■ 李龍 / 中國航發(fā)渦輪院 沙紹智 / 中國航發(fā)研究院

美國從2016年開始研制低成本可消耗無人機(jī)，至2022年已經(jīng)有忠誠僚機(jī)交付美國空軍進(jìn)行飛行試驗。在這個過程中，美國忠誠僚機(jī)（Loyal Wingman）的發(fā)展思路也發(fā)生了變化，從追求單一裝備多性能向多架不同作戰(zhàn)性能裝備協(xié)同化轉(zhuǎn)變，相應(yīng)地，動力發(fā)展思路也發(fā)生了轉(zhuǎn)變。

美國空軍部長弗蘭克·肯德爾在2023年3月7日的空軍協(xié)會戰(zhàn)爭研討會上表示，空軍將向國會申請在2024財年預(yù)算中提供資金，推進(jìn)協(xié)同作戰(zhàn)飛機(jī)（CCA）項目和下一代空中優(yōu)勢（NGAD）戰(zhàn)斗機(jī)項目研究。未來美國空軍可能部署1000架CCA，其中400架為200架NGAD戰(zhàn)斗機(jī)服務(wù)，剩下的600架由F-35戰(zhàn)斗機(jī)指揮作戰(zhàn)。此前，肯德爾已將在美國空軍未來機(jī)隊中運(yùn)用CCA列為首要任務(wù)之一，CCA將執(zhí)行包括情報、監(jiān)視和偵察（ISR）、打擊和電子戰(zhàn)在內(nèi)的多項任務(wù)，以相對的低成本執(zhí)行危險任務(wù)。

CCA的快速演進(jìn)

肯德爾在2021年12月的一次公開講話中披露將為NGAD戰(zhàn)斗機(jī)配備協(xié)同編組作戰(zhàn)無人機(jī)，即協(xié)同作戰(zhàn)飛機(jī)，該無人機(jī)的成本將為NGAD戰(zhàn)斗機(jī)的一半，這是CCA項目第一次進(jìn)入公眾視野。

2022年5月，肯德爾進(jìn)一步透露了CCA項目的細(xì)節(jié)，提出項目旨在研發(fā)可與現(xiàn)役和在研作戰(zhàn)飛機(jī)協(xié)同的新型無人機(jī)，僅需飛行員發(fā)出有限指令，即可自主執(zhí)行偵察監(jiān)視、火力打擊、電磁干擾和空射誘餌等任務(wù)。該無人機(jī)強(qiáng)調(diào)模塊化與低成本，可針對不同需求快速換裝有效載荷，提升作戰(zhàn)任務(wù)靈活性，同時采用數(shù)字工程方法、復(fù)合材料和先進(jìn)制造技術(shù)，成本不超過F-35A的一半（約4000萬美元），通過數(shù)量規(guī)模打造效費比優(yōu)勢。隨著“天空博格人”（Skyborg）自主核心系統(tǒng)、空戰(zhàn)進(jìn)化（Air Combat Evolution）智能算法和忠誠僚機(jī)等關(guān)鍵支撐技術(shù)已具備較高成熟度，CCA項目很可能跳過冗長的演示驗證階段，直接進(jìn)入工程和制造發(fā)展階段，達(dá)到加快研制進(jìn)度的目的。

2022年9月，肯德爾在2022年度空天網(wǎng)研討會上再次提到CCA項目，稱每架NGAD可指揮1 ～5架CCA，CCA可自主完成任務(wù)，但發(fā)射武器仍由戰(zhàn)斗機(jī)飛行員控制。美國空軍計劃在2024年把CCA列入秘密預(yù)算中，開啟項目競爭，除此之外并未透露更多細(xì)節(jié)。2022年11月，美國《空軍雜志》（現(xiàn)《空軍及太空軍雜志》）報道稱，美國空軍部負(fù)責(zé)科學(xué)、技術(shù)和工程的副助理部長克里斯騰·鮑德溫此前宣布空軍“先鋒”項目（Vanguard Program）下的“天空博格人”和“金帳汗國”（Golden Horde）項目將在2023財年轉(zhuǎn)化，并納入CCA項目。

在美國軍方陸續(xù)透露項目信息的同時，各大供應(yīng)商早已摩拳擦掌，準(zhǔn)備在2024年開始的CCA項目競爭中拔得頭籌。除了早前波音公司的MQ-28A“幽靈蝙蝠”（Ghost Bat）無人機(jī)和克雷托斯（Kratos）公司處于生產(chǎn)型試飛狀態(tài)的XQ-58A有可能競爭CCA項目外，通用原子航空系統(tǒng)公司和洛克希德-馬?。羼R）公司也提出了新的無人機(jī)系列產(chǎn)品發(fā)展計劃。相較于MQ-28A和X-58A將所有功能集于一身的單一裝備形式，通用原子系統(tǒng)公司的“棄兵”（Gambit）系列（見圖1）和洛馬公司的卡雷拉項目（Project Carrera）都傾向于將作戰(zhàn)功能分散到不同無人機(jī)的研制理念，更加強(qiáng)調(diào)低成本、分布式和系統(tǒng)簇特點。

圖1 通用原子系統(tǒng)公司“棄兵”系列無人機(jī)

“棄兵”系列無人機(jī)

在2022年5月肯德爾透露CCA項目細(xì)節(jié)后，通用原子航空系統(tǒng)公司快速反應(yīng)，同年9月發(fā)布了“棄兵”系列無人機(jī)的具體方案圖。該系列無人機(jī)初始設(shè)計包含4種基本型號，采用通用的起落架、基本航電設(shè)備等硬件，可根據(jù)不同的任務(wù)定位配置發(fā)動機(jī)、機(jī)翼、任務(wù)傳感器等，以有效降低單機(jī)成本、提高互用性，并可根據(jù)技術(shù)發(fā)展和任務(wù)需要快速組合發(fā)展出新機(jī)型。

作為長航時態(tài)勢感知平臺，“棄兵”-1采用大展弦比設(shè)計，并使用低油耗發(fā)動機(jī)，以提升在指定空域的續(xù)航時間，該無人機(jī)可伴隨其他無人機(jī)，或作為有人機(jī)的“耳目”在戰(zhàn)術(shù)邊緣獲取戰(zhàn)場態(tài)勢信息，提供預(yù)警監(jiān)視能力，也可使用無源傳感器實施協(xié)作跟蹤，對敵方目標(biāo)進(jìn)行定位，減小己方高價值平臺暴露風(fēng)險，提升其戰(zhàn)場生存能力?！皸壉?2是察打一體平臺，續(xù)航和巡航速度都低于“棄兵”-1，但配備有空空導(dǎo)彈，通過多架組隊的模式，可使用紅外傳感器從不同角度和高度對敵方前沿空域進(jìn)行探測，監(jiān)視戰(zhàn)斗機(jī)活動軌跡，通過人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)制定打擊戰(zhàn)術(shù)，該無人機(jī)的優(yōu)勢是可在第一時間進(jìn)行探測與響應(yīng)，在不損失飛行員的情況下，給在該空域的有人戰(zhàn)斗機(jī)一定預(yù)警時間和決策空間。作為假想敵空戰(zhàn)訓(xùn)練平臺，“棄兵”-3外形上與“棄兵”-2相似，僅針對復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境進(jìn)行一定優(yōu)化，作為“紅隊”與美國空軍防空系統(tǒng)、隱身戰(zhàn)斗機(jī)等先進(jìn)作戰(zhàn)系統(tǒng)進(jìn)行對抗，通過深度學(xué)習(xí)等技術(shù)模仿對手戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法，并在每次對抗中不斷調(diào)整、提高，從而在保持訓(xùn)練強(qiáng)度的同時，有效節(jié)省假想敵機(jī)隊有人機(jī)等高端平臺服役壽命，降低訓(xùn)練維護(hù)成本?！皸壉?4 是一型隱身穿透偵察平臺，采用飛翼布局構(gòu)型，可在強(qiáng)對抗環(huán)境中執(zhí)行持久ISR任務(wù)，替代RC-135偵察機(jī)等老舊平臺組成更具生存力且成本更低的感知網(wǎng)絡(luò)。

通用原子航空系統(tǒng)公司“棄兵”系列無人機(jī)方案將原屬于忠誠僚機(jī)的作戰(zhàn)功能分散到不同的無人機(jī)平臺上，作戰(zhàn)時強(qiáng)調(diào)自主協(xié)作，整體上體現(xiàn)了一種低成本、系統(tǒng)化和通用化的發(fā)展思路。

卡雷拉項目

基于單一的忠誠僚機(jī)裝備無法按照預(yù)期對有人戰(zhàn)機(jī)產(chǎn)生實質(zhì)性的任務(wù)影響，而特定角色運(yùn)行的分布式無人機(jī)團(tuán)隊更能提高有人-無人協(xié)同作戰(zhàn)效能的認(rèn)知，洛馬公司于2022年7月詳細(xì)介紹了一種全面的多層、分布式有人-無人空戰(zhàn)概念的愿景，展示了4種無人駕駛平臺，如圖2所示。這些無人機(jī)將配合F-35和NGAD戰(zhàn)斗機(jī)，形成不同的有人-無人機(jī)分布式協(xié)同作戰(zhàn)編組，應(yīng)用于穿透防空強(qiáng)國的綜合防空系統(tǒng)。其中，通用多任務(wù)平臺（CMMT）無人機(jī)與X-61A類似，由其他無人機(jī)投放，并以十幾架為一組的蜂群形式執(zhí)行多種任務(wù)；戰(zhàn)術(shù)性可消耗作戰(zhàn)飛行器（TE-CAV）類似于具有隱身能力的巡航導(dǎo)彈，可伴隨F-35等戰(zhàn)斗機(jī)作戰(zhàn)，擴(kuò)大戰(zhàn)斗機(jī)在高威脅區(qū)執(zhí)行對空作戰(zhàn)的火力范圍；第三種無人機(jī)作為空中通信樞紐，加強(qiáng)作戰(zhàn)編組各裝備之間的聯(lián)通；最后一種下一代無人航空系統(tǒng)（NGUAS）相當(dāng)于RQ-170無人機(jī)的增強(qiáng)型，執(zhí)行ISR任務(wù)。

圖2 洛馬公司有人- 無人協(xié)同作戰(zhàn)場景

2022年9月，洛馬公司正式提出了自己的有人-無人協(xié)同作戰(zhàn)方案卡雷拉項目。設(shè)想在大約10年后的戰(zhàn)場上，一架C-130運(yùn)輸機(jī)放下一個裝有小型消耗性無人機(jī)的貨盤，無人機(jī)彈出并立即開始飛向F-35編隊。當(dāng)F-35飛行員飛向敵方地對空導(dǎo)彈基地時，向其控制的無人機(jī)發(fā)出收集數(shù)據(jù)等指令，根據(jù)一些無人機(jī)收集的數(shù)據(jù)，飛行員會收到可能的威脅警報，并使用來自前方偵察的其他無人機(jī)的信息建議更改路線?？ɡ桌椖款A(yù)計投資1億美元，其中2000萬美元用于升級F-35和開發(fā)無人機(jī)；4200萬美元用于編組作戰(zhàn)使能技術(shù)開發(fā)，包括人工智能開發(fā)和信息聯(lián)網(wǎng)等開放式架構(gòu)技術(shù)；3800萬美元用于戰(zhàn)場空間倍增器，包括低地球軌道衛(wèi)星和穿透性前向生存平臺。項目中的無人機(jī)為模塊化通用多任務(wù)飛行器，可根據(jù)任務(wù)定制載荷能力，代替有人機(jī)完成滲透性任務(wù)，其發(fā)展思路與通用原子系統(tǒng)公司類似。

后續(xù)，洛馬公司將開展“競速者”（Speed Racer）無人機(jī)與F-35戰(zhàn)斗機(jī)聯(lián)合飛行試驗。作為“卡雷拉項目”的低成本實驗性設(shè)計，“競速者”無人機(jī)采用數(shù)字工程和先進(jìn)制造技術(shù)，具備模塊化結(jié)構(gòu)，簡單配置后可完成不同任務(wù)。

CCA的后續(xù)走向

根據(jù)美國空軍的計劃，CCA項目很可能在2024年正式開始競爭，縱觀當(dāng)前已經(jīng)披露且符合項目需求的無人機(jī)方案，克雷托斯公司的XQ-58A“女武神”、波音公司的MQ-28A“幽靈蝙蝠”、通用原子航空系統(tǒng)公司的“棄兵”系列和洛馬公司卡雷拉項目都有可能中標(biāo)。

XQ-58A“女武神”項目源自美國空軍2016年啟動的低成本可消耗打擊驗證機(jī)（LCASD）項目，2019年成功試飛，目前處于生產(chǎn)型機(jī)型交付空軍試飛的階段。此外，2022年12月，美國國防部公告稱美國海軍已經(jīng)簽訂合同購買兩架XQ-58A作為其“穿透型、經(jīng)濟(jì)型自主協(xié)同殺手”項目的裝備之一，合同要求在2023年9月30日前完成交付，涉及生產(chǎn)和交付無人機(jī)，以及相應(yīng)的傳感器和武器系統(tǒng)等。相對于其他3種方案，就技術(shù)成熟度而言，XQ-58A處于領(lǐng)先地位。

MQ-28A“幽靈蝙蝠”源自波音公司和澳大利亞合作的 “空中力量編組系統(tǒng)”（ATS）項目，于2019年3月啟動，截至2021年11月已有兩個架次的原型機(jī)首飛，2022年重點測試了傳感器和任務(wù)化能力。

此前，洛馬公司對有人-無人編組作戰(zhàn)進(jìn)行了模擬，結(jié)果表明在高威脅區(qū)作戰(zhàn)時，單一的忠誠僚機(jī)裝備并沒有對任務(wù)過程做出重大貢獻(xiàn)，反而在穿透敵防空系統(tǒng)時有可能將整個編隊置于危險中；此外，洛馬公司認(rèn)為，能與有人機(jī)的性能匹配的無人機(jī)成本較高，并不適合“消耗”性作戰(zhàn)應(yīng)用?；谏鲜鲈?，洛馬公司決定放棄單獨的忠誠僚機(jī)概念，而將其任務(wù)能力分散到性能和成本各有不同的多種無人機(jī)中。按照洛馬公司的計劃，其低端無人機(jī)可在未來3 ～4年內(nèi)部署，特別是列裝美軍駐印太地區(qū)部隊，而更宏觀的未來空中作戰(zhàn)“分布式方案”將伴隨美國空軍NGAD服役，在本世紀(jì)30年代成熟。

通用原子航空系統(tǒng)公司尚未公布“棄兵”系列無人機(jī)發(fā)展時間表。該公司此前參與了美國國防預(yù)先研究計劃局（DARPA）的X-61A“小精靈”項目的競爭，雖在競爭中敗給了Dynetics公司，但公司在無人機(jī)方面經(jīng)驗豐富，包括MQ-1B“捕食者”（Predator）、“捕食者”C（Predator C）、MQ-9“死神”（Reaper）和MQ-1C“灰鷹”（Grey Eagle）等在內(nèi)的多型中、高空長航時察打一體機(jī)都曾在戰(zhàn)場上立下赫赫戰(zhàn)功，實力不容小覷。

在公司實力和產(chǎn)品進(jìn)度相當(dāng)?shù)那疤嵯拢珻CA項目后續(xù)花落誰家將以項目任務(wù)發(fā)布方也即美國空軍的具體需求為準(zhǔn)。根據(jù)美國空軍最近透露的項目細(xì)節(jié)，目前并未完全限定在作戰(zhàn)中單架有人戰(zhàn)機(jī)與無人機(jī)的具體配比，可能是一架，也有可能是多架，這意味著目前幾家公司的方案都有勝算；另外，從交付時間上而言，美國軍方可能會采取當(dāng)年“全球鷹”無人機(jī)的采購方案，直接進(jìn)入工程研制階段，邊使用、邊改進(jìn)，這表明軍方希望相關(guān)無人機(jī)產(chǎn)品能夠盡快交付，這可能是項目花落誰家的決定性因素；最后，成本也是軍方關(guān)注的重點因素，畢竟項目的出發(fā)點是以相對低的成本提升作戰(zhàn)效能，XQ-58A和MQ-28A的成本目前都在200萬～300萬美元左右，“棄兵”和卡雷拉項目無人機(jī)的成本尚未公布，單臺無人機(jī)的成本不會太高，如何在不超出總成本的前提下，權(quán)衡各型無人機(jī)成本分配將是洛馬公司和通用原子航空系統(tǒng)公司要重點考慮的問題。

CCA的動力需求

據(jù)克雷托斯公司透露，XQ-58A采用威廉姆斯公司的FJ33-5小型雙轉(zhuǎn)子渦扇發(fā)動機(jī)作為動力，該發(fā)動機(jī)推力8.32kN，技術(shù)成熟，運(yùn)行成本低，2011年單臺價格在40萬～43萬美元。據(jù)波音公司稱，MQ-28A采用的是商用渦扇發(fā)動機(jī)，根據(jù)進(jìn)氣口和噴管的尺寸，推測為小涵道比無加力渦扇發(fā)動機(jī)。綜合XQ-58A和MQ-28A動力來看，如果CCA項目選用單臺忠誠僚機(jī)方案，其動力需求為小涵道比無加力渦扇發(fā)動機(jī)。

而洛馬公司和通用原子航空系統(tǒng)公司的方案則截然不同。二者考慮將單臺忠誠僚機(jī)的功能分到多臺無人機(jī)上，形成“隱身ISR 無人機(jī)（類似于RQ-170）+戰(zhàn)術(shù)性可消耗作戰(zhàn)飛行器（類似于隱身巡航導(dǎo)彈）/察打一體平臺+通用多任務(wù)平臺（類似于X-61A 蜂群無人機(jī)）/長航時態(tài)勢感知平臺+通信中樞無人機(jī)/假想敵空戰(zhàn)訓(xùn)練平臺”的無人機(jī)簇。鑒于目前洛馬公司和通用原子航空系統(tǒng)公司無人機(jī)系統(tǒng)簇停留在方案階段，技術(shù)參數(shù)尚未完全明晰，只能通過已經(jīng)服役且功能相近的無人裝備動力（見表1）對動力需求進(jìn)行推測。

表1 與CCA項目系統(tǒng)簇?zé)o人機(jī)作戰(zhàn)功能接近的無人裝備動力

從已經(jīng)服役的無人機(jī)裝備的動力不難看出，具備隱身/察打一體/長航時偵察等功能的無人機(jī)動力基本以中等涵道比中小推力渦扇發(fā)動機(jī)為主，究其原因，是這些裝備要求高空、隱身、長航時和一定的機(jī)動性。隱身性限制了發(fā)動機(jī)涵道比不能過大，長航時要求發(fā)動機(jī)省油，適當(dāng)擴(kuò)大涵道比有益于發(fā)動機(jī)省油，中等涵道比渦扇發(fā)動機(jī)是首選；對飛行高度要求不高的長航時中空裝備的動力則涉及了渦槳和活塞式發(fā)動機(jī)，因為渦槳和活塞式發(fā)動機(jī)的耗油率較低、運(yùn)行成本也低，但飛行高度不佳，所以適用于中空長航時中空裝備；而具備態(tài)勢感知、空中打擊功能的小型可消耗無人裝備動力主要是小涵道比小推力渦扇發(fā)動機(jī)。綜合考慮CCA項目的裝備功能需求，未來CCA項目的動力需求將以中小涵道比中小推力渦扇發(fā)動機(jī)為主。

結(jié)束語

美國空軍近年來大力發(fā)展有人-無人裝備協(xié)同作戰(zhàn)模式，從最開始驗證有人-無人協(xié)同作戰(zhàn)核心自主系統(tǒng)的“天空博格人”計劃、驗證低成本裝備的低成本可消耗打擊驗證機(jī)（LCASD）計劃、機(jī)外感知站（OBSS）計劃，到后來的CCA項目，探索熱情持續(xù)高漲。而對相關(guān)低成本可消耗裝備的探索，從最開始單價200 ～300 萬美元的單一忠誠僚機(jī)裝備，到后續(xù)成本占NGAD戰(zhàn)斗機(jī)一半的無人機(jī)系統(tǒng)簇，體現(xiàn)了美國空軍在滿足作戰(zhàn)功能和降低裝備成本之間的權(quán)衡。在這個過程中，為了以較低成本實現(xiàn)作戰(zhàn)效能，美國空軍提出了模塊化的無人裝備發(fā)展模式。動力作為占據(jù)飛機(jī)裝備約1/3成本的高價值模塊，研制時或可參考相應(yīng)飛機(jī)裝備的發(fā)展模式，以一型渦扇發(fā)動機(jī)作為基準(zhǔn)，通過增大或縮小涵道比、增加或減少壓氣機(jī)級數(shù)或壓比的方式發(fā)展出無人機(jī)系統(tǒng)簇所需的全部動力。同時，考慮到動力研制時間一般長于飛機(jī)研制周期，研制單位如能積極關(guān)注飛機(jī)裝備發(fā)展趨勢，將有利于動力裝置的提前布局，占據(jù)相關(guān)市場。