高超聲速技術(shù)

美國國防預(yù)先研究計劃局（DARPA）在七八十年代投入隱身技術(shù)的研發(fā)了世界最先進(jìn)的隱身飛機(jī)。當(dāng)前，其戰(zhàn)略優(yōu)勢受到了其他國家隱身及反隱身能力的威脅，保證其戰(zhàn)場空間的優(yōu)勢地位則需要提高速度及航程。

在DARPA看來，高超聲速技術(shù)可以替代隱身技術(shù)保證國家的戰(zhàn)略優(yōu)勢，因此DARPA繼續(xù)投資高超聲速空氣動力學(xué)。超過馬赫數(shù)20的高超聲速飛行可使國防部在一小時內(nèi)全球投送力量，如今在幾十年的研究后有了重大的進(jìn)展。DARPA負(fù)責(zé)人凱姆·加比埃爾表示，國防部的高超聲速技術(shù)開發(fā)在幾個關(guān)鍵領(lǐng)域獲得了進(jìn)步，包括空氣動力學(xué)、氣動熱效應(yīng)、導(dǎo)航制導(dǎo)及控制。戰(zhàn)略辦公室負(fù)責(zé)人表示，至今還沒有解決一個完全的高超聲速系統(tǒng)方案，這一高超聲速綜合項目將導(dǎo)致該領(lǐng)域的投資調(diào)整。這個項目將涉及五個主要領(lǐng)域：熱防護(hù)系統(tǒng)及熱結(jié)構(gòu)、空氣動力學(xué)、導(dǎo)航制導(dǎo)與控制、儀器儀表和推進(jìn)系統(tǒng)。

速度在馬赫數(shù)20以下，飛行器在大氣層中運行，將超過煉鋼爐達(dá)到3500華氏溫度，并且殼體承受極大壓力。熱防護(hù)和熱結(jié)構(gòu)主要改進(jìn)材料在高溫環(huán)境下的特性，以承受高溫及結(jié)構(gòu)負(fù)荷。另一個目標(biāo)則是優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計及制造方法，使得殼體適應(yīng)高馬赫數(shù)飛行的需要。

激光射束驅(qū)動技術(shù)

2012年下半年，洛馬公司和“激光驅(qū)動”公司（LaserMotive， Inc.，一家專門從事激光射束動力商業(yè)化應(yīng)用的研發(fā)公司）在一個風(fēng)洞內(nèi)驗證了一種創(chuàng)新的激光動力技術(shù)——該系統(tǒng)成功將洛馬公司“闊步者”（Stalker）無人機(jī)系統(tǒng)的連續(xù)飛行時間延長到了超過48小時，這相當(dāng)于“闊步者”自身能力的24倍。

“闊步者”是一種小型的安靜型UAS，參加驗證的無人機(jī)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)母难b，加裝了“激光驅(qū)動”公司的專利系統(tǒng)，使之能夠接收激光射束通過無線方式不間斷傳輸?shù)哪芰?。?dāng)驗證結(jié)束時，“闊步者”的機(jī)上電池所存儲的能量比驗證開始時還要高。研究小組結(jié)束驗證僅僅是因為“闊步者”的連續(xù)飛行時間已經(jīng)超過了最初設(shè)定的目標(biāo)。

洛馬公司“臭鼬工廠”（Skunk Works）對驗證結(jié)果表示滿意，并認(rèn)為類似于激光射束的地對空能量補(bǔ)充系統(tǒng)將允許公司提供實際上是無限的航時，進(jìn)而可以延伸和擴(kuò)展“闊步者”的任務(wù)剖面。這一驗證是把激光射束動力飛行技術(shù)投入實用的最終步驟之一，對于電動無人機(jī)來說，該技術(shù)最終將提升其能力、延長其航時和拓展其任務(wù)。

自主空中加油技術(shù)

2012年9月30日，DARPA主導(dǎo)的“高空自主空中加油”（Autonomous High-Altitude Refueling，AHR）項目正式結(jié)束。在該項目中，DARPA、諾斯羅普·格魯門公司和美國NASA代頓飛行研究中心利用2架經(jīng)過改裝的RQ-4“全球鷹”無人機(jī)（UAV），成功地完成了接近和編隊試飛，驗證了自主空中加油技術(shù)。

早在2007年，DARPA就與NASA聯(lián)合進(jìn)行了自主空中加油驗證，證實了高性能飛機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)自主空中加油（與常規(guī)加油機(jī)配合）。現(xiàn)在，DARPA通過AHR項目，對UAV在具有挑戰(zhàn)性的高空飛行環(huán)境中實現(xiàn)安全的全自主空中加油進(jìn)行了探索，解決了這一能力空白。在該項目在加利福尼亞州愛德華茲空軍基地進(jìn)行的最后一次試飛中，2架經(jīng)過改裝的“全球鷹”飛機(jī)以緊密編隊方式進(jìn)行了飛行——當(dāng)時兩機(jī)在13655米的高度進(jìn)行了超過2.5小時的自主匯合飛行，在其中大多數(shù)時候，前方加油機(jī)的錐套與后方受油機(jī)的輸油管相距不超過100英尺（30.48米）。這次試飛首次驗證了高空長航時（HALE）等級的UAV能夠安全、自主地在空中加油條件下操作。

自適應(yīng)發(fā)動機(jī)

在許多人看來，自適應(yīng)（ADAPTIVE）發(fā)動機(jī)是自渦扇發(fā)動機(jī)問世以來，噴氣發(fā)動機(jī)領(lǐng)域最大的技術(shù)跨越。這種采用變循環(huán)原理和“第三股氣流”（Third Stream）技術(shù)的新型發(fā)動機(jī)與當(dāng)前的渦扇發(fā)動機(jī)相比，可以減少25%的污染物排放。目前，通用電氣和羅羅公司都計劃于2013年開展發(fā)動機(jī)驗證機(jī)的地面測試；與此同時，按照美國空軍此前授予的合同，通用電氣及普惠公司正在對相關(guān)技術(shù)進(jìn)行完善和測試，并計劃2016年進(jìn)行新型自適應(yīng)風(fēng)扇發(fā)動機(jī)的測試。

與傳統(tǒng)的渦扇發(fā)動機(jī)相比，這種變循環(huán)發(fā)動機(jī)除了擁有高壓和低壓兩個涵道外，還有第三個涵道。發(fā)動機(jī)工作時，如果關(guān)閉這個涵道，則可以使更多的氣流通過高壓核心機(jī)，從而提高起飛和超聲速階段的推力；如果打開，則可以使更多空氣進(jìn)入發(fā)動機(jī)，從而降低巡航時的油耗和排放。此外，采用這種技術(shù)還可以在更寬的推力范圍內(nèi)使進(jìn)氣量與發(fā)動機(jī)相匹配，減小阻力，而額外的低壓氣流還可以改善飛機(jī)的冷卻系統(tǒng)。

吸氣式火箭發(fā)動機(jī)

盡管維珍銀河公司和XCOR Aerospace公司已經(jīng)用吸氣式火箭發(fā)動機(jī)動力飛行器抵達(dá)了大氣層邊緣，但要想依靠吸氣式火箭發(fā)動機(jī)動力實現(xiàn)像飛機(jī)一樣完全可重復(fù)的太空飛行還是個夢。不過，在2013年，該領(lǐng)域?qū)⒂锌赡軐崿F(xiàn)大的技術(shù)突破。

要實現(xiàn)飛行器完全可重復(fù)的太空飛行，其中的關(guān)鍵就是研制出實用的吸氣式火箭發(fā)動機(jī)組。目前，英國正在開展一項名為“佩刀”（Scabre）的發(fā)動機(jī)驗證項目，既能用作噴氣發(fā)動機(jī)，也能用作火箭發(fā)動機(jī)，能使飛機(jī)以高達(dá)5倍聲速的速度在大氣層內(nèi)飛行，或以20倍聲速的速度直接進(jìn)入地球軌道。該項目中采用了一項開創(chuàng)性的預(yù)冷器技術(shù)，能夠在百分之一秒內(nèi)使吸入的氣流溫度冷卻1150度。該技術(shù)可以使吸氣式火箭發(fā)動機(jī)的速度達(dá)到馬赫數(shù)5，并可以用作單級入軌航天器的動力。

“佩刀”發(fā)動機(jī)在工作過程中，當(dāng)空氣進(jìn)入入口時，熱交換器冷卻大氣空氣，此時大量空氣通過渦輪壓縮機(jī)然后進(jìn)入到火箭發(fā)動機(jī)的燃燒室，與液體氫燃料一同燃燒為飛行器提供動力。當(dāng)飛行器的速度達(dá)到馬赫數(shù)5.5，“佩刀”發(fā)動機(jī)會轉(zhuǎn)入純火箭動力模式，以燃料箱中的液態(tài)氫和液態(tài)氧作為燃料工作?！芭宓丁表椖款A(yù)計2015年開始進(jìn)行縮比驗證機(jī)地面測試。

水面/水下無人駕駛艦艇

無論是在水面還是在水下，未來的無人駕駛艦艇在能力上都將有一個跨越式發(fā)展。由于遙控技術(shù)和傳感器技術(shù)的驅(qū)動，發(fā)展全自動、長航時的無人駕駛艦艇成為多個國家關(guān)注的重點領(lǐng)域，這種艦艇能夠在近海海面巡邏，也能在水下追蹤他國潛艇。

目前，美國海軍官方公開了一項大排水量水下無人駕駛艦艇（LDUUV）研制計劃，旨在驗證無人艦艇的傳感器、自動化以及作戰(zhàn)等方面的技術(shù)，這種艦艇可以不依靠其他艦艇協(xié)助獨自部署數(shù)月之久。按照美國海軍的打算，LDUUV的綜合能力要超出不依賴空氣推進(jìn)（AIP）潛艇5～10倍，有觀點認(rèn)為該計劃有可能采用氧化物電池作為動力源。LDUUV計劃在2020年投入部署。

與此同時，科學(xué)應(yīng)用國際公司（SAIC）DARPA開始合作開發(fā)反潛型連續(xù)跟蹤無人駕駛潛艇（Actuv）。Actuv采用全自動導(dǎo)航模式，可以躲避其他船只以及海面和水下的潛在危險，其可以對噪聲很小的先進(jìn)柴電潛艇連續(xù)跟蹤80天以上，航程超過6200千米。預(yù)計2015年，Actuv首艘試驗艇就投入測試。

群體虛擬設(shè)計

通過互聯(lián)網(wǎng)組建的設(shè)計團(tuán)隊，其設(shè)計和制造的步兵戰(zhàn)斗車輛，能否優(yōu)于傳統(tǒng)工業(yè)模式下的同類產(chǎn)品？美國國防預(yù)先研究計劃局（DARPA）正在尋找答案，他們計劃在今年1月末啟動設(shè)計3項下一代快速自適應(yīng)（FANG）地面車輛計劃中的一項。

依托新型的設(shè)計模式和設(shè)計工具，通過虛擬協(xié)作以及鑄造、生產(chǎn)流程，F(xiàn)ANG計劃的目標(biāo)就是研制一款高性能水陸兩棲戰(zhàn)斗車輛，但是研制周期僅相當(dāng)于傳統(tǒng)研制模式的五分之一。

這種群體虛擬設(shè)計模式之前已經(jīng)在DARPA和NASA內(nèi)部進(jìn)行了測試，以解決算法問題。但是將這種模式用于戰(zhàn)斗車輛的設(shè)計，獨立的設(shè)計師被虛擬地集合在一起，并且與傳統(tǒng)設(shè)計模式相比他們無法獲得來自五角大樓的資源和相關(guān)支持，因此DARPA會在設(shè)計和制造過程中提供專家支持。目前，共有三個團(tuán)隊參與了FANG地面車輛虛擬設(shè)計的競爭，在之后的12個月里，他們必須完成設(shè)計并制造出一輛樣車，然后交由海軍陸戰(zhàn)隊進(jìn)行測試。

戰(zhàn)場支援系統(tǒng)

在阿富汗戰(zhàn)場上，能夠運載作戰(zhàn)物資以減輕人員負(fù)擔(dān)的無人駕駛車輛首次亮相。但是類似的全自動的獨立系統(tǒng)如要要能夠在真正意義上實現(xiàn)負(fù)重作業(yè)，那么他們必須智能地跟隨作戰(zhàn)士兵各處奔跑。

DARPA的步兵班戰(zhàn)斗支援系統(tǒng)（LS3）計劃，旨在研發(fā)出一款四腿機(jī)器人，可以負(fù)重達(dá)180千克，跟隨戰(zhàn)場的士兵部隊攜帶重型載荷，就像訓(xùn)練有素的動物一樣。2012年上半年完成戶外測試后，美國波士頓動力公司準(zhǔn)備對他們研制的LS3系統(tǒng)進(jìn)行升級，使其能夠在2014年配屬美國海軍陸戰(zhàn)隊并參加作戰(zhàn)演習(xí)。同時，DARPA還發(fā)起了一項名為“機(jī)器人技術(shù)挑戰(zhàn)”的研制計劃，希望研制出在機(jī)動性和靈活性方面都更勝一籌，并且在危險環(huán)境中有能力像人類一樣使用同樣的武器設(shè)備進(jìn)行攻擊和自衛(wèi)的更先進(jìn)的機(jī)器人。

可選擇駕駛飛行器

可選擇駕駛飛行器（OPV）能否成為下一輪高性價比、可執(zhí)行特殊任務(wù)飛行器中的大熱門？這種飛行器既能在民航空域由飛行員駕駛飛行，又能依靠機(jī)載傳感器系統(tǒng)實現(xiàn)無人駕駛長距離飛行，并且使用成本遠(yuǎn)低于當(dāng)前“空中國王”等熱門機(jī)型。關(guān)于上述問題，美國極光飛行技術(shù)公司和諾斯羅普·格魯門公司相繼給出了肯定答案。

極光飛行技術(shù)公司研制的單價450萬美元的“半人馬座”O(jiān)PV飛行器，已經(jīng)獲得了來自瑞士的訂單，瑞士國防部準(zhǔn)備將其用于無人機(jī)系統(tǒng)與民航空域融合的測試。諾斯羅普·格魯門公司則計劃在今年上半年向客戶交付首架雙座型“火鳥”O(jiān)PV。極光飛行技術(shù)公司選擇的路子是在鉆石公司DA42系列上進(jìn)行改進(jìn)，而諾斯羅普·格魯門的路子則是研制全新的“火鳥”高空長航時無人機(jī)，同時能夠由飛行員駕駛。上述兩種飛機(jī)續(xù)航時間都超過了24小時，“半人馬座”載荷能力為90千克，“火鳥”載荷為560千克。

微型無人機(jī)

雖然隱私和安全問題一直都是無人機(jī)在美國國內(nèi)空域飛行遭到反對的主要原因，但是美國的警察部門都在現(xiàn)有法律框架下，有條不紊地推進(jìn)部署無人機(jī)的計劃。而關(guān)于無人機(jī)的選擇，很多警察部門都傾向于微型旋翼無人機(jī)，其主要優(yōu)點是價格適合、易于操作且具有垂直起降能力。

加拿大Draganfly Innovations公司研制的四旋翼X4型無人機(jī)和六旋翼X6型無人機(jī)，在該市場上雖然一直處于領(lǐng)先位置，但是后來者帶來的競爭威脅越來越明顯。此類無人機(jī)通常采用電池動力，雖然續(xù)航時間通常只有20分鐘左右，但是足以獲得大量有用的現(xiàn)場畫面和錄像，而其使用成本要比有人駕駛直升機(jī)低得多。在2012年末，微型旋翼機(jī)已經(jīng)被用于監(jiān)控利比亞和莫斯科的一些活動。

可佩帶的顯示器

事實證明，顯示器個人化的趨勢越來越明顯，如果士兵們要融入互聯(lián)網(wǎng)，那么他們就需要顯示器，而現(xiàn)在加固型的單兵筆記本仍顯沉重，且耗能又易碎。所以，研制輕便靈活，可以戴在手腕或者集成到服裝和防護(hù)鏡上的電腦顯示器，已經(jīng)成為一個大趨勢。

目前，美國陸軍正在測試可戴在手腕上的便攜式顯示器，而美國空軍正在測試集成在護(hù)膝上的觸屏式L-3型顯示系統(tǒng)，該顯示器采用堅固的發(fā)光二極管（OLED）有機(jī)塑料為原材料制造。上述便攜式顯示器的一個共性就是尺寸小，只有4.3英寸。2012年，美國軍方支持亞利桑那州立大學(xué)可折疊式顯示器研發(fā)中心設(shè)計研發(fā)了7.4英寸全彩OLED屏幕，為全動態(tài)可折疊設(shè)備的研制奠定了基礎(chǔ)。

在DARPA的領(lǐng)導(dǎo)下，美國多家公司正在聯(lián)合推進(jìn)精密近距離空中支援計劃，該計劃下研制的增強(qiáng)現(xiàn)實畫面作用的顯示器將允許地面人員直接控制無人機(jī)上的傳感器和武器系統(tǒng)，并能夠顯示武器命中的目標(biāo)的效果。

對面/對海主動相控陣?yán)走_(dá)

憑借出色的可靠性以及多任務(wù)性能，主動相控陣?yán)走_(dá)（AESA）已經(jīng)改變了軍用航空領(lǐng)域?，F(xiàn)在，這項技術(shù)開始向陸地和海上轉(zhuǎn)移。在海上，由法國泰雷茲公司研制的APAR主動陣列雷達(dá)已經(jīng)裝備了三個歐洲國家的海軍護(hù)衛(wèi)艦，而美國海軍第一種配備主動相控陣?yán)走_(dá)的軍艦——DDG-1000驅(qū)逐艦也將于2013年配備雷神公司的SPY-3雷達(dá)。同樣在2013年，美國海軍計劃研制S波段和波段的主動相控陣防空雷達(dá)，用于裝備DDG-51驅(qū)逐艦。

在陸地上，諾思羅普·格魯門公司研制的TPS-80多模式雷達(dá)正在美國海軍陸戰(zhàn)隊中進(jìn)行測試，而美國空軍也正在進(jìn)行一個三維遠(yuǎn)程雷達(dá)項目，目前有三家單位參與競爭。上述兩個項目都是機(jī)動性S波段主動相控陣?yán)走_(dá)，這也標(biāo)志該領(lǐng)域正在從現(xiàn)有的砷化鎵T/R模塊技術(shù)，向功率更強(qiáng)大的氮化鎵T/R模塊技術(shù)過渡。

（責(zé)任編輯 韓榕）