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让战役机再多飞700公里,美海军提升无人空中加

2019-09-13 20:13栏目:战术战略
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2017年6月12日,美国海军航空系统司令部决定对“德怀特·D·艾森豪威尔”号和“乔治·HW 布什”号航母进行改装升级,使其可搭载正在发展中的MQ-25A“黄貂鱼”无人机。7月20日,美国海军舰载无人机项目主管马克·达拉少将透露,已经完成最后一版的MQ-25A“黄貂鱼”无人空中加油机的需求建议书,将于今秋正式向四家承包商发布。这标志着美国海军航母舰载无人机已经从概念设计进入到项目研制及实质性部署阶段。美国海军下一步的工作重点,是让无人机‘融入’航母舰载机联队的工作环境,推进有人和无人的整合,通过无人空中加油机增加有人飞机作战距离,实现航母战力升级。

原标题:能装6吨燃油,让战斗机再多飞700公里,美海军无人加油机性能出色

  出品:科普中国

让战役机再多飞700公里,美海军提升无人空中加油机拉动航空母舰战力进级。发展舰载无人空中加油机,是美海军落实国防部“第三次抵消战略”推进人-机编组,以实现和维持相较潜在对手的技术优势的重要一步。美海军最初设想发展主要担负侦察和打击任务的航母舰载无人机,并于2010年制订了“舰载无人空中侦察和打击系统”计划。2013年,诺斯罗普•格鲁曼公司推出的X-47B无人机还在“乔治·H·W·布什”号航母上进行了试飞。但到了2016年,美国海军出于现实考虑,暂时放弃了侦察打击无人机上舰的计划,转而发展无人空中加油机。这与美海军航母战力目前面临的现实困难密切相关。

8月30日,波音获得了美国海军的MQ-25无人舰载加油机的合同,这是该公司取得的一项重大胜利。近年来,波音一直难以赢得战斗机方面的项目。这项价值8.05亿美元的合同涵盖了四架"黄貂鱼"飞机的设计、开发、制造、测试和交付。海军采购部门预计,72架飞机的总成本约为130亿美元。授予波音公司的合同开启了海军未来6年的发展计划,目标是在2024年具备初始作战能力。

  作者:兰顺正

一、美海军航母战力的现实困难

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  监制:光明网科普事业部

在美海军看来,随着潜在敌手反介入/区域拒止武器系统的不断发展,航母的作战优势正在逐步削弱,与此同时,新型战机研发进度滞后,造成现役战机损耗过快,部队换装不及时等问题,使得航母战力缺口日渐突出。

▲波音公司方案

  美国《航空周刊》杂志网站25日报道,美国国会在最近的国会授权法案讨论中,决定指示美国海军对正在进行维护的“华盛顿”号航母进行改装,使之能够携带MQ-25A“黄貂鱼”无人加油机。按照国会要求,这艘航母下一次部署到日本横须贺基地的时候,将会拥有MQ-25无人机。那么,这条被美国国会特别提及的“黄貂鱼”究竟有何特别之处呢?这还要从它的前身X-47B说起。

航母作战距离需要扩展,空中加油力量不足。

上世纪末,美海军开始加紧研制航母舰载作战无人机。2005年,美国防部发布了《2005~2030年美国无人机系统发展路线图》,大力推动无人机系统的发展。美国海军在试图开发一种能够在航空母舰上和外飞行的无人机时,走过了一条漫长而复杂的道路。海军要求舰载无人机能够进行强对抗环境突破空防、精确打击、反恐、情报/监视/侦察(ISR)、电子战等多种复杂任务。在舰载无人系统不断发展、验证的过程中,美海军的需求也发生了多次变化。

   时运不济的X-47B

航母之所以能够取代战列舰成为海战的核心,并一直持续至今,根本在于航空兵大大扩展了兵火力投送的距离,能够在敌方防御力量作战范围以外发起攻击。在过去30年里,这种情况已经发生了重大的变化。一方面,新兴的反舰巡航和弹道导弹大发展,潜在敌手能够对美军航母实施远距离打击的手段越来越多,航母作战的距离优势逐步削弱。另一方面,由于冷战结束后美国海军没有近对等敌手,实施“由海向陆”战略,原来应对前苏联饱和攻击的多种远程武器,被对陆兵火力投送武器所取代,其舰载机联队的作战距离从900海里缩减到500海里。美航母在战场上将非常危险。举例来说,中国发展的“航母杀手”东风-21D导弹,使美国的超级航母战时无法进入离岸1000英里范围内。

2016年,美国防部对舰载无人机项目进行了大幅调整,将无人机空中监视与打击项目系统调整为舰载空中加油系统。新的舰载无人机系统将主要执行空中加油任务,兼具部分情报、监视及侦察功能,被称为MQ-25。2017年10月10日,美海军学会网站新闻栏目报道称,美海军航空系统司令部(NAVAIR)已向四个团队发布了MQ-25"黄貂鱼"无人加油机最终招标书(RFP),这四个团队的领导企业分别为洛马公司、波音公司、诺格公司和通用原子公司。要求"黄貂鱼"能够在距离航母500海里(930千米)处为战机提供1.5万磅(6800千克)燃油。"黄貂鱼"可以将使舰载机联队的作战半径延伸300~400海里(560~740千米)。

  2010年,美国海军制订了“舰载无人空中侦察和打击系统(UCLASS) ”计划,旨在研制一种执行空中侦察和打击任务的航母舰载无人机,保证航母打击群能够持续获取所有维度战场空间的态势和信息,并对最重要和最具威胁的目标实施打击。随后,美军分别与诺斯罗普·格鲁曼公司、波音公司、洛克希德·马丁公司和通用原子航空系统公司签订了研制合同。在四家公司拿出的竞标方案中,诺斯罗普·格鲁曼公司的 X-47B 舰载隐身无人攻击机中标。X-47B 采用了有利于隐身的飞翼式气动布局,巡航速度 0.7 倍声速,一次加油后最大航程 3889公里,滞空时间 6 小时,最大载荷 2 吨。2013 年和 2014 年,X-47B 分别在航母和两栖舰船上进行了起降测试,成为世界上第一种可在航母上起降的大型无人作战飞机,并在 2015 年作为受油机完成了空中加油测试。虽然X-47B一度被誉为是现实版的“绝密飞行”,但在国防预算受限、海军作战能力的迫切需求、军方高层的博弈等因素综合作用下,该项目最终下马。

扩展舰载机的作战距离,主要靠增加作战飞机的载油量。因为飞机的载重量有限,载油量和载弹量此消彼长,所以空中加油是一个更好的办法。美国海军从20世纪50年代开始就已经为舰载机配备专用加油机。越战中,A-3“天空卫士”飞机可以携载30000磅的燃油为A-4、A-7和A-6飞机加油,打击中南半岛纵深目标。F-35C不进行空中加油的作战航程为630海里;F/A-18 Block III作战航程为650海里。为了能够打到敌军目标,航母需要搭载专用任务空中加油机。

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先进防空系统需要对付,F-35研发进度滞后

▲KA-6D为F-14进行空中加油

  图片来自网络

过去,美军战机在战场上“如入无人之境”,如今要面对俄罗斯的S-400和中国HQ-9这样强大的地对空导弹系统。美军航母需要搭载作战航程更远、突防能力更强的战斗机。当下,F-35战斗机是美国海军夺取未来优势的主力。

原先的美国海军的空中加油机都是由体型较大的舰载机改装而来,或是战斗机之间的伙伴加油。在最后一型专职加油机KA-6D退役后,美国海军航母舰载机就只能进行伙伴加油。美海军航母目前使用F/A-18E/F挂载副油箱和伙伴加油吊舱作为加油机,执行空中加油任务,F/A-18E/F大约20%~30%的飞行架次用于执行空中加油任务。发展无人空中加油机可减轻F/A-18E/F中队的负担,增加5~6架执行作战任务的战机。

  继任者“黄貂鱼”

然而,F-35战斗机项目的发展却远不如人意,成本超支且进度严重滞后,给美国海军的战备水平带来严重影响。2010年,F-35项目的整体金额已经超支30%。美国国防部调整后,项目整体进度拖延7年,初始作战能力形成从2012年推迟到2019年。2013年,兰德公司发布报告,指出F-35项目严重超支,在经济上否定了该项目。

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  X-47B是退出了舞台,可为此而研发的技术却不会白费。2016 年 2 月,美国国防部正式决定将“舰载无人空中监视与打击系统”项目调整为“舰载无人空中加油系统”项目。编号为 MQ-25,绰号“黄貂鱼”。由于X-47B上舰试验已经成功,一般飞行和舰上运作的技术已经没有不可克服的障碍,如果单单看重空中加油这一项就更是没有问题。

虽然目前美军已经生产了数百架F-35战斗机,但由于研发过程仍没有完成,实际上都还属于“原型机”,没有真正完备的作战能力。日前,洛克希德·马丁公司表示,F-35的研发工作要到2019年2月才结束,4月份进入全速生产阶段。F-35C舰载机于2010年6月6日在沃斯堡首飞,今天仍然在进行各项测试。该型机暴露出诸多问题:捉勾长度不足,无法准确勾住航母的拦阻索;前起落架在扣住弹射器时会产生抖动,可能需要重新设计;驾驶舱感受的震动可能危害飞行员健康;头盔可能会造成飞行员颈部损伤等。这些问题的整改大大影响发展进程。此外,该型机装备了迄今为止美军最先进、最复杂的软件,软件研发升级耗时耗力。

通用原子公司率先对外公布了该公司的MQ-25无人机方案。通用原子方案采用常规布局,与该公司的"复仇者"(Avenger)无人攻击机十分相似,采用传统的机身、大展弦比机翼、V形垂尾布局,采用了与该公司MQ-1"捕食者"和MQ-9"死神"无人机类似的传感器转塔,起落架收起至机身内,沿用了标准的D-704伙伴式加油吊舱加油系统。通用原子的方案在原先的"海上复仇者"项目发展而来,可以说是最成熟的一个方案,也是最保守的方案。

  2017年12月19日,美国波音公司公开了其参加美国MQ-25“黄貂鱼”无人加油机项目的竞标原型机外形正视照片,并号称该机是跨时代的机型。“黄貂鱼”项目被设计用于航母起降,主要为F/A-18“超级大黄蜂”、EA-18G“咆哮者”,和F-35C闪电II联合攻击战斗机等进行空中加油。美国海军在2019财年预算中,申请了7.19亿美元的经费,用于研制MQ-25无人机。美国海军预计在今年夏天完成选型,在2023年购买首架飞机,并在2026年形成初始作战能力。

舰载战斗机勤务损耗大,影响总体战备水平。

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   助战“反区域拒止”

过去十几年的反恐战争,让美海军航母舰载机成为了所谓的“高需求/低密度”资产,战斗勤务重,战场使用率高,维修保养相对不足,损耗速度加快。再加上F-35C发展进度滞后,舰载机换装时程延缓,战备问题日渐突出。2017年初,美海军高层官员透露,美海军正面临着53%的飞机无法执行飞行任务的可怕局面:大约四分之一到三分之一的飞机无法获得固定保养。战斗机的问题更加严重,F/A-18C/D“大黄蜂”和F/A-18E/F舰载战斗机作为航母的核心作战力量,有62%无法执行任务。海军航空兵面临着100架飞机的缺口。特别是,F/A-18E/F舰载战斗机部分要担负空中加油任务,导致航母打击战力规模受限。

▲X-47B

  舰载加油机可以提升战机航程,延长留空时间,所以对于提升航母战斗力非常重要。由于航母甲板的空间有限,大型加油机无法上舰,因此现在世界上的航母大都采用战斗机挂载加油吊舱的方式进行“伙伴加油”,但这样就使得用于作战的战斗机数量减少,削弱了航空战力。据美媒报道,目前美国航母舰载机联队中有 20%~30%的 F/A-18战斗机被用于执行为其他战斗机进行空中加油。

针对这种情况,美国海军只能将封存的F/A-18C重新启用来弥补战机数量不足,甚至可能对F-35战斗机的发展“不再等待”,直接再向波音公司下订单,购买F/A-18E“超级大黄蜂”战机。

诺·格公司本来最被看好,诺·格公司在X-47B项目上积累了丰富的研发经验,进行了首次无人机航母起降、空中加油,并首次进行了无人机舰机适配测试,进度是最快的。2017年10月25日,诺·格公司宣布退出美海军MQ-25"黄貂鱼"项目"工程与制造发展"(EMD)阶段合同竞争。竞争者只剩下洛马公司、波音公司和通用原子航空系统公司三家。

  近年来,美国对中国“反介入/区域拒止”能力的发展十分关心,美军担忧随着中国此项能力进步,未来美国通过武力干涉亚太局势的难度会越来越大,因此发展舰载无人加油机对美国的“反区域拒止”战略有重要的现实意义。无人加油机结构相对简单, 省去了很多有人战斗机的必备设施,不但在成本上较UCLASS 项目有显著下降,而且载油量更大。按照美国海军的要求,MQ-25 要能够到达指定加油区域为 4~6 架战斗机进行空中加油。美海军希望,利用 MQ-25 解放以前用于“伙伴加油”的 “超级大黄蜂”,使其任务定位更加聚焦。同时,在 MQ-25的支持下,“超级大黄蜂”的有效作战半径将从当前的 833 千米延伸至约 1300 千米。无疑,如果MQ-25 研制成功将显著提升美国航母舰载机联队的空中加油能力和战斗力,从而为美军在亚太地区对抗中国的“反介入/区域拒止”提供助力。

从现实困难出发,美海军的基本思路是:为航母增配专用无人空中加油机,既可以让现有的打击战斗机专注于打击任务,提升航母火力规模,又可以增加战斗机作战航程,扩展航母作战距离,同时无人机发展和有人/无人整合方面的步伐更审慎。

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二、舰载无人机的海战场角色

▲洛·马公司方案

美军在无人机的战场运用上已经有了几十年的历史,积累了丰富的经验。航载无人机在航母作战中无疑将会发挥重大的作用,主要体现在以下三个方面。

洛·马公司的方案采用时髦的飞翼布局,直接利用了70多个美军投资项目的技术成果,以及洛马公司其他内部投资研发项目的成果,在技术是也比较成熟。飞翼布局的飞机整架飞机都可以提供升力,具有很高的升阻比,并且具有更大的内部空间可以携带更多的燃油。没有"W"型机翼后缘,形状接近三角形,与下马多年的A-12"复仇者"攻击机形状相似,采用椭圆形进气道,进气道直接与发动机相连,不再采用"S"形进气道,降低了隐身性能,有利于发动机进气。机头安装有起降用摄像头和一小块显示屏,可以自主识别航母甲板调度人员手势,并通过显示屏显示特定符号,实现人机交互。洛马公司已经落后于项目时间表,并且未公布实际样机。未来将拥有数千架F-35战机订单的洛马公司在该项目上并不是十分用心。

情报、监视与侦察

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情报、监视与侦察是任何军事行动的前提和基础。无人机可以搭载传感器平台,大大延伸舰船编队的传感探测距离。美海军目前担负情报、监视与侦察的舰载无人机主要包括:由Schweizer 333民用直升机改型而成的MQ-8B“火力侦察兵”无人机,主要部署在导弹护卫舰上,执行舰载情报、监视和侦察任务;以贝尔407直升机为基础的MQ-8C“火力侦察兵”无人侦察直升机,可为美海军提供陆地和海上的态势感知和精确目标支持。

▲波音公司方案

MQ-8B无人机在阿富汗战场的表现非常出色,与特种部队协同作战已经有12000小时,任务完成率高达90%。“佩里”级导弹护卫舰搭载MQ-8B无人机的海上部署也非常成功。无论是亚丁湾的反海盗监视巡逻,还是利比亚冲突中的监视情报支援,MQ-8B无人机的表现都可圈可点。此外,美国海军还从英斯图公司租用“扫描鹰”小型无人机,从德事隆公司租用Aerosonde小型无人机执行舰载情报、监视与侦察任务。

波音公司除了自己的方案,还作为通用原子公司方案的子承包商参与竞争。波音公司的方案采用全新的设计,从2012年就开始设计,2014年完成机体制造,一直处于保密状态,波音公司在2017年12月19日首次发布飞机正面照片。波音方案的机身较为粗大且扁平,内部体积较大。长、细、薄的机翼类似滑翔机机翼。进气道完全埋入机身,具有非常好的隐身性能,但是对发动机进气有着非常不良的影响。双垂尾呈V形,倾角非常大,有利于侧向隐身。

远程打击

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早在20世纪50年代,美海军就曾研制装备QH-50 DASH反潜无人攻击直升机。当时的驱逐舰舰载雷达已能探测到近 20 海里外的潜艇,超出了舰载武器的攻击范围,美国海军希望驱逐舰探测到敌潜艇目标后从舰上释放这种携带鱼雷的无人直升机执行攻击。这可以说是早期的舰载远程打击无人机。

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同等载重量的情况下,无人机不需要装载适应飞行员需要的系统,可以搭载更多的燃油和武器。这使得无人机具备了更远程打击的条件。美海军对舰载无人机的期望很高,希望能够弥补现役有人舰载机在隐身性能和作战半径上的不足,不仅隐身性能要好,而且作战半径要超过现役有人舰载机、具备空中加油能力、可在防区外发起作战。

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诺斯罗普·格鲁曼公司为早前的“舰载无人空中侦察和打击系统”计划研制的X-47B无人机,就已经让舰载无人远程打击具备了条件。该型机巡航速度0.7马赫,一次加油最大航程3889公里,作战半径1500公里,滞空时间6小时,最大载荷2000公斤,符合美海军远程打击的构想。

空中加油和运输

澳门太阳娱乐集团官网,正是由于载重量优势,航母舰载无人机也可在空中加油和运输任务领域发挥作用。空中加油领域,航母搭载无人加油机可改善其舰载机联队缺乏加油机的现状,大幅提升舰载机的作战效能、生存力和使用灵活性。运输领域,美海军陆战队早在2011年就实施了首次无人空中货运,相信未来有广阔的运用空间。

美海军未来要突破敌军强大防御体系肯定包括:FA-18E/F“超级大黄蜂”战斗机、E/A-18G“咆哮者”电子战飞机以及F-35C联合打击战斗机。加油需求的重点应该是距离航母500至600海里范围为6至8架F-35C战斗机加油。根据普惠和惠特尼F135发动机的燃油消耗率测算,每架飞机在500-600海里加油区需要8000磅以上的燃油。MQ-25A“黄貂鱼”无人空中加油机能够携载16000至17000磅的燃油,为其它飞机加油。4架MQ-25无人加油机就可以为6至8架飞机加油,将航母打击目标的距离扩展至1000英里以上。

三、在有人/无人整合中创新

运用新型军事技术,最终目标是提高军事效能。用舰载无人空中加油机来实现航母战力升级,是一项涉及有人/无人系统整合的重大创新课题。舰载无人机的研发,无论是空中加油无人机,还是侦察打击无人机,都只是这项创新中的第一步。在美海军看来,这项创新需要克服技术、制度和文化三个障碍,即发展出新型武器装备,改革相应的编制体制,培育舰载无人机的战斗文化。

武器装备研制将进入竞标阶段

美海军在认真研究无人机技术发展成熟度和航母战力现实需要的基础上,在2016年做出研制MQ-25A“黄貂鱼”无人机的决策。该型机的定位主要是加油机,也可执行情报、侦察和监视任务,预计在2020年中期可登上航空母舰服役,未来为F/A-18E/F“超级大黄蜂”战斗机或F-35C战斗机实施空中加油。

目前,美海军已经完成最后版本的建议需求书,将于今年晚些时候向四家承包商——通用原子公司、洛克希德·马丁公司、波音公司和诺斯罗普·格鲁曼公司正式发布,并计划于2018年签订样机合同。美海军还首先在 “卡尔·文森”号航母上设立无人机控制中心。2018年财政年度拟议预算包括2.22亿美元用于研究和开发MQ-25A“黄貂鱼”无人机。

编制体制调整已积累一定经验

新军事技术的运用,离不开有力的组织保障,因此编制体制及时调整,才能促进实验和自下而上的创新。美军认为,更大的技术飞跃可能需要更多地偏离传统的组织结构来优化使用。武装力量调整自身结构来推进新技术的应用,最常见的办法就是组建新的单位,例如在陆军航空队基础上组建的美国空军以及新世纪的美国网络司令部。

2015年,美海军设立了无人机系海军副司令和无人作战系统总局办公室,更好地协调发展无人机以支持海军在空中、水面和水下的作战行动。为了装备使用MQ-4C“特赖登”海上侦察无人机,美国海军在现有的有人海上巡逻和侦察机大队之下设立了新的中队;为了运用MQ-8“火力侦察兵”无人机,美国海军将这些无人机直接配属给了现有的舰载有人直升机中队。这些举措都有试验性质,都有成本、安全和人力方面的考虑,但在无人/有人机整合实现长期军事效能过程上已经积极了初步的经验。无人机上航母,将会带来美海军航母舰载机联队内部结构上深刻的变化,后续值得高度关注。

战斗文化培育是长期过程

有效的军事创新是一个持续的过程。在有了先进可靠的无人机,并适时调整了编制体制之后,海军航空兵不断实践无人机运用程序,并形成舰载无人机战斗文化之后,这个过程才真正算终结。

在这个方面,美国海军目前有两大任务。一是通过实验开发出最佳作战概念,确立最符合航母战力需求、适应舰载无人机特点的舰载无人空中加油机战术、技术和程序。这是为航母舰载机无人化长期趋势确立框架的基础性工作。二是扭转整个航空兵部队对有人驾驶飞机的习惯性偏好。这点在运用MQ-8“火力侦察兵”无人机的过程中已经逐步在实施。由于新技术的成熟需要时间,美国海军需要对航母舰载无人机的发展进行一定的保护,避免最终出现因为技术不成熟而被航空兵抛弃的结果。

[责任编辑:huangxx]

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