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F-35战机配置的战斗无人机僚机系统技术介绍

2024-03-08军事

英国皇家空军已经证实,预计到2023年将有一架原型忠诚僚机型无人驾驶飞机在空中飞行,该服务今天宣布,该飞机的合同已与选定的行业Prime签订。总部位于北爱尔兰的Spirit AeroSystems将设计和制造原型「无人战斗机」,作为蚊子项目的新角色,努力开发能够与有人驾驶飞机半自主合作的无人机。

Spirit AeroSystems刚刚收到的交易价值30万英镑,约合不到41万美元,按撰写本文时的汇率计算,预计将在三年内完成。一旦公司在蚊子项目下设计并建造了一个技术演示器,将决定是否启动后续计划以产生生产版本。最终,目的是证明低成本无人驾驶飞机的可行性,在本十年结束之前,该无人机有可能与皇家空军(RAF)的欧洲战斗机台风和F-35B闪电以及现在正在开发的暴风雨未来隐形战斗机一起工作。预计英国忠诚的僚机将为其飞行员同行提供额外的「保护,生存能力和信息,因为它飞行。

蜂群本质上对敌方防空系统构成固有威胁,压倒传感器及其操作员的目标太多,无法正确确定优先级,反应时间和协调攻击超出了人类机组人员的能力。配备电子或网络战软件包的无人机可能会进一步破坏或混淆对手的防御网络。

蜂群还可以充当诱饵,发出类似于大型飞机的信号,分散敌人对更高价值威胁的注意力。这些无人驾驶飞机配备常规弹药或定向能武器,可以自行摧毁防空系统,帮助为更常规飞机的后续打击扫清道路。当然,无人机群也可以执行与敌方防空系统无关的任务。

建立一个完整的中队来操作飞机的计划确实指出,无人机比目前世界各地正在开发的各种空中和地面发射系统更大,特别是在美国,并且可以重复使用。这表明威廉姆森并不是指较小的导弹类系统,例如美国空军和海军正在开发的微型空射诱饵-X(MALD-X)。他可能已经按照美国国防高级研究计划局(DARPA)在Gremlins计划下的工作描述了一个更小但可恢复的系统。

但据我们所知,听起来更像是英国对美国无人机制造商奎托斯的隐形 XQ-58 Valkyrie 感兴趣。美国空军正计划测试XQ-58,作为其自己的低成本可消耗打击演示(LCASD)计划的一部分,并设想该飞机成群作战,并作为「忠诚僚机」,在那里他们将与有人驾驶飞机联网飞行。

XQ-58在概念艺术中被描述为具有飞机式三轮车起落架,是奎托斯地面发射的XQ-222(也称为Valkyrie)的演变。该公司估计,每架XQ-222的成本约为3万美元,不到空军非隐形MQ-9收割机的飞行成本的四分之一。

尽管价格相对较低,但这种早期设计可以携带一对250磅级GBU-39 / B小直径炸弹,电子战系统,传感器等。当该公司在2017年推出Valkyrie早期设计时,它表示无人驾驶飞机的最大航程将超过3,000英里,作战半径可达1,500英里,具体取决于内部的有效载荷。Jane's随后报告说,无人机可以飞行的最大距离接近2,100英里。在某些情况下,从伦敦到莫斯科的直射距离约为 1,500 英里,战斗机的作战范围通常约为 700 至 1,100 英里。

XQ-222本身是奎托斯之前使用无人驾驶战术空中平台-22(UTAP-22)的产物,也称为Mako。地面发射的UTAP-22是BQM-167A空中目标无人机的地面发射衍生产品,已经证明了其成群作战和作为忠诚僚机的能力。

作为LANCA的一部分,已经在进行的工作也可能是国防部长威廉姆森对新无人机群中队的乐观时间表的一部分。英国皇家空军在该项目下追求的任何发展几乎至少有助于满足该服务的无人机群需求。

然而,LANCA的声明重点更侧重于开发比XQ-58更高端的UCAV,XQ-58将具有更大的整体能力和战斗机般的性能。这种无人驾驶飞机将能够与未来的第六代有人驾驶战斗机密切合作,例如英国目前正在开发的暴风雨。

自2005年以来,总部位于英国的BAE系统公司一直致力于开发名为Taranis的概念验证UCAV测试平台,该测试平台可以作为更适合满足这一更强大要求的设计基础。它还可以为任何新的无人机群单位提供上层能力。

事实证明,国防部急于建立一个配备低端飞机(如XQ-58)的无人机群中队,也将作为建立完整的UCAV中队的垫脚石。过去,BAE曾表示,基于Taranis的运营UCAV将在「2030年后」投入运营,这与英国希望开始接收暴风雨战斗机的时间相同。

成初始无人机中队的招标并在未来三年内全面开发所选系统将使英国皇家空军人员有充足的时间开始制定战术,技术和程序,以便在未来十年内全面使用UCAV。在收购了更昂贵、密度更低的高端平台之后,对可消耗系统的需求(即低成本、大批量的车队)将不那么紧迫,但越来越明显的是,一个系统真的不能完全取代其他能力。

另一种可能性是,英国国防部已经购买了一个正在进行的但秘密的美国无人作战飞行器计划。你可以阅读所有关于美国如何在近二十年前证明改变游戏规则的技术,在我们过去的这个特写中,似乎完全从视野中消失了,从美国空军的白话和对未来的愿景中消失了。

快进到今天,有许多迹象表明这项技术被拖入了分隔程序的「黑色」世界。如果确实如此,那么由于我们在之前链接的专题中讨论的许多原因,这是一个不幸的举动,但有迹象表明这可能即将结束。其中包括在洛克希德马丁公司的沃斯堡工厂大力招聘一个未具名的生产计划,以及美国空军领导层在这个话题上的持续沉默,即使全球的同行国家竞争对手现在正在公开开发这种能力。

通过联手开展UCAV计划,美国和英国可以集中资源,实现更好的规模经济和更深层次的互操作性。两国之间有很长的历史,但最近它正变得越来越普遍。近年来,英国皇家空军采用了RC-135铆钉接头,P-8波塞冬和MQ-9收割机,而不是开发本土解决方案来满足这些任务集。F-35B联合攻击战斗机是另一个例子。

为了使共享的UCAV计划发展成为一个具有战略影响力的规模,并真正利用其独特的集群概念,将其从阴影中转移到光明中进行全速生产至关重要。威廉姆森的评论可能反映了这一现实。此外,通过参加美国的UCAV计划,皇家空军将更好地准备在未来几年引入一个本土的,可能以塔拉尼斯的继任者为基础。

对于许多较小的国家来说,将更大份额的空战负担从有人驾驶飞机转移到无人驾驶飞机已经很有吸引力,因为与有人驾驶飞机相比,这些平台的成本较低,此外还节省了飞行员培训和基础设施。随着时间的推移,UCAV只会变得更加先进和自主,以更低的成本提供非常接近有人驾驶战斗机和其他战斗机的能力。根据它们的编程方式,UCAV群也可以比人工控制的团队以协调的方式更快地行动,并始终更好地发挥其最大潜力。蜂群中的无人机还提供了载人平台无法提供的更大范围和更低的可观测性。

鉴于英国即将脱离欧盟的经济不确定性,英国对追求这种无人空战能力越来越感兴趣,这更不足为奇。现有的预算紧缩和国防削减已经让人质疑该国开发新型载人隐形战斗机的现实程度,即使可能对外合作。

蜂拥而至的无人机计划还将有助于确保英国未来能够继续在空战领域与同行竞争。对于中国尤其如此,但在较小程度上,俄罗斯也是如此,因为这两个国家都在继续在UCAV和集群能力上投入大量资源。

英国国防部(MOD)还透露了更多细节,说明它预计其未来的忠诚僚机将如何运作。无人机将「与战斗机一起高速飞行」,并将携带「导弹,监视和电子战技术」。预计这架飞机将瞄准并击落敌机并「在地对空导弹中生存」。

「我们正在采取一种革命性的方法,着眼于像蚊子这样的成群无人机和无人驾驶战斗机,以及像暴风雨这样的驾驶战斗机,这将以自喷气式飞机时代到来以来从未见过的方式改变战斗空间,」空军参谋长迈克威格斯顿元帅宣布。

除了这些细节之外,国防部今天还发布了一个新的数字生成概念图,这是一个忠诚的僚机设计,在这个故事的顶部看到,与F-35B一起飞行,尽管目前还不清楚这是否代表蚊子计划技术演示器,或后续生产版本。无论哪种方式 - 无论这个概念多么名义 - 它与皇家空军和国防部在2019年皇家国际航空纹身上展示的模型大致相似。

最新概念保留了相对狭窄的机身,带有后掠翼和V型尾翼,尽管飞行表面变得更大,机翼现在具有突出的向下倾斜的尖端。保留了低可观察的特征,包括背侧进气口和机身下巴线,而排气口似乎具有锯齿状喷嘴。

蚊子计划是英国皇家空军轻型经济新型战斗机(LANCA)概念的一部分。LANCA由国防部国防科学技术实验室(Dstl)执行机构于2015年启动,旨在「了解创新的作战空中技术和概念,可大幅降低成本和开发时间。虽然它由Dstl管理,但LANCA(包括Project Mosquito)由英国皇家空军的快速能力办公室(RCO)领导。

反过来,LANCA属于一个更广泛的项目,即未来作战空中系统技术计划(FCAS TI),其中还包括暴风雨未来有人驾驶战斗机。去年2020月,英国首相鲍里斯·约翰逊(Boris Johnson)宣布,FCAS TI将成为国防研发额外投资的受益者之一。正如总理在1年5月宣布的那样,整个FCAS计划将受益于对军事研发的额外计划投资的一部分,总额为2亿英镑。

去年10月,庞巴迪北爱尔兰分部移交给美国Spirit AeroSystems后,Spirit AeroSystems开始领导蚊子项目的设计和原型制作工作。最初,庞巴迪宇航集团的贝尔法斯特分部和诺斯罗普·格鲁曼英国公司合并为一个名为Black Dawn的财团,由Callen-Lenz领导。该小组是该项目第一阶段的三个参赛者之一,与波音公司和蓝熊系统研究公司领导的另一个团队竞争。

虽然已经证实诺斯罗普·格鲁曼英国公司仍然是现在由Spirit AeroSystems领导的团队的一部分,但在新闻稿或英国皇家空军中没有提到Callen-Lenz,这表明该公司不再参与其中。如果是这样,这也可以解释为什么出价不再被命名为Black Dawn。

凭借其在为澳大利亚政府开发空中力量编队系统(ATS)方面的所有经验,人们可能已经预料到波音公司将成为为英国设计新的忠诚僚机的领跑者,但它也可能在LANCA中找到一个角色,澳大利亚已经允许波音公司与英国共享ATS数据。过去,国防部表示不排除将新合同授予三个蚊子项目竞争者中的一个以上。

ATS旨在与「忠诚僚机」角色的载人空中资产合作,并且成本非常低。实际上,这一概念必须有可能以购买全载人机身的一小部分成本大幅扩大战术喷气式飞机的规模,同时还将一套全新的破坏性战术注入空军的剧本。它还将使载人资产更具生存能力,因为在某些任务最可怕的部分不必冒险。

人工智能(AI)和一定程度的自主性的结合是真正创造革命性能力的关键,这种能力可以作为现有有人驾驶战斗机的巨大力量倍增器。这些无人机不会像MQ-9收割者无人机那样与飞行员远程控制飞行。它们将更多地在点击式桌面或屏幕顶部样式的界面中定向。在人工智能的帮助下,他们可以自动化这个过程的大部分,让他们的人类霸主专注于大的战术图景,而不是不断的小导航和战术任务。即使在操作员做出重大战术决策之前,在正确的时间出现在正确的地点,这将在附近的飞机上飞行,在空战情况下也可能是一个巨大的帮助。

ATS的大部分开发已经发生在虚拟空间中,无论是在模拟器中,包括飞行员可以与之交互并就飞机在他们的指挥下的表现提供反馈的模拟器,还是通过使用飞机本身的虚拟模型,这是该公司有史以来最先进的设计。

你可以在这里深入阅读这个「数字孪生」概念,基本上是飞机及其相关系统的高度详细的虚拟模型,允许进行一系列测试、开发和培训,而无需飞行器的物理表现。这节省了大量的时间和金钱,波音公司对ATS数字孪生非常有信心,他们说它允许他们的团队在系统仍在开发时加快系统的部署,这个过程通常被称为并发。

数字孪生不仅仅是虚拟仿真。该飞行器将利用的软件和界面允许次级物理飞行替代品代替全尺寸无人机,即使在飞机本身正在建造中,也可以进行测试和降低风险的工作。

ATS机身有一个鼻子。飞机的最大特点之一是机头部分可以在任务之间快速交换,根据任务集为无人机提供一套全新的功能,而核心机身保持不变。

八英尺半长的卡扣式卡扣式机头有大约 9,000 立方英寸的空间,可以携带任何可以塞进去的东西。能够更换有效载荷以重新扮演这样的无人机角色是我多年前在无人作战飞行器(UCAV)的大型专题中描述的关键原则之一,它更多的是相对容易地改变单个无人驾驶飞机的角色。

如果你能换掉像这样的飞机上的主要传感器和技术有效载荷,你可以为手头的任何任务定制一群它们。例如,如果任务是对付敌方战斗机,一架无人机可以打包红外搜索和跟踪系统,而另外两架无人机可以打包雷达,而另一架则包含通信网关,而另一架则包含电子战有效载荷和防御激光系统。通过这种方式,您可以获得正确的功能组合,以对敌人施加最大压力,而不必购买需要同时容纳所有这些系统的无人机,这将要贵得多。波音公司在这里用模块化机头做的事情比乍一看更能改变游戏规则。使用整个机头部分是一个好主意,因为这是一些传感器和有效载荷必须存在的地方才能最有效。SR-71黑鸟系列飞机在几十年前成功地使用了类似的系统。

该计划的目标是制造一种「可消耗」(可选一次性)忠诚的僚机无人机,该无人机具有生存能力且高度灵活,但每架成本约为2万美元 - 不比战斧巡航导弹的价格高多少。目前尚不清楚这两个计划的匹配程度,但考虑到这些飞机将用于非常高风险的情况,一些飞机将在战斗中丢失的想法被纳入支撑它们的总体概念中。这一切都是能力(包括生存能力)与成本的平衡。

这种平衡行为对ATS的设计产生了重大影响。虽然飞机的设计具有低可观测(隐身)特征,但性能和成本必须与机身的可探测性进行权衡。当被问及为什么不使用飞翼而不是更传统的战斗机式布局时,ATS团队指出,飞翼的制造成本很高,飞行起来也无情。他们还指出,他们的设计有一些机动性技巧,其相对简单但强大的四控制表面布置,其中包括与YF-23相似的相对巨大的「尾巴」。因此,该团队认为他们的飞机在更广泛的性能和标志性目标方面「足够好」,这使他们能够保持相对较低的价格和复杂性。

说到复杂性或缺乏复杂性,ATS飞机的整个机翼部分仅由两个大的复合材料部件组成,一个用于上机翼,一个用于下机翼。它们采用787首创的先进窑外树脂灌注工艺制造。无人驾驶喷气式飞机的其余部分还使用先进的复合材料制造,可降低成本和生产时间,同时还坚固、耐腐蚀且重量轻。

ATS不仅会利用其卡扣式机头有效载荷和纤细的机身来协助战斗机执行各种任务,例如反空,打击,侦察和电子攻击。相反,波音公司看到他们的ATS无人机编队伴随着大型战斗机,如加油机,海上巡逻机以及机载预警和控制喷气式飞机。这对澳大利亚来说非常有意义,澳大利亚正在大力投资所有这些高价值飞机类型。

这项高价值的资产保护任务将使有人驾驶的战斗机腾出时间执行其他前线任务,并将围绕空军最脆弱但也最关键的空中资产提供防御。

波音公司意识到,即使使用宽面板显示器,战斗机驾驶舱的范围也可能无法最大限度地发挥ATS的潜力。像上面提到的那些更大的飞机,可能包括具有宽屏幕的大型ATS机组站,以更复杂地控制ATS无人机的编队甚至编队。波音公司指出,他们看到一架战斗机控制着三到四架无人驾驶飞机,因此不难想象像E-7楔尾这样的飞机控制着这个数字的倍数。

有趣的是,最新的MOD新闻稿没有提到任何集群能力,尽管过去人们预计这将包括在内。事实上,众所周知,国防部正在研究开发成群小型无人机的可行性,英国皇家空军现在已经建立了一个专门的无人机开发单位,即第 216 中队。

英国部署蜂拥无人机的野心也可能与意大利国防承包商莱昂纳多最近与英国皇家空军合作展示的自主无人机群相吻合,每架无人机都携带其BriteCloud消耗性主动诱饵的变体作为电子战有效载荷。使用包含电子战干扰器的BriteClouds,无人机能够对充当名义敌人综合防空网络的替代品的雷达发起模拟非动能攻击。这项工作还涉及Callen-Lenz,它最初是Black Dawn团队的一部分,以及Blue Bear Systems Research。

英国皇家空军的保护者计划也在取得进展。这项努力旨在为该服务提供更有能力的继任者,以取代其收割者遥控中空,长航时无人机。

与此同时,蚊子计划——以及更广泛的LANCA倡议——表明United Kindom正日益拥抱无人驾驶的未来。现在,已经为蚊子计划选择了主承包商,我们希望不会等太久,直到我们看到该国第一架忠诚的僚机无人机。