无人机+导弹?察打一体无人机没你想得那么简单

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  出品 | 网易新闻

  作者 | 404 not found,军事爱好者

  无人机自一个世纪前诞生之时便与军事密不可分,但在一个世纪后的今天,能自主研发生产高空长航时察打一体无人机的国家仍屈指可数。

  而现在,中国研制的察打一体无人机不光自用,还广泛出口巴基斯坦、阿联酋、沙特和伊拉克等国,并在中东地区反恐作战中大量使用,经受住了实战检验。

  

  (央视视频截图中,国产察打一体无人机首次实弹射击训练场景)

  (一)既要性能好又要体重轻,国产察打一体无人机是如何“瘦身”的?

  不论是什么飞机,在结构设计时减重都是永恒主题。

  对于高空长航时的察打一体无人机来说,由于其大多采用展弦比在15以上的大展弦比机翼,因此尤为需要平衡好强度与重量间的矛盾。

  而复合材料的比刚度、比强度、抗振性和抗疲劳性较高,若结构设计得当便能以更轻质量实现与金属航材同等强度,例如由碳纤维和环氧树脂结合而成的树脂基复合材料,在同等强度条件下能比铝、钛合金航空结构件轻30%以上。

  

  (对采用大展弦比翼型的察打一体无人机而言,碳纤维等先进复材的应用是实现轻质化和长航程的关键)

  不过,碳纤维虽然在顺着一个方向时几根丝的强度就能拉动卡车,但成型过程中如果层间强度与拉伸强度、各项异性的材料设计与加工不好,则会大大影响复合材料的强度。为此,国产察打一体无人机在大展弦比机翼等承力部位上广泛采用了热压罐成型工艺制造复合材料件。

  所谓热压罐成型简单来说就是将单层预浸料按预定方向铺叠成的复材坯料放在热压罐内,在定温度和压力下完成固化过程的工艺方法。这种工艺生产出结构件的质量更轻、纤维含量高、孔隙率低、树脂含量较为均匀,因而力学性能出色,也确保了无人机机翼等复合材料部件的精度。

  

  当然,热压罐成型也有其缺点,那就是生产成本偏高。采用该工艺的先进复合材料结构,材料成本占总成本约15%左右,设计成本占总成本的5%,其余成本大部分为复合材料铺贴、固化、修切和装配等制造成本。

  而研究人员在试飞与风洞实验过程中发现,飞机上的次承力结构,如小翼、机翼后缘盖板等处,除连接区外通常存在“刚度覆盖强度”现象,也就是说只要刚度满足设计要求,强度通常有一定程度富裕。

  因此,国产察打一体无人机在次承力、非承力部位大量采用模压成型工艺的泡沫夹层结构复合材料——即采用蜂窝与复合材料面板共固化成型的夹芯结构,先制作泡沫芯并将其铺贴蒙皮,然后放入成型模具之中,使复合材料被压紧和固化。这种工艺综合了热压罐成型技术的优点,而工艺相比传统的热压罐成型更为简单、成本大大降低,虽在力学性能上有所降低,但仍能满足其服役要求。

  

  (国产察打一体无人机在不同应力结构上运用了多种工艺复合材料,即满足了强度性能又控制了生产成本)

  除了材料加工工艺上动脑筋外,国内研发人员还在结构优化上花了不少心思。从机翼主梁碳纤维铺层厚度与机翼结构动力学特性的关系、综合刚度和厚度考虑,碳纤维铺层并非越厚性能就越好,而是存在某个最佳值。对此中国研发人员基于主翼盒载荷分段优化了包络设计与铺层厚度方法,使结构减重达6%,无人机机翼在飞行中可根据气流环境自适应扭转弯曲,改善了翼面的颤振、发散速度,提高了气动弹性性能。

  

  (图为正在生产中的“翼龙-2”无人机机翼)

  (二)动辄上千公里,国产察打一体无人机如何实现超远程“绝杀”?

  对于有人飞机而言,通过飞行员可以对状况作出实时判断,而无人机则必须把战术信息传递回其他载人平台进行分析,因此,遥测(位置、速度、姿态等飞行信息)和遥控(地面遥控指令)是事关无人机飞行安全和任务成败的关键。

  

  传统无人机采用微波地面控制站的控制距离只有200多公里,无法满足察打一体无人机动辄上千公里操控需求。但若利用地球同步轨道通信卫星进行中继传输,只要在卫星天线的波束覆盖范围内,无人机的通信便可不受距离和地理条件的限制,实现超视距测控和信息传输。

  无人机卫星通信系统一般由机载用户终端和卫星中继站组成。地面指挥站通过将无人机的控制指令送往地面卫星通信站进行数据加密、编码、调制和变频放大后,由卫通天线发送给卫星,再传送至无人机。

  中国目前已突破了综合信道、数字化压缩、宽带信号跟踪、卫星中继、组合定位等一系列技术,为国产察打一体无人机高速率长距离通信提供了保障,使得无人机拍摄的高清视频能够实时传回指挥中心处理战场的情报并控制其进行目标攻击。

  无人机载卫星通讯的关键技术是卫星跟踪伺服系统,为了缩短捕获时间、提高跟踪精度,中国无人机卫星跟踪伺服系统普遍采用单脉冲加陀螺前馈补偿的三轴结构,具有响应快、可靠性高等优点。通过结合高精度的惯导/卫星导航系统实时测量无人机运动信息,并将导航解算和坐标系转换控制卫星天线多自由度的转动,使卫星天线能时刻对准地球静止通信卫星,同时最大限度降低因无人机高速运动产生的多普勒频移效应。

  

  不过,采用Ku/UHF频段的通信卫星实现了无人机超地平线测控与侦察信息传输,但信息传输能力受到传统卫星技术参数以及无人机机载设备重量和功耗的限制,传输能力不能完全满足今后高分辨率载荷对信息传输的要求。

  随着近年中国“天链”系列跟踪/中继卫星全球组网运行,中国无人机在千里之外“高清直播”不再是梦。与传统Ku/UHF频段通信卫星相比,这种卫星的星地高速通信使用Ka波段天线,由于Ka频段工作范围为26.5-40GHz,远超Ku频段(12.4-18.0GHz),更适应高清视频等数据的传输需要。

  中国目前通过基于Ka波段中继卫星平台正在建设面向亚太地区各地域、各种应用的无人机遥感网络,逐步实现无人机信息资源共享,确保无人机在执行任务过程中将信息实时、安全、高效传输至各级指挥中心及相关用户进行统一调度,为无人机应用领域间信息资源共享提供有力保障。

  

  (合成孔径雷达等高精度侦察载荷在察打一体无人机上的应用愈加广泛,对数据传输速率的要求也愈高,而跟踪/中继卫星则克服了传统通信卫星在传输速率方面的不足)

  (三)一站多机,国产察打一体无人机是如何实现协同作战的?

  在复杂多变的信息化战场环境下,单架无人机执行侦察或攻击等任务时会因侦察角度和杀伤半径等因素制约作战效能的发挥,而多架无人机协同作战则可协同完成目标搜索、跟踪、攻击等任务,从而提升整体作战效能。

  实现无人机多架协同首先就要无人机一站多机数据链技术。中国研发人员通过频分、时分及码分多址方式来区分来自不同无人机的遥测参数和任务传感器信息,简化了地面控制站的设备量,实现使用一个测控站同时控制多架无人机,并提高了系统互联互通的能力,使无人机实现多机多系统的兼容和协同。

  

  (通过一站多机数据链技术,中国察打一体无人机系统已实现“一站四机”同控)

  一站多机数据链初步解决了无人机协同指挥的问题,但以往察打一体无人机从飞行到侦察乃至打击任务中,全过程指令要靠人来操控,而单组操控人员精力毕竟有限,再加上卫星通讯宽带上限,单一测控站可控制的无人机数量仍旧有限,近年来中国不断刷新纪录的无人机集群控制试验,则为国产无人机协同作战提供了新的思路。

  它通过集群地面控制站将控制权从操控人员逐渐转移至飞行器,使无人机实现自主飞行和决策,以减轻操控人员的压力。

  

  与以往“人在回路”的全程遥控模式不同,集群控制下的无人机操控站通过把以往各种操作规律及处理方式变成软件系统,执行任务前只要输入预设指令,集群中的无人机即依可靠自主化运算自适应地调整飞行姿态,操控员只在有异常和中途改变任务时才会介入。

  通过采用高度智能化的自主识别系统,国产察打一体无人机在战场上还可以自动进行敌我识别、自动判断威胁程度。

  此外,结合国产新一代高速宽带数据链,集群控制的国产察打一体无人机还可以在无人机编队之间进行信息交换和共享,形成编队作战能力,达到1+1>2的效果。

  (四)小“弹”当家:国产察打一体无人机全球热销少不了它

  对于察打一体无人机来说,如果缺乏完善的打击武器,那么长航时的意义就小了很多,因此,作为无人机的“利爪”,无人机专用弹药的发展也值得人们关注。

  相比有人作战飞机琳琅满目的机载弹药,大部分研制察打一体无人机的国家所配套机载弹药类型不过寥寥数种,而为了满足自己和国外客户的需求,中国发展了一批无人机专用的弹药,目前就有30多型机载制导弹药可供选择。

  

  (航展上满目琳琅的无人机机载弹药体现了近年来中国在该领域的井喷式发展)

  中国最早为无人机配套生产并出口的机载弹药为AR-1空地导弹,其定位基本相当于美国的AGM-114导弹,自出口后从非洲到南亚,这款弹药已积累了不少战果。

  而延伸自WZ-10武装直升机所使用AKD-10型反坦克导弹的“蓝箭-7”,有效射程为2km-7km,采用激光半主动制导,破甲能力大于1400毫米,理论上可以击穿任何装甲车辆。

  使用高爆战斗部、重量更轻的“蓝箭-9”则主要用于打击地面轻型装备和有生力量,从性价比上更适合目前的反恐战场,轻巧的尺寸使得彩虹-5/翼龙2这样的大型察打一体无人机一次可携带16枚,极大提升了持续作战能力。

  

  (伴随国产察打一体无人机出口的“AR”系列与“蓝剑”系列导弹在中东地区已经过实战检验,对打击各类目标均体现了极高的精度)

  为了打击假想敌加固目标,中国还推出了多款制导炸弹,其中包括130kg的FT-7炸弹,它采用了联翼式折叠滑翔弹翼,投放距离可达到90千米,可让无人机实现防区外攻击。

  此外,随着国产无人机动力的稳步提升,察打一体无人机的挂载能力也有了一定程度提高,过去由固定翼飞机携带的250kg级激光制导炸弹如今也能挂载,对硬目标毁伤能力进一步提高。

  

  (采用折叠滑翔翼式的FT系列制导炸弹投放距离已超过大部分国家普遍装备中近程防空导弹的射程,使载机的生产力有很大提高;而500磅级制导炸弹直接命中的威力则足以打击大部分加固掩体)

  除性能好、智能化但较贵的制导弹药外,各种非制导弹药也可以供预算有限客户选择,“彩虹4/5”和“翼龙II”无人机甚至可以直接挂载各国空军通用的250kg常规炸弹,这有助于缓解用户后勤压力。

  

  (中国察打一体无人机引入的各种非制导弹药为许多“囊中羞涩”的客户提供了更多选择)

  结语

  目前中国生产的多款察打一体无人机凭借良好的战术性能与性价比在国际市场上攻城略地,中国航空业正迅速做大做强无人机产业,全力打造国际一流的高端无人机制造出口基地,为加快新时代航空强国建设迈出实质性一步。

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  编辑| 史文慧

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