1引言

  21世紀以來，軍用無人機裝備在世界范圍內迅速擴散，頻繁出現在阿富汗、敘利亞、利比亞等局部地區戰場，由執行情監偵等支援性作戰任務向火力打擊等主戰任務轉變，應用潛力不斷提升。此外，人工智能、飛控導航、網絡通信等技術的發展，加快了無人機裝備能力提升，使其任務譜系日益完善，先后發展出低成本可消耗無人機、無人僚機、無人加油機、空射無人機等多種新質裝備，衍生出有人無人協同、無人機蜂群等新型概念，使無人機裝備運用形式不斷拓展，加速推動無人化智能化戰爭時代到來。

2 無人僚機
  無人僚機是指可與有人作戰飛機密集編隊、高效協同，遂行制空作戰、防空壓制、空中護航等作戰任務的無人機系統。2009年，美空軍正式提出“忠誠僚機”作戰構想，一方面，可以解決有人機服役規模有限、飛機老齡化等問題；另一方面，通過發展新質無人作戰力量，構建有人無人協同的作戰形態，支撐爭議地區的自由軍事行動，顛覆未來空戰樣式。
2.1　俄羅斯“獵人”無人機
  S-70“獵人”重型無人機是由俄羅斯蘇霍伊設計局研發的無人作戰飛機，采用無尾飛翼式氣動布局，機長14 m，翼展19 m，最大起飛質量20 t，可獨立遂行制空作戰、防空壓制等戰場任務，也可與蘇-57戰斗機協同編組運用，首架原型機于2019年首飛。2021年，俄羅斯新西伯利亞航空工廠完成第二架預生產改進型S-70“獵人”無人機總裝，該架機與首飛型具有明顯結構差異，預計于2022年初開展系列地面和飛行測試，并計劃2024年列裝俄羅斯部隊。
2.2　土耳其“旗手”無人戰斗機
  2021年8月，土耳其貝卡爾公司首次公開“旗手”（MIUS）新型無人戰斗機，該機設計飛行高度12192 m，續航時間5 h，巡航馬赫數為0.8，最大飛行馬赫數為1，最大任務載重1500 kg，可裝配空空導彈、空地導彈等精確制導炸彈，遂行進攻性制空、防空壓制、近距空中支援等作戰任務，該公司計劃2023年完成原型機首飛。

▲ 圖1   土耳其貝卡爾公司“旗手”無人戰斗機概念圖

2.3　“天空博格人”系統
  “天空博格人”（Skyborg）系統是美國空軍研究實驗室最新研制的無人自主空戰系統，旨在將人工智能等算法集成于低成本可消耗無人機等平臺，提供強對抗戰場環境下具備高度自主水平的無人作戰裝備。2021年以來，美軍持續推進“天空博格人”系統研發工作，運用多型無人平臺開展“自主核心系統”（ACS）試飛驗證，加快推動自主核心系統實戰化能力生成。
  2021年4月，“天空博格人”項目團隊使用克拉托斯公司研制的UTAP-22“灰鯖鯊”無人機，在佛羅里達州廷德爾空軍基地完成了歷時2 h 10 min的“自主核心系統”首飛測試，驗證了包括導航飛控、包線適應、地理柵欄響應等一系列能力。8月，美空軍分別授予克拉托斯公司和通用原子系統公司一份總額1320萬美元和700萬美元的”天空博格人”項目合同，以支持其在2022財年開展“自主核心系統”平臺集成和作戰試驗。10月，測試團隊首次完成“天空博格人”系統有人無人編組飛行試驗，操作人員在“空中國王”200公務機上使用一臺RCU-1000平板電腦操控MQ-20無人機驗證了協同機間通信、態勢感知、操縱控制等能力。
  2021年9月，諾格公司提出Model 437無人機概念，旨在響應美空軍“天空博格人”項目需求，探索具備一定隱身能力、可自主執行情監偵和空中護航等作戰任務的新型無人系統。Model 437無人機在縮尺復合體公司的Model 401飛機基礎上改進而來，單機成本將控制在500~600萬美元，改裝工作將耗時14個月。Model 401飛機機長11.6 m，翼展11.6 m，巡航速度720 km/h，可攜帶907 kg燃料，續航時間4 h，最大起飛質量3630 kg，最大有效載荷907 kg（內埋），動力系統為1臺可提供13.2 kN推力的惠普JTD-15D-5渦輪發動機。

▲ 圖2   諾格公司Model 437無人機概念圖

2.4　低成本可消耗無人機
  低成本可消耗無人機是美空軍研究實驗室綜合數字化、低成本、模塊化等發展理念提出的新型無人機系統，是無人僚機的重要潛在平臺。美空軍設立專門研究項目，探索和驗證有限壽命/架次的低成本開發技術、新式航空武器研發和采辦流程，加速能力生產。美空軍和克拉托斯、波音等公司持續加大在該領域投入，先后提出XQ-58A“女武神”、“空中力量編組”（ATS）、“空狼”無人機等平臺，并相繼由技術驗證轉入原型試飛和批量生產。
  2021年3月，美空軍研究實驗室在猶他州尤馬試驗場完成XQ-58A“女武神”無人機第六次飛行試驗，進一步擴展了該機的飛行高度和速度包線，并在飛行中打開內置彈艙發射“阿爾提烏斯”-600無人機，首次展示了XQ-58A無人機內埋彈倉的掛載能力。2021年11月，克拉托斯公司啟動XQ-58A第2生產批次規劃，預計2022年啟動制造工作。此前，美空軍壽命周期管理中心曾與克拉托斯公司簽訂3770萬美元的采購合同，依計劃，該公司年內將完成6-10架XQ-58A“女武神”無人機交付工作。

▲ 圖3   克拉托斯公司研制的XQ-58A無人機

  2021年8月，克拉托斯公司“空狼”低成本可消耗戰術無人機在美國俄克拉荷馬州伯恩斯弗拉特靶場完成首飛，測試多型任務載荷和人工智能/自主軟件系統。10月，美空軍研究實驗室授予克拉托斯公司一份總金額1767萬美元的合同，設計和開發“機外傳感站”（OBSS）項目，以驗證基于開放式架構的低成本可消耗無人機概念，實現新系統的低成本采購和快速投產目標，項目將于2022年10月完成。


  波音澳大利亞公司于2019年啟動了ATS無人機系統研制計劃，旨在開拓其“忠誠僚機”無人機全球市場，該機由波音公司聯合澳大利亞數十家企業開展研制，已獲澳大利亞皇家空軍支持，并參與英國皇家空軍輕型可消耗新型戰斗機（LANCA）計劃競標工作，其衍生產品將參與“天空博格人”項目競標工作。2021年2月，波音澳大利亞公司在澳皇家空軍基地完成ATS原型機首飛。11月，完成雙機編隊試飛，期間開展了一系列關鍵系統性能測試和飛行數據采集，試驗數據用于波音公司數字孿生相關技術研究，以支持從開發設計到生產維護的全壽命周期數字建模。

3 空射無人機

  空射無人機是指主要由有人或無人空中載機平臺掛載并實施空中發射的一類無人機，一般采用不回收、地面或空中等多種回收模式，此類無人機可攜帶紅外/光電雷達、電子戰等載荷，抵近敵防區，執行預警偵察、通信中繼、火力打擊、電子戰、誘餌等作戰任務，大幅拓展有人機態勢感知、通信等能力，提高任務安全性。2021年，國外發展出多型空射無人機平臺，并突破空中回收等關鍵技術，發展極為迅速。
3.1　“遠射”無人機
  “遠射”無人機是DARPA提出的一種新型空射無人機武器系統，旨在探索由有人機、無人機和中遠程空空導彈組成的多殺傷路徑、多交戰目標、多運行模態的新型空中交戰概念。“遠射”無人機可由運輸機、戰斗機等在交戰區外空中投放，掛載不少于2枚空空導彈，與先進隱身戰機等協同執行制空等作戰任務，大幅拓展有人機的打擊范圍和生存能力。DARPA在2021財年預算中提出了2200萬美元的“遠射”無人機項目預算需求，依計劃，項目將分三個階段進行，先后完成初步方案設計審查、詳細方案設計開發和全尺寸驗證機研制試飛等工作。

▲ 圖5   “遠射”無人機概念圖

  2021年2月8日，DARPA分別向通用原子系統公司、洛馬公司和諾格公司授出“遠射”無人機項目第一階段合同，以支持開展該武器系統初步設計與研發。依據DARPA公布的概念方案，“遠射”無人機外形類似AGM-158聯合防區外空面導彈（JASSM），機身上部安裝可折疊后掠式機翼，采用背負式進氣道設計，配裝一臺噴氣式發動機，推測具備一定的亞聲速巡航和隱身突防能力。隨后，通用原子系統和諾格公司分別公布了其“遠射”無人機概念，與DARPA的方案類似，兩個新方案均采用隱身設計方案，攜帶內埋式武器艙，安裝V型尾翼，可發射小型中程空空導彈。
3.2　“小精靈”無人機
  X-61A“小精靈”無人機是戴內提克斯公司為DARPA研制的可空中投放和回收型無人機，旨在驗證空中投放回收、先進飛行控制、低成本可消耗設計等多項關鍵技術，項目于2016年啟動，2019年以來開展大量飛行試驗。2021年10月，DARPA成功完成C-130運輸機空中回收X-61A“小精靈”無人機試驗，驗證了無人機空中回收技術的可行性。
  “小精靈”無人機的回收系統包含了夾持裝置、拖曳裝置、穩定裝置和C-130貨艙內的裝載系統等，試驗共完成四次飛行測試，收集了包括平臺性能、回收裝置、氣動參數等相關實驗數據。試驗期間，DARPA回收并維修了一架X-61“小精靈”無人機，在24 h內完成第二次部署使用。一架無人機因電氣系統故障在此次飛行試驗中墜毀，表明美軍雖然已解決“小精靈”投放回收關鍵技術，但距成熟化實戰運用仍有差距。

▲ 圖6   戴內提克斯公司研制的“小精靈”無人機

3.3　“阿爾提烏斯”無人機

  “阿爾提烏斯”（ALTIUS）系列無人機是艾利爾埃公司研制支持美空軍“空中發射管式無人機系統”項目的小型空射無人機，目前已發展出“阿爾提烏斯”-600和“阿爾提烏斯”-700等多型，該系列無人機可儲存在美空軍通用發射管系統，由美軍C-130運輸機、AC-130J炮艇機、UH-60直升機、P-3巡邏機等進行空中投放，執行情監偵、電子戰等作戰任務。

  2021年8月，艾利爾埃公司完成“阿爾提烏斯”-700型空射無人機首飛，該機翼展3.66 m，可攜帶18 kg的模塊化載荷，續航時間1~5 h，可靈活更換任務載荷及電源模塊，可手拋或由發射箱發射。10月，該公司在美陸軍亞利桑那州尤馬試驗場使用“阿爾提烏斯”-600無人機成功完成“微型槍”電子戰系統演示驗證。期間，無人機鼻錐中的模塊化電子戰載荷在90 s內“精準”定位雷達位置，展示了小型無人機的探測、識別、定位等任務能力。11月，DARPA在尤馬試驗場完成了UH-60A“黑鷹”直升機發射兩架“阿爾提烏斯”-600無人機試驗，并測試了協同對地監視能力。

3.4　“郊狼”無人機
  2015年，美國海軍研究辦公室啟動“低成本無人機蜂群”項目，選擇雷錫恩公司開發“郊狼”小型蜂群無人機，此后該公司在項目基礎上開展了空射型“郊狼”無人機研制工作。2021年9月，雷錫恩公司完成了空射型“郊狼”無人機首飛，驗證了平臺性能、載荷等多項能力。該機可為AH-64“阿帕奇”直升機、MQ-1C“灰鷹”無人機和下一代“未來攻擊偵察機”提供拓展的情監偵、通信中繼、火力打擊等能力。雷錫恩公司在系統研發過程中采用了模塊化、開放式系統架構，實現了載荷、計算機和制導等模塊的高效集成。
3.5　“閃電”無人機

2021年8月，俄羅斯無人機制造商克朗施塔特集團公司公開“閃電”蜂群無人機模型。該機采用折疊機翼和V型尾翼布局，裝配噴氣式發動機，機長1.5 m，翼展1.2 m，巡航速度600~700 km/h，有效載重約5~7 kg。“閃電”無人機采用了隱身涂層、扁平尾噴管和背負式進氣道等多項隱身技術，具有較小的雷達反射和熱輻射信號特征，具備強對抗環境下的作戰能力。該機已發展出偵察型、打擊型和電子戰型，可由運輸機、戰斗機、大型無人機等平臺掛載，部署靈活，每架蘇-57戰斗機可攜帶8架“閃電”無人機。

4 垂直起降無人機
  垂直起降無人機具備可不依賴跑道起降、可懸停等優勢，為地面和海上作戰部隊提供近距空中情監偵、物資投送、通信中繼等支持，提升部隊的靈活部署和機動能力。近年來，美海軍、陸軍等大力發展垂直起降無人機，提升未來復雜戰場適應性。
4.1　V-BAT無人機
  2021年4月，美海軍選定馬丁無人機公司的V-BAT無人機進行垂直起降原型機設計和開發工作。馬丁無人機公司發布最新型V-BAT 128無人機采用尾坐式設計，翼展3 m，有效載重11.3 kg，續航時間11 h，最大飛行速度約167 km/h，實用升限約6100 m。無人機采用模塊化任務載荷設計，兩名操作人員在30 min內即可完成組裝。

▲ 圖7   馬丁無人機公司的V-BAT無人機

  2021年5月，美陸軍發布信息征詢書，尋求加快“未來戰術無人機系統”（FTUAS）項目進度。8月，陸軍需求監督委員會簽署“能力發展概要文件”，正式批準“未來戰術無人機系統”項目需求，該項目轉入快速原型階段。美陸軍已于2019年在五個旅級部隊開展了四種FTUAS競標機型的演示和試驗活動，其中包括了馬丁無人機公司的V-BAT無人機，陸軍計劃2024財年選擇最終中標方案并啟動全速率生產。
4.2　VOLY系列無人機
  2021年8月，美國Volansi公司完成首次海軍和海岸警衛隊艦艇間無人機自主貨物投送試驗，驗證了美軍新型海上后勤運輸補給方式。Volansi公司新任首席執行官是美空軍前任采購、技術和后勤助理部長威爾·羅珀，該公司此前曾獲美空軍小型企業創新研究合同。演示活動共展示VOLY C10和VOLY M20兩型垂直起降無人機，其中C10無人機機長2.1 m，翼展2.93 m，航程約80 km，可攜帶4.5 kg載荷。M20無人機航程約560 km，續航時間8 h，可攜帶9 kg貨物和4.5 kg傳感器載荷。
4.3　KARGO無人機
  2021年9月，卡曼公司推出了KARGO無人機，面向軍用和商業市場，可滿足海軍陸戰隊和陸軍對于自主貨運無人機的潛在需求。該機采用折疊式旋翼設計，機長和機寬均為4.7 m，最大飛行速度224 km/h，空重607 kg，有效載重362 kg，安裝一臺功率223 kW的渦輪發動機，攜帶外部燃料情況下航程可達960 km。KARGO無人機可由標準集裝箱運輸，兩名操作員即可完成裝卸，目前卡曼飛行器公司正在開展2：1縮比驗證機試飛工作，計劃2022年開展全尺寸驗證原型機試飛。


5 無人加油機
  加油機已成為戰斗機、轟炸機等空中作戰平臺遠程打擊的重要支援力量，隨著人工智能、飛行控制、目標檢測等技術快速發展，無人加油機相關技術不斷成熟。美海軍重視遠海作戰能力建設，大力發展MQ-25A“黃貂魚”無人加油機，提升航母艦載機聯隊在強對抗環境的體系作戰效能。2021年3月，美國海軍提出在古牧角文圖拉基地部署20架MQ-25A“黃貂魚”無人加油機的發展計劃，以拓展其西海岸航母聯隊的作戰半徑和覆蓋范圍。
  2021年以來，美海軍與波音公司開展多項MQ-25A“黃貂魚”飛行測試，驗證了包括密集編隊協同、尾流測試、錐套跟蹤對接、空中受油等多項關鍵技術。6月，波音公司MQ-25 T1原型機完成對F/A-18F艦載戰斗機空中加油試驗，實現歷史首次無人機對有人機空中加油；8月，波音公司MQ-25 T1原型機成功完成對E-2D預警機空中加油試驗；9月，首次完成對F-35C隱身戰斗機的空中加油測試。一系列試驗表明，美海軍MQ-25A無人加油機已初步具備對其航母艦載機聯隊三型主要機型的空中自主加油能力。

▲ 圖9   MQ-25A無人機為F-35C完成空中加油

  2021年10月，美海軍為MQ-25A“黃貂魚”艦載無人加油機研制的新型“甲板控制裝置”完成為期數天的演示驗證，該系統可配合MQ-25A進行一系列模擬甲板調運與操控活動，支撐MQ-25A艦上測試工作。12月，美海軍MQ-25 T1原型機在弗吉尼亞州諾福克海軍基地的“喬治·布什”號航母上首次完成甲板調運測試。
6 太陽能無人機
  太陽能無人機具有續航時間長、飛行高度高、翼展大、質量輕、高升阻比等特點，可實現數十天甚至數月的長久滯空，執行高空持久情監偵、通信中繼等任務，以應對衛星等天基情監偵裝備通信被降級風險，具有極高應用潛力。
  2021年4月，美海軍和中央司令部聯合發布方案征詢公告，尋求使用人工智能技術提升無人系統遂行平流層戰略情監偵任務的解決方案，該計劃由中央司令部和海軍水面作戰中心牽頭，旨在通過平流層太陽能無人機或氣球提供戰場早期威脅預警和情報支持，還可作為通信節點為地面部隊構建平流層通信中繼和數據傳輸網絡，提升廣域態勢感知能力。
  2021年4月，德國航空航天中心提出開發高空偽衛星“阿爾法”（HAPS Alpha）平流層太陽能無人機。該機翼展27 m，最大飛行高度達20 km，質量約36 kg，有效載重5 kg，可換裝多型任務載荷。研究團隊正在開展關鍵設計審查，以驗證詳細設計方案是否可達預期目標。按計劃，該機將于2022年底首飛，后續同步開展各階段飛行試驗。

▲ 圖10   德國航空航天中心高空偽衛星“阿爾法”示意圖

  2021年8月，美海軍授予Skydweller航空公司一份500萬美元的太陽能無人機演示驗證合同，計劃2022年第2季度前完成系列演示。該公司研制的Skydweller太陽能無人機于2020年12月完成首飛，2021年4月完成包括飛控、傳感器、自主能力等在內的一系列試飛驗證工作。Skydweller無人機翼展72 m，設計使用高度為9100~13700 m，最大任務載重363 kg，最大起飛質量2495 kg，該機可攜帶多類任務載荷，遂行情監偵、通信中繼、災害監測、地理測繪等任務。
  2021年9月，空客Zephyr S“西風”太陽能無人機完成年內最后一次試飛活動，使其平流層總飛行時間達2435 h，并創造了23195 m的同類無人機絕對飛行高度紀錄，該機還保持著此前創造的25天23 h 57 min空中不加油續航紀錄。“西風”無人機采用超輕碳纖維材料，質量不足75 kg，翼展達25 m，該機已獲美國聯邦航空管理局運行許可，可滿足A類空域使用條件以及空中交通管制系統和交通防撞系統的互操作要求。此次試驗中，空客公司驗證了基于5G的數據傳輸能力，驗證了在2 GHz頻譜下使用高空偽衛星提供數據服務的可行性，測試了450 MHz窄波段下長達140 km的通信連接能力，還測試了平流層精確機動和位置保持等多項控制能力。
圖片

▲ 圖11   空客公司研制的“西風”太陽能無人機

7 主要趨勢
  2021年以來，無人機裝備技術發展迅速，新質無人機系統不斷涌現，人工智能等新興技術應用日益廣泛，有人無人協同能力持續提升，實戰化和主戰化趨勢十分明顯，逐漸發展為航空裝備體系重要組成，重塑未來空戰模式。
7.1　強化智能自主，提升無人機作戰效能
  傳統無人機裝備多采用預編程或人員操控模式執行偵察監視、目標指示和火力打擊等作戰任務，自主化水平相對較低，依賴人在環路控制，對數據鏈路帶寬和時延要求較高，難以在強對抗戰場環境和復雜作戰任務中充分發揮作戰效能。近年來，人工智能技術不斷發展，智能算法開始大量應用于圖像識別、目標分類、自主決策等任務領域，國外通過開展空戰進化、“天空博格人”、進攻性蜂群等項目，充分發揮無人機類型豐富、研制周期短、新技術迭代快等優勢，發展具備自主遂行近距空中格斗、空中加油、情監偵等能力的無人裝備，減輕指揮和操控人員任務負擔，提高戰場任務效率。
7.2　注重人機協同，構建新型航空裝備體系
  國外重視無人機與有人機、無人機與無人機的協同運用能力，大力發展無人僚機、無人蜂群、空射誘餌、無人加油機等新質裝備，構建具有集群化、分布式特征的空中作戰體系，實現有人作戰裝備的能力倍增。美軍戰略與預算評估中心發布的《美空軍未來戰斗空中力量的五大優先事項》提出了多種無人機與有人機協同運用概念，包括RQ-4、MQ-9等大型固定翼無人機攜帶情監偵、電子戰等載荷，協助執行國土防御任務；攜帶空空導彈和激光武器的無人僚機與戰斗機協同，為預警機和大型加油機提供空中護航；無人僚機與戰斗機編組進入強對抗環境，執行進攻性和防御性制空作戰任務；無人機作為多域指控的網絡節點，接入天基網絡、E-3G等戰場管理指控節點和地面站，協助執行遠距探測任務等。
7.3　強調低價高效，發揮無人機低成本優勢
  國外近年來高度重視空射無人機、蜂群無人機、可消耗無人機等小型化、低成本無人機裝備發展，不斷提升中小型無人機任務能力，探索誘餌戰、蜂群戰等新型作戰形態，謀求構筑高強度作戰環境下的規模化優勢。例如，美軍X-61A“小精靈”無人機單價低于70萬美元，XQ-58A“女武神”無人機低于200萬美元。為實現無人裝備的低成本化目標，國外采用多種設計研發手段，包括：一是大力推進數字工程，從論證分析、總體方案、詳細設計到生產制造全面采用數字模型，實現降本增效；二是采用有限壽命設計方法，例如空軍XQ-58A“女武神”發動機等核心部件使用壽命約20~50次，可大幅降低運行和維護成本；三是大量使用成熟任務載荷，國外生產商通常根據任務需求，大量使用成熟的貨架產品和商用軟件，大幅降低升級和損耗成本。

8 結束語

  無人化智能化已成為未來重要發展方向，美國等軍事強國圍繞無人作戰飛機、忠誠僚機、無人蜂群、空射無人機等新質無人作戰力量開展大量技術攻關、能力驗證和型號研制工作，瞄準未來大國間強對抗戰場環境，研發具備一定隱身、自主和互用能力的無人平臺，可在短期內發展出覆蓋高中低空、大中小型、戰略戰術戰役級的無人裝備體系，持續塑造新型戰場優勢，極大拓展未來空中戰場復雜性。