地”之战,以色列成功使用无人机诱使叙利亚暴露导弹阵地,此后世界上出现了一大批小型无人机。再往后,海湾战争、科索沃战争期间,中空中长航时无人机“捕食者”大出风头。再到阿富汗战争,“全球鹰”被派上战场。
当然,并不是说战争需要什么装备,就一定能有什么装备,还要靠技术进步,它涉及很多方面,一个是平台技术,如设计、机体、气动、结构、动力、飞控,第二是链路技术,此外还有任务设备等。还有发射回收技术、地面支援等。特别明显的是自动控制和计算机对无人机的发展至关重要。机载电器也发展很快。
周:从载荷来说,无人机的特点就是小,因此机载设备也要小。早期侦察无人机带胶片相机,体积大。后来发展到数字传输,很多设备得以小型化。现在无人机可以装SAR(合成孔径)雷达,过去根本不可能,可见载荷技术发展相当快。特别是电子技术的进步对无人机发展的贡献很大。
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记:是的,我发现无人机的很多设备其实核心都是电路板、卡一类的集成电子部件。是否和现在IT技术的发展有关?
周:载荷技术中很多是电子技术,如光机电、传输、测控,地面信息处理、分发。电子技术在无人机上占的份量相当大。总的来说,航空技术的发展和电子信息技术的发展推动、支持了无人机的发展。使原来很多不敢想的事现在可以去想,去实现。
王:无人机近几年呈现出一种跨越式、跃迁式的发展,这和新军事变革有着直接的因果关系。新军事变革的一个结果就是使机械化战争发展成信息化战争。信息化战争是一个系统的对抗,无人机恰恰是把各种力量形成一个整体的纽带和粘合剂。无人机可以及时感知战场态势,因此有独到的优势。
记:美国和西方国家一贯强调战争的低死亡率、零伤亡,这和无人机的发展是否有关?
王:我认为这不是政治家和军事家所追求的。战争的基本特征之一就是残酷性,西方国家这种伦理理念、民族文化可能更强一些,但不是无人机发展的主要推动原因。
周:这可能只是其中的一方面原因,但不是主要的。因为无人机除了能避免人的伤亡以外,还能完成一些人不能完成的任务。美国空军一开始对发展无人机也犹豫不决,争论很大。飞行员甚至还害怕失业,怕无人机抢了自己的“饭碗”。
王:有人机的飞行品质分为三个方面——安全、有效、好飞。无人机因为没有人在上面,抗过载等能力比有人机宽泛,任务包线也有所扩展。
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记:无人机的动力技术是其面临的主要发展瓶颈吗?
吕:发达国家没有这个问题,发展中国家不要说无人机就是有人机也面临动力的难题。我们到国外参观,他们的发动机,什么档次的都有,很齐全。美国认为制约无人机发展的是处理器、通信、平台、有效载荷这几个方面。他们研制的超燃发动机用于X-43A已经试验成功,达到10倍音速。飞行速度太快了,有了这种高速度,隐身问题反而显得不重要了。
记:但要把它工程化感觉也很难,毕竟只是试验成功。
吕:他们超燃发动机的研究起步很早,在投资上几起几落。我认为通过投资肯定可以成功。即使有失败也是正常的,谁失败的越早,成功的也就最早。俗话说得好啊,早出的鸟儿有虫吃。
周:有些拥有无人机的先进国家,如以色列,本身不做发动机。以色列有的无人机发动机就是直接从摩托车发动机改进的,可以说它是改发动机的能手。当然,各种发动机它都可以买到,没有任何限制,这是一些国家所不能及的。
记:周先生是数据链方面的专家,能否谈谈这方面的问题?
周:有人机因为有人在机上,只是有选择地传回信息。与有人机相比,无人机因为没有人在上面决策,要把所有侦测到的信息实时传输回地面,因此需要宽带数据链,而且要越来越宽。压缩技术也很重要,压缩的信息越多,越节省带宽。带宽节省了,传输距离就越远。当然要解决许多技术问题,比如图像不能失真,时间要少。还有动态图像的实时压缩传输。
数据链还有一个重要方面就是抗干扰,因为无人机传输的信道环境很差,既不同于卫星信道,也不是微波传输信道。无人机受地形和环境的影响。你飞到人家的地域,人家可以很近的干扰你。地形地貌、人类活动都对其有干扰,更主要的是刻意的电磁干扰。这都是无人机数据链技术面临的难题。
此外,无人机上空间有限,要考虑设备功耗、温度、湿度,天线的安装、尺寸、位置,地面设备要移动,有的要小型化。仰角、盲区也会给无人机的测控带来困难。
现在,宽带信号的抗干扰问题还有待解决,窄带抗干扰问题容易解决一些。美国也是这几年才研究宽带信号的抗干扰问题。
记:无人机的外形多种多样,隐身设计应该放在很重要的位置吗?
吕:隐身设计要合理、优化搭配,“捕食者”无人机的雷达反射截面积要大于F-117隐身攻击机。YF-23就是太过注重隐身而败给综合性能较好的F-22。而且提高隐身能力花费的代价很大。到一定程度上,哪怕雷达反射截面积只是降低一点点,都要付出很大的代价。
记:X-45和X-47应该很强调隐身,而“全球鹰”呢?
吕:X-45和X-47的确很强调隐身,“全球鹰”靠20 000米的飞行高度来保证生存力,普通战斗机和导弹很难对其拦截。
记:有的高空高速截击战斗机不是也能飞20 000米高度吗?不能对其进行拦截吗?
王:战斗机在20 000米高度飞行时,几乎没有机动能力,只是基本的平直飞行。
记:现在一些无人机挂载武器,从普通的无人机(UAV)发展成无人攻击机(UCAV),这是否预示着一个重大的转变?
吕:是一个重大进步,但现在的无人机有效载荷毕竟有限,“全球鹰”只有900千克,意味携带的武器威力有限,攻击和破坏力量不足。
记:X-45和X-47有没有可能发展成无人战斗机?
吕:对这样的无人机要用发展的眼光看,它们吨位大体在六七吨左右,相当于一架小型有人攻击机或战斗机,这样的无人机有可能把压制和攻击相结合演变成一种无人攻击机,和有人机配合使用。
周:侦察-打击一体化无人机的出现,让人们很受鼓舞,它最大的优点就是实时、反应快。
王:现在的无人机挂载武器,比较适合进行一些小强度的精确攻击任务,比如运用于反恐作战。但现在说它能完全取代有人机还为时尚早。
记:有些国家把淘汰的有人作战飞机改装成无人机,这么做有好处吗?美国的淘汰老飞机也有很多,为什么没有这么做?
吕:各国的国情不同。美国的人力成本高,这么做未必划算。因为现在的无人机,电子设备、载荷等成本占很大一部分。美国也曾经把F-104、F-4等老飞机改装成靶机。因为是在老飞机基础上改装,气动和发动机等就不用花太大力气。也正因为是改装,气动外形和一些性能也不可能突破原来飞机的框架。
记:现在高空长航时无人机很热门,许多国家都在研制,代表机型就是美国的“全球鹰”,德国在其基础之上研制了“欧洲鹰”,请专家分析一下这类无人机的作用,为什么被看好?
吕:好处显而易见,它留空时间长,监视范围广。如“全球鹰”可监视13万平方千米,带任务载荷可以飞一天一夜,不带载荷可以飞30多个小时。20 000米的飞行高度使一般的火炮、地空导弹奈何不了它。而且它的速度也比较快,巡航速度可以达到每小时600多千米,效率很高。
记:在那样的高空中,对其测控容易进行吗?
吕:通过采取一些技术措施是可以实现的。
记:这样的无人机对一些国土面积不是很大的国家作用大吗?比如德国为什么要研制“欧洲鹰”?
吕:不一定让它飞得很远,滞空时间长就是一个优势。德国研制“欧洲鹰”,是从整个北约的角度考虑的。最近,澳大利亚也购买了“全球鹰”。
记:如何防御、对抗无人机?
周:无人机还是有一些弱点的,比如灵活性不强,有一定规律可循等。其自身的防御能力也不是很强,这些也是无人机研制单位在考虑的问题。
记:法国等欧洲国家正在联合研制“神经元”无人机,它们还会再研制一代有人驾驶的隐身战斗机吗?还是直接进入无人机时代?
王:不一定就直接跨入无人机时代。因为现在处于军事变革时期,根据自身情况的不同,各国对战斗机的划代标准不同。俄罗斯在规划下一代战斗机时,主流意见没有把隐身性能放在首位,而是把超音速巡航和敏捷性放在前面。
记:请各位专家做一个总结。
吕:任何一种兵器从诞生、发展到在战场上应用,一定要伴随相关的军事思想,比如二战初期,德国对装甲力量的运用就是范例。要上升到军事思想的角度,力量编成的角度,怎么和相关力量的配合组合都是需要思考的问题。无人机之间的配合,无人机与有人机、地面武器之间的配合。包括战场管理、力量之间的协同、指挥体系、军事法规、作战条令等都要研究,以运用无人机这个新生力量。
周:随着无人机品种越来越多,应该加强这方面研究。例如各种无人机在一定范围内如何应用而不互相干扰。多类型、多系统相互配合,这是一个很大的课题。这也涉及到具体技术,比如多系统如何运用、频率拥挤等很多问题如何解决。
王:我有一个感觉,未来无人机的应用大师很可能是技术专家出身。应该是复合型人才,既要懂指挥,又要懂技术。
周:对,这样才能避免脱节现象。
记:感谢三位专家接受本刊的采访,让我们对无人机有了更深刻的认识。