无人机发展现状及趋势

无人机发展现状及趋势党　芬　王敏芳　汪银辉
一、引言
无人机(Un manned Aerial Vehicles, UAV)是当今世界上军用武器发展的一个热点。

无人机通常是指无人驾驶、自主推进,由无线电遥控或自身程序控制,利用空气动力承载飞行并可回收重复使用的飞行器。

20世纪60年代初,美国首先将无人机用于军事侦察,此后无人机先后参加了越南战争、中东战争、海湾战争、科索沃战争、阿富汗战争及近期的伊拉克战争,均发挥了重要作用。

海湾战争中,美国海军在“威斯康星”和“密苏里”号战列舰上配置了多架“先锋”舰载无人机,这些无人机出动500多次执行了情报侦察、战场监视、目标指示、战损评估等任务,取得了不俗的战绩。

科索沃战争中,北约再次使用了大量无人机,美国的12架“掠夺者”无人机在战区实施了不间断的侦察与监视,为北约提供了大量的实时情报信息,美海军的“先锋”舰载无人机还多次承担了战损评估等任务。

美国中空战术无人机“捕食者(Predat or)”在对阿富汗的军事行动中,曾在12架该机上发射了115枚“海尔法”式反装甲导弹,并为有人飞机投掷激光制导炸弹指示攻击目标525次,首开了无人机用于攻击作战之先河。

在这次的伊拉战争中,无人侦察飞机在战场上空不间断“盘旋”,给前线指挥员提供了第一手、活生生的敌情画面,发挥了通信中继站的作用,将战场上的图像情报及通信信息传送到作战指挥中心。

发展是需求推动的结果,目前世界上包括美国、以色列、加拿大、德国、英国、法国、俄罗斯等在内的30多个国家拥有数百种型号无人机,总计几万架。

无人机在执行许多任务方面远比有人机更具特点和优点,因而也更有效。

有人预言,无人作战飞机(UCAV)将有可能成为21世纪空中作战的新式武器,成为空中作战的主导力量。

还应指出,除军用外,无人机在民用领域也有极为广泛的应用前景。

二、无人机发展背景与过程
1917年英国人研制成功了世界上第一架无人机,从此无人机经过了无人靶机、预编程序控制无人侦察机、指令遥控无人侦察机和复合控制多用途无人机的发展过程,但直到20世纪80年代才得到日益广泛的应用,并在几次局部战争中发挥了重要的作用,其主要军事任务包括照相侦察、信号情报搜集、布撒雷达干扰箔条、防空火力诱饵、防空阵地位置标识、直升机航路侦察、战场损伤评估、火炮校正和人员搜救等任务,为武器系统提供目标定位、目标指示、目标动态监视和目标毁伤评估的实时情报。

由于无人机在执行前线和深入敌后的作战任务中无人员损伤且连续作战性强,因此深受世界各国作战部队的广泛欢迎,并且各国对无人机作为军队战斗力倍增器的作用与地位及其潜在的军事价值取得了共识,从而为无人机的迅速发展提供了强大的动力。

到20世纪80年代中、后期,各国制造的无人机有近百种,其起飞质量从数公斤到100kg以上,航程从数公里到上千公里,飞行速度从大于100km/h到超声速。

进入90年代,冷战结束后各国军费削减,军队裁员,迫使军方努力寻求既能完成特定任务,又花费较少的途径,这无疑为无人机的发展提供了很好的机遇。

迄今,它已发展成为一个独立机种和各
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军兵种的重要装备,并在实战中取得显著战果,同时,在民用方面也获得广阔发展。

纵观无人机发展的历史,大致经历了四个阶段:
第一阶段,即上世纪50～60年代,主要用作防空兵器性能鉴定和部队训练的靶机( Target,D r one);
第二阶段,即上世纪70年代以后,除用作靶机外,大量用作执行战场军事侦察任务的无人侦察机(当时简称RP V—Re mote Pil o2 ted Vehicle);
第三阶段,即80年代以后,其用途大为扩充,广泛用于战场监侦、电子对抗、目标指示、战果评估、通信中继,以及大地测绘、资源探测、空气采样、环保监视、交通管理等各种用途。

此期间无人机的飞行控制与飞行管理也有很大改进,实现了超视距控制和自主飞行。

故国际上不再称RP V而改称UAV;
第四阶段,即海湾战争之后,在军事需求推动和技术进步的支持下,无人机技术获得飞跃式发展,自动化和智能化程度大大提高,航时大于24h的洲际全天候无人机陆续服役并参加了实战。

此时,出现了另一种新的武器概念,即无人战斗机,并很快成为发展热点。

另外,20世纪电子信息技术和航空航天技术的飞速发展,为无人机满足军事需求在技术上提供了保障,促使世界无人机的发展进入一个新的时代,在20世纪末形成了3次发展浪潮。

(1)在海湾战争之后,性能各异、技术先进、用途广泛的战术无人机新机种不断涌现,全世界先后共有30多个国家装备了师级战术无人机系统,在海、陆、空三军组建了无人机队,形成了强大的战斗力。

代表性机型有以色列的侦察兵(Scout)、先锋(Pi o2 neer)、搜索者(Searcher);美国的猎人(Hunt2 er)、先驱者(Outrider);法国的玛尔特(Mart)、红隼(Crecerelle);德国的布雷维尔
(B revel);加拿大的CL2289;英国的不死鸟(Phoenix);意大利的米拉奇(M irach);南非的探索者(Seeker)、秃鹫(Vulture)和俄罗斯的雄蜂(Sh mel)等。

这是第一个无人机发展浪潮。

(2)1993年美国启动了蒂尔(Tier)无人机计划,发展中高空、长航时无人机系统。

自从美国的“捕食者(Predat or)”(蒂尔II)中空长航时无人机在波黑和科索沃战场试用获得成功后,开始形成了第二个发展浪潮。

此浪潮虽然没有第一次浪潮大,仅有美、以、法少数国家投资发展,但因长航时无人机所独具的全天候、大纵深侦察监视能力很有吸引力,有许多国家对此系统表示出极大兴趣。

代表性机型有美国的捕食者( Predat or)、全球鹰(Gl obal Ha wk)(蒂尔Ⅱ+ )、暗星(Dark Star)(蒂尔Ⅲ);以色列的苍鹭(Her on)、赫尔姆斯(Her mes);法国的鹰( Eagle)、萨若海尔(Sar ohale)等。

(3)20世纪末出现的第三个较大的无人机发展浪潮是固定翼和旋翼战术无人机系统。

此类无人机与大型战术无人机相比具有体积小、机动性好、价格低廉、使用简便且容易与其他军事设备配套使用等优点。

该类无人机装备陆军、海军陆战队旅、团级部队和海军舰队,可执行多种军事任务,用途极为广泛,非常适合大量发展中国家的需求。

代表性机型有美国的影子(Shadow) 200、火线侦察兵(Fire Scout)和奥地利的坎姆考普特(Ca mcop ter)等。

三、无人机的种类与特点
无人机可执行任务的种类越来越多,促使人们越来越有兴趣研制和试验各种用途的无人机。

目前,世界研制生产无人机型号多达数百种,还掺杂许多改型机,比有人驾驶飞机的种类还多,架数达几万架。

与此同时,也就提出了各种不同的无人机分类标准。

如,按机体尺寸分,有大、中、小、微型4种;按动力装置分,有超声速燃烧冲压式、涡轮喷气式、活塞式、转子发动机式、太阳能电
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动机式等;按使用功能分,有靶机、侦察机、诱饵机、监控机、试验机、对地攻击机和空战无人机等;按飞行性能分,有长航时、超远程、超声速、高亚声速和低速等不同机型。

但是,由于当前无人机的种类繁多,因此准确分类相当困难。

本文从军事意义上按以下两个方面对当前无人机进行归类。

(一)根据续航时间或航程分类
根据航程、活动半径、续航时间和飞行高度不同,军用无人机可分为长航时无人机(也称战略无人机,如美国“捕食者”、以色列的“搜索者”等)、中程无人机(如美国的350型中低空无人机)、短程无人机(如以色列的“先锋”、美国与以色列联合研制的新一代“猎犬”等)和近程无人机(如以色列的“微V型”无人机)。

其中,长航时无人机主要用于战区级使用,由联合部队指挥官通过卫星通信和中继来统一控制与指挥,对战场覆盖区域大,图像分辨率高,一般由固定基地起降。

而短、近程无人机由基层部队指挥官通过视线来实施控制与指挥,侧重战场特定区域,主要提供视频图像,带宽窄,部署是松散型的,更灵活机动一些。

(二)根据军事用途分类
分为以下几类:
(1)靶机。

模拟飞机、导弹和其他各种飞行器的飞行状态,主要用于鉴定各种航(防)空兵器的性能和训练战斗机飞行员、防空兵器操作员。

(2)侦察机。

进行战略、战役和战术侦察,监视战场,为部队的作战行动提供情报。

侦察监视无人机是目前门类比较齐全,并在实战中大量应用的无人机,如美国在研的“全球鹰”无人侦察机、“暗星”隐身无人侦察机、“捕食者”无人侦察机、“骑士”无人侦察机等。

(3)诱饵无人机。

诱使敌雷达等电子侦察设备开机,获取有关信息;模拟显示假目标,引诱敌防空兵器射击,吸引敌火力,掩护己方机群突防。

(4)电子对抗无人机。

分为电子侦察和电子干扰无人机,前者用来收集敌方的通讯情报及电子情报,例如瑞安公司的147系列无人机;后者用来对敌方的通讯指挥系统进行电子干扰,如美国的air2Ex ja m无人机。

(5)攻击无人机。

攻击、拦截地面和空中目标。

攻击无人机携带有小型和大威力的精确制导武器、激光武器或反辐射导弹,对敌雷达、通信指挥设备、坦克等重要目标实施攻击以及拦截处于助推段的战术导弹。

而目前世界无人攻击机大多是空对地(舰)型的。

空对空无人攻击机至今还处于试验研究阶段。

(6)通信中继无人机。

利用无人机向其他军用机或陆、海军传送图像等信号,一般用安装了超高频和甚高频无线电通信设备的无人机进行中继通信。

(7)其他用途的无人机。

无人机还可以用于目标鉴别、激光照射、远程数据传递的空中中继站、反潜、炮火校正和远方高空大气的测量以及对化学、细菌污染和核辐射的侦察等。

(三)无人驾驶飞机特点
无人机在现代战争中逐渐替代有人机,得到大力发展和广泛应用,与它自身的优点是分不开的。

它与有人驾驶飞机相比,具有以下特点:
(1)重量轻,尺寸小。

据统计,世界300多种无人机(不包括由有人机改成的无人机)中,有66.9%的起飞重量不超过200kg, 77.4%的重量在500kg以内,起飞重量大于2000kg的不到10%,没有超过10000kg 的。

而有人驾驶军用飞机起飞重量均在10000kg以上,有的甚至超过60000kg。

无人机的最大尺寸(除了长续航时间飞行器之外)一般不会超过10m,一半以上最大尺寸在5m以下,而有人驾驶飞机的最大尺寸一般在12m以上。

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(2)费用低。

中小型无人机价格范围都在1万～100万美元之间,其中有24%的无人机在10万美元以下,65%的在10万～40万美元之间,而且有不少小型无人机在1万美元以下。

相比之下,价值几百万到几千万的有人驾驶军用飞机的价格要高很多。

另外,在驾驶员培训和燃料消耗方面,无人机也比有人机低很多。

(3)机动性高。

无人机不需要考虑人的承载能力,过载可以大于±4g,目前有的无人机机动过载己经达到±12g。

但有人飞机必须考虑人的承载能力,使机动性受到限制。

(4)隐蔽性好。

无人机尺寸小,结构设计时可大面积采用雷达反射特征与红外辐射特征小的材料制造,在结构与总体布局上可采取“隐形”措施,在小发动机上可采取消音措施。

(5)适应性强。

无人机的发射比较简单、灵便、多样,可由地面、舰艇发射或母机携带至空中发射。

在地面发射时,可由固定式或活动式发射装置发射,滑跑起飞距离一般不超过300m;而有人机起飞滑跑距离在1000m以上,并且对跑道的要求也高。

另外,无人机回收也较简单,可以用降落伞或拦截网回收,这为部队灵活机动的军事行动创造了有利条件。

(6)安全性高。

人不必冒生命危险,这是无人机最根本的特点。

它能在敌人威胁力强的危险区执行任务,能在复杂恶劣气候条件下或在有核、生物、化学作用的危害区工作,能昼夜长时间连续飞行。

四、无人机发展的关键技术
20世纪70、80年代后,微电子、光电子、微米、纳米与微机电系统、计算机与信息处理、隐身、新材料等高技术的迅猛发展,为军用无人机性能的大幅度提高奠定了坚实的物质基础。

未来无人机必须具备的能力可能受以下关键技术发展的影响:
(1)气动技术。

由于军用无人机对灵敏度、飞行高度以及雷达反射面积等有特殊的要求,因此对各种先进技术气动布局的研究就显得尤为重要;又由于无人侦察机不用考虑飞行员等因素,所以可以采用比有人侦察机更激进的气动布局,无尾、三角翼构型的发展满足了这方面的需求。

(2)动力技术。

军用无人机一般要求长航程,因此必须采用高效率的动力技术。

此外还可以开发新的轻型高效燃料,如高效的航空煤油和使用太阳能做动力等,如美国正在试飞的“太阳神”太阳能无人侦察机。

采用新的能够与机体气动布局相配合的推力矢量和分裂式副翼进行飞行控制,还有一种使用射流多轴推力矢量技术,即通过控制发动机向喷口处的喷气方向进行飞行姿态和方向的控制。

这种技术免去了以往机械式推力矢量装置的动部件,不仅可以使固定喷嘴更轻,在外形上还能降低雷达横截面,并能快速降低喷口温度以减弱红外信号。

(3)人工智能技术。

军用无人机特别是无人战斗机存在的主要问题是飞机的自主程度。

这需要一些智能的、基于规则的任务管理软件来驱动安置在无人机上的综合传感器,保证通信联接,完成无人机与操纵人员间的交互,这不仅使无人机能确保按命令或预编程来完成预定任务,对已知的目标做出反应,还能对随机冒出来的目标做出相应反应。

(4)通信技术。

宽带、大数据流量的数据链技术可以使军用无人机远距离快速传输信息,实施超视距控制,是发展军用无人机的关键支撑技术。

如果在远距或敌人干扰的情况下不能实时通信或不能可靠工作,信息无法发给指挥控制中心,指令也无法发给正在工作的无人机,人就无法在其中发挥作用,无人机将失去其优势。

(5)先进的发射回收技术。

未来战争要求军用无人机的发射和回收更加简便,不依赖跑道起降,将有可能改变未来空中作战样式。

因此,大型无人机的零长度发射技术和
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安全回收技术的发展对军用无人机具有重大意义。

(6)武器和设备的小型化。

在机载武器系统方面,将会采用最先进的空对空和空对地武器,使用非常小、非常灵巧的炸弹和导弹,使有效载荷能力最优,在同样的重量下,其破坏能力比现在增加10倍。

电子设备将更先进,如采用内嵌式传感器可实现360o的认知能力,通过采用合成孔径雷达、低截获率的通信设备将提高无人机对战场态势掌握能力,并增加抗干扰能力。

(7)纳米技术。

纳米技术是制造超微型零部件的技术依托,纳米技术的成熟是当前各国开展微型军用无人机的研制的重要技术基础。

五、世界无人机发展趋势
世界主要国家研制、装备未来军用无人机有以下发展趋势。

(一)高空、长航时
小型短程无人机适合近距离战场侦察、目标指示、火力校准等,但很难满足电子对抗、电子侦听的需要,主要存在承载能力小,供电不足,续航时间短等问题。

发展高空、长航时无人机是必然趋势,美国正在加紧研制“高点”和“秃鹰”无人机(美国波音公司研制的“秃鹰”无人机设计高度为27km,航程14km,续航时间160h),这两种无人机可完成空/海大范围搜索和监听,空战早期预警、充当跨国通信中继平台,甚至可以替代低轨道通信卫星,承担高分辨率侦察与监视任务。

美国还利用太阳能来研制高空、长航时无人机,这种称为“太阳之神”的无人机续航时间可达几个月,它的主要任务是通信中继。

(二)智能化
随着微电子技术、自动监视和导航定位技术的发展,研制智能化无人机已成为可能。

智能化无人机能够自主地飞到目标区,自主搜索目标、探测敌方的地形特征和搜索战术部署情况,并识别战机与威胁,自主决策行动,并携带智能武器系统。

据报道,美国防高级研究计划局已出台一种智能化无人机的方案,将在2025年前投入使用的“攻击星Strike Star”属于此种无人机。

(三)隐身性
现代战争远程奔袭和精确打击的作战方式对隐身性能的要求越来越高。

无人机体积小、重量轻、采取独特的外形设计,使其雷达反射截面积比有人驾驶飞机小得多,而且无人机机体表面涂敷着隐身性能很好的涂料,使其隐身能力大大增强,如美国波音公司的“蜻蜓”无人机验证机采用鸭翼、水平尾翼和2个旋翼作为产生升力的翼面;进气道与机身在外形上融为一体,大大降低了雷达的反射截面积;且旋翼与机身表面都涂敷了用于吸收雷达波的复合材料,使其隐身性能大幅提高。

美国最新研制X-47“飞马座”无人战斗机的验证机选择菱形布局,同时尽量减少机体表面缝隙,机体全部采用具有隐身性能的复合材料,因此,雷达反射截面积极小。

此外,无人机还可实施电子干扰来增强其雷达隐身能力,以及利用其体积小、重量轻、灵活的特点,通过超加速升降、倒飞、急转弯等机动方式增强其隐蔽性。

(四)微型化
微型无人机通常指基准尺寸(长度和翼展)小于15c m的无人机,重量不超过1kg,这种无人机用雷达或红外传感器很难探测,飞行起来很安静,常使人无法察觉。

美国防预研计划局和海军研究实验室近年来一直在研究、设计和制造巴掌大小的无人机用于执行情报、监视、侦察和电子战任务,通过人工、弹药或武器平台发射升空,靠纽扣大小的电机或喷气发动机驱动。

随着纳米技术、微型传感器技术、微电波技术的进步,微型无人机将得到进一步的发展。

目前美国正在着手包括12种微型无人机的研制计划,
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其中2种固定翼、1种旋转翼和1种折叠翼型已开始动作。

这4种机型尺寸均为15c m,时速48km,并装有5g的微型GPS装置,1种固定翼样机还装有军用摄像机,航程5～10km;旋翼型重300g,可携带红外成像设备, GPS导航,续航时间可达2h。

“微星”(m i2 cr ostar)、“黑寡妇”(black widow)等为目前美国在研的微型无人机。

(五)强攻击能力
现代地面防空武器装备地不断发展,使飞机面临的威胁日益增大,用无人机代替有人机执行对地攻击(特别是高风险的压制防空)甚至空战任务的必要性越来越明显。

而且航空电子设备的小型化、集成化、智能化和信息融合,以及载荷能力的提高,使无人攻击机跨入了作战飞机的行列。

美国研制的“无限战斗空中飞行器”既可执行情报侦察任务,又可执行作战突击任务,它使用重量为45～113kg的小型“灵巧”炸弹等多种精确制导武器,是一种极具杀伤破坏力的无人化武器。

有人预言,到2025年左右,无人攻击机将有可能成为战斗机群中的主力。

(六)作战任务扩展化
无人机技术已日趋成熟,性能日臻完善,它能够承担的任务范围进一步扩大,任务级别由战术级扩展到战役、战略级;任务性质由支援性保障任务扩展到攻击性任务,并将作为新的杀伤性平台出现在21世纪战场上。

侦察无人机的任务已由战术侦察范围向战略侦察范围扩展。

美军在2001年后就用“全球鹰”高空长航时无人机取代U-2有人侦察机。

在21世纪,无人侦察机将成为卫星侦察、有人侦察的重要补充与增强手段。

无论在战略还是战术范围,无人机都将成为应用非常广泛的低风险、高费效比的战场感知平台,成为2010年C4I SR系统的重要组成部分。

无人预警机通过将预警雷达天线与侦察雷达天线共装在无人机的机翼上,实现一架无人机可同时完成对空中目标预警和对地面监视目标的能力。

预期能取代目前的预警机和“联合星”战场侦察飞机。

无人战斗机设计人员因无需考虑驾驶员的生理和心理极限,可设计出布局奇特,性能怪异,具有高过载、大机动、高隐身能力的无人战斗机。

在21世纪,无人作战空中飞行器将取代有人轰炸机、歼击机、武装直升机和巡航导弹的部分功能,成为空中精确打击武器系统的一种新手段。

美国计划用空战型无人机取代F-16/18战斗机。

六、结束语
在现代高技术条件下的陆、海、空、天、电五维一体的战争中,无人机的使用非常广泛,既能执行各种非杀伤性任务,又能执行各种软、硬杀伤任务,包括战场侦察、监视、巡逻、电子侦察、探雷、防核生化探测、通信、电子干扰、战斗评估、雷达诱骗、炮火校射、激光制导、目标指示、反装甲、反辐射和反舰艇等。

此外,还可进行精确打击、定点轰炸,甚至还可以拦截战术导弹和巡航导弹,代替人员在核生化或其它特殊条件下执行作战任务。

无人机的用途由执行侦察任务扩展到执行多种打击任务之后,必将演变成为一种高效费比、攻防兼备的全新概念武器,并将引起军队作战思想、作战样式和组织编制的一系列变革。

如西方的一些军事专家近期推出的所谓“零伤亡”战争理论就是以无人机为代表的无人作战武器平台为基本核心策划的。

在21世纪,一旦高空、长航时无人侦察机、无人轰炸机、无人战斗机等高级无人机投入战争,将会导致武器装备的第三次革命。

党　芬,南京理工大学信息中心讲师
王敏芳,南京理工大学信息中心副研究员
汪银辉,南京理工大学信息中心工程师
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