无人作战飞机的路线斗争

2013-05-06    作者:晨枫

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  波音没有放弃,以 X-45N 为基础,研制了“鳐鱼”,2010 年 5 月 10 日公诸于世。“鳐鱼”不从属于美国军方正在进行的任一具体的项目,是波音的自费研发项目,用于验证情报收集、监视、侦察、防空压制、电磁攻击、对地猎歼、自主空中加油等技术。“鳐鱼”在 2011 年 4 月 27 日在爱德华空军基地首飞。

“鳐鱼”原型机

2011 年 4 月首飞的“鳐鱼”

  与此同时,DARPA 还在继续和无人机有关的研究,用 F-16、F-18、A-10 作无人化改装,用于和有人驾驶的同型飞机作对比研究。无人化改装的 F-18 已经成功地进行了自动空中加油的试验,飞机的起飞、巡航、着陆依然有人控制,在进入空中加油状态时,转入自动控制,飞行员双手脱离操纵杆,但可以在一旦出现问题的时候立刻接过控制。这样的由有人控制作备份的无人机作战研究还将用于更多高难度、高风险的试验项目,包括全自主对地攻击甚至全自主空战的研究。

无人 A-10 想象图

F-16 曾有过 F-16 DR IUCAV 计划,这是 F-16 的远程无人空战型

无人 F-35A 想象图

2011 年 8 月,这架 F/A-18D 验证了无人操纵自主着舰技术

  美国海军和空军的无人作战飞机研究在更实用的层面上进行。美国海军是把无人作战飞机作为舰载航空力量的例行组成部分设计的,飞机需要日常出动,需要考虑长期使用的全寿命费用、维修和升级要求。因此,美国海军的无人作战飞机较大较重,技术程度较复杂,特别强调自主能力。美国海军计划在 5 年内验证无人作战飞机的航母操作常规化、实战化,为大规模装备做好准备。但美国空军的重点则是把无人作战飞机作为有人作战飞机的补充,而不是替代。具体来说,有人作战飞机依然是主力,无人作战飞机是在有人作战飞机不够用、不值得用或者面临过度风险时才出动的补充和增援。因此,美国空军的无人作战飞机相对较小、较简单。另一个重要特点是要求能长期贮存,在需要的时候可以迅速投入使用。换句话说,无人作战飞机对于美国海军是舰载航空力量的有机组成部分,而对于美国空军来说更像可以重复使用的具有更高智能的巡航导弹。美国空军和海军的不同技术路线是各自对无人作战飞机的定位决定的。

  海军航空兵受到航母起落的制约,很难在技术上超越同时代的空军作战飞机,毕竟机场跑道更加容易满足重型高性能飞机的起落要求,陆基作战飞机也不必为上舰改装而承受额外的重量和复杂性代价。正因为此,在传统上,海航更加注重战术、武器和训练的作用,而不在航空技术上执意开拓前沿。但无人作战飞机似乎正在悄悄地打破这一传统。

  美国海军正在重新审视未来作战飞机的采购计划,可能会在 F-35B 和 C 之间下马一种,并把采购总数压缩下来,节约的经费转用于实战化的 X-47B 一级或者更大更重的无人作战飞机。和美国空军有所不同的是,无人作战飞机对以航母为主力的美国海军有特别的吸引力。无人作战飞机并不一定比有人作战飞机便宜,要达到相当的作战能力,就需要相当的机体、发动机和机载系统,省下的飞行员座舱和生命保障设备被遥控和自主控制设备取代,在成本和重量上不会有原则性的差别。无人作战飞机也不比有人作战飞机的飞行性能更高,超过飞行员生理极限的机动性也意味着超过现有机体、动力和气动控制的极限,大幅度提高机动性意味着大幅度提高尺寸、重量和成本,况且用相对较大较重和更为昂贵的无人作战飞机去和小巧、一次性使用的空空导弹拼机动性不是一个明智的做法。但通过多次空中加油,无人作战飞机可以轻易地超过有人作战飞机的航程和留空时间,而且不受飞行员生理限制的影响,这对美国海军十分重要。在潜在对手(说白了就是中国)反介入和战区阻入能力迫使美国航母退到离海岸线 1,500 海里(约 2,700 公里)以外的远海后,舰载作战飞机的航程和留空时间就特别重要,F-18E 那样 800 来公里的作战半径对由海到陆的作战作用甚微,即使反复空中加油,也受到飞行员生理限制而影响留空时间。

  无人作战飞机的另一个好处是不需要考虑飞行员搜救的问题。飞行员搜救不光是一个军心民心的问题,也是一个实际问题,训练一个飞行员不容易,训练一个舰载飞行员更难,无端损失舰载飞行员是美国海军无法忍受的。出动有人舰载作战飞机时,搜救直升机在左近空中待命,随时准备营救在起飞、着陆事故中弹射的飞行员。另有战斗搜救力量待命,准备到远海去营救由于战损或机械故障而落海的飞行员。这都要占用航母上有限的机库空间、维修力量和空勤地勤力量。无人机就可以把这些负担解放出来。

伊朗采用诱骗技术迫降一架“坎大哈野兽”,说明美军无人机现有的远程控制技术还存在很大的安全漏洞

  事实上,无人作战飞机不仅不需要考虑飞行员搜救问题,连飞行员训练都可以省却。自主起飞、着陆和一般飞行控制在技术上没有不可解决的困难,因此无人机控制员可以更像一个战术指挥官,负责评估战场态势和制定战术决定,而不是深陷于具体的飞行操作。这有两方面的影响,一是省却了新飞行员的入门训练,二是省却了老飞行员保持飞行技能的经常性训练。这不光节约了训练设施,也节约了飞行小时数和相关的燃油、维修、折旧费用。这些具体的因素累加起来,对航母操作是不小的改观。

  对于美国空军来说,航程相对来说不那么重要。空军基地也有抗打击问题,但毕竟没有航母那么脆弱,还有众多的民航机场甚至急造跑道可供使用。但另一方面,对地攻击和空战的连接更加紧密。如果对手的空中防线依然坚固,缺乏有效空战能力的无人作战飞机的生存力很成问题。如果对手的空中防线已经瓦解,那使用有人作战飞机可以更可靠地识别目标,避免对友军或者平民的误伤。有人作战飞机对敌方隐蔽的地面机动防空力量突然出现也容易作出及时应对,可以由飞行员根据威胁程度和敌我态势,灵活做出主动攻击或者主动撤离的战术决定,而不是机械地作出被动反应。

  但在任务谱系的两端,无人作战飞机反而特别适用。一方面,防空压制、硬目标攻击等任务用有人作战飞机风险太大,无人作战飞机可以避免飞行员的伤亡;另一方面,对固定的已知敌人区域监视并及时攻击突发目标需要长时间徘徊,无人作战飞机可以避免飞行员对留空时间和集中精力的生理心理限制。两者的共同特点是任务简单明确,无人作战飞机的人工智能足够应对,加上人工监控就可以可靠有效地完成。这些目标用巡航导弹攻击也很合适,但无人作战飞机可以近距离确认目标,并实时进行战果评估,为进一步打击或者增援提供直接的战术依据。另外,无人机不仅是可重复使用的巡航导弹,还是可以灵活改变任务和目标甚至在最后关头取消攻击的作战平台,而导弹发射之后,就较难更改目标或招回,要是改变攻击决心,就只有自毁了。

  和美国海军偏重高度自主不同,美国空军高度强调人工监控,这是因为飞行员的判断力和决策能力在可预见的将来依然是任何人工智能所不可能替代的。在传统上,美国空军和美国陆军配合作战较多,或者是对平民密集的后方目标进行攻击,对友军和平民误伤比较敏感,所以特别强调目标的可靠识别,和在人工核准的情况下才发射武器。不仅如此,美国空军要求无人机控制员必须由飞行员担任,这确保无人机和有人机在同一战斗空间里飞行时,各自谙熟飞行安全和避让规则,谙熟交战规则。但这也带来了一些问题。飞惯战斗机的飞行员不屑“飞”无人机,经常是被调派后才不情不愿地改行,通常以三年为期,再长了,飞行员的飞行资格就要成问题。由于没有足够的无人机控制员,美国空军高速壮大无人机力量的计划受阻,两年前在中东、西亚、北非等地运行 30-35 个战斗巡逻编组,现在要扩大到 60 个以上,但人手不够,只能维持 50 个。

  美国空军的战斗巡逻编组通常有 3-4 架飞机,典型飞机为 MQ-1“捕食者”或 MQ-9“死神”,一架实际出动作战斗巡逻,一到两架在飞往战区或者返航的途中,一架在基地维修、加油。每个战斗巡逻编组有一个前沿地面指挥站,负责起飞、着陆控制,并负责在前沿基地的维修、加油、装弹,但在战区的作战控制由美国内华达州的克里奇空军基地统一负责,这也是前不久被曝遭到计算机病毒攻击的那个地方。国内基地便于支持无人机控制员的生活和工作,通过卫星统一指挥全球的无人机行动可以保证作战行动的一致性,必要时,一个控制员可以同时控制多架无人机,容易协调。典型无人机控制组包括一名“飞行员”,两名传感器控制员,趋势是用更多的自主飞控解放人工遥控,并用人工智能和模式识别解放传感器的人工监视,但人工监控的主导地位不可动摇。无人机控制员实行轮班倒的制度,8 小时一班,一天最多三班,可以保证无人机长时间留空,但有时控制员人手不够,燃油没有耗尽就提前返航。典型“捕食者”和“收割者”的出击长达 18 小时,平均每次出击可以发现两个有价值的目标,约 15% 的出击最后发展到直接支援交火中的地面部队,20% 的出击用于引导突击队攻击。

MQ-1“捕食者”无人机

MQ-9“死神”无人机

英国空军航电专家在 MQ-9 起飞前为其调整 mode 4 敌我识别密码,事关机密,需要在暗盒内完成

  无人机控制员通过屏幕、游戏杆、踏板和键盘操控无人机,多个大屏幕用于显示机上系统状态、战场态势地图、作战指令等,控制终端还有相当于聊天室一样的功能,可以和前线官兵或其他无人机控制员保持联络。无人机控制员并无过载等剧烈飞行造成的生理挑战,原则上不一定非要飞行员才能担当。传统上,美国空军的飞行员都是军官,这是美国空军创始人阿诺德将军坚持的结果,尽管在二战前期还有“飞行军士”飞行员。美国陆军一直用士官作直升机飞行员,资深士官的待遇可比中级军官,但依然是专业飞行员,不具备指挥职责。另一方面,军官的主要职责是指挥,没有专业技术军官的空间。由于这个传统,美国陆军对启用军士和士官作为无人机控制员毫无心理和组织上的障碍。美国海军在飞行员问题上追随美国空军,所有飞行员也必须是军官,但现在在无人机控制员问题上松动了,开始启用军士和士官。美国空军依然坚持无人机控制员必须是军官,不过不再坚持必须具有飞行员资格,对缓解无人机控制员的人手紧张有所帮助。

MQ-9 的远程控制室,如同在玩电脑游戏

  相对于有人机飞行员来说,无人机控制员的“飞行小时”要高得多,动辄每年 1,200 小时以上。相比之下,美国陆军直升机飞行员一般每年在 450 小时左右,美国空军战斗机飞行员每年的飞行小时约 180 小时,其中实战飞行小时要少得多。不过无人机控制员大部分的“飞行小时”是监视,只有 3% 的时间才涉及发射“地域火”反坦克导弹之类的实际攻击。在多年使用无人机的基础上,美国空军组建了无人机武器学校,用于在已经有一定经验的无人机控制员中培养飞行尖子,和战斗机飞行员的 Top Gun 学校是一个意思。无人机武器学校也作战术研究,比如防空压制、失去通信和人工监控后的自主攻击和返航等。不过现在美国空军的无人机控制员高度紧缺,无奈之中只有把教官也派上去。

正前方显示器可现实 MQ-9 光电传感器的实时图像

  美国空军现有 18 个无人机中队,其中一些属于预备役。每个中队约 200 人,共有约 250 架“捕食者”和“收割者”,每年飞行约 25 万小时。“捕食者”主要用于侦察和战场监视,可以带两枚“地狱火”反坦克导弹;但“收割者”是可以用作侦察和监视的作战飞机,可以带 1 吨制导炸弹,包括 SDB 和“地狱火”。“捕食者”单价约 450 万美元,“收割者”约 1,120 万美元,如果配用高端传感器,单价还可以更高。“收割者”比“捕食者”重 4 倍,传感器相当于 F-16 上的“狙击手”XL 或者“利特宁”吊舱,巡航高度 2 万英尺,地面的轻火力和肩射防空导弹无法构成威胁。美国空军明年起停购“捕食者”,全部转向“收割者”,但对于美国空军来说,无人机的未来还是属于 X-45、X-47 那样的喷气式飞机。

MQ-1 的远程控制室,在千里之外就可完成对可疑车辆的监视与跟踪

  尽管美国空军和美国海军在无人作战飞机上采取不同的技术路线,两家在下一代轰炸机和伴随的无人作战飞机上或许会形成交集。美国海军和空军远景规划的核心是海空一体战。在海空一体战概念里,美国空军的下一代轰炸机不再是单纯的“炸弹卡车”,而是集指挥、控制、情报收集、电磁攻击、信息攻击和硬杀伤为一体的现代常规战略打击平台和作战网络的核心,美国海军的舰载无人作战飞机则作为炮灰和打手,两者组网作战,利用先进的隐身、长航时、大航程、网络和 ISR(意为情报、监视、侦察)技术,将传统的直接打击和先进的电磁攻击相结合,不仅用物理毁坏的传统方式摧毁对方目标,还用网络攻击使对方的信息网络失能,使空中力量达到一个新的境界。无人机还可作为预警机、加油机、电子战飞机的平台,进一步增加舰载无人机的作战能力。

  舰载无人作战飞机将具有高度自主能力,无人机控制员指定任务时间表、飞行途径、目标、攻击方式和武器选择,由飞机自主起飞、编队飞行、进入和退出攻击、返航直至在航母上降落,还可以自动完成空中伙伴加油。如果作战计划有变,无人机控制员可以在无人机飞行途中远程上载更新的作战计划,但不需要在任何时间直接遥控飞行和作战动作。然而,在目标高度敏感的作战环境下,高度自主的无人作战飞机容易由于误伤而损害作战目的;在敌方依然具有有效防空探测和空中拦截能力的高威胁作战环境下,高度自主的无人作战飞机的生存力受到严重威胁。在这样的情况下,人工监控甚至干预就十分必要,人的主观能动性和应变能力是高度复杂任务成功的保证。或许美国海军和空军关于无人作战飞机的路线斗争会以“同流合污”而告终?

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