使用的无人机概念构想

01 引言  

在之前的文章中，我们曾经论述过一种观点，即俄罗斯的“库兹涅佐夫海军元帅”号航母已经严重过时，最好建造一种新的军舰，而不是去对老旧航母进行维修。在两艘23900型“伊万·罗哥夫”级多用途登陆舰敷设龙骨时，有关方面宣称每艘的造价为500亿卢布，比“库兹涅佐夫海军元帅”号航母的维修费用要低。我们假定订购基于多用途登陆舰船体的航母，则航母船体不会比多用途登陆舰船体昂贵。

近15年以来，我们不断提出“风暴”级航母方案，其重量尺寸与美国的“尼米兹”级航母相近。但“风暴”级航母100亿美元的造价估算扼杀了所有的想法。要知道，除了“风暴”级航母本身之外，还需要为它建造一个航母突击群、雅克-44远程雷达预警机、飞行联队飞行员训练系统，等等。本来就拨款不足的俄罗斯海军明显无法承担这笔开支。

02 航母构想的主要指标  

笔者既不是造船专家，也不精通飞机制造。文章中引用的技术指标只是概略值，是通过与已知装备型号比较得来的。如果有专家能够予以修订，则将大幅提高建议的水平，国防部就不会对此置之不理。

2.1航母的主要任务

• 对陆军行动，包括在遥远战区的登陆行动提供航空支援。距离航母的作战纵深可达500~600千米。

•对敌方舰艇突击群实施空中打击；

•对方圆1000千米内的海上情况进行侦察；

•在航母前方100千米以内，借助配备磁强计的无人机来搜索潜艇。

航母的任务范围有限，其原因是航母不应该对敌方航母突击群实施打击，而在对敌方领土实施打击时，舰载飞行联队的无人机也不应该飞到离敌方歼击轰炸机驻扎机场300千米以内的空域。无人机编队一旦遭到敌方歼击轰炸机的突然攻击，则无人机应当只与敌机进行远距空战，同时向航母方向后撤。

2.2重量尺寸指标

为了最大程度地降低航母造价，我们将其满载排水量限定为2.5万吨，这与多用途登陆舰的尺寸220×33米相符。然后，舰艇专家需要综合考虑船台、干船坞的尺寸来评估哪种方案最有利：继续使用这种尺寸，还是转而使用对航母更为合适的240×28米尺寸。船首的隆起应当保留。我们建议选择240×28米这种尺寸。

2.3防空导弹武器系统的选择

航母只安装近程防空导弹武器系统的典型方案对俄罗斯来说不太适用。俄罗斯没有自己的导弹驱逐舰，“戈尔什科夫海军元帅”号护卫舰也不多，不能够解决防空任务。因此，航母上应当配“货真价实”的远程防空导弹武器系统。这种防空导弹武器系统的雷达综合系统概貌的相关建议已经在之前的文章中给出，其中指出反导雷达应当拥有4个有源相控天线阵，各阵面面积为70~100平方米。此外，在军舰上层建筑上还应安装多功能雷达站、电子对抗系统和国别识别系统天线。和多用途登陆舰一样，在位于侧面的上层建筑上不能找到这样的空地。

2.4上层建筑的结构设计

建议研究以下方案：沿甲板整个宽度来建造上层建筑，使其尽可能地接近军舰艏部。上层建筑下部7米高，设计成空洞的，空舱的前部和后部用舱门关闭，在飞机起降时，舱门打开，沿船舷方向呈大约5°的开口角固定住。

这样的开口能够形成一个喇叭型入口，当无人机降落时严格偏离跑道中线时，可防止无人机机翼直接碰撞上层建筑的墙壁。为了预防事故，在上层建筑空洞部分的顶板上安装消防系统喷淋器。最终，跑道的宽度只受到上层建筑下部宽度的限制，为26米，可容许翼展为18~19米、垂直安定面（垂尾）高度4米以下的无人机降落。此外，这个自由场所也可以用作值班的两架无人战斗机机库，这两架飞机处于常备状态，发动机可以进行暖机运转。

甲板之上的上层建筑高度不应小于16米，上层建筑侧面上的天线分布图在前一篇文章图1中给出。在上层建筑的前面和后面，反导雷达的有源相控天线阵不能按照侧面上的那种方法来安放，因为这些天线阵安装在舱门上面，而上层建筑的总高度不足以安装这些天线阵。只能将这些天线阵侧转90°，即天线阵的长边水平放置，而短边垂直放置。

紧急时间，在甲板尾部还应该有3对各配备4枚R-77-1式中程导弹或者12枚近程导弹的无人战斗机待命，这在第5节有所说明。这样一来，跑道的可用长度就缩减到了200米。

03 使用的无人机概念构想  

假设空战是一种例外（不常发生），则无人战斗机应当是亚声速设计。小型航母最好配备小型无人机，这样的话在机库内容易移动，需要的跑道也更短，所需的甲板宽度也更小。我们将无人战斗机的最大起飞重量限定为4吨，这样一个飞行联队就可以拥有40架左右的无人机。假定这种无人机的最大战斗载荷为800~900千克，同时由于起落架高度不大，不能将一枚这么重的导弹悬挂到机身下面。因此，最大载荷应当由两枚各重450千克的导弹组成。进一步增大无人机的起飞重量是不可行的，否则必须扩大航母的尺寸，使其变成常规航母。

重量450千克以下的空面导弹通常射程不远，不能从超过中程防空导弹射程的距离上发射。在空空导弹之中，能用的只有射程为110千米的R-77-1中程导弹。如果考虑到美国的АМРААМ导弹射程为150千米，那么我们要赢得远距空战就很成问题。R-37远程导弹由于重达600千克，也不合用。因此我们需要研制替代武器，例如第5章节将要讲到的滑翔炸弹和滑翔导弹。

无人战斗机重量小，这使得不可能配备有人驾驶战斗轰炸机上安装的所有设备。这就需要研究组合式方案，例如机载雷达与电子对抗综合系统，或者将无人机联合成双机编队：一架无人机安装机载雷达，另一架上安装各种光学设备和无线电技术侦察设备。

如果为无人机布置近距空战任务，则它需要具有明显超过有人驾驶战斗轰炸机能力的过载，比如15g过载。还需要与操作员联系的全向抗干扰通信链路。这样一来，战斗载荷还需要大幅减少。比较简单的是限定为远距空战，且过载为5g。

在地区冲突中，经常需要打击意义不大的目标，其价值很小，使用精确制导导弹不合适，也太过于浪费金钱，导弹重量也太大。使用滑翔弹药会降低重量和费用，并且射程还会增加。从这里可以看出，飞行高度应当最大化。

第二种类型的无人机，远程雷达警戒无人机（无人预警机）负责为航母提供情报支持。其空中值班时间应当很长，达6~8小时。为此，其重量将增加到5吨。虽然重量不大，但无人预警机应当提供重达23吨的“鹰眼”有人驾驶预警机那样的能力。

无人预警机问题将在下一篇文章中讨论，这里只是强调建议的预警机与现有的预警机的区别在于雷达天线占据无人机机体侧壁的大部分位置，为些需要研发专门类型的无人机，其上翼为V形，不会挤占旁侧天线的空间。

04 无人战斗机概貌  

美国的“全球鹰”无人机使用了客机发动机，其冷部件（Cold part）针对在稀薄大气中的工作进行了改造。最终实现了飞行高度20千米，重量14吨，翼展35米，速度可达630千米/小时。

对于无人战斗机来说，翼展不应当超过12~14米，机体长度近8米。这样，依据战斗载荷和燃油量，飞行高度需要减少到16~18千米，而巡航速度增加到850~900千米/小时。

无人机的推重比应当足以获得不小于60米/秒的爬升率。飞行时长不小于2.5~3小时。

4.1无人战斗机性能

为了进行远距空战，机载雷达拥有两个有源相控天线阵，分别位于前部和尾部。机体的准确尺寸将在以后予以确定，现在我们假设机载雷达的有源相控天线阵直径为70厘米。

机载雷达的主要任务是探测各种目标，为此使用的是波段为5.5厘米的主相控天线阵。此外，需要压制敌方的防空雷达。将足够功率的电子对抗系统安装到小型无人机上是非常困难的，因此我们将使用同样的机载雷达来代替电子对抗系统。为此，必须确保有源相控天线阵波段比需要压制的雷达波段更宽。在大部分情况下，这是可以做到的，例如“爱国者”防空导弹系统雷达在5.2~5.8厘米波段内工作，这被主有源相控天线阵波段所覆盖。

为了压制敌方的战斗轰炸机机载雷达和“宙斯盾”制导雷达，需要3~3.75厘米波段的有源相控阵天线。因此，在起飞执行具体任务之前，必须为机载雷达配备所需波段的有源相控阵天线。甚至可以安装5.5厘米波段的头部有源相控阵天线和3厘米波段的尾部相控阵天线，机载雷达的其他部件是通用的。其功率至少要比任何电子对抗综合系统高出一个数量级。因此，用作干扰施放机的战斗轰炸机可以掩护自安全区域行动的机群。为了压制“宙斯盾”的多功能雷达，需要9~10厘米波段的有源相控阵天线。

4.2机载雷达的结构和性能

机载雷达有源相控阵天线包括416个收发模块，联合成许多簇（4Х4个收发模块形成的方阵）。每个方阵尺寸为11Х11厘米。有源相控阵天线总共有26个簇，每一个收发模块由功率25瓦的发射器和初步接收器组成。来自16个接收器输出端的信号集中到一起，最终在接收通道内进行放大，而接收通道的输出端与数模转换器相连。数模转换器以200兆赫的频率进行瞬时信号取样。信号转换成数字格式后，送入信号处理机，滤除干扰并做出发现目标或者目标不存在的判定。

每一部有源相控阵天线的重量为24千克，需要液体冷却。冷却装置也重7千克。配备两部有源相控阵天线的机载雷达总重量估计为100千克，能耗为5千瓦。

有源相控阵天线阵面不大，使这种机载雷达无法获得典型的战斗轰炸机机载雷达所具备的性能。比如，对位于典型的60°×10°搜索区域内、有效散射面积为3平方米的战斗机的探测距离为120千米，跟踪角误差为0.25°。

在这种性能指标下，指望赢得远距空战是很困难的。

4.3增大机载雷达作用距离的方法

为了找寻出路，可以建议采用编队行动方法。为此，无人机彼此之间应当有高速通信链路。如果在无人机侧面各安装机载雷达的一个簇，就足以实现这种链路。此时，在20千米以下的距离上，传输速度可达到300兆比特/秒。

我们来研究一下由4架无人战斗机起飞执行任务的例子。如果4部机载雷达同时扫描空间，那么辐射目标信号的功率将是原来的4倍。如果所有的机载雷达严格地用一个频率来发射脉冲，则可以认为是一个功率翻了两番的机载雷达在工作。每一部机载雷达接受到的信号强度也将翻两番。

如果接受到的所有信号都发送给无人机编队的长机，在长机上进行合成，则其强度还会翻两番。因此，在设备理想工作情况下，四部机载雷达接收到的信号强度将是单部机载雷达的16倍。在实际的设备中，总会出现合成损耗，损耗大小与设备的性能有关。这里无法列举出具体数据，因为不知道哪里有相关著作，但估计损耗系数会翻倍，这完全是可能的。这样一来，上述信号强度将会是单部机载雷达的8倍，探测距离将是单部机载雷达的1.65倍。对战斗机的探测距离将增加到200千米，超出了АМРААМ导弹的射程，这就可以进行空战了。

05 可控滑翔弹药  

我们只研究一下滑翔炸弹和滑翔导弹。

GBU-39滑翔炸弹最初用于打击固定目标，使用GPS系统信号制导，或者惯性制导。滑翔炸弹的价格适中，约4万美元。

看来后来查明了，直径20厘米的滑翔炸弹外壳不能使GPS接收器屏蔽掉地面电子对抗综合系统辐射的干扰。然后对制导进行了改进，最新改型已经配备主动导引头。滑翔炸弹的制导误差下降到了1米，但价格却上涨到20万美元，在地区性战争中不太适用。

5.1对于滑翔炸弹概貌的建议

建议滑翔炸弹放弃使用格洛纳斯制导，转而使用指令制导。如果机载雷达可从周围物体反射的背景中发现目标，也就是说这是具有“辐射对比度”（radiocontrast）的目标，就可以使用指令指导。为了进行制导，滑翔炸弹上应该安装：

•惯性导航系统，可使滑翔炸弹在10秒内保持直线运动；

•低空高度计（小于300米）；

•无线电应答机，可将机载雷达询问信号传回。

假设机载雷达可在三种情况下发现地面目标：

•目标相当大，在自然波束情况下，也就是战斗机直接飞向目标时，可在地表反射背景中发射目标。

•目标不大，在合成波束情况下，即从侧面观测目标数秒，可发现目标；

•目标不大，但移动速度超过10~15千米/小时，可通过这一特征来区分出目标。

制导精度取决于是一架还是两架战斗机进行制导。单部机载雷达只能以1~2米的误差来测量滑翔炸弹的距离，而方位角的测量误差很大，单次测量为0.25°。如果观测滑翔炸弹1~3秒，横向误差将减少到滑翔炸弹距离的0.0005~0.001。这样的话，在大约100千米的距离上，横向误差将是50~100米，这只适合射击面状目标。

我们假设有一个战斗机双机编队，两架飞机相距10~20千米，借助于格洛纳斯系统，可以相当准确地得到战斗轰炸机的相互坐标。此时，通过测量滑翔炸弹与两架战斗机的距离，构建一个三角形，就能够将误差降到10米。

当需要更高的制导精度时，就应当使用能够自1千米距离上发现目标的导引头，例如电视导引头。也可以考虑将电视画面传送给舰上操作员的方案。

5.2滑翔导弹的使用

选定的空战战术要求在发现敌方战斗轰炸机来袭时，必须对其进行远距离射击，然后马上转弯，向航母方向撤退。R-37远程导弹由于重达600千克是完全不合用的，而R-77-1中程导弹只是部分适用，其重量也不小，190千克，但射程有点小，只有110千米。因此我们将研究使用滑翔导弹的可能性。

假设无人机在17千米的高空，其遭到以500米/秒（1800千米/小时）巡航超声速度在15千米高度飞行的敌方战斗轰炸机攻击。假定敌机以60°角攻击无人机，这时无人机为了躲避被迫进行120°转弯，如果飞行速度为250米/秒，过载为4g，转弯就需要12秒。为了明显起见，我们设定滑翔导弹重量为60千克，无人机的弹药基数为12枚。

我们来研究一下空战战术。假如敌方战斗轰炸机以对无人机最为不利的方式发动攻击，即借助于外部目标指示来实施攻击。这时，战斗轰炸机在发射导弹之前不会打开机载雷达，无人机只能通过自身的机载雷达来发现敌机。如果能够使用无人机群的4部机载雷达进行编队扫描，那么对于普通战斗轰炸机来说，200千米的探测距离是够用的，而对于F-35而言，探测距离会下降到90千米。航母的反导雷达此时可以提供支援，它能够探测到高度15千米、距离500千米的F-35战斗机。

当与敌方战斗轰炸机的距离缩短到120~150千米时，做出无人机必须撤退的决定。考虑到空战发生在15千米以上的高空，那里几乎没有云层。这样，无人机就可以利用电视或者红外摄像机发现敌机发射了导弹。如果敌机位于反导雷达的视界内，那么这部雷达也能探测到其发射导弹的情况。

如果敌方战斗轰炸机继续接近无人机，没有发射导弹，无人机就投放首批两枚滑翔导弹。投放时，滑翔导弹打开旋翼，开始沿指定方向滑翔。此时，无人机继续转弯，当滑翔导弹位于其尾部相控阵天线作用区内时，捕获滑翔导弹并进行跟踪。两枚滑翔导弹继续滑翔，彼此飞散开来，相距10千米左右，以便夹击敌方战斗轰炸机。当滑翔导弹距离敌机30~40千米时，操作员发出滑翔导弹发动机点火的指令，将速度提升到3~3.5马赫。导弹在滑翔时高度会下降1~3千米这个情况可以不予考虑，因为滑翔导弹的动力足以弥补高度损失。滑翔导弹上应当安装应答机，帮助以很高的精度制导滑翔导弹。滑翔导弹不需要雷达导引头，配备简单的红外或者电视导引头就足矣。

如果敌方战斗轰炸机在追击过程中逼近到离无人机大约50千米的界线，就会发射导弹。在这种情况下，无人机以“反导”模式使用滑翔导弹，用普通方式投放滑翔导弹，但在旋翼打开之后，滑翔导弹转弯迎着敌方导弹飞行，然后启动发动机。由于拦截发生在迎面方向，光学导引头不需要广阔的视界。

注：为了讨论航母使用战术，最初必须研究目标指示信息的获取方法。在海上战区行动的主要信息源——无人预警机的构造问题将在下一篇文章中研究。

06 结论  

•我们建议的航母方案造价将是“风暴”级航母的数分之一。

•按照“费效比”标准，这种航母大幅超越“库兹涅佐夫海军元帅”号航母。

•强大的防空导弹武器系统可保障航母突击群的反导和防空能力，无人机可保证对敌方潜艇进行不间断探测。

•滑翔弹药比典型导弹要便宜得多，可确保在地区性冲突中进行长时间的空中掩护。

•航母最适合支援登陆作战。

•航母上的无人预警机可以用来为其他的舰艇突击群提供目标指示。

•研发出的航母、无人机、滑翔炸弹和滑翔导弹很容易出口海外。

审核编辑：黄飞