蔣太宇/中國直升機設計研究所

在現(xiàn)代信息化戰(zhàn)爭中，察打一體無人直升機可以適應瞬息變化戰(zhàn)場態(tài)勢，捕捉縱即逝的戰(zhàn)機，大大提高了作戰(zhàn)效率。本文介紹國內(nèi)外察打無人直升機的發(fā)展現(xiàn)狀，對察打一體無人直升機的機彈相容、自主飛行控制、武器發(fā)射綜合控制和低延時高速率加密數(shù)據(jù)鏈等關鍵技術進行研究和分析，給出了研究方向和研究思路，并對未來察打無人直升機的發(fā)展趨勢進行預測。

近年來，隨著局部戰(zhàn)爭與反恐戰(zhàn)爭的發(fā)展，要求執(zhí)行在各種山區(qū)、邊防以及城市郊區(qū)等復雜環(huán)境中以較低成本、精確打擊多點較分散目標的任務日益迫切。無人直升機在配備了武器以后，同時具備偵察和打擊的能力，實現(xiàn)了察打一體化，可以及時打擊一些稍縱即逝的機動目標和即時發(fā)現(xiàn)的目標，無須等待其他武器平臺的支援，大大提高了偵察信息的時效性和攻擊的準確性。目前，世界各國裝備的攻擊型無人機大多為固定翼無人機，但對于反恐和局部戰(zhàn)爭戰(zhàn)術打擊作戰(zhàn)任務中，察打一體無人直升機具有可垂直起降、使用靈活、可低空飛行、定點懸停精確偵察打擊等優(yōu)勢，可伴隨地面部隊實現(xiàn)縱深作戰(zhàn)，彌補低空戰(zhàn)術作戰(zhàn)任務需求，更適合于城市郊區(qū)或山區(qū)作戰(zhàn)，是執(zhí)行定點清除任務的理想選擇。

察打無人直升機發(fā)展現(xiàn)狀

國外研究現(xiàn)狀

世界上無人直升機的開發(fā)與應用相對于固定翼要晚，且研制技術難度大，且應用于軍事領域的察打無人直升機相對較少。以下為幾種國外典型的察打一體無人直升機。

“火力偵察兵”系列無人直升機

RQ-8A是諾斯羅普·格魯門公司針對美國海軍需求由“施韋策”333有人直升機改裝而來。2000年RQ-8A樣機首飛成功，2005年7月，在美國亞里桑那州“尤馬”(Yuma)試驗場成功試射了2枚Mk66型70mm無制導火箭彈。但后因其航時、航程、載荷等性能無法滿足美國海軍的需求，訂購計劃取消，僅小批量生產(chǎn)用于試驗。

表1 各型“火力偵察兵”性能參數(shù)

2003年，“火力偵察兵”項目重獲新生，根據(jù)美國海軍和陸軍的新要求對RQ-8A進行了改進，即MQ-8B。MQ-8B可裝備70mm先進精確殺傷系統(tǒng)(APKWS)激光制導的火箭彈、“地獄火”導彈等武器。

2012年，諾斯羅普·格魯門公司根據(jù)美軍新的作戰(zhàn)需求，基于“貝爾”407機身研發(fā)出新型“火力偵察兵”MQ-8C。該型機具有更大的續(xù)航能力和有效載荷，主要承擔?；閳蟆⒈O(jiān)視、偵察和打擊任務。

“警戒者”無人直升機

S-100無人直升機

“警戒者”（Vigilante）無人直升機

“警戒者”無人直升機由先進技術公司（ATI）和科學應用國際公司（SAIC）在1999年共同研制的。該平臺由UltraSport496型直升機衍生而來。2001年7月，美國軍方航空科技應用指揮部（AATD）利用“警戒者”進行了編隊探索試驗。探索試驗了有人直升機與無人直升機間的編隊工作、概念性武器使用以及將無人直升機融入航空基礎設施等問題。試驗中“警戒者”已成功發(fā)射了70mm“九頭蛇”火箭彈。

CAMCOPTER S-100無人直升機

S-100是奧地利西貝爾公司研制的一種輕小型無人直升機。該機最大起飛重量200kg，最大任務載荷50kg，最大續(xù)航時間5.8h，已銷售到德國、法國、阿聯(lián)酋、印度、巴基斯坦等幾十個國家。2008年倫敦航展，掛裝英國泰勒公司輕型制導武器LMM導彈的S-100無人直升機，展示了其具備攻擊能力。

國內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國從20世紀90年代開始重視無人直升機的發(fā)展，多家單位先后開展了無人直升機系統(tǒng)研制，但大多不具備火力打擊能力。近兩年，隨著察打無人直升機的需求愈發(fā)強烈，國內(nèi)也陸續(xù)展開了察打一體無人直升機的研制，例如AV500W、V750等。

AV500W無人直升機

AV500W察打一體無人直升機是中國直升機設計研究所研制的。該型機最大起飛重量500kg，使用升限5000m，可裝備最多4枚空地導彈、機槍或57mm火箭彈等武器，攜帶武器狀態(tài)下續(xù)航時間4～7h。2017年11月，AV500W在格爾木地區(qū)海拔4300m試驗場成功試射了一枚空地導彈，驗證了高原壞境下的對地攻擊能力。

V750無人直升機

AV500W無人直升機

V750無人直升機

V750無人直升機由濰坊天翔航空工業(yè)有限公司研發(fā)的，該機起飛重量為757kg，任務載荷80kg，續(xù)航時間4h，使用升限3000m。V750無人直升機可攜帶兩枚反坦克導彈，用于對地攻擊。

綜上所述，國外察打一體無人直升機的研制起步較早，技術相對成熟。我國關于這方面的研究目前還處于起步階段，可以先借鑒國外的發(fā)展經(jīng)驗加快研究進程，但同時又要防止亦步亦趨，必須結合我國實情以及當前技術發(fā)展水平，才能研制出一種滿足用戶使用需求察打無人直升機。

關鍵技術

機彈相容

機彈相容是一個十分復雜的技術問題，它直接關系到直升機的安全，主要包括掛飛適應性、機彈分離產(chǎn)生的后坐力以及武器尾噴與載機相互影響等方面。

根據(jù)以往有人武裝直升機和AV500W的設計經(jīng)驗可知，機彈相容對機身的影響主要有以下幾個方面：(1)武器發(fā)射高速流場對平垂尾及尾槳的影響；(2)發(fā)射沖擊波可能造成口蓋及快卸鎖脫落；(3)高溫尾焰會對機身產(chǎn)生燒蝕；(4)武器發(fā)射尾噴物有可能會對飛機機身、平垂尾或尾槳造成損傷,從而影響飛行安全。因此，在設計過程中，要充分考慮武器發(fā)射尾噴對飛機的影響合理布置武器位置。

除武器發(fā)射尾噴會對飛機產(chǎn)生影響外，發(fā)射過程中產(chǎn)生的后坐力也是引起機彈相容問題的關鍵因素。首先，導彈后坐力會對直升機結構強度的產(chǎn)生影響，甚至導致載機某些關鍵動部件的壽命有所下降；其次，導彈后坐力會對直升機飛行特性產(chǎn)生影響，對飛控來說也是一個考驗。導彈發(fā)射后坐力不僅對載機有縱向作用力，還有產(chǎn)生旋轉力矩和縱向力矩，在很大程度上會影響無人直升機的姿態(tài)穩(wěn)定。而且相較于載人直升機，輕小型無人直升機重量小，武器后坐力對載機的響應比較大。

飛行控制技術

飛行控制技術能夠穩(wěn)定無人直升機飛行姿態(tài)，控制無人直升機自主或半自主飛行，是無人機的核心技術，也是影響武器發(fā)射時直升機穩(wěn)定性的關鍵技術。對于輕小型察打一體無人直升機來說，飛控面臨的主要問題是，武器發(fā)射后坐力會引起無人直升機姿態(tài)變化，甚至引起飛行安全問題。為了減小后坐力帶來的影響，目前一般有兩種方法：一是合理布置武器的位置，改進武器系統(tǒng)以降低后坐力；二是在飛行控制系統(tǒng)中加入射擊后坐力補償控制環(huán)節(jié)。

武器發(fā)射后坐力在三個軸向上都有不同程度的擾動，導致了機體姿態(tài)、位置的改變。為減小武器發(fā)射對無人直升機的擾動響應，需提高機體軸上控制合外力和力矩的抗干擾性，改善機體的穩(wěn)定魯棒性。飛控系統(tǒng)后坐力補償控制可分為兩個相關環(huán)節(jié)：首先是通過力學模型，解算出具備良好魯棒性期望控制力和力矩指令，以實現(xiàn)對機體動態(tài)擾動的抑制；其次，利用風洞試驗數(shù)據(jù)和空氣動力方程，逼近期望控制指令，以此得到實際的操縱槳矩控制量，從而抑制武器后坐力對機體的擾動響應。

武器發(fā)射綜合控制技術

武器發(fā)射控制流程設計的好壞關系到目標攻擊的成敗，甚至影響安全問題。

察打一體無人直升機武器發(fā)射方式為地面控制發(fā)射，與有人機相比，發(fā)射操作感官效果較差；同時還要考慮地面的可操作性和界面友好性。其次，偵察打擊一體無人直升機可攜帶多種任務設備和武器，無人機控制系統(tǒng)不僅要完成載機平臺姿態(tài)控制，同時要完成對各種偵察設備、數(shù)據(jù)鏈路、機載武器的控制。無人機控制系統(tǒng)需要將多種任務設備有機地結合起來，完成目標偵察、跟蹤、鎖定及打擊等一系列流程，察打過程中需要進行目標位置解算、攻擊彈道計算、武器發(fā)射、流程顯示等工作，整個制導過程復雜，對地面操作人員要求也較高。

圖6 后坐力補償控制

因此，武器發(fā)射綜合控制技術需圍繞努力提高控制系統(tǒng)的智能化和自動化程度等問題展開研究，例如對目標自動跟蹤和敵我識別、攻擊路徑選擇、武器類型選擇等，簡化發(fā)射流程和操作界面。

加密低延時無線數(shù)據(jù)鏈技術

通過數(shù)據(jù)鏈無人直升機機可以將飛機參數(shù)、任務設備信息、圖像實時傳回地面站，數(shù)據(jù)鏈是整個無人機系統(tǒng)的關鍵部分。隨著現(xiàn)代信息化戰(zhàn)爭的發(fā)展，對察打一體無人機遠距離、高圖像分辨率、高速率低延時、抗干擾、抗截獲等的要求也越來越高。

數(shù)據(jù)傳輸延時會嚴重影響察打無人直升機精確打擊的精準度和時效性，為提高其打擊能力，無人直升機數(shù)據(jù)鏈路必須采用高速處理芯片和數(shù)據(jù)處理算法，以及延時補償算法，提高數(shù)據(jù)鏈路的傳輸量和傳輸速率，降低數(shù)據(jù)鏈延時。

自美國RQ-170無人機被伊朗捕獲以后，數(shù)據(jù)鏈的防誘騙、抗截獲能力也成為無人機安全的一個重要指標。

精確制導武器小型化、智能化

機載武器系統(tǒng)作為察打一體無人直升機的一個組成部分，是實現(xiàn)其精確打擊能力的重要前提。精確制導武器小型化不僅能增加無人直升機載彈量，而且能降低對載機平臺性能和安全影響。為滿足未來戰(zhàn)場復雜多樣的需求，精確制導武器還要進一步提高其射程、威力、精度、抗干擾能力和智能化程度。此外，機載武器的通用化、信息化也是精確制導武器的一個重要發(fā)展方向。

發(fā)展趨勢

美國國防部2003年無人機路線圖明確提出武裝無人機概念，2005年發(fā)布《無人航空器系統(tǒng)路線圖》，路線圖指出無人機發(fā)展的重點是整個系統(tǒng)而不僅是飛行器本身。因此，無人機武器化、系統(tǒng)化將是其發(fā)展的一個重要方向。

隨著世界各國對察打一體無人直升機關注與日俱增，察打一體無人直升機得到快速發(fā)展，呈現(xiàn)出以下發(fā)展趨勢：

（1）隱身技術：通過外形設計和采用隱身材料，可以降低敵方雷達的發(fā)現(xiàn)概率和作用距離，提高打擊成功概率。具備隱身能力的察打無人直升機在戰(zhàn)場中可以出其不意，影響整個戰(zhàn)局；同時對無人直升機安全也有一定的重要意義。

“火力偵察兵”

（2）高智能化：高度智能化是未來無人機發(fā)展的主要趨勢。高智能化察打無人直升機可根據(jù)任務地點自主規(guī)劃航線和控制飛行，自動探測戰(zhàn)場環(huán)境特征和搜索目標，識別威脅并鎖定，甚至自主決策行動。另外，察打無人直升機高智能化不僅能簡化地面操控人員的操縱復雜度，還能提高任務完成效率。

（3）長航時、多載荷：未來戰(zhàn)場要求察打無人直升機攜帶大載荷或多種任務載荷進行長航時執(zhí)行任務的需求將會越來越高。察打無人直升機掛載多種設備形成多用途一體化，具有功能多、戰(zhàn)斗任務適應性強等優(yōu)點，可有針對性地執(zhí)行各種任務。而為滿足該需求，就需進一步降低空機重量，增大有效載荷。

（4）多樣化協(xié)同作戰(zhàn)：多機協(xié)同作戰(zhàn)是現(xiàn)代裝備信息化發(fā)展下海、陸、空、天、電一體化作戰(zhàn)模式。察打無人直升機在有人無人協(xié)同或無人機群協(xié)同作戰(zhàn)等作戰(zhàn)模式下，可以實現(xiàn)多機之間的通信及信息資源共享，使指揮控制系統(tǒng)、各作戰(zhàn)平臺能夠隨時掌握戰(zhàn)場態(tài)勢，迅速做出決策或行動，掌握戰(zhàn)爭的主動權。

結論

從世界各國在無人機研究成果和應用領域來看，武裝性無人直升機是未來無人機發(fā)展的一個重要分支。同時，隨著無人機技術的發(fā)展和邊防、局部反恐戰(zhàn)爭的迫切需要，各國對可垂直起降、低空飛行以及具備偵察和打擊為一體無人直升機的需求也越來越強烈。為了打造一種理想的察打一體無人直升機，除考慮機彈相容問題外，需進一步研究無人機智能化、自主飛行控制及增穩(wěn)技術，多武器設備智能化選擇和綜合控制技術，以及低延時加密數(shù)據(jù)鏈路技術等關鍵技術，同時無人機隱身化、精確制導武器小型化以滿足掛裝數(shù)量和多樣化搭配需求也是察打無人直升機的重要發(fā)展方向。

（參考文獻：略。如有需要，請聯(lián)系編輯部。）