空中机器人时代的到来?

来源 :兵器知识 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gdw2009
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  在未来几十年时间内,无人驾驶飞行器将迎来自己大发展的新纪元。不仅仅局限在无人侦察领域,无人驾驶飞行器将向智能化的“空中机器人”模式发展,成为具备执行空中运输、长途奔袭甚至格斗空战的新一代天空主宰者。美国国防部2005年8月份公布的《2005~2030年无人驾驶飞机发展路线图》(下文简称《路线圈》)勾勒的远景似乎日渐清晰。
  
  轮廓初现
  
  有关采用无人驾驶飞机系统替换现有美军中有人驾驶作战飞机的计划已经酝酿多日。相对于有人驾驶的飞行器,在执行需要极大耐受力的长距离飞行任务时,空中机器人——也就是原来所称的“无人机”(UAV),现在改称为“无人飞行器系统”(UAS),体现出了极大的优势,客机上普遍采用的自动驾驶仪早就证实了这一点。
  美国国防部实际上已经在削减有人驾驶飞机项目的拨款,例如F/A-22和F-35,美国国防部高层认为已经到时候采用能达到同样战斗力、但成本低廉的无人战斗机替换有人驾驶战斗机了。此次公布的《路线图》重点评估了无人机与F/A-22和F-35项目之间的关系,文件提到UAS已经获得了空军各级战斗部门的欢迎和支持,现有的技术水平将可以实现所预期的性能,况且采用UAS能节省部队培训飞行员的过程,这将迅速提高美国空军战斗力水平。
  与此同时,在UAS巨大的市场需求背景下,众多UAS纷纷立项,《路线图》有利于避免同 领域内的任务/市场重叠以及重复建设。《路线图》的目标是平稳有序地引导国防系统向UAS进行转轨,一切为最紧迫的战争需要服务。《路线图》作为美国国防先进技术研究计划(DARPA)的重要组成部分,越来越受到人们的重视,
  此外,美军已将UAS视为未来战术兵团的整体构成之一。例如陆军每支旅级战斗部队现在都有一个负责侦察/监视,目标截获的无人机中队。在论及为何需要无人机时,《路线图》指出它将被用来执行枯燥、肮脏、危险(dull,dirty,dar-gerous)的任务。
  《路线图》同时承认现在还存在很多限制UAS投入实际应用的障碍,比如政府对于将武器系统的战备执勤转交给电脑和机器人系统一向心存抵触,民航部门也理所当然地在相当长段时间内不会放心将全程无人驾驶的客机投入实际商载运营。人们对于全计算机控制的系统总是存在不信任。美国空军的高层也认识到了这些,建议国防部不要急着在军队内全面推广“无人化”,起码在得到充分的验证之前,不要将所有的作战任务都交给UAS来完成。美国空军装备采购部门助理军事顾问唐纳德·霍夫曼2005年9月在美国国会举行的一个无人机系统专题研讨会上发言,认为目前还不到在各个领域为UAS大量投入资金的时候。
  “如果飞机内够装下一个飞行员的地方,那就安排一个吧,这就是我们的分析结果。”霍夫曼主要担心的是在追求全方面达到有人驾驶战斗机的性能指标的过程中,UAS的成本、尺寸反而会超过能执行同样任务的有人驾驶飞机。
  霍夫曼同时指出UAS应该做到小型、轻型、便宜。飞机可以撤掉座舱仪表及显示系统、弹射座椅以及其它飞行员空中生命保障系统。但是在去除这些东西的同时,得为飞机装上许多自身控制设备,做到地面对飞机飞行姿态和所携带的武器系统的全面控制。现有的技术水平虽说能达到这些要求,但是综合各方面因素和成本估算下来,还是有人驾驶飞机系统效费比更为划算。
  
  从UAV到UAS
  
  《路线图》第一次将无人机(UAV)改称无人飞行器系统(UAS),是有它自身的考虑和侧重点的。首先,作为应用于作战用途的无人驾驶飞行器,为了高效地完成作战任务必须形成机群联网,这就形成了“空中机器人网络”的概念。《路线图》还首次提出了“临近空间”飞行器的概念。在2005年8月份的一次新闻发布会上,美国国防部无人机计划特别工作组副主任戴克·韦瑟林顿称,这是因为“我需要某种集成的能力执行任务……这就包括一架无人机平台、机载传感器系统、武器(或许需要)、通信系统、指挥与控制和受训过的操作人员。所有这些对于形成能力而言都至关重要”。尽管过去的无人机《路线图》也述及了UAS相关部分,但新版《路线图》首次直接从系统的角度进行分析、评价和预测,为UAS未来解决通用化、互操作性、与整个作战系统的综合、控制系统成本等问题及时提供了个正确的观念切入点。此外,戴克还指出这份引发世人关注的《路线图》并不是一份实际的项目发展预算报告,而是一份“未来科技发展路线图”,并不意味着现在就指派任何公司和个人据此做些什么事情。
  有关人士认为在研制一种新式的无人机之前,应当首先对其市场需求和潜在客户要求做出评估,做到“对症下药”,而不要像现在一些公司一样,先造出一个能飞的东西,再千方百计地拉拢客户,为自己的产品寻找买家。
  美国国防部将正在进行和已规划的UAS项目分为常规飞行器系统(Major)、新概念验证型、特种作战无人飞行器系统(Special Operation只装备特种作战司令部)、小型无人飞行器系统(small,可由1~2人操作的迷你型或微型无人飞行器系统)和无人飞艇(包括浮空器和软式飞艇)四大类,分别进行了简要介绍,并提供了无人飞行器项目数据和世界范围内无人飞行器的增长情况。
  《路线图》所列出的型号包括MQ-1“捕食者”、RO-2“先锋”、Re-4“全球鹰”、RQ-5A/MQ-5B“猎人”、RQ-7A/B“阴影”200、RQ-8A/B“火力侦察兵”、MQ-9“捕食者”B、J-UCAS“联合无人空战系统”(已交付2架X-45A、l架X-47A验证机/6计划采购3架X-45C、3架X-47B)、“未来战斗系统”I~Ⅳ级无人机等共计13种。可见,新版《路线图》中无人机的分类包括了各种战术无人机、中/高空长航时无人机和无人作战飞机。
  《路线图》首次将无人飞艇列入UAS范畴。所介绍的无人飞艇包括“先进飞艇飞行实验室”、“系留式浮空器雷达系统”、“联合对陆攻击巡航导弹空中组网传感器”、“快速初始部署浮空器”、“快速升空浮空器平台”、“高空飞艇”、“近空间机动飞行器”、“海军陆战队空中中继发射系统”共8种。这些浮空器主要用于情报监视侦察,以及通信中继任务,可明显提高覆盖并实现超地平线能力。
  
  军队的需求
  
  《路线图》中专门有一章阐述起草者对新一代UAS市场需求的论证。
  作者从经过验证的UAS的作用,战斗指挥官们对UAS的需求,UAS的任务需求优先级排列,向UAS开放任务领域及互操作性五方面做出了分析。他将对无人机的能力需求分为战场态势感知、 指挥与控制、联合后勤保障、部队应用和部队防护五个领域,并对2006~2011财年各司令部的综合优先级目录所列出的50项能力差距进行了分析。结论是其中27项(占54%)可以由UAS解决。在有关“最希望UAS能执行的任务”投票统计中,参与其中的美军指挥官们将首要任务需求投给了“战场侦察”,“精确的目标指示”排在第二位。
  美国过去在无人机上多次验证过各种有效载荷。在《路线图》中,有关模块化的思路依然占据主要地位,也是美国发展新一代UAS的重要原则之一。“抽屉”化的任务单元模块将使整个作战系统的效能和后勤保证均得到显著提升,“捕食者”无人机已经体现出了这种好处。此外由于其有效载荷的多样性,无人机在执行某些特殊任务时是很好的一种解决方案。比如长航时、危险材料取样或暴露在极度危险的环境中等,选用无人机比选用有人机要好。
  从经济角度来看,由于无人机军队买得起,公司造得起,在实际部署中完全可以靠数量取胜,无需在单机上实现“多用途”。
  在可以预见的未来,美国国防部计划将UAS应用于对地攻击、防空压制、电子战、智能战场态势监控、侦察等几个领域。
  《路线图》同时强调了空中无人机集群互操作性的需求,提出UAS间应实现协调与共享,以及与更大系统的集成。它指出美军UAS目前在这方面的不足,包括:缺少标准的通信频率和波形,缺少标准化的传感器产品,缺少标准化的用于传感器和平台信息的原始数据以及通用的控制系统。此外在训练、后勤保障和作战概念开发方面也存在一些问题。这些都需要通过跨军种互操作性解决。美国人的发展思路还提出,提高无人机作战能力的最优先考虑是:实现通用、联合的情报/监视/侦察任务及其管理;采用通用、安全的战术数据链提高信息交互能力;提高数据分发与组网能力:改进对时间敏感数据的收集与传送;改善跨军种的无人机,有人机综合使用的作战概念以提高整体情报收集能力等。
  《路线图》指出,在普通的城市,以建筑物为主要代表的地形地貌变化较快,今天这边盖起栋大厦,明天那边拆掉一座大桥,这对城市上空运营的商用无人机的地形匹配系统数据库的准确度和更新速度提出了严格要求。
  
  超越人类的智能?
  
  新版《路线图》对今后由UAS逐步取代有人驾驶飞机做了大致的展望。
  2005~2010年间:无人机可执行防空压制与通信中继任务(用J-UCAS取代EA-6B电子战飞机):
  2010-2015年间:执行电子情报侦察(“全球鹰”)、海上巡逻(海军的无人机项目)、战场渗透进攻作战任务(J-UCAS);
  2015~2020年间:执行空中加油,战场遮断压制作战任务:
  2020~2025年间:取代E-3和E-8执行综合战场态势指挥任务,取代空军的F-15、F-16以及海军的舰载战斗机执行制空作战任务:
  2025~2030年问:取代C-5、C-17、C-130执行战场空运任务,取代F/A-22和海军的F/A-18E/F执行防空压制、战场支援以及制空作战任务。
  从上述规划可以看出,《路线图》对UAS的发展持相当乐观的态度。特别是最后一部分,扬言2025-2030年问UAS取代寿命尚未结束的F/A-22,不知《路线图》起草者对此是否过于一厢情愿,
  在处理器方面,《路线图》认为无人机用的处理器,目标应是达到与人脑一样的速度、存储容量和环境适应能力。人的大脑处理速度相当于1亿MIPS(百万条指令/秒),存储容量相当于1亿兆字节。目前的“超级计算机”与人脑的速度和容量相差10倍。但是根据“摩尔定律”,2015年的时候,计算机将达到人脑的平均水平。预计在2030年左右,计算机将在速度、存储容量和环境适应能力三个方面同时达到或者超过人脑的能力。
  其次,预计在2030年,这样一种达到人脑水平的电子计算机系统的单价不会超过1万美元,这对于财大气粗的美国军队来说简直是“免费大派送”。此外,军方不必再花费时间和金钱训练飞行员,美国海军和空军航空兵所有顶级战术战法在分秒间就能下载进这些UAS的机载计算机中。
  当然,每一项技术都会有其瓶颈,对于UAS来说,这一瓶颈来自带宽问题。
  在通信技术方面,《路线图》着重指出了拥塞问题及其解决方法,并明确指出压缩只是对带宽不足的一个让步,由于带宽有限,必须限制数字式数据链的数据传输速率。目前使用的数字式数据链的实际效率为0.5~1.5赫兹,理论上最大值为1.92赫兹。《路线图》认为激光通信所提供的数据速率比最好射频系统的数据速率要高2~5个量级,但由于必须确保激光链路能够被捕获和维持的关键技术——先进的指示、捕获和跟踪技术还有待进一步突破,激光通信数据传输速率已20年没有进步。《路线图》还强调了对于UAS,必须采用以网络为中心的通信系统。
  在平台技术方面,《路线图》认为未来无人机可能采用扭曲蒙皮进行飞行控制,而不是现有飞机的传统操纵面。此外自修复复合材料或再生式复合材料也将得到应用。在平台控制方面,天线与机体更高程度的共形将是发展方向。同时目前的地面控制站车辆将被带有操纵杆的背带系统和面部头盔所代替。佩戴面部头盔的操作员无论脸朝何方都能够“看穿”无人机的传感器。无论无人机姿态发生何种变化,防护衣都能很快给佩戴者提供由无人机感觉到的“触感”。而无人机领航员将通过电缆将他们发送到肌肉的电信号转化成输入到无人机的即时控制信号。也就是说,未来无人机领航员将实现“人机合一”,这很像一本著名的漫画《兵器少女》中描述的一样。
  
  空中机器人空战时代的曙光
  
  美国国防部曾于2000年10月和2003年3月分别发布过第一、第二版《无人机路线图》,2005年发布的最新版本是第三版。在全球反恐战争和国内无人机技术开发过程中,美国积累了大量有关无人机的技术、工程、系统和使用经验,新版路线图就是对这些的总结,以及以此为基础,根据环境变化对未来进行的展望。2005年美国对无人机的投资已达20亿美元,预计在其后到2011年的6年间总计投入130亿美元。相比之下,美国军方在整个20世纪90年代只对无人机计划投入30亿美元。到2015年美国无人机数量将从现在的250架增加到1400架。新版《路线图》的颁布起到很好的指导作用,将加速美国无人机的发展并提高投资效率。在可以预见的未来,空中机器人将以其卓越的性能,更低的技术/成本门槛,逐步取代有人驾驶战斗机,成为天空的主宰。
  
  编辑 秦蓁
其他文献
伯利兹是中美洲一个不起眼的小国家,凭借悠久的玛雅文明和丰富的海洋资源,近年来迅速成为世界上新兴的旅游胜地。豆丁可不会错过这个游历的好机会呢。宠物孤儿院从空中的飞禽