海上挑战:UAV适应并进入海上环境

从便携式UAV到高空长航时平台，UAV已经累积了数百万小时的飞行时间，它在现代战场上已经牢固确立了自己的地位。但是，其用途主要是支援地面行动。除小型UAV外，UAV在美国军队中的占有比例为：陆军有61%，空军有31%，海军和海军陆战队却只有8%。阿富汗和伊拉克的作战需求是这种差异的成因，但部分原因也源于在舰艇上难以发射和回收UAV。尽管如此，海上UAV还是开始确立自己的地位，有多个重大项目的试验已接近完成，甚至已经开始作战部署。

和部署的陆地行动支援系统的情况一样，美国军方和UAV制造商对发展UAV的海上应用都有很大兴趣。美国海军有三个重大项目正在进行：“火力侦察兵”旋转翼UAV、基于 “全球鹰”的大面积海上监视无人机系统（BAMS UAS）和小型战术无人空中系统（STUAS）/Tier II（与美国海军陆战队（USMC）合作）。

许多国家现在都有明确的UAV需求、试验计划和采购项目，都以不同程度的速度进行着。

美国海军的首要舰载UAV项目是MQ-8B“火力侦察兵”，选用这种型号是为了满足对垂直起降无人机（UTUAV）的需求。诺格公司的平台是个旋转翼UAV，用于发挥多种战术作用——主要有情报、监视、目标捕获和侦察（ISTAR）。

该系统设计用于在能载UAV的舰艇上工作，最初将部署在制导导弹护卫舰上，随后将在海军的近海作战舰（LCS）上进行集成和试验，并将是一艘LCS上的主要离舰传感器。整个系统由三个MQ-8B“火力侦察兵”UAV、几个控制站和相关控制处理和支持设备组成。

“火力侦察兵”以Schweizer Model 333商用直升机为基础，已经有2000万小时的飞行记录，因此它具有成熟的飞行能力。这种UAV使用劳斯莱斯 250-C20W涡旋发动机，动力320hp，旋转速度115kt，飞行高度20000ft。

“火力侦察兵”起初是为海军的长航时沿海轰炸提供建制火控的。虽然这项需求曾经随着增程制导弹药项目的厄运消失，但“火力侦察兵”的主要传感器是FLIR系统公司的BRITE Star II转塔。该转塔包含7个单元，包括一个彩色TV摄像机、一个二极管泵浦激光指示器/测距仪、一个激光瞄准器、一个激光光斑跟踪器和一个以太网接口。

集成到“火力侦察兵”上的其它负载包括沿海战场侦察和分析（COBRA）系统。该系统有地雷探测作用和其它作用，地雷探测是对LCS“火力侦察兵”的主要要求。同时，诺格公司独立试验过一种Telephonics搜索监视雷达。

美国海军和诺格公司正在对“火力侦察兵”进行大量的陆上和海上试验，并且从2000年就开始部署在海军的加利福尼亚号军舰上。最初试验是在美国海军的Nashville两栖运输舰Austin级着陆平台甲板上进行的，因为这个甲板有足够的空间。最近，“火力侦察兵”在美国海军的第一个LCS——Freedom舰上进行动态接口试验和集成。

John VanBrabant是诺格公司海上业务开发部的领导，他告诉《简氏防务》说，“火力侦察兵”还将在2011年在Freedom舰上作进一步试验，以扩大风包线，一个平台正在准备由美国中央司令部部署到美国海军的Halyburton巡洋舰上，在这艘舰上的运行演习已经结束。

VanBrabant希望“火力侦察兵”能发挥美国海军目前尚没有要求的多方面作用。“我希望在一个图像中看到P-8或其它飞机把几百个声纳浮标散乱地扔到海上，然后“火力侦察兵”来到工作站，给舰上操作员提供一种手段来监视那个图像。甚至当P-8或其它飞机正离开工作站时，这种飞机上的操作员还能够通过“火力侦察兵”对那个图像保持态势感知。

“火力侦察兵”将来也可能得到武装，已经成功进行过实验，发射过2.75inch（70mm）的制导火箭。为了应对小船的威胁，VanBrabant说：“我们已经做了一些很深入的工作来确定“火力侦察兵”对各种载荷的适合性及其正确的结构。”

在过渡期内，美国海军需要在试验中把有人驾驶飞机和无人驾驶飞机组织起来，因为2011年发生在Patuxent 河上的事件，那时应该有MH-60“黑鹰直升机”和“火力侦察兵”一起工作。VanBrabant解释了部分理由：“有人驾驶飞机工作起来很昂贵，如果有人驾驶飞机和无人驾驶飞行合理组合，显然可以降低购买和使用成本，使有人驾驶飞机能服役20-25年。”

海军也在研究通过其舰艇基持久UAS项目武装旋转翼飞机的潜力。2010年4月30日的需求信息要求开发一种能从LCS、巡洋舰或驱逐舰上发射的新的无人驾驶监视飞机，任务半径在300海里到1000海里之间。UAS还必须有至少8小时的基站续航能力，进一步的要求是带武器巡航。

诺格公司和Bell直升机公司已经联合起来为该项目提供Fire-X无人驾驶直升机。该平台与Bell 407直升机机架相结合，多数UAS结构都是为MQ-8B研制的。

BAMS

美国海军的BAMS项目正在更高的战略层面研制一个从美国空军的RQ-4B“全球鹰”派生的HALE平台，并指定MQ-4C为有人驾驶的海上巡逻飞机（MPA）的一部分。

Walt Kreitler是诺格公司BAMS UAS业务发展部的经理，他告诉《简氏防务》说：“改进是项混合工作。推进这一工作的一方面是军事需求，另一方面是在国家空域作战的能力。”军事需求大部分集中在改进平台性能，提高在恶劣天气下的作战能力上。特别是飞机具有抗结冰系统和机身、发动机进气管的化冰系统的特点。Kreitler说“空军任务被取消的主要原因之一是恶劣天气……飞机在世界90%的天气下都工作得很好，但从军事观点来说，能在结冰条件下起飞降落是很重要的改进。”

其它改进包括增强型劳斯莱斯AE3007H涡旋发动机、感应和规避雷达、改进后的防闪电设备、防鸟撞设备和燃料蒸汽感应器。

空军平台和海军平台的最大区别在载荷上。BAMS传感器的关注场是360°，而不是侧视、前视和后视配置。因为传统侦察中，是从点到点看东西，监视一个地方，但在海上环境中，关注的区域是全方位的。

BAMS的传感器包包括一个自动辨认系统（AIS）接收器、一个诺格公司开发的多功能主动传感器主动电子控制阵列（MFAS AESA）X波段二维雷达、一个MTS-B多光谱瞄准系统和视频发射器、一个Merlin-MC电子支持测量包。通讯系统包括Link-16数据链、通用数据链（CDL）、宽波段和双通道窄波段卫星、国际海上卫星组织的卫星和瞄准线能力。

飞机机身长14.5m、翼展29.9m，能在超过55000ft的高空飞行，能留空30多小时。Kreitler说，诺格公司正在“研究在BAMS上装吊舱的可能性，该飞机能在每个机翼上加装一个重1200lb的传感器或能力，海军应该对之很感兴趣；可能还有通讯中继、信号情报等……机翼上加装的吊舱有各种选择。”

且不说新系统的能力是什么，增加系统和传感器就需要增加动力，诺格公司正在研究使用一个低压涡轮转子发电机来实现这一点。

由于美国海军打算将BAMS用作P-8 Poseidon MPA的附件，两个平台的飞行员可能会在两个海军军事基地训练其专业技能，一个基地是华盛顿的Whidbey岛，一个是佛罗里达州的Jacksonville市。但是Kreitler说，诺格公司支持海军对BAMS的各种方案，通过开发一个分布式结构，使飞行员和飞机彼此独立在不同的地方。他说，把飞行员和飞机分开是文化划分而不是技术划分。”

同时，美国海军和空军已经签了一个谅解备忘录，共享空军在“全球鹰”平台上的培训经验。

到目前为止，BAMS项目已经顺利经过了几个节点，计划在2011年第二季度进行关键设计审核，在2015年12月具备初步作战能力。Kreitler说，虽然没有别的用户，P-8的实际或潜在合作伙伴有澳大利亚，印度和日本也将是BAMS的潜在用户。

同时，STUAS/Tier II项目也推动着美国将战术UAV用在舰艇上，目的是提供持续的战术侦察、监视和目标捕获。通过STUAS竞争，已经有多家制造商能提供旋转翼和固定翼平台，但是，2010年7月，海军空中系统司令部和波音公司的Insitu分公司签订了为期2年的合同，给该项目开发“综合者”平台。

“综合者”用在Insitu公司的“扫描鹰”UAV上，是舰载工作中最成功的平台。“扫描鹰”在多个国家服役，美国海军、英国皇家海军和其它国家的海军都试验过它。在美国海军的试验中，它被部署在军舰上，如Arleigh Burke级驱逐舰、登陆舰和补给舰上。

尽管“扫描鹰”的尺寸较小，长1.22m，翼展3.05m，但它的续航能力超过24小时，曾经飞越大西洋。通常它使用光电或红外载荷，重5.6kg，最大发射重量18.1kg。在海上，无人机是用低压气囊弹射器发射、用“天钩”系统回收的。回收时，无人机飞到悬在水上15.2m高的绳索上，翼尖上的钩子会钩住绳索从而捕捉住飞机。

“综合者”比“扫描鹰”大，翼展4.87m，总长2.23m。它能载起22.7kg的载荷（发射重量61.2kg），和“扫描鹰”一样，“综合者”能在空中停留24个小时以上。

基本的“综合者”能容纳现有“扫描鹰”的所有载荷，但它通常配置的是惯性稳定光电摄像机、长波或中波红外摄像机，一个红外标示器和一个可以选用的、装在飞机鼻尖上的转塔中的激光测距机。内部载荷舱位于机身中部，能容纳情报通讯装置和可抛弃装置。“综合者”还有硬点可挂载外部储备。

在“综合者”上，曾经演示过一个SINCGARS单通道地面和机载UHF/VHF射频中继系统，未来的载荷可能还包括一个小型合成孔径雷达和多枚“长钉”导弹。这种UAV有改进的弹射发射器和“天钩”回收系统，对STUAS, 还将有重油发动机和AIS接收器。

英国的进展

在大西洋彼岸，英国国防部正给新的UAS能力投入大量资金，以便在陆地战场上承担ISTAR任务，但没有规模相同的海上项目。

但这不等于说海军不关注UAS，它也希望一个建制的UAV能承担一系列角色和任务。曾经进行过许多研究，以前，国防部和海军通过联合UAV试验项目（JUEP）评估过在巡洋舰上使用UAV的可行性。

在JUEP的海上演示中，以泰勒斯为主的工业团队演示了Insitu“扫描鹰”UAS在Type 23巡洋舰HMS Sutherland上的操作。第一次演示于2005年3月在QinetiQ的Hebride范围内进行，演示了从Sutherland控制“扫描鹰”的过程。

第二次JUEP试验于2006年3月在Vigilant Viper进行，进一步扩大了“扫描鹰”展示的能力，在皇家海军的战舰上成功发射并回收了UAV。

2007年，出于对“Deacon行动”的判断，对海上建制UAV提出了一项紧急需求，以弥补近期ISTAR的短缺。（2007年3月，伊朗在北阿拉伯湾拘留了15名皇家海军人员。）但是，当初步需求传到工业界时，紧急需求却没有得到批准，该需求被束之高阁。

现在，又签写了新的备忘录，因为有了战术海上无人驾驶空中系统（TMUAS）能力方案演示器（CCD）的动议，为期两年的研究项目旨在验证建制舰载UAS如何能缓解目前海军能力在多个战区的不足。这些包括攻击水面战、地理和天气、对抗和总体态势感知。

能力方案演示器由防务设备和支持组织的项目和技术组（PTG）管理。PTG不针对一项正式需求试验一个特定系统，不构成目前采购计划的一部分。但是，它会含有终生能力管理计划，包括未来需求。

一项TMUAS 能力方案演示器范围界定研究得出的结论是：中型旋转翼UAV（总重量1000kg到3000kg）“针对所关注的UAV短缺有最佳性能，因为它有承载多个传感器的能力”,项目技术组说。但是，在能力方案演示器中也将考虑更小的UAV，因为，据预测，这些UAV对舰艇集成和工作有更小的影响。

对投标者来说，即将到来的建议将要求提供一整套包括物理演示旋转翼UAV系统和由模拟和合成环境试验支持的专家传感器。

Schiebel公司的Camcopter S-100已经在3级海洋状态环境中的舰载飞行中证明了自己。奥地利制造商的战术UAV主要用于ISTAR功能。这种UAV已经卖给阿联酋，据报道，还卖给了美国特种作战司令部，而且还在许多军队（包括法国、德国、印度和巴基斯坦）经受着大量试验。Schiebel公司还和美国CenTauri Solution公司合作，满足由美国联合建议爆炸装置打击组织（JIEDDO）对反简易爆炸装置（IED）应用的要求。

S-100有一个吊舱和横梁机身设计，双桨主旋翼3.4m，载荷55kg。这些载荷可以安置在两个内部舱和一个外部硬点上。内部主舱位于主旋翼下边，可以装入50kg的载荷，外部硬点和内部次舱位于飞机前部，可以安放10kg的载荷。还设计了一个附加电子舱用于容纳非标准仪器。

虽然S-100曾经带着泰勒斯公司的AGILE 2 传感器转塔和FLIR系统公司的载荷出售过，但目前的标准载荷是IAI/Tamam公司的内置式光电载荷200。将来有潜力的载荷还有LIDAR系统、穿地雷达和SAR。

S-100的发动机为55hp的旋转电机，最高速度120kt，巡航速度55kt。带着25kg的载荷，典型最大续航时间为6小时，但加上气化罐后可延长到10小时。

Schiebel公司的管理经理Neil Hunter给《简氏防务》说，S-100平台可以根据不同用户的需求很容易地调整，公司一直在考虑将雷达和电子战传感器集成到平台上。“雷达集成是我们和Selex公司一起用它的PicoSAR系统进行的。应该说是80%的集成；我们已经完成了所有硬件工作，只待客户了。关于电子战方面，还为时很早。大多数是个概念性工作。”

以前，曾经将S-100用作测试台，评估从小UAV上发射导弹造成的影响，那时用的是泰勒斯公司的轻型多功能导弹。尽管如此，Hunter先生说Schiebel公司的工作主要集中在开发ISTAR能力，获得在民航空域的飞行许可证。的确，迄今为止，Schiebel公司几乎没有做过将武器集成到平台上的工作，但Hunter相信，发展军事的趋势就意味着S-100终将使用武器。

该公司还在开发一个更大的平台S-200，已经制造了一个三维CAD模型。Hunter说，更大平台的基本原则是：总重量在500kg和1000kg之间，提供更长的续航时间，更大的载荷能力。他相信，该平台会适用于运载海上雷达，如果将来出现这种需求的话。

Schiebel也在谋求用S-100运输悬吊式载荷，“现在我们就可以做到这一点”，Hunter解释说，“但却不是很有把握，我们希望载荷重量在20kg到30kg的支架之间。许多人会问，干嘛这么麻烦？我们的回答是，我们可以在此做很多工作。从军事方面来讲，要用那个相当小的载荷，在很有意义的作战水平反复提供弹药和医疗支援”。

S-100经过优化，可通过对选择的零件和结构采用钛材料和复合材料，用在严酷的海上环境中。该飞机可以手动控制其起飞和降落，这也可以自动进行。自动起降是通过从地面或舰上系统单元提供传感器信息，从而能够进行舰上飞行处理和舰船运动预测算法。

美国海军最近将其无人驾驶空中供应合同一分为二，分别给了波音公司的A160 “蜂鸟”和Team公司的K-MAX的无人驾驶K-MAX升降机，但它们主要用在陆地上支援美国海军陆战队。但是，K-MAX团队，即洛马公司和Kaman直升机公司正在考虑投入资金以便把UAV用到海上。

K-MAX的设计特点主要有两个反旋转的相互齿合的旋翼，在小小的着陆区提高了上升密度。Kaman公司补充说，没有尾旋翼，使Honeywell T53-17气轮机产生的1800shp动力能直接作用到主旋翼上，提高了上升性能。在挂载最大载荷3109kg时，K-MAX能以80kt的速度飞行214海里，没有负载时，可以以100kt的速度飞行267海里。由于它主要是个改进后的有人驾驶平台，必要时，K-MAX可以用飞行员在民航空域飞行。Kaman公司的市场和业务发展部经理Mark Tattershall告诉《简氏防务》说，海上应用将主要集中在使用K-MAX的重上升能力。用其有人驾驶配置，它承担着舰到舰的垂直补给任务。K-MAX的两个旋翼可以折叠，因而可以存放在飞机棚里。

Tattershall说，虽然Kaman公司在海上使用UAV的经验很少，但K-MAX的设计是用于重着陆的，因此在高海洋状态中作业应该没有问题，因此不需要专门的海上应用改造。

一个能用来给K-MAX提供海上发射回收的系统是Sierra Nevada公司的UAV通用自动回收系统-2型（UCARS-V2）。UCARS-V 2有一个雷达改造子系统，一个装在飞机上的机载异频雷达收发机子系统，它成功用于海上的“火力侦察兵”。该系统有内置的舰船移动设备，不需要GPS或来自船上的位置信息。

Tattershall认为，K-MAX能支持他的备用上升、水容量和电容量以安装其它较小平台需要努力才能承担的载荷，如浸入声纳或LIDAR装置。

还有其它作业方案，可以看到将该平台用于陆地和海洋环境运送和安插别的无人驾驶系统，比如，将小船交给特殊部队作战。

UCAV

虽然海上UAV的发展整体上落后于陆基系统的发展，但无人驾驶作战飞行器（UCAV）却备受海军青睐，并且美国海军也是名副其实的先锋。

2000年6月，美国海军就和国防先进研究项目局启动了一项研发工作，鼓励UCAV 相互对立的打击资源。过去10年，经过UCAV-N、J-UCAS和现在的UCAS-D项目的循环后，海军的兴趣也随着竞争和海军的各种选择消失了。可是，2010年8月，美国海军作战上将Gary Roughead要求海军要有使用航母基无人驾驶轰炸机的紧急感。

Roughead和其它海军专家认为，UCAV不仅能大大提高作战效率，还能降低海上飞行活动的成本。这些因素加起来形成上将所谓的海上飞行的革命。

“在简化我们能从那些系统得到的驻留时间方面，会造成巨大不同，但也基本改变了我们进行海上飞行的方式。”他在科罗拉多州Denver市的UAV系统2010年国际年会的年度协会上告诉作者。

就作战效率而言，UCAV具有大大扩大海上作战飞机的距离和续航时间的潜力。由于机舱里没有飞行员，在悬浮时间上就没有人的限制。空域分析家说，现有技术可以研制一种UCAV，在大约1500海里的距离上不需要加油，目前美国海军计划UCAS-D项目需要平台能进行空中加油。

UCAV的设计也趋于增加隐身，诺格公司的X-47B和波音公司的X-45A就是外形相似的无尾设计。但X-47B赢得了UCAS-D的竞争， X-45A却丢掉了合同。

UCAS也可能在节约成本方面提供一些优势，正如Roughead上将和其它人指出的，这个系统有降低人力成本的潜力。如果能有效使用，UCAV也可能用于打击任务。也可能会缩短飞行时间，因为不太需要训练飞行来保持飞行员的熟练程度。

这也许是真的，但是操作UCAV带来了其它难题。在海上作业的一个关键难题是发射，尤其是回收，快速喷气式平台对硬甲板的撞击。但是，早先用UCAS演示器反复“盘绕和撞击”着陆的经验表明了导航系统的极端准确性，因而一次又一次地降落到同一个位置上。虽然这是个显著的优点，但它也有可能破坏航母甲板的隐患。因此，计划员要在随机因子里考虑到这一因素以避开那个位置。

美国海军的旗舰项目UCAS-D可能会在2013年达到高潮，那时，诺格公司将用X-47B演示，在恶劣天气下而且航母甲板上下左右摇摆的条件下，将低可观察的固定翼UAS降落到航空母舰上。在IDR就要出版时，正在爱德华空军基地进行地面测试，初次飞机已经迫在眼前。

在UCAS-D之后，美国海军还有一个后续项目，叫做无人驾驶航母发射的机载监视和打击（UCLASS）竞争，该项目要求开发4到6个低可观察UAV，以便在2018年前使用。

UCLASS飞机会用于ISR和打击任务，也可能定期着陆在航母上。

2010年，诺格公司告诉《简氏防务》，他们正在计划竞争UCLASS，提供一个在X-47B技术基础上的平台。波音公司紧随其后，该公司官员说，他们的UCLASS建立在高度自动化系统的基础上：隐形测试台飞机，这是波音公司在为UCAS-D项目投标失败的X-45飞机的基础上开发的。

还有两个新UAV会加入到投标队伍中来：通用原子航空系统公司的“海上复仇者”，这是在该公司的“捕食者”C平台上开发的，还有洛马公司的飞机，这是在该公司秘密的RQ-170的经验上和它的有人驾驶F-35 Lightning II联合打击战斗机的基础上开发的。

“海上复仇者”的设计会包括一个纯粹的喷气发动机、SAR，机内能运载3000lb的弹药以及一套传感器。飞机的机翼可折叠、适合在航母上降落，还有一个尾钩。

一些UCLASS竞标者说，他们在努力开发下一代隐形UCAV，重点在海军的UCLASS项目上而不是空军那有争议的空域MQ-X UAV。波音公司和诺格公司的官员说，有人告诉过他们MQ-X已经被搁置，因为空军要更加明确地定义它们未来的要求。

这个信息并不完全出乎意外，因为海军对UCAV发展的跟踪记录表明，不太可能还坚持让飞行员呆在机舱里这种偏见。相比之下，美国空军正在努力在保持适当战斗机飞行员和发展一批新的UCAV飞行员之间保持平衡。目前，许多战斗机飞行员在美国空军中都处于高层位置。

其它国家对陆基UCAV十分心仪，却没有关注海上无人机型号，也许部分原因是因为它们没有美国那样的航空母舰。但他们也十分关注美国海上无人机项目的发展动向。