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美军研非航母战舰用无人机 覆盖全球95陆地

来源:中国航空报作者:王鹏责任编辑:毛志文2015-04-23 09:19

美国海军迅速跟进,计划2017年初完成演示验证

2013年3月26日,DARPA发布TERN项目信息征询书。要求设计、发展和演示验证可在小型舰船上发射、操作和回收的低成本中空长航时无人机。并在2017年一季度即完成项目演示验证。主要战技要求目标包括:在携带272千克有效载荷的情况下,可在距离舰船1700千米的范围内执行持久ISR和打击任务;最大有效载重可达450千克;使用高度为距海面3~7600米;可用2架飞机,在1700千米的作战半径处支撑起一条任务“轨道”;在5级海况下,该机仍可在“伯克”级驱逐舰、“独立”级濒海战斗舰等多种舰船上进行操作;不需要对母船进行任何耗时长、规模大、不可逆的更改。为实现这些目标,该项目将发展无人机舰上发射与回收、后勤支持以及在美国海军作战管理体系下使用的新概念。

按照DARPA的安排,该项目将分三个阶段实施。第一阶段是概念定义阶段;第二阶段是技术孵化阶段,包括系统的初步设计和降低风险的演示验证;第三阶段将对TERN系统进行飞行演示验证。

2013年10月,DARPA分别授予极光飞行科学、卡特航空技术、海事应用物理、航空环境和诺格这5家企业第一阶段合同,金额均在300万美元以内。第一阶段持续了12个月,重点是分析TERN无人机的可行性和军事用途,开展平台概念设计,并对无人机的发射和回收技术进行初步研究。据报道,诺格公司在该阶段考虑了水上飞机、翼伞及直升机等概念。

2014年5月,DARPA与美国海军研究办公室(ONR)签署了TERN项目合作备忘录,双方将共同推动该项目的实施。在项目的初始阶段就与军方研究单位签订合作协议,将有助于该项目更顺利地开展,更快速地实现成果应用。

2014年9月底,诺格公司和航空环境公司获得了该项目第二阶段合同,针对其各自TERN无人机概念进行初步设计。目前,这两家公司均未对该项目发表任何信息,但据报道,两家公司都倾向于垂直起降的方案。其中,诺格公司借鉴了其在MQ-8“火力侦察兵”无人直升机研制中积累的相关经验。

目前,本项目正式进入第二阶段——包括系统的初步设计和降低风险的演示验证。该项目已经引起美国海军的高度关注,美国海军研究办公室在第一阶段已介入项目,已经成为项目的共同推动者。按计划,TERN项目第二阶段将在2015年6月底完成,DARPA将从两家企业中选择一家进入第三阶段。第三阶段将制造全尺寸TERN原型机,对发射和回收的关键技术进行飞行演示验证。预计将在2016年第三季度进行首飞,2017年第一季度完成本项目。

平台/载荷技术已相对成熟,舰上回收是主要难点

TERN项目在平台、任务载荷等方面的技术已相对成熟,其主要技术难点是无人机在小型舰船上的回收。从目前已发展起来的固定翼无人机在舰船上的降落方式看,如其起飞重量在9吨以上,可通过拦阻方式实现航母着舰(如诺格公司的X-47B);如起飞重量在450千克以下,可通过拦阻网等方式回收(如美国英西图公司的“扫描鹰”)。但是,起飞重量介于两者之间的固定翼无人机,目前其舰上回收技术尚属空白。如何实现长航时能力与“捕食者”相当的无人机在小型舰船上的回收,将是本项目的主要难点。为此,该项目必须创新舰上回收技术。可能需要飞机和舰船协同完成该过程。

如果TERN无人机采取垂直起降设计,则其设计方案不外乎两种:一种是采用旋翼升力实现垂直起降,另外一种是采用升力风扇实现垂直起降。但无论是哪种方案,都还没有在长航时无人机上进行过演示,因此与固定翼无人机设计方案相比,其风险可能更高;另外,这种设计方案在起飞重量、巡航效率等方面需要付出代价,相对而言更难满足远航和久航要求。

此外,由于TERN无人机要求在5级海况(最大浪高达4米,风速13.9米/秒)情况下,从“独立”级护卫舰级别的舰船上起降,给回收控制带来更大的挑战。DARPA认为,考虑到舰船在5级海况下的晃动,该机着舰时的垂直误差需小于0.3米、横向误差需小于5米。DARPA认为需要采用以下措施:精选飞机构型,并设计成具有高的控制权限;定制进场路径;通过与舰船融合的导航系统提高精度;对舰船运动进行预测等。此外,为应对舰船尾流等苛刻的使用环境,DARPA认为可通过控制抑制尾流、采用新型控制效应器作为主飞行控制面,采用频率定制的控制分配等方法。DARPA最后的结论是:在风速达15.6米/秒并有强烈舰船尾流影响的情况下,采用尾流补偿,可将着舰的库珀-哈珀飞行品质等级由8级(不可接受的)提高到5级(中度的)。

提升美国海军航空兵作战能力的潜力巨大

从TERN项目的实施特点来看,美军很可能继承其隐身飞机、“捕食者”、“全球鹰”等发展遥遥领先于他国的历史经验,先通过DARPA的研发/演示验证项目攻克难关并提高成熟度,然后通过非常规采办流程,跳过一般国防采办程序的“技术发展”甚至“工程与制造发展”阶段,快速形成型号装备或投产列装,对他国再次形成技术突袭。DARPA在本项目中展现出来细致需求分析、紧凑项目安排、参照现实并尽量降低技术复杂度的发展思路和美国海军的先期参与,凸显出美军对该项目潜在战斗力的急迫需求。

TERN项目如顺利实施,其成果将使美军数百艘水面舰艇具备使用长航时无人机的能力,使之成为长航时无人机的海上基地。不难看出,TERN项目一旦取得成功,将是海上航空力量的发展和运用的又一次重大变革,将使航空器在美国海军的运用规模实现跃升,整体上大幅度提升美军的全球作战能力,甚至可以说,美国海军可能因此在整体上发展成为21世纪美国空中力量的最重要组成部分。