20世紀(jì)60年代美國(guó)國(guó)防部預(yù)研局（DARPA）率先開(kāi)始研發(fā)無(wú)人機(jī)技術(shù)，然而卻在美國(guó)軍界引起了廣泛爭(zhēng)論，特別是各軍種并不支持無(wú)人機(jī)。但是在DARPA持之以恒的推動(dòng)下，經(jīng)過(guò)近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，無(wú)人機(jī)在自主控制、結(jié)構(gòu)、動(dòng)力、導(dǎo)航、傳感器、通信、武器化和創(chuàng)新構(gòu)型方面取得飛速發(fā)展，不但成功轉(zhuǎn)化出多個(gè)經(jīng)過(guò)實(shí)戰(zhàn)考驗(yàn)的型號(hào)，還使無(wú)人機(jī)甚至是無(wú)人系統(tǒng)成為未來(lái)軍用裝備最重要的發(fā)展方向。目前，DARPA正以豐富的無(wú)人機(jī)技術(shù)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，力求不斷拓展美軍無(wú)人機(jī)的運(yùn)用方式和任務(wù)能力。通過(guò)開(kāi)發(fā)無(wú)人機(jī)蜂群、運(yùn)輸無(wú)人機(jī)、海上使用無(wú)人機(jī)等技術(shù)演示驗(yàn)證機(jī)，期望為美軍繼續(xù)維持壓倒性空中作戰(zhàn)優(yōu)勢(shì)做出重要貢獻(xiàn)。

無(wú)人機(jī)蜂群

無(wú)人機(jī)蜂群技術(shù)是DARPA當(dāng)前關(guān)注重點(diǎn)，通過(guò)“小精靈”、“拒止環(huán)境協(xié)同作戰(zhàn)”（CODE）和“進(jìn)攻性蜂群使能戰(zhàn)術(shù)”（OFFSET）等項(xiàng)目分別研究與無(wú)人機(jī)蜂群相關(guān)的各類關(guān)鍵技術(shù)，以降低技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，推動(dòng)無(wú)人機(jī)蜂群的實(shí)戰(zhàn)化進(jìn)程。

“小精靈”項(xiàng)目

2015年DARPA推出“小精靈”項(xiàng)目，研究小型無(wú)人機(jī)蜂群的空中發(fā)射/回收、低成本機(jī)體設(shè)計(jì)、高速數(shù)字式飛行控制等關(guān)鍵技術(shù)。當(dāng)前，DARPA設(shè)想的“小精靈”無(wú)人機(jī)可以對(duì)抗中、俄等國(guó)的高性能一體化防空系統(tǒng)，作戰(zhàn)半徑926km、作戰(zhàn)半徑處可巡邏3h、設(shè)計(jì)載重54.5kg、最大速度不小于Ma0.8、最大發(fā)射高度超過(guò)12192m。2017年3月，DARPA宣布“小精靈”項(xiàng)目第一階段任務(wù)順利完成，并授予動(dòng)力系統(tǒng)公司（Dynetics）和通用原子航空系統(tǒng)公司第二階段合同。根據(jù)當(dāng)前安排，“小精靈”項(xiàng)目的第二階段會(huì)持續(xù)一年，將初步設(shè)計(jì)全尺寸的技術(shù)驗(yàn)證系統(tǒng)，并針對(duì)系統(tǒng)部件開(kāi)展風(fēng)險(xiǎn)降低試驗(yàn)。DARPA計(jì)劃在2018年初選擇一家承包商進(jìn)入項(xiàng)目第三階段，研制完成全尺寸技術(shù)驗(yàn)證系統(tǒng)，并在2019年開(kāi)展“小精靈”蜂群的空中發(fā)射和回收飛行試驗(yàn)。

CODE項(xiàng)目

CODE項(xiàng)目的目標(biāo)是發(fā)展一套包含協(xié)同算法的軟件系統(tǒng)。這套系統(tǒng)可以適應(yīng)帶寬限制和通信干擾，減少操作人員的認(rèn)知負(fù)擔(dān)，并能與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)兼容，以較低成本集成到已有平臺(tái)中。DARPA設(shè)想的CODE無(wú)人機(jī)蜂群可由一名操作人員管理，蜂群在執(zhí)行任務(wù)時(shí)可以互相或向操作人員分享數(shù)據(jù)、協(xié)商任務(wù)分配、實(shí)現(xiàn)行動(dòng)和通信同步化，并根據(jù)已經(jīng)建立的交戰(zhàn)規(guī)則在高強(qiáng)度對(duì)抗環(huán)境中執(zhí)行目標(biāo)搜索、識(shí)別和交戰(zhàn)等任務(wù)。2016年6月，DARPA向洛馬公司及雷神公司授予項(xiàng)目第二階段系統(tǒng)集成合同，開(kāi)展由1～2架真實(shí)飛機(jī)和若干虛擬飛機(jī)組隊(duì)的飛行試驗(yàn)。預(yù)計(jì)CODE項(xiàng)目將在2018年年底結(jié)束，并在實(shí)際飛行試驗(yàn)中驗(yàn)證全部任務(wù)能力。

OFFSET項(xiàng)目

2017年1月27日，DAR PA公布了OFFSET項(xiàng)目的招標(biāo)書(shū)初稿，研發(fā)并驗(yàn)證規(guī)模大于100架的與作戰(zhàn)相關(guān)的蜂群戰(zhàn)術(shù)，提升部隊(duì)的防御、火力、精確打擊效果及情報(bào)、監(jiān)視與偵察（ISR）能力。項(xiàng)目的主要技術(shù)指標(biāo)為：每季度產(chǎn)生的戰(zhàn)術(shù)超過(guò)10種、評(píng)估新戰(zhàn)術(shù)的時(shí)間小于15min、部署新戰(zhàn)術(shù)的時(shí)間小于1min、向100個(gè)無(wú)人平臺(tái)的集成時(shí)間小于24h。DARPA將利用Unity 3D、Unreal等游戲開(kāi)發(fā)軟件搭建虛擬的蜂群作戰(zhàn)場(chǎng)景，創(chuàng)建并推演蜂群戰(zhàn)術(shù)，使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、虛擬現(xiàn)實(shí)等手段減少人機(jī)交互認(rèn)知誤差，評(píng)估蜂群戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)效果。最終，項(xiàng)目發(fā)展的蜂群戰(zhàn)術(shù)將集成至真實(shí)平臺(tái)開(kāi)展驗(yàn)證。預(yù)計(jì)，OFFSET項(xiàng)目將進(jìn)行42個(gè)月，并分為3個(gè)研究階段，其中第1階段持續(xù)18個(gè)月，第2、第3階段為期12個(gè)月。

運(yùn)輸無(wú)人機(jī)

運(yùn)輸類無(wú)人機(jī)是DARPA在無(wú)人機(jī)領(lǐng)域的另一發(fā)展重點(diǎn)，啟動(dòng)了“可重構(gòu)嵌入式航空系統(tǒng)”（ARES）和“入境、可控、空中發(fā)射和不回收系統(tǒng)”（ICARUS）等項(xiàng)目，支持美國(guó)地面作戰(zhàn)部隊(duì)設(shè)想的在更廣地區(qū)的高強(qiáng)度分布式作戰(zhàn)。

ARES項(xiàng)目

ARES項(xiàng)目聚焦發(fā)展模塊化垂直起降無(wú)人運(yùn)輸機(jī)技術(shù)，通過(guò)運(yùn)載不同類型、即插即用的任務(wù)模塊，在戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)傷員運(yùn)輸、貨物補(bǔ)給和ISR等多種功能。驗(yàn)證機(jī)由主承包商洛馬公司聯(lián)合皮亞塞基飛機(jī)公司（Piasecki）研制，采用傾轉(zhuǎn)涵道風(fēng)扇布局，機(jī)身寬12.5m，2個(gè)涵道推進(jìn)風(fēng)扇直徑2.44m。機(jī)身在2個(gè)涵道風(fēng)扇之間，可攜帶各種即插即用的載荷模塊，包括貨運(yùn)、傳感器、生命支持設(shè)備等。驗(yàn)證機(jī)最大起飛重量3178kg、最大巡航速度314km/h、升限6096m、作戰(zhàn)半徑282km。另外，目前洛馬公司正在研究驗(yàn)證機(jī)的改型，最大巡航速度將達(dá)到463km/h，作戰(zhàn)半徑媲美V-22“魚(yú)鷹”。由于驗(yàn)證機(jī)的涵道風(fēng)扇等部件屬于全新設(shè)計(jì)，它們需要開(kāi)展的額外測(cè)試使驗(yàn)證機(jī)的首飛時(shí)間從去年6月推遲到了2017年秋季。

ICARUS項(xiàng)目

2015年9月，DARPA啟動(dòng)ICARUS項(xiàng)目，發(fā)展可融化消失的貨運(yùn)無(wú)人機(jī)，以避免落入敵人手中。ICARUS無(wú)人機(jī)的最大尺寸不大于3m，可以在最高10668m的高空投放，最遠(yuǎn)滑翔飛行161km?？煽者\(yùn)重量不超過(guò)1.362kg的小型包裹，并根據(jù)GPS進(jìn)行定位，投放精度10m。這種小型無(wú)人機(jī)可根據(jù)指令在著陸4h內(nèi)融化，殘留物的尺寸不大于100μm。2016年6月，DARPA授予施樂(lè)公司帕洛阿爾托研究中心（Xerox PARC）、Dzyne技術(shù)公司（Dzyne Technologies）和Morsecorp公司第一階段合同。這一階段發(fā)展和驗(yàn)證的無(wú)人機(jī)將使用不可消失材料，但采用可消失材料的制造工藝。在項(xiàng)目第二階段，DARPA將開(kāi)展可消失貨運(yùn)無(wú)人驗(yàn)證機(jī)的外場(chǎng)飛行試驗(yàn)。

海上無(wú)人機(jī)

目前，美軍服役的無(wú)人機(jī)多為陸地起降，機(jī)場(chǎng)的可用性成為限制無(wú)人機(jī)使用的重要因素。而海上使用的無(wú)人機(jī)多為無(wú)人直升機(jī)或小型固定翼無(wú)人機(jī)，作戰(zhàn)半徑和續(xù)航時(shí)間有限。因此，DARPA正通過(guò)“戰(zhàn)術(shù)偵察節(jié)點(diǎn)”（TERN）和“升降載荷”（UFP）等項(xiàng)目，發(fā)展性能水平更高的海上使用無(wú)人驗(yàn)證機(jī)，拓展美軍無(wú)人機(jī)的使用范圍和作戰(zhàn)能力。

TERN項(xiàng)目和“側(cè)邊吊臂”子項(xiàng)目

TERN項(xiàng)目旨在為美軍普通艦船發(fā)展一型中空長(zhǎng)航時(shí)察打一體無(wú)人演示驗(yàn)證機(jī)，要求在攜帶272kg有效載荷的情況下，在距離艦船1700km的范圍內(nèi)（在海上或深入內(nèi)地）執(zhí)行持久ISR和打擊任務(wù)。TERN驗(yàn)證機(jī)由諾格公司研制，采用尾坐式垂直起降飛翼布局，并在2016年完成了機(jī)翼制造、發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)和軟件集成等技術(shù)里程碑。目前，諾格公司正在制造和試驗(yàn)第二架驗(yàn)證機(jī)。

除了發(fā)展無(wú)人驗(yàn)證機(jī)，TERN項(xiàng)目還包含若干子項(xiàng)目，發(fā)展相應(yīng)驗(yàn)證系統(tǒng)，其中“側(cè)邊吊臂”（Side Arm）子項(xiàng)目近期取得了重大進(jìn)展。該項(xiàng)目旨在發(fā)展一套獨(dú)立且便攜的裝備，可以水平發(fā)射和回收最重408.6kg的無(wú)人機(jī)。2016年12月，子項(xiàng)目承包商極光飛行科學(xué)公司開(kāi)展全尺寸側(cè)邊吊臂系統(tǒng)的演示驗(yàn)證試驗(yàn)，重復(fù)捕捉了由外部彈射器發(fā)射并達(dá)到相應(yīng)速度的洛馬公司“狂怒”（Fury）無(wú)人機(jī)。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，極光飛行科學(xué)公司的側(cè)邊吊臂系統(tǒng)最大可回收500kg的無(wú)人機(jī)，超出DARPA設(shè)計(jì)目標(biāo)。目前，側(cè)邊吊臂系統(tǒng)的試驗(yàn)已經(jīng)完成，DARPA正在尋找潛在的轉(zhuǎn)化對(duì)象并探索在其他無(wú)人機(jī)平臺(tái)上的使用。

UFP項(xiàng)目

UFP項(xiàng)目將發(fā)展可在海水下待機(jī)發(fā)射的無(wú)人驗(yàn)證機(jī)系統(tǒng)。UFP項(xiàng)目的無(wú)人機(jī)發(fā)射艙具有休眠的功能，在深海難以被察覺(jué)。其可以承受海底巨大的水壓，并在難以預(yù)測(cè)的海底環(huán)境中不易損壞。無(wú)人機(jī)發(fā)射艙能夠在海底休眠數(shù)月或數(shù)年后激活使用，“喚醒”信號(hào)可在全球任何地方發(fā)送。激活后的發(fā)射艙將快速升至水面并釋放無(wú)人機(jī)飛向天空，執(zhí)行監(jiān)視和打擊行動(dòng)。目前該項(xiàng)目處于第3階段，將在海上開(kāi)展演示驗(yàn)證試驗(yàn)。

不斷拓展性能包線

除了發(fā)展無(wú)人機(jī)蜂群、無(wú)人運(yùn)輸機(jī)和海上使用高性能無(wú)人機(jī)等新概念無(wú)人機(jī)，DARPA還在不斷拓展各類無(wú)人機(jī)的性能包線。

VA001無(wú)人機(jī)項(xiàng)目

VA001是DARPA發(fā)展的小型低成本中空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人驗(yàn)證機(jī)，承包商是美國(guó)香草飛機(jī)公司。按照設(shè)計(jì)，該機(jī)最大起飛重量 272kg，有效載荷13.6kg，可在4572m高度連續(xù)飛行10天。2017年1月4日，VA001無(wú)人機(jī)在新墨西哥州的拉斯克魯塞斯上空連續(xù)飛行了56h，平均飛行速度106km/h，創(chuàng)下了同重量等級(jí)和動(dòng)力類型無(wú)人機(jī)（50～500kg級(jí)燃燒動(dòng)力無(wú)人機(jī)子類，國(guó)際航空聯(lián)合會(huì)U-1.c類第1組）新的續(xù)航時(shí)間世界紀(jì)錄。該紀(jì)錄在迄今所有記錄在案的無(wú)人機(jī)續(xù)航時(shí)間中排名第4，而實(shí)際上如不是受惡劣天氣影響，飛行時(shí)間還要比56h長(zhǎng)不少。VA001安全降落后，機(jī)內(nèi)還有超過(guò)一半的燃料，這意味著其能夠繼續(xù)刷新紀(jì)錄，并最終可為地面部隊(duì)和其他用戶提供重要

能力。

“垂直起降驗(yàn)證飛機(jī)”（VTOL X-Plane）項(xiàng)目

VTOL X-Plane項(xiàng)目旨在開(kāi)發(fā)性能更強(qiáng)的垂直起降無(wú)人驗(yàn)證機(jī)，主要技術(shù)指標(biāo)包括：持續(xù)飛行速度556～741km/h、懸停效率不低于75%、巡航狀態(tài)升阻比不低于10、能夠承受-0.5g～2.0g過(guò)載、驗(yàn)證機(jī)最大起飛重量在4500～5400kg之間。2016年3月，DARPA宣布極光飛行科學(xué)公司的“雷擊”（Lightning Strike）無(wú)人機(jī)贏得競(jìng)標(biāo)，并授予其8944萬(wàn)美元的第2、第3階段研究合同?！袄讚簟辈捎昧锁喴聿季值膬A轉(zhuǎn)機(jī)翼設(shè)計(jì)，由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力，并將電力分配至全機(jī)24個(gè)涵道式風(fēng)扇上：2個(gè)鴨翼各安裝3個(gè)，2個(gè)主機(jī)翼上則各安裝9個(gè)。2016年4月，極光飛行科學(xué)公司開(kāi)始1/5比例“雷擊”縮比驗(yàn)證機(jī)的飛行試驗(yàn)，驗(yàn)證機(jī)重量146kg。一年之后的2017年4月，DARPA宣布縮比驗(yàn)證機(jī)完成飛行試驗(yàn)，驗(yàn)證了自動(dòng)起飛、持續(xù)懸停、方向與平移控制、航路點(diǎn)導(dǎo)航和自動(dòng)著陸等內(nèi)容。DARPA項(xiàng)目經(jīng)理巴蓋稱，該縮比驗(yàn)證機(jī)飛行特性出色，從垂直飛行過(guò)渡至水平飛行可保持飛行高度不變。此外，驗(yàn)證機(jī)的分布式推進(jìn)系統(tǒng)的空氣動(dòng)力學(xué)效能也十分優(yōu)異。接下來(lái)，VTOL X-Plane的工作重點(diǎn)是開(kāi)發(fā)已命名為XV-24A的全尺寸驗(yàn)證機(jī)，其重量將達(dá)到5443kg。XV-24A的飛行試驗(yàn)預(yù)計(jì)于2018年開(kāi)始，以驗(yàn)證項(xiàng)目設(shè)定的各技術(shù)指標(biāo)。

結(jié)束語(yǔ)

無(wú)人機(jī)不受人類飛行員的生理限制，可以突破過(guò)載、座艙、留空時(shí)間等一系列約束，大幅度拓展飛行包線，同時(shí)提高在高威脅環(huán)境中部署的自由度，已成為美軍當(dāng)前重要的航空武器裝備。但是，目前美軍在役的絕大部分無(wú)人機(jī)在強(qiáng)對(duì)抗環(huán)境中尚不具備威懾力。為此，五角大樓的《無(wú)人系統(tǒng)綜合路線圖（2013-2038財(cái)年）》認(rèn)為，無(wú)人機(jī)需具備在反介入/區(qū)域拒止（A2/ AD）等環(huán)境中作戰(zhàn)的能力，且是未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)勝利的關(guān)鍵性因素。與國(guó)防部一致，空軍《遙控駕駛飛機(jī)（RPA）指導(dǎo)：愿景與賦能概念（2013-2038）》認(rèn)為，下一代RPA需在強(qiáng)對(duì)抗環(huán)境中具備電子對(duì)抗、超視距快速打擊、戰(zhàn)斗搜索與救援等能力；而《小型無(wú)人機(jī)系統(tǒng)（sUAS）飛行規(guī)劃：2016-2036》也指出，未來(lái)sUAS能在A2/AD環(huán)境中大顯身手，可遂行壓制/摧毀敵防空火力、網(wǎng)絡(luò)化ISR和動(dòng)能殺傷等多種任務(wù)。因此，DARPA啟動(dòng)的各類無(wú)人機(jī)項(xiàng)目不但貼合了國(guó)防部和軍種發(fā)展愿景，又可拓展無(wú)人機(jī)的使用范圍和性能指標(biāo)，將推動(dòng)無(wú)人機(jī)成為在強(qiáng)對(duì)抗環(huán)境中使用的重要裝備。

（袁成，中國(guó)航空工業(yè)發(fā)展研究中心）