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2012年夏天美军可能会进行一架无人飞机在空中给另一架无人机加油的试验。

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美国无人机空中加油试验

  【美国《空军》月刊网站3月号报道】题:给无人机加油(记者丽贝卡·格兰特)

  新闻提示

  技术的进步使得空军将很快能够实现无人加油操作。

  美国《空军》3月刊披露,美军今夏将试验无人机空中加油。据悉,这是美国防部高级研究计划局正在进行的一个新项目:让一架“全球鹰”式无人侦察机作为加油机在高空给另一架“全球鹰”式无人侦察机加油。该项目负责人吉姆·麦考密克说,这将给空中加油技术带来颠覆性变化。

  空中加油就要发生变化了,这与新的KC-46空中加油机计划无关。这种变化是巨大的。

  日前,就无人机空中自主加油技术难点、发展趋势、应用前景等问题,记者采访了空军装备研究院某所研究室主任、无人机研究专家王剑。

  自从空中加油在上世纪40年代成为惯例以来,美国空军飞行员就掌握了驾驶飞机与空中加油机对接的技术,这可以说是最精细的飞行操作之一。

  无人机自主空中加油是一项划时代技术

  过去十年,精确导航和自动化技术的发展开辟了一个新的领域——自动加油:传感器的反馈程序可以控制拟加油飞机和加油机之间的对接,而不再需要飞行员操控。

  问:作为无人机研究专家,您对美军今夏无人机空中加油试验怎么看?

  上世纪中期开始的飞行试验开启了自动化操作的新方法。更多的变化还在进行当中。2012年夏天可能会进行一架无人飞机在空中给另一架无人机加油的试验。

  答:提到无人机空中加油,我不禁联想到美国大片《绝密飞行》中的场景:一个浮空器作为加油平台在固定空域游弋,有力支援了有人和无人作战飞机的远程作战。无人机自主空中加油技术的试飞验证,是一项划时代技术,必须应对无人系统、传感和空气动力学的挑战,其价值不亚于空中加油对有人飞机带来的影响。一方面,可以大大提高无人机航程、航时和部署上的灵活性,减少对前进基地的依赖,成为作战效能的倍增器;另一方面,能使无人机同样具备空中编队飞行能力,从而改变当前无人机各自为战的使用方式,这对探索未来无人机与有人飞机协同使用的作战模式具有开创性意义。

  国防部高级研究计划局的一名项目负责人吉姆·麦考密克说,“空中加油已被证明对载人军事航空来说极有价值。我们有理由相信,在近些年无人航空器的需求日益增长的情况下,这对无人系统来说也是一样”。

  问:与有人飞机相比,无人机自主空中加油的优势和价值在哪?

  当然,空中加油有着各种不同的技术。三种主要的方法都取得了成功。由美国航天局和国防部高级研究计划局主推的第一种技术,利用光学追踪的概念实现了探测和锥形管“海军式”加油的自动化。空军研究实验室则广泛利用了工业成果来实现用空军加油机输油管给远程飞机加油。除此之外,国防部高级研究计划局正在进行一个新的项目,让一架“全球鹰”式无人侦察机作为加油机在高空给另一架“全球鹰”式无人侦察机加油。

  答:以美军“全球鹰”无人机为例,据说通过空中加油,续航时间和航程能提高3倍,单架次飞行作战效率将成倍提升,进一步深化扩展该型无人机的用途。通过快速部署和对特定地域全天候的定点侦察,它还能弥补卫星定轨运行导致侦察范围及时间受限的不足,并能在间谍卫星被摧毁或被干扰时替代卫星完成侦察任务。

  自动空中加油需要的技术要高于无人机基本操控技术。二十世纪九十年代末,一些进展使得自动空中加油成为可能。首先是在巴尔干以及其他地区广泛使用“食肉动物”无人驾驶侦察机。其次,全球定位系统的卫星在1995年实现了全面运行能力。全球定位系统实现了更加可靠的飞行和自动定位。很快,给无人机加油的概念就出现了。

  有人飞机虽然具备空中加油能力,但航行时仍会受飞行员疲劳耐受时间影响。例如:海军“大黄蜂”F/A-18舰载战斗机通常每次出击的飞行距离不超过450英里,只能执行几小时的任务。为此,美国海军将为诺·格公司正在开发的两架X-47B无人作战飞机增加空中加油设备和软件。这一变化将使海军核动力航母有效打击射程增加数千英里,即从远海安全区域对太平洋地区的任意目标实施打击,从而改变太平洋地区的力量平衡。

  国防部高级研究计划局的新项目将进一步应对无人系统、传感和空气动力学的挑战。项目负责人麦考密克说,用“全球鹰”系统在无人加油场景下解决这些复杂问题将能够提升信心,相信无人系统能在安全、灵活和能够负担得起的情况下实现自动加油。

  此外,无人机自主空中加油技术同样可以在有人驾驶飞机上发挥重要作用。对飞行员来说,一次长达10至30小时的飞行任务(相当B-2轰炸机从美国中西部飞往伊拉克)是一个不小的挑战,特别在起飞、着陆、轰炸和空中加油阶段是飞行员最紧张的时候。如果采用了自动编队和自主加油技术,就可以帮助减轻飞行员长距离飞行和恶劣天气飞行的负担。

  麦考密克说,2012年将是决定成败的一年。他说,我们计划在今年夏天进行包括重复转移燃料在内的令人信服的展示,在此过程中,我们就能够更好地知道这类飞机怎样在近距离进行操作,并获得复杂无人操作的宝贵经验。

  从有人到无人需要突破飞行控制系统等核心技术

  国防科学委员会在准备2011年的一项自动化研究时说:“支持技术的显著进展表明,当前和今后的军事系统可以实现前所未有甚至无法想像的自动化程度。”五角大楼要求国防科学委员会找到能够“更大规模应用自动化”的机会。

  问:无人机空中自主加油有哪些技术难点?

  答:需要解决精确导航、精确测量跟踪、精确飞行控制三方面的技术难题。

  在当前美国研究机构开发的自主空中加油验证系统中,导航系统采用的是“GPS+惯性导航”的组合导航方式,并通过测量、解算加油机和受油机的相对位置、速度、加速度等相关数据,引导受油机从较远距离接近加油机,组成精确加油编队。

  实现精确测量跟踪,主要是在受油无人机上安装光学测量跟踪系统。通过对数码图像的解算,识别并锁定加油机锥套,跟踪测量锥套的相对位置、角度、距离、速度等数据,引导加油管和锥套的最后精确对接。

  最核心的是飞行控制系统。首先,要根据组合导航和光学测量跟踪系统提供的数据,精确控制无人机形成满足空中加油要求的飞行编队,进而完成对接;其次,要消除加油机和受油机之间复杂气流以及加油过程中的重量、重心变化带来的影响,保持加油编队和无人机平台稳定;再次,要克服突发气流对无人机平台的影响,并在加油编队做标准转弯机动时实施有效控制。

  此外,还应具有完善的自动保护模式,一旦在对接过程中出现异常,飞控系统能够控制受油机自动和加油机脱离。正是由于上述关键技术的突破和综合应用,从而实现了空中加油从有人到无人的技术跨越。

  问:美军无人机空中自主加油技术经历几个发展阶段?

  答:针对无人机自主空中加油技术,美国空军研究实验室制定了一个分阶段实现的发展路线图:第一阶段进行由有人飞机模拟无人机平台的试飞验证;第二阶段利用F-16
VISTA变稳飞机模拟美军典型无人机(如“全球鹰”“捕食者”)飞行特性的试飞验证;第三阶段,进行无人机对无人机的试飞验证,从而实现空中加油技术从有人到无人的跨越。

  新葡萄京官网8455,越来越多的无人机将占据未来空战场

  问:目前美军无人机空中自主加油技术进展如何?都有哪些机构在研究?

  答:2006年8月15日,波音公司用改装的“里尔”飞机,采用硬式加油方式,与一架KC-135R加油机成功验证了无人机空中加油位置自动保持技术。

  同年8月30日,德莱顿飞行研究中心用改装的F/A-18飞机,与一架波音707-300加油机首次成功实现全自主空中软式加油对接飞行。

  RQ-4“全球鹰”无人机的开发商诺·格公司,一直在探讨利用空中加油技术提升该型无人机的续航能力。为配合美国空军研究实验室的发展路线图,该公司在美国航空航天局的支持下开展在两架“全球鹰”之间进行自主空中伙伴加油技术的技术研发。美国航空航天局采购了两架“全球鹰”无人机,安装软式加油系统,分别作为无人加油机和无人受油机,计划在今年夏天试飞验证无人机空中自主加油。

  问:能谈谈无人机自主空中加油技术在未来的发展趋势与实战应用吗?

  答:美国空军对无人机空中加油能力的发展十分重视。在最新的“2009一2047年无人机系统飞行计划”中,中型无人机MQ-9“死神”的后续机型MQ-X在2030年应具备空中加油功能,并能够作为小型加油机协助扩展其它机型执行任务;大型无人机RQ-4“全球鹰”的后续机型MQ-L在2030年前要求具备空中加油能力。美国空军正在进行论证的新型轰炸机“下一代远程攻击系统”(NGLRS-Ⅱ),采用的就是一种能够自主空中加油的无人轰炸机。

  当前,美国空军位居第一的采办项目已不再是F-22“猛禽”战斗机,而是对空军具有重大影响的空中加油机。可以预见,随着无人空中加油技术的发展与成熟,越来越多的无人机将占据未来空战场,成为有人作战飞机的强有力支援。

  今夏美军计划组织的试验,仅仅是真正意义上无人机自主空中加油飞行验证的开始,无人机时代即将加速起飞。(王晓豪
李军 李良泰)

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