近年來，美國在無人機(jī)領(lǐng)域不斷取得突破，尤其是靜音無人機(jī)的發(fā)展。靜音無人機(jī)具備出色的隱蔽性，用于軍事領(lǐng)域，能夠悄無聲息地接近目標(biāo)區(qū)域，避免被對方偵測系統(tǒng)及人員發(fā)現(xiàn)，從而大大提高了任務(wù)成功率。特別是在敵對環(huán)境中，能長時間安靜飛行的無人機(jī)毫無疑問能降低被發(fā)現(xiàn)的可能性，能夠在對方縱深執(zhí)行偵察任務(wù)，長時間在目標(biāo)區(qū)域上空滯留，進(jìn)行持續(xù)監(jiān)視，獲取動態(tài)變化信息，實現(xiàn)對目標(biāo)的持續(xù)抵近監(jiān)視，獲取寶貴的第一手情報。

美國靜音無人機(jī)主要型號

“大角貓頭鷹”隱身無人機(jī)

大約十年前，美國空軍實驗室（AFRL）受美國情報高級研究計劃局（IARPA）委托，開始研究先進(jìn)混合動力推進(jìn)系統(tǒng)的實驗型超靜音偵察無人機(jī)。

“大角貓頭鷹”編號為XRQ-72A，由諾斯羅普·格魯曼子公司縮比復(fù)材（Scaled Composites）研制，空軍研究實驗室（AFRL）支持了“大角貓頭鷹”計劃，IARPA于2011年首次披露了該計劃。

為了實現(xiàn)低噪音，XRQ-72A采用了不同尋常的混合動力系統(tǒng)。中央機(jī)身內(nèi)部安裝了兩臺直接燃燒燃料的發(fā)電機(jī)來產(chǎn)生電能，再用電能驅(qū)動安裝在飛翼頂部的四個涵道風(fēng)扇產(chǎn)生推力。示意圖還顯示XRQ-72A在下顎安裝了球形傳感器轉(zhuǎn)塔，可以內(nèi)置各種類型的攝像機(jī)。

XRQ-72A采用飛翼布局，翼展9.14m，機(jī)長3.41m，高度1.22m。一份文件稱“大角貓頭鷹”是一種重量136-181kg的小型無人機(jī)。從該機(jī)設(shè)計圖看，機(jī)翼上表面的進(jìn)氣口和排氣口帶有一定隱身特征，該機(jī)基本上由復(fù)合材料制成。

“Ghost4”AI靜音無人機(jī)

2020年9月，美國國防科技初創(chuàng)公司Anduri宣布正式推出AI無人機(jī)“Ghost4”，“Ghost4”是一款小型、超靜音的無人機(jī)，這讓它難以被探測到。該無人機(jī)可在60s內(nèi)完成安裝，長約兩米，飛行時間超過100分鐘，具備實時情報、監(jiān)視和偵察等功能，可自動完成檢測、分類等任務(wù)，可以在低頻寬或擁擠的環(huán)境中追蹤目標(biāo)，已應(yīng)用于美國海關(guān)與邊境保護(hù)局識別穿越邊境人員。

美陸軍與優(yōu)步公司開發(fā)的靜音無人機(jī)

2018年5月，美國陸軍與優(yōu)步公司合作開發(fā)更安全、更致命的無人機(jī)。通過開發(fā)靜音旋翼技術(shù)，降低傳統(tǒng)無人機(jī)旋翼產(chǎn)生的噪音。

優(yōu)步公司尋求解決噪音問題的一種技術(shù)是在飛行器上安裝向同一方向旋轉(zhuǎn)的堆疊旋翼。傳統(tǒng)上無人機(jī)使用相反方向旋轉(zhuǎn)的堆疊旋翼，當(dāng)旋翼相互向相反方向旋轉(zhuǎn)時，就會產(chǎn)生一種氣流，導(dǎo)致行動中的噪音。研究表明，讓它們向同一方向旋轉(zhuǎn)并調(diào)整它們的相互位置，與傳統(tǒng)操作相比，利用這種技術(shù)能提供性能優(yōu)勢，同時降低噪音。

Exosonic低聲爆超聲速無人機(jī)

2021年10月，開發(fā)低聲爆超聲速飛機(jī)的Exosonic公司贏得了美空軍對其無人驗證機(jī)的資助?？哲娚芷诠芾碇行牡腁FWERX創(chuàng)新中心授予其直接到第二階段的小企業(yè)創(chuàng)新研究（SBIR）合同，進(jìn)行超聲速無人驗證機(jī)的研發(fā)。

由于訓(xùn)練預(yù)算有限和飛行員短缺，美空軍無法高效地培養(yǎng)出新的、訓(xùn)練有素的戰(zhàn)斗機(jī)飛行員。因此數(shù)量有限的戰(zhàn)斗機(jī)飛行員正在接受足夠數(shù)量的實彈訓(xùn)練，以保證美國對抗近對等對手。

Exosonic的超聲速無人機(jī)將作為一個模擬對手，在實戰(zhàn)飛行訓(xùn)練演習(xí)中給戰(zhàn)斗機(jī)飛行員施加壓力。該無人機(jī)配備了各種有效載荷和傳感器，可以以現(xiàn)有空中訓(xùn)練解決方案的一小部分成本進(jìn)行訓(xùn)練，不僅可以節(jié)省數(shù)百萬美元的訓(xùn)練費用，還可以減少美空軍現(xiàn)有作戰(zhàn)飛機(jī)的磨損。除此之外還可以將戰(zhàn)斗機(jī)飛行員的飛行時間集中在己方飛機(jī)的訓(xùn)練上，而無需再花時間模擬敵方飛機(jī)，Exosonic將繼續(xù)探索其超聲速無人機(jī)的更多應(yīng)用，以幫助國防部在面臨即將到來的近對等對手威脅時實現(xiàn)有效應(yīng)對。

靜音離子推進(jìn)驗證機(jī)

NASA正在資助麻省理工學(xué)院（MIT）的研究人員為城市無人機(jī)和潛在的空中出租車開發(fā)近乎靜音的推進(jìn)系統(tǒng)。

2018年11月，MIT教授史蒂文·巴雷特領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊試飛了一架采用EAD推進(jìn)的飛機(jī)，飛機(jī)重量僅為2.3kg，產(chǎn)生的推力不到4.45N，在空中飛行了49m。這是第一架采用固態(tài)推進(jìn)的飛機(jī)。MIT研究表明，使用傾斜電動空氣動力學(xué)（EAD）推進(jìn)器的無人垂直起降（VTOL）飛機(jī)理論上能夠執(zhí)行有用的城市空中交通任務(wù)，這種近乎靜音的推進(jìn)系統(tǒng)消除了可能導(dǎo)致社區(qū)反對的噪聲干擾，第一階段的重點是概念飛機(jī)設(shè)計和推進(jìn)器建模。第二階段撥款是根據(jù)NASA創(chuàng)新先進(jìn)概念（NIAC）計劃授予的，將繼續(xù)致力于電動空氣動力學(xué)（EAD）推進(jìn)。

W h i s p e r Drone電動無人機(jī)

2 0 2 3年4月，美國初創(chuàng)公司W(wǎng)hisper航空公司已經(jīng)籌集了3200萬美元的A輪融資，為美國國防部開發(fā)從地面聽不到聲音的情報、監(jiān)視和偵察（ISR）無人偵察機(jī)。Whisper航空公司已為五角大樓完成了對其新型超靜音、高效、電動飛機(jī)推進(jìn)技術(shù)的驗證測試，旨在用于情報、監(jiān)視、偵察（ISR）。

該公司設(shè)計了一型ISR無人機(jī)，驗證其技術(shù)。該機(jī)重25kg，推力44N，飛行高度約60m，無人機(jī)在此高度飛行時，地面的觀察員無法探聽到無人機(jī)的聲音。

Whisper降低無人機(jī)推進(jìn)器噪聲的方法是：檢查所有噪聲源，然后調(diào)整每個源的聲音內(nèi)容，以最小化振幅并調(diào)整頻率，從而減少對人類的影響，并融入背景噪聲。一些音調(diào)被移到超聲波范圍內(nèi)，超出了人類的聽覺范圍。Whisper還在考慮將其低噪聲推進(jìn)器集成到高速垂直起降飛機(jī)（HSVTOL）中，以供空軍和美國特種作戰(zhàn)司令部使用。

北極星公司無人機(jī)

美國北極星公司在2023年波蘭軍警防務(wù)展上推出一款用于長航時靜音飛行的無人機(jī)，與現(xiàn)有類似無人機(jī)相比，其重量更輕、成本效益更高，具有較好的通用性，可攜帶多種有效載荷，特別是利用人工智能算法擴(kuò)展了無人機(jī)的飛行能力。該無人機(jī)翼展2.2m，最大起飛重量4.5kg，飛行速度為45-110千米/小時，最高升限4000m，作戰(zhàn)環(huán)境溫度-20℃-50℃，可用背包攜帶；機(jī)身采用碳纖維-玻璃纖維復(fù)合材料，輕便耐用；由一個帶有可折疊螺旋槳的靜音電動機(jī)提供動力；飛行準(zhǔn)備時間只需5分鐘，能以45°角度手動發(fā)射，無需任何地面基礎(chǔ)設(shè)施；采用了人工智能算法，使無人機(jī)能夠定位和利用熱上升氣流，從而增加其無發(fā)動機(jī)飛行時間。依靠這一算法該無人機(jī)續(xù)航時長可達(dá)4h。

“小角貓頭鷹”超靜音無人機(jī)

2024年4月，美情報高級研究計劃局（IARPA）表示，將在未來幾周內(nèi)向情報機(jī)構(gòu)提供4架“小角貓頭鷹”（LHO）項目原型機(jī)。作為IARPA的機(jī)密項目之一，“小角貓頭鷹”是一款超靜音、迷你型無人機(jī)，重點在靜音機(jī)身、靜音推進(jìn)系統(tǒng)、新提升力、控制方式等方面進(jìn)行了改進(jìn)，可提供聲學(xué)“足跡”預(yù)測工具，以進(jìn)一步執(zhí)行重要的情報和軍事任務(wù)?！靶〗秦堫^鷹”原型機(jī)總質(zhì)量25kg，可攜帶44.5kg情報、監(jiān)視和偵察傳感器有效載荷，任務(wù)飛行半徑48km，停留時間小于30分鐘。

關(guān)鍵技術(shù)

美軍超靜音無人機(jī)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括混合動力推進(jìn)系統(tǒng)、低噪音設(shè)計、隱身技術(shù)、高效能源利用和智能化控制等。這些技術(shù)共同作用，使得超靜音無人機(jī)能夠在執(zhí)行偵察、監(jiān)視等任務(wù)時，具有高度的隱蔽性和有效性。

混合動力推進(jìn)系統(tǒng)通過結(jié)合燃料發(fā)動機(jī)和電動機(jī)的優(yōu)勢，提高了燃油效率和降低了噪音水平。例如，低語航空公司在2023年6月美國航空航天學(xué)會（AIAA）航空論壇上透露了一種非常安靜的涵道風(fēng)扇技術(shù)。該公司表示，已經(jīng)設(shè)計并制造了一種葉尖速度非常慢的涵道風(fēng)扇發(fā)動機(jī)，由于一些噪聲發(fā)生在人耳聽不見的超聲波范圍內(nèi)，因此具有很好的靜音性能。其涵道風(fēng)扇的推力效率比目前使用的最好的涵道風(fēng)扇高20%，低語航空公司發(fā)動機(jī)現(xiàn)在處于第九代設(shè)計和測試階段，通過一架25kg的無人機(jī)對其進(jìn)行了驗證。該公司透露，這種無人機(jī)即便在頭頂61m的高度飛行時，人耳也不會聽見噪聲。

靜音技術(shù)是靜音無人機(jī)的核心特征，它涉及降噪措施的設(shè)計和實施，以減少無人機(jī)的聲學(xué)特征，靜音技術(shù)的關(guān)鍵在于降低發(fā)動機(jī)噪聲、氣動噪聲和機(jī)械噪聲。降低發(fā)動機(jī)噪音通常涉及到使用特殊的發(fā)動機(jī)設(shè)計，如混合動力推進(jìn)系統(tǒng)，以及采用低噪聲的發(fā)動機(jī)葉片和隔音材料。氣動噪聲的減少則通過優(yōu)化機(jī)身和機(jī)翼的形狀，減少氣流分離和渦流的形成，以及使用吸音材料。機(jī)械噪聲的降低則涉及到使用減震材料和設(shè)計，減少機(jī)身內(nèi)部機(jī)械部件的噪聲。

2020年11月，美陸軍研究實驗室的研究人員與優(yōu)步公司和得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校合作，研究發(fā)現(xiàn)同軸共旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子或堆疊轉(zhuǎn)子，可能提供更好的性能和更低的噪聲。與傳統(tǒng)的旋翼將葉片排列在一個平面上不同，堆疊式旋翼將葉片放置在多個平面上。研究結(jié)果顯示，等間距轉(zhuǎn)子葉片的堆疊轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的噪聲水平最低。2023年2月報道的美國麻省理工學(xué)院林肯實驗室的一個研究團(tuán)隊針對多旋翼飛行器螺旋槳工作時噪聲問題探究了不同形狀螺旋槳對噪聲的影響，并提出一種新構(gòu)型環(huán)形靜音螺旋槳概念。團(tuán)隊成員利用3D打印技術(shù)實現(xiàn)實物制造，通過多次迭代，其最終設(shè)計在提供同等推力的情況下，降低了1-5kHz范圍內(nèi)的噪聲水平以及總體噪聲水平。該團(tuán)隊發(fā)布的視頻顯示，如果感知同樣強(qiáng)度的噪聲，離環(huán)形螺旋槳的無人機(jī)的距離僅為離普通旋翼的無人機(jī)的一半。

隱身技術(shù)通過采用特殊材料和設(shè)計，降低了無人機(jī)的雷達(dá)截面積，提高了其在敵方偵測系統(tǒng)下的生存能力。高效能源利用技術(shù)使得無人機(jī)能夠在長時間內(nèi)保持穩(wěn)定的飛行性能。智能化控制技術(shù)則提高了無人機(jī)的自主飛行能力和任務(wù)執(zhí)行效率。

結(jié)束語

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，靜音無人機(jī)的性能將得到進(jìn)一步提升，技術(shù)的發(fā)展必將促使無人機(jī)戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法不斷創(chuàng)新，并將重新定義戰(zhàn)爭規(guī)則，這將給我國安全環(huán)境造成很大挑戰(zhàn)。我們必須持續(xù)跟蹤美軍靜音無人機(jī)的發(fā)展情況，分析其關(guān)鍵技術(shù)，通過對美軍靜音無人機(jī)的深入研究，有助于我國加快相關(guān)技術(shù)發(fā)展，提高無人機(jī)作戰(zhàn)效能。