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F-35戰機配置的戰鬥無人機僚機系統技術介紹

2024-03-08軍事

英國皇家空軍已經證實,預計到2023年將有一架原型忠誠僚機型無人駕駛飛機在空中飛行,該服務今天宣布,該飛機的合約已與選定的行業Prime簽訂。總部位於北愛爾蘭的Spirit AeroSystems將設計和制造原型「無人戰鬥機」,作為蚊子專案的新角色,努力開發能夠與有人駕駛飛機半自主合作的無人機。

Spirit AeroSystems剛剛收到的交易價值30萬英鎊,約合不到41萬美元,按撰寫本文時的匯率計算,預計將在三年內完成。一旦公司在蚊子專案下設計並建造了一個技術演示器,將決定是否啟動後續計劃以產生生產版本。最終,目的是證明低成本無人駕駛飛機的可行性,在本十年結束之前,該無人機有可能與皇家空軍(RAF)的歐洲戰鬥機台風和F-35B閃電以及現在正在開發的暴風雨未來隱形戰鬥機一起工作。預計英國忠誠的僚機將為其飛行員同行提供額外的「保護,生存能力和資訊,因為它飛行。

蜂群本質上對敵方防空系統構成固有威脅,壓倒傳感器及其操作員的目標太多,無法正確確定優先級,反應時間和協調攻擊超出了人類機組人員的能力。配備電子或網絡戰軟件包的無人機可能會進一步破壞或混淆對手的防禦網絡。

蜂群還可以充當誘餌,發出類似於大型飛機的訊號,分散敵人對更高價值威脅的註意力。這些無人駕駛飛機配備常規彈藥或定向能武器,可以自行摧毀防空系統,幫助為更常規飛機的後續打擊掃清道路。當然,無人機群也可以執行與敵方防空系統無關的任務。

建立一個完整的中隊來操作飛機的計劃確實指出,無人機比目前世界各地正在開發的各種空中和地面發射系統更大,特別是在美國,並且可以重復使用。這表明威廉臣並不是指較小的導彈類系統,例如美國空軍和海軍正在開發的微型空射誘餌-X(MALD-X)。他可能已經按照美國國防高級研究計劃局(DARPA)在Gremlins計劃下的工作描述了一個更小但可恢復的系統。

但據我們所知,聽起來更像是英國對美國無人機制造商奎托斯的隱形 XQ-58 Valkyrie 感興趣。美國空軍正計劃測試XQ-58,作為其自己的低成本可消耗打擊演示(LCASD)計劃的一部份,並設想該飛機成群作戰,並作為「忠誠僚機」,在那裏他們將與有人駕駛飛機聯網飛行。

XQ-58在概念藝術中被描述為具有飛機式三輪車起落架,是奎托斯地面發射的XQ-222(也稱為Valkyrie)的演變。該公司估計,每架XQ-222的成本約為3萬美元,不到空軍非隱形MQ-9收割機的飛行成本的四分之一。

盡管價格相對較低,但這種早期設計可以攜帶一對250磅級GBU-39 / B小直徑炸彈,電子戰系統,傳感器等。當該公司在2017年推出Valkyrie早期設計時,它表示無人駕駛飛機的最大航程將超過3,000英裏,作戰半徑可達1,500英裏,具體取決於內部的有效載荷。Jane's隨後報告說,無人機可以飛行的最大距離接近2,100英裏。在某些情況下,從倫敦到莫斯科的直射距離約為 1,500 英裏,戰鬥機的作戰範圍通常約為 700 至 1,100 英裏。

XQ-222本身是奎托斯之前使用無人駕駛戰術空中平台-22(UTAP-22)的產物,也稱為Mako。地面發射的UTAP-22是BQM-167A空中目標無人機的地面發射衍生產品,已經證明了其成群作戰和作為忠誠僚機的能力。

作為LANCA的一部份,已經在進行的工作也可能是國防部長威廉臣對新無人機群中隊的樂觀時間表的一部份。英國皇家空軍在該專案下追求的任何發展幾乎至少有助於滿足該服務的無人機群需求。

然而,LANCA的聲明重點更側重於開發比XQ-58更高端的UCAV,XQ-58將具有更大的整體能力和戰鬥機般的效能。這種無人駕駛飛機將能夠與未來的第六代有人駕駛戰鬥機密切合作,例如英國目前正在開發的暴風雨。

自2005年以來,總部位於英國的BAE系統公司一直致力於開發名為Taranis的概念驗證UCAV測試平台,該測試平台可以作為更適合滿足這一更強大要求的設計基礎。它還可以為任何新的無人機群單位提供上層能力。

事實證明,國防部急於建立一個配備低端飛機(如XQ-58)的無人機群中隊,也將作為建立完整的UCAV中隊的墊腳石。過去,BAE曾表示,基於Taranis的營運UCAV將在「2030年後」投入營運,這與英國希望開始接收暴風雨戰鬥機的時間相同。

成初始無人機中隊的招標並在未來三年內全面開發所選系統將使英國皇家空軍人員有充足的時間開始制定戰術,技術和程式,以便在未來十年內全面使用UCAV。在收購了更昂貴、密度更低的高端平台之後,對可消耗系統的需求(即低成本、大批次的車隊)將不那麽緊迫,但越來越明顯的是,一個系統真的不能完全取代其他能力。

另一種可能性是,英國國防部已經購買了一個正在進行的但秘密的美國無人作戰飛行器計劃。你可以閱讀所有關於美國如何在近二十年前證明改變遊戲規則的技術,在我們過去的這個特寫中,似乎完全從視野中消失了,從美國空軍的白話和對未來的願景中消失了。

快進到今天,有許多跡象表明這項技術被拖入了分隔程式的「黑色」世界。如果確實如此,那麽由於我們在之前連結的專題中討論的許多原因,這是一個不幸的舉動,但有跡象表明這可能即將結束。其中包括在洛克希德馬丁公司的沃斯堡工廠大力招聘一個未具名的生產計劃,以及美國空軍領導層在這個話題上的持續沈默,即使全球的同行國家競爭對手現在正在公開開發這種能力。

透過聯手開展UCAV計劃,美國和英國可以集中資源,實作更好的規模經濟和更深層次的互操作性。兩國之間有很長的歷史,但最近它正變得越來越普遍。近年來,英國皇家空軍采用了RC-135鉚釘接頭,P-8波塞冬和MQ-9收割機,而不是開發本土解決方案來滿足這些任務集。F-35B聯合攻擊戰鬥機是另一個例子。

為了使共享的UCAV計劃發展成為一個具有戰略影響力的規模,並真正利用其獨特的集群概念,將其從陰影中轉移到光明中進行全速生產至關重要。威廉臣的評論可能反映了這一現實。此外,透過參加美國的UCAV計劃,皇家空軍將更好地準備在未來幾年引入一個本土的,可能以塔拉尼斯的繼任者為基礎。

對於許多較小的國家來說,將更大份額的空戰負擔從有人駕駛飛機轉移到無人駕駛飛機已經很有吸重力,因為與有人駕駛飛機相比,這些平台的成本較低,此外還節省了飛行員培訓和基礎設施。隨著時間的推移,UCAV只會變得更加先進和自主,以更低的成本提供非常接近有人駕駛戰鬥機和其他戰鬥機的能力。根據它們的編程方式,UCAV群也可以比人工控制的團隊以協調的方式更快地行動,並始終更好地發揮其最大潛力。蜂群中的無人機還提供了載人平台無法提供的更大範圍和更低的可觀測性。

鑒於英國即將脫離歐盟的經濟不確定性,英國對追求這種無人空戰能力越來越感興趣,這更不足為奇。現有的預算緊縮和國防削減已經讓人質疑該國開發新型載人隱形戰鬥機的現實程度,即使可能對外合作。

蜂擁而至的無人機計劃還將有助於確保英國未來能夠繼續在空戰領域與同行競爭。對於中國尤其如此,但在較小程度上,俄羅斯也是如此,因為這兩個國家都在繼續在UCAV和集群能力上投入大量資源。

英國國防部(MOD)還透露了更多細節,說明它預計其未來的忠誠僚機將如何運作。無人機將「與戰鬥機一起高速飛行」,並將攜帶「導彈,監視和電子戰技術」。預計這架飛機將瞄準並擊落敵機並「在地對空導彈中生存」。

「我們正在采取一種革命性的方法,著眼於像蚊子這樣的成群無人機和無人駕駛戰鬥機,以及像暴風雨這樣的駕駛戰鬥機,這將以自噴射式飛機時代到來以來從未見過的方式改變戰鬥空間,」空軍參謀長米克威格斯頓元帥宣布。

除了這些細節之外,國防部今天還釋出了一個新的數碼生成概念圖,這是一個忠誠的僚機設計,在這個故事的頂部看到,與F-35B一起飛行,盡管目前還不清楚這是否代表蚊子計劃技術演示器,或後續生產版本。無論哪種方式 - 無論這個概念多麽名義 - 它與皇家空軍和國防部在2019年皇家國際航空紋身上展示的模型大致相似。

最新概念保留了相對狹窄的機身,帶有後掠翼和V型尾翼,盡管飛行表面變得更大,機翼現在具有突出的向下傾斜的尖端。保留了低可觀察的特征,包括背側進氣口和機身下巴線,而排氣口似乎具有鋸齒狀噴嘴。

蚊子計劃是英國皇家空軍輕型經濟新型戰鬥機(LANCA)概念的一部份。LANCA由國防部國防科學技術實驗室(Dstl)執行機構於2015年啟動,旨在「了解創新的作戰空中技術和概念,可大幅降低成本和開發時間。雖然它由Dstl管理,但LANCA(包括Project Mosquito)由英國皇家空軍的快速能力辦公室(RCO)領導。

反過來,LANCA屬於一個更廣泛的專案,即未來作戰空中系統技術計劃(FCAS TI),其中還包括暴風雨未來有人駕駛戰鬥機。去年2020月,英國首相鮑利斯·莊遜(Boris Johnson)宣布,FCAS TI將成為國防研發額外投資的受益者之一。正如總理在1年5月宣布的那樣,整個FCAS計劃將受益於對軍事研發的額外計劃投資的一部份,總額為2億英鎊。

去年10月,龐巴迪北愛爾蘭分部移交給美國Spirit AeroSystems後,Spirit AeroSystems開始領導蚊子專案的設計和原型制作工作。最初,龐巴迪宇航集團的貝爾法斯特分部和諾斯羅普·格魯曼英國公司合並為一個名為Black Dawn的財團,由Callen-Lenz領導。該小組是該專案第一階段的三個參賽者之一,與波音公司和藍熊系統研究公司領導的另一個團隊競爭。

雖然已經證實諾斯羅普·格魯曼英國公司仍然是現在由Spirit AeroSystems領導的團隊的一部份,但在新聞稿或英國皇家空軍中沒有提到Callen-Lenz,這表明該公司不再參與其中。如果是這樣,這也可以解釋為什麽出價不再被命名為Black Dawn。

憑借其在為澳洲政府開發空中力量編隊系統(ATS)方面的所有經驗,人們可能已經預料到波音公司將成為為英國設計新的忠誠僚機的領跑者,但它也可能在LANCA中找到一個角色,澳洲已經允許波音公司與英國共享ATS數據。過去,國防部表示不排除將新合約授予三個蚊子專案競爭者中的一個以上。

ATS旨在與「忠誠僚機」角色的載人空中資產合作,並且成本非常低。實際上,這一概念必須有可能以購買全載人機身的一小部份成本大幅擴大戰術噴射式飛機的規模,同時還將一套全新的破壞性戰術註入空軍的劇本。它還將使載人資產更具生存能力,因為在某些任務最可怕的部份不必冒險。

人工智能(AI)和一定程度的自主性的結合是真正創造革命效能力的關鍵,這種能力可以作為現有有人駕駛戰鬥機的巨大力量倍增器。這些無人機不會像MQ-9收割者無人機那樣與飛行員遠端控制飛行。它們將更多地在點選式桌面或螢幕頂部樣式的界面中定向。在人工智能的幫助下,他們可以自動化這個過程的大部份,讓他們的人類霸主專註於大的戰術圖景,而不是不斷的小導航和戰術任務。即使在操作員做出重大戰術決策之前,在正確的時間出現在正確的地點,這將在附近的飛機上飛行,在空戰情況下也可能是一個巨大的幫助。

ATS的大部份開發已經發生在虛擬空間中,無論是在模擬器中,包括飛行員可以與之互動並就飛機在他們的指揮下的表現提供反饋的模擬器,還是透過使用飛機本身的虛擬模型,這是該公司有史以來最先進的設計。

你可以在這裏深入閱讀這個「數碼孿生」概念,基本上是飛機及其相關系統的高度詳細的虛擬模型,允許進行一系列測試、開發和培訓,而無需飛行器的物理表現。這節省了大量的時間和金錢,波音公司對ATS數碼孿生非常有信心,他們說它允許他們的團隊在系統仍在開發時加快系統的部署,這個過程通常被稱為並行。

數碼孿生不僅僅是虛擬仿真。該飛行器將利用的軟件和界面允許次級物理飛行替代品代替全尺寸無人機,即使在飛機本身正在建造中,也可以進行測試和降低風險的工作。

ATS機身有一個鼻子。飛機的最大特點之一是機頭部份可以在任務之間快速交換,根據任務集為無人機提供一套全新的功能,而核心機身保持不變。

八英尺半長的卡扣式卡扣式機頭有大約 9,000 立方英寸的空間,可以攜帶任何可以塞進去的東西。能夠更換有效載荷以重新扮演這樣的無人機角色是我多年前在無人作戰飛行器(UCAV)的大型專題中描述的關鍵原則之一,它更多的是相對容易地改變單個無人駕駛飛機的角色。

如果你能換掉像這樣的飛機上的主要傳感器和技術有效載荷,你可以為手頭的任何任務客製一群它們。例如,如果任務是對付敵方戰鬥機,一架無人機可以打包紅外搜尋和跟蹤系統,而另外兩架無人機可以打包雷達,而另一架則包含通訊閘道器,而另一架則包含電子戰有效載荷和防禦激光系統。透過這種方式,您可以獲得正確的功能組合,以對敵人施加最大壓力,而不必購買需要同時容納所有這些系統的無人機,這將要貴得多。波音公司在這裏用模組化機頭做的事情比乍一看更能改變遊戲規則。使用整個機頭部份是一個好主意,因為這是一些傳感器和有效載荷必須存在的地方才能最有效。SR-71黑鳥系列飛機在幾十年前成功地使用了類似的系統。

該計劃的目標是制造一種「可消耗」(可選一次性)忠誠的僚機無人機,該無人機具有生存能力且高度靈活,但每架成本約為2萬美元 - 不比戰斧巡航導彈的價格高多少。目前尚不清楚這兩個計劃的匹配程度,但考慮到這些飛機將用於非常高風險的情況,一些飛機將在戰鬥中遺失的想法被納入支撐它們的總體概念中。這一切都是能力(包括生存能力)與成本的平衡。

這種平衡行為對ATS的設計產生了重大影響。雖然飛機的設計具有低可觀測(隱身)特征,但效能和成本必須與機身的可探測性進行權衡。當被問及為什麽不使用飛翼而不是更傳統的戰鬥機式布局時,ATS團隊指出,飛翼的制造成本很高,飛行起來也無情。他們還指出,他們的設計有一些機動性技巧,其相對簡單但強大的四控制表面布置,其中包括與YF-23相似的相對巨大的「尾巴」。因此,該團隊認為他們的飛機在更廣泛的效能和標誌性目標方面「足夠好」,這使他們能夠保持相對較低的價格和復雜性。

說到復雜性或缺乏復雜性,ATS飛機的整個機翼部份僅由兩個大的復合材料部件組成,一個用於上機翼,一個用於下機翼。它們采用787首創的先進窯外樹脂灌註工藝制造。無人駕駛噴射式飛機的其余部份還使用先進的復合材料制造,可降低成本和生產時間,同時還堅固、耐腐蝕且重量輕。

ATS不僅會利用其卡扣式機頭有效載荷和纖細的機身來協助戰鬥機執行各種任務,例如反空,打擊,偵察和電子攻擊。相反,波音公司看到他們的ATS無人機編隊伴隨著大型戰鬥機,如加油機,海上巡邏機以及機載預警和控制噴射式飛機。這對澳洲來說非常有意義,澳洲正在大力投資所有這些高價值飛機類別。

這項高價值的資產保護任務將使有人駕駛的戰鬥機騰出時間執行其他前線任務,並將圍繞空軍最脆弱但也最關鍵的空中資產提供防禦。

波音公司意識到,即使使用寬面板顯視器,戰鬥機駕駛艙的範圍也可能無法最大限度地發揮ATS的潛力。像上面提到的那些更大的飛機,可能包括具有寬螢幕的大型ATS機組站,以更復雜地控制ATS無人機的編隊甚至編隊。波音公司指出,他們看到一架戰鬥機控制著三到四架無人駕駛飛機,因此不難想象像E-7楔尾這樣的飛機控制著這個數碼的倍數。

有趣的是,最新的MOD新聞稿沒有提到任何集群能力,盡管過去人們預計這將包括在內。事實上,眾所周知,國防部正在研究開發成群小型無人機的可行性,英國皇家空軍現在已經建立了一個專門的無人機開發單位,即第 216 中隊。

英國部署蜂擁無人機的野心也可能與意大利國防承包商李安納度最近與英國皇家空軍合作展示的自主無人機群相吻合,每架無人機都攜帶其BriteCloud消耗性主動誘餌的變體作為電子戰有效載荷。使用包含電子戰幹擾器的BriteClouds,無人機能夠對充當名義敵人綜合防空網絡的替代品的雷達發起模擬非動能攻擊。這項工作還涉及Callen-Lenz,它最初是Black Dawn團隊的一部份,以及Blue Bear Systems Research。

英國皇家空軍的保護者計劃也在取得進展。這項努力旨在為該服務提供更有能力的繼任者,以取代其收割者遙控中空,長航時無人機。

與此同時,蚊子計劃——以及更廣泛的LANCA倡議——表明United Kindom正日益擁抱無人駕駛的未來。現在,已經為蚊子計劃選擇了主承包商,我們希望不會等太久,直到我們看到該國第一架忠誠的僚機無人機。