无人机机载武器发展现状及展望

无人机机载武器发展现状及展望

搜狐军事·2020-02-29 16:23

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随着无人机技术及人工智能技术的日趋成熟,无人机作战应用日益普及,并趋于多元化。主要承担低成本侦察打击、对地反辐射打击、网络化体系作战、反无人机蜂群、夺取空中优势、反导、反卫、反航母等任务。无人机机载武器的需求也越来越旺盛,已经成为无人机重要的发展方向。国外无人机机载武器正向小型化、精确化、低成本、智能化、模块化、通用化、多用途设计发展,其作战体系逐渐形成了智能协同体系、信息对抗领域、空中优势领域、防空压制领域的“1+3”格局。

国外无人机机载武器发展现状

随着无人机平台技术、通信技术、载荷探测技术、精确制导武器技术等技术的发展,无人机机载武器的发展受到了越来越多的关注,但从总体上看,无人机机载武器的发展还处于初步阶段。目前,美国已经将无人作战飞机应用于实战,具备无人机机载武器对地精确打击能力。在发展空地武器的同时,美国等国已经开始在无人机上配装空空武器,使无人机具备自卫作战能力,提高无人机的生存概率。

根据美国无人机机载武器的发展现状以及最新版的美国无人系统路线图,无人机机载武器发展主要有以下几种途径。

无人机机载武器发展现状及展望

将小型有人机机载武器或者单兵武器直接(或改进后)用到合适的无人机上。此类武器典型的有美国的AGM-114海尔法反坦克导弹、空射型标枪导弹、销钉小型导弹可以挂载MQ-1无人作战飞机;MQ-9载荷比MQ-1大,因此可以挂载AGM-65E幼畜导弹、JDAM GBU-38航空制导炸弹等;而正在研制的X-47B载荷更大,载弹量达到2吨,可以挂载AGM-88反辐射导弹、GBU-29/30联合直接攻击弹药等。

AGM-114海尔法导弹原是美军装备在阿帕奇武装直升机上的对地攻击武器,有多种型号。弹长不超过1.80米,弹径177.8毫米,弹重45.7千克,为了实现完全的“发射后不管”和全天候、全环境作战能力,在半主动激光制导基本型基础上通过对发动机、战斗部和导引头的改进以提高性能,AGM-114L采用主动毫米波制导。MQ-1能带2枚海尔法弹,MQ-9能带14枚海尔法弹。

长钉导弹被设想成一种廉价的(4000美元)面面制导武器,用来补充美国海军陆战队的十万美元(级)FGM-148标枪反装甲导弹。长钉导弹可用来攻击非装甲或轻型装甲车辆,它采用光电制导,装有对比锁定设施,可进行发射后不管作战。在夜间使用时,建议采用激光导引头。长钉导弹的射程约为3.2千米。

发展无人机与有人驾驶飞机通用的新型机载武器,此类武器典型的有美国的低成本小型巡航导弹(LCMCM)、Griffin B导弹和英国的LMM等。

LCMCM是为F-22和F-35战斗机而设计,并可由一些重型战术无人机携载,重量达454千克。为了能让无人机携载,洛克希德·马丁公司研制了一种新型有效载荷精确制导系统(PGS)。它是一种小型的23千克子弹药,采用半主动激光和毫米波复合导引头,一枚LCMCM可以携载3~5枚PGS。

以色列士兵正在发射长钉-LR导弹

Griffin B是美国雷神公司开发的一型小型精确制导导弹。弹长1.09米,弹径140毫米,质量15.6千克,飞行中段由GPS/INS导航,末段利用半主动激光寻的系统制导,Griffin B的弹体前部装有4片伸出的弹翼,后部还装有4片可折叠的尾舵,采用了弹道控制技术,可在降低附带损伤的情况下实现最佳的命中精度。Griffin B由无人机和直升机挂载投放,也可由地面和水面发射系统发射,空中发射时射程约为19.3千米。

诺斯罗普·格鲁曼公司在美国陆军地面发射的BAT滑翔子弹药基础上,研制了GBU-44蝰蛇打击反装甲滑翔弹。蝰蛇打击弹药质量约19千克,长0.9米,直径140毫米,翼展0.9米。2007年11月,蝰蛇打击首次参与伊拉克作战。基型蝰蛇打击装有半主动激光导引头,可用于城市近距空中支援时点目标的打击。由于基型只能当无人机位于目标正上方时投放,为了使其具备防区外打击能力,目前的最新改型(称为GPS VS)加装了GPS制导装置,使得该炸弹的防区外打击距离增至10千米。据悉,这种新改型将部署到西南亚地区。

短柄斧微型精确制导弹药是美国阿连特系统公司最新研制的用于中小型无人机的微型空地精确制导弹药。该弹药质量为2.7千克,全长0.6米,战斗部质量为1.8千克,采用气动布局,其圆柱形弹体由前至后依次为引信导引头舱、战斗部舱、制导控制舱,这3个舱体是弹体的主要组成部分。战斗部舱外部安装有呈Y型配置的3个三角形弹翼,制导控制舱外部则安装着3个柳叶形的后掠舵面,该弹药的舵面及弹翼均采用了高强度塑料。弹药总体采用半主动激光加GPS/INS制导,呈无动力滑翔设计。短柄斧弹药平常状态下存放在保形的储存/发射架内,可直接挂载在无人机的机翼下。该弹药发射后,会一齐打开,武器借助翼面和舵面无动力滑翔至预定的攻击区。

蝰蛇打击反装甲滑翔弹

无人机机载武器发展趋势

精确制导武器的小型化可使无人机载弹量大大增加,同时满足未来无人战斗机武器内埋的要求,还可将弹药作战时的附带损伤最小化。美国空军的无人机载创新性精确制导对地攻击武器计划是为了满足战术无人机实施精确对地攻击任务而制定的,其总体设计要求是重量不得超过45.4千克,能够供现役和在研的无人机装备使用(如美国空军MQ-I和MQ-9捕食者,陆军MQ-5猎人等无人机),并满足其他更小型无人机系统的使用要求。

当前,随着越来越多的无人机用于攻击作战,以及无人战斗机的相继问世,机载小型精确制导弹药的需求也会越来越多。而且微机电系统等新技术的发展也使精确制导武器的关键性元件实现小型化和微型化成为可能,从而进一步推动精确制导武器小型化的进程。

进入21世纪后,对精确打击武器提出了更高的要求,不仅能够准确命中中小型目标,还要求根据目标的类型具备可变的杀伤水平(从高杀伤力到低杀伤力);能在飞行中重新定向甚至中止飞行;可以在有/无GPS装备的任何环境下使用;根据作战需要灵活定制战斗部效力;利用电子装置改变战斗部装药形状,并提高精确定时起爆的能力。所有这些需求都将进一步牵引并推动精确制导技术的发展。

目前,在制导与导航技术领域,美国国防高级研究计划局就有多个可应用于小型精确打击武器的技术项目正在进行之中。其中包括精确惯导系统(PINS)、微型惯导技术(MINT)、导航级积分微陀螺(NGIMG)、芯片原子钟(CSAC)、双探测器组件(DuDE)等。可以预见,这些高端技术将为未来的精确制导弹药带来一场技术革新。虽然目前这些高端技术仍处于研发阶段,但其中的大部分技术成果将在未来10年间走出实验室,转化为美军的实战能力,使未来的小型精确制导弹药对目标的打击更为精准。

短柄斧弹药

为确保武器装备的经济适用和可大规模供应能力,在上述各种新型无人机机载小型精确制导弹药的研发历程中,研发商充分利用已有技术资源,大量采用商用(COTS)组件,或直接沿用现有武器产品的组件,从而最大限度地减少了技术风险,缩短了研制周期,同时也有利于简化系统,降低成本,实现最佳效费比。此外,采用模块化、通用化设计,也有利于大大降低武器系统的成本。

随着人工智能技术和网络技术的飞速发展,现代战争已从过去的平台中心战逐渐转向电子战、信息战和网络化的体系对抗,低成本、零伤亡的无人机能够执行军事斗争中的多种复杂任务,其所携带的武器装备也已成为未来战争中的一个重要作战节点。从美国国防部的6个无人机系统发展路线图可以看出,未来无人机的作战不仅仅是单平台和单系统的作战,而是由多个系统组成的体系作战。因此,无人机机载武器装备的研究应用应考虑智能化和网络化作战需求。重视用信息技术的联通性和融合性,将无人机系统与分布在陆、海、空、天的各种侦察探测、指挥控制、打击武器等系统无缝隙地连接成一个有机整体,如与预警机、电子干扰机、战斗机等连接成协同作战体系,高效率地实施信息战和精确打击战,发挥武器装备系统整体的最大作战效能,形成远远高出单个无人机系统的合力,构建全方位、全空域、全频域的精确打击体系。

武器的精确化一直是未来战争的重要发展防线

近年来新研制的小型机载精确制导弹药大多遵循模块化、通用化和多用途设计原则,如导引头和战斗部均采用模块化设计,可根据作战任务和目标类型配装多种导引头及战斗部。此外,新一代的无人机机载小型武器从设计之初,就考虑了研发的弹药与多种武器平台及发射装置的兼容性,从而为武器系统的经济性、可靠性、可维护性的提高创造了条件,为实现其多平台作战能力提供了基本保障。

发展领域及关键技术分析

从国外无人机作战需求及无人机机载武器发展趋势来看,把国外无人机机载武器作战体系归纳为一个体系、三大领域的“1+3”格局,即:智能协同体系、信息对抗领域、空中优势领域、防空压制领域。

态势评估系统根据领弹传输的即时信息对战场环境进行态势评估,确定出各目标实体的威胁度。然而战场信息瞬息万变,传感器自身也存在缺陷,这都使得态势感知系统所需处理的目标信息具有较强的不确定性。因此,开展群体感知与态势共享研究,基于多源信息融合系统达到群体感知,并且导弹集群之间态势共享。同时,如何利用好这些信息完成战场态势评估是协同作战系统首先需要解决的问题。在多源信息融合的基础上,按照军事专家的思维方式和经验,对战场上敌、我、友军及战场环境的综合情况和事件的定量或定性描述,以及对未来战场情况或事件的预测。态势估计的结果是形成态势分析报告、情况判断结论和战场综合态势图,为作战指挥提供辅助决策信息。

在复杂战场环境下作战时,飞机、舰艇、导弹等平台和武器之间的互连关系往往无法预先规划,网络拓扑存在高机动性,这就决定了系统应具有无中心自组织的智能组网特性。这种情况下,相比静态组网、不能实时重组且无法满足协同作战和打击时敏目标要求的通用数据链,具有多跳性、抗毁性强、自恢复部署迅速等特点的无中心动态自组织网络无疑是导弹协同作战的最佳选择。主要研究内容包括集群编队控制、分布式作战控制、大规模自组织与群体决策、群体行为仿生与控制等。

战毁评估系统依据导弹探测到的目标信息来评估目标的状态,以此确定是否需要对该目标继续打击、是否需要对部分导弹的作战任务进行重新规划。战毁评估是导弹集群协同攻击的一个重要特征,对提高导弹集群的整体作战效能有着巨大的意义,其主要性能指标包括虚警概率、漏报概率和延迟时间。

载机特征高逼真度模拟技术主要包括雷达/运动特征高逼真度模拟技术。其中雷达特征高逼真度模拟技术要求诱饵空空弹能够对抗空战中各种体制的雷达,在时域、频域上模拟真实飞行目标;运动特征高逼真度模拟技术要求诱饵空空弹具有长时间巡航能力,在满足末段攻击的前提下,对飞行器外形和动力系统提出了苛刻的约束条件。

群体感知与态势共享有助于适应日益复杂的战场环境

隐身无人作战飞机携带空中优势导弹要求能攻击高速、高机动目标,并具备全方位攻击能力,要求其控制系统必须具有全弹道条件下的快速响应能力。采用直/气复合控制技术提高控制系统快速性是有效的技术措施,可将控制系统的时间常数缩短,提高导弹敏捷性。需要突破直接力喷流下的气动干扰、直接力/气动力复合高精度控制、直接力装置的设计等关键技术。

作战需求的变化对空中优势导弹的导引头提出了严格的反隐身能力需求和同时多任务能力的需求。传统的单模导引头已经不能适应新一代空中优势导弹的作战任务需要,必须采用全新的多模复合导引头。多模复合导引头的目标信息融合能够比任何单模探测器获得更多的探测信息,可有效提高对隐身目标的探测能力、抗干扰能力,适应全天候、全高度和全向攻击的要求。与其它制导武器相比,在空空导弹上实现多模导引的主要难点在于空空导弹不仅对导引系统的跟踪能力等指标要求很高,而且对体积和重量有严格限制。

敌方雷达在与反辐射导弹的攻防对抗中,通常采用的有效战术是,雷达关机和在雷达车附近布置有源雷达诱饵。有源诱饵主要针对被动导引头,其在信号设计上,输出功率比雷达旁瓣功率稍强,信号频率、调制类型以及特征参数均与雷达信号一致,各个诱饵之间等功率发射。因此,导弹在中制导飞行过程中需对目标被动定位,以满足中末制导交班,能否在抗诱饵条件下实现中末制导的顺利交班直接决定任务的成败。

结 语

无人作战飞机的出现对未来作战模式将产生深远的影响。无人机机载武器作为无人作战飞机的主要任务载荷之一,随着无人作战飞机大量使用而成为未来空战主战装备。本文归纳了国外无人机机载武器装备的一大体系、三大领域,并梳理了关键技术,为后续装备发展提供支撑。

版权声明:本文刊于《军事文摘》杂志。作者:杜泽弘 楼俏 贺敏 姜启帆 陈航。如需转载请务必注明“转自《军事文摘》”。

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