無人機研究報告（六）美國：無人戰鬥武裝旋翼機，X-51A，潛射無人機

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《武器與裝備研究選編》

（六）

世界各國無人機發展情況

美國：無人戰鬥武裝旋翼機

X-51A，潛射無人機

無人戰鬥武裝旋翼機

美國陸軍承諾為轉型期間的未來部隊提供一款更致命的偵察機，可以單獨搜索或與有人或無人駕駛小隊一起執行任務。這種無人戰鬥武裝旋翼機（Unmanned Combat Armed Rotorcraft）稱為UCAR。美國國防預研局的項目經理唐納德?伍德伯里說：「我們已經像開發卡車一樣開發了無人機（UAV），UCAR正開發成為一個體系性的遠景。」

伍德伯里先生解釋道：「無論是白天還是晚上，或是在不利的氣象條件下，UCAR系統同它的模塊化載荷都是設計為發現最困難的目標——徒步進行、偽裝的作戰人員，和其他隱藏在地面混亂中的其他目標。陸軍未來戰鬥系統的單獨一名操作人員或是在AH-64D「阿帕奇」或A2C2（陸軍空域指揮可控制，譯者注）系統「黑鷹」上機載的單獨操作人員，最終都能指揮一架或多架無人機，僅僅通過少數幾句口語辭彙。該項目的目的就是可以使用操作指令，近似於發送給有人系統的指令命令他們。」

「實際使用中的UCAR概念是與『影子』、『捕食者』以及其他實際使用的UAV有很大不同的」，諾斯洛普?格魯曼公司UCAR的項目經理戈雷格?祖溫納曼解釋說，「替代一個人控制一架UAV的是，你可能用一個人控制一個小隊。一名忙於同其他職責的操作員可能為協作小組發出最高級的指令，僅為了勘察一列樹行，還得忙於注意同野戰炮火重疊在一起的槍彈威脅。而自動駕駛無人機在他們小隊之間分派任務和資源，順應空氣動力情況改變隊形，對那些偏離命令的需要授權。」

伍德伯里先生承認：「在網路中心戰領域，無人直升機可能從有人駕駛攻擊直升機、戰術噴氣式飛機或者未來戰鬥系統的非直瞄火箭系統（FCS Non Line Of Sight Launch System，FCS NLOS-LS）召喚火力。或是它可以履行通信中繼、排雷或其他任務。諾斯洛普?格魯曼公司得到卡曼授權的UCAR曾裝有一個腹鉤，用於掉運貨物。我不能確定發抖的原因是否有關UCAR只能運送單件載荷；但當你談到多用途飛行器時，你要有能力提供後勤支援作為核心使命。」

多功能的UCAR將可在陰暗、惡劣的天氣下，執行危險任務，而不用將人的生命置於險地。不像其他無人機（UAV）使用單位，陸軍航空兵需要高度自理的飛行器，才能找到低空下自己航路上的障礙物，以及最接近防空火力危險下的生存性。但UCAR概念因此稱作「低空觀測直升機」，具有對人類指揮官口語指令產生反應的足夠的機敏，同機載成員無縫協作，以及在動力學環境再次執行任務的能力。它是非常靈活的平台，將可以同先進的感測器和武器系統整合，用於發現、識別，並同敵人交戰。伍德伯里先生承認，UCAR從開始就確定為一款雄心勃勃的機型。

X-51A

X-51A是美國高超音速導彈研製計劃的名稱，其關鍵在於研製出一種能以6.5馬赫（即6.5倍音速）的極高速度攜帶彈頭飛行的高超音速衝壓噴氣發動機。與需要攜帶大量氧氣的傳統導彈不同，這種新式導彈的發動機能夠以極快的速度將自帶燃料和空氣中的氧氣進行混合，從而產生出極高的速度。而且這種可重複使用的高超聲速導彈外形尺寸比同類導彈要小得多，只有後者的一半大小，但卻具備攻擊500千米外目標的能力。研發中的這種高超聲速導彈在投下彈藥後可飛回基地，因此更像是一架飛機。X-51圖示和特性如下：

2004年1月，AFRL選擇波音公司與普惠公司共同製造SED-WR的驗證機，由波音公司製造機身，普惠公司生產發動機。2005年9月，美國空軍正式將該計劃編號為X-51A。

2010年5月26日，美國在加利福尼亞州南部太平洋海岸的軍事基地，成功試飛了X-51A飛行試驗機。

按照最初試飛計劃，B-52飛機在大約15000米高空投放整個X-51A試驗系統。首先，助推器持續燃燒30秒鐘，將整個系統加速到馬赫數4.6～4.8。在助推過程中，空氣將進入X-51A驗證機的超燃衝壓發動機內，通過級間段流出，以便起動進氣道，開始逐漸加熱發動機及其燃油。在助推器分離後，X-51A驗證機將藉助慣性繼續滑行數秒鐘，然後在發動機內部依次點燃乙烯和燃油，達到熱平衡後，僅利用JP-7燃料的燃燒實現不斷加速。整個動力飛行過程大約300秒，預期飛行速度達到馬赫數6.5。隨著全部燃料消耗殆盡，X-51A驗證機將開始減速，接著是500秒的無動力飛行，逐漸下滑，最後墜落進太平洋。

然而，首次試飛並非按照設想順利進行，儘管取得了成功，但還是出現了令人意想不到的一些情況。

5月26日，美國空軍實施了X-51A驗證機的首次飛行試驗。當搭載X-51A的B-52H載機爬升到預定高度後，在馬赫數0.8的飛行速度下，釋放了由助推器和驗證機組成的X-51A試驗系統。大約4秒後，助推器按照預定程序點火，將X-51A驗證機助推到馬赫數4.8。隨後，X-51A驗證機與助推器、級間段分離，按照預定程序，成功地完成了一個平緩的180度滾轉機動。這一過程中，X-51A驗證機將進氣口從上方位置改變為腹部位置，飛行速度略微降低到馬赫數4.73。

隨後，SJY61超燃衝壓發動機先點燃乙烯，然後過渡到JP-7碳氫燃料的點火、燃燒。接著，X-51A驗證機開始逐步加速，但是遙測數據表明，加速度略低於設計值，而且發動機艙後部的溫度明顯高於設計值。靶場安全官員通過監測數據發現，X-51A驗證機開始減速，並且遙測信號丟失，於是下令終止試飛，飛行器啟動了自毀程序。

結果，SJY61超燃衝壓發動機只工作了140秒，並未達到預期的300秒時間，飛行器的飛行速度達到了馬赫數5，尚未加速到馬赫數6以上。PWR公司表示，有關數據初步表明，SJY61發動機完全按照設計要求工作，在第一次試飛中就實現了最關鍵的一些事情：點燃乙烯，過渡到乙烯與JP-7燃料的混合燃燒，達到JP-7燃料燃燒的條件，僅用JP-7燃料繼續燃燒，並持續工作140秒。X-51A驗證機在自毀前，機內仍然剩餘一部分燃料。

由此可見，PWR公司已經完全掌握了一系列關鍵技術，可以很快製造出更長燃燒時間的超燃衝壓發動機。設計的5分鐘飛行時間並不是推進系統的限制，只是局限於在油箱內裝有燃料的容量。如果改進設計一種更大容量的燃料箱，X-51A改進型可以進一步增加飛行時間。

儘管飛行時間沒有達到預期目標，但測試組仍然對結果感到滿意。AFRL發言人表示，首次飛行得分為B，下一次將得到A。AFRL負責X-51計劃的經理布林克表示，此次試飛取得了95%的成功，飛行控制軟體完美無缺，尚不清楚加速過程減慢和飛行時間短暫的具體原因，初步推測可能是密封問題或作動器故障，同時也認為，有可能是錯誤地估算了X-51A驗證機在低馬赫數飛行時的阻力。

2011年6月13日進行的X-51」乘波者」高超聲速飛行器第二次飛行試驗中，由於超燃衝壓發動機的進氣道未啟動，X-51第二次飛行過早終止。在操作人員的控制下，飛行器濺落加利福尼亞沿海。

波音公司B-52飛機攜帶X-51飛行器完美地飛至發射點後，火箭推進器成功將X-51推進至馬赫數5，由普惠·洛克達因公司建造的超燃衝壓發動機以乙烯為初始燃料，成功點火。在隨後轉而使用JP-7常規燃料時，進氣道未能啟動。之後工作人員重啟、恢復最佳條件的努力失敗。

按照NASA的說法，進氣道不啟動的原因多為激波速度過快，越過進氣口前端，導致發動機氣流的氣壓驟減。超燃衝壓發動機的工作依賴著極度精確的激波運動和發動機氣流。沒有風洞能使空氣以高超聲速運動，因此高超聲速試驗極端困難。

空軍項目經理查理·布林克（Charlie Brink）表示：「顯然，我們很失望，原本我們期待著更好的結果。但是我們仍對此次飛行收集到的數據感到滿意。我們將繼續檢查這些數據，了解更多關於這項新技術的知識。每一次對這項令人振奮的新技術進行試驗，就距離成功更近一步。」

2012年8月16日，美軍進行了X-51A的第三次發射。按計劃，用於測試的X-51A先是在位於加利福尼亞州的愛德華茲空軍基地進行測試，待一切妥當之後被掛到B-52轟炸機翼下；接著B-52從愛德華茲空軍基地起飛，在飛到接近莫古角導彈靶場的太平洋上空時，從5萬英尺高空將X-51A放飛；然後X-51A打開自身動力，加速到6倍音速並爬升到7萬英尺高空，在持續飛行300秒後最終墜入太平洋。而6倍音速相當於從紐約飛到倫敦只需短短不到一小時。發射後，無人的X-51A乘波者飛行器按計劃與其載機B-52堡壘轟炸機實現了分離，助推火箭也實現了點火。但是一個控制翼發生故障導致X-51A「乘波者」飛行器在飛行了僅僅16秒後就垂直墜進了太平洋。

2013年5月3日，美國空軍宣布，已研製近10年的無人駕駛飛行器X－51A「乘波者」在第四次，也是最後一次測試中一度以5倍多音速飛行，「任務圓滿成功」。

美國空軍當天發表聲明說，「乘波者」5月1日在太平洋上空進行了最後一次測試飛行，在約6分鐘的時間裡飛行了約230海里，這也是」乘波者」在四次飛行測試中飛行距離最長的一次。

美國空軍公布的視頻畫面顯示，一架B－52型轟炸機從愛德華茲空軍基地起飛後，將「乘波者」運載至太平洋上空約1.5萬米處將其釋放。然後，「乘波者」依靠固體火箭推進器在26秒時間內加速至4.8倍音速。與推進器分離後，「乘波者」啟動超燃衝壓發動機，衝上約1.8萬米的高空，速度達到5.1倍音速，飛行了約3分半鐘。

按照設計，「乘波者」不可重複使用，因此發動機燃料耗盡後，「乘波者」墜入太平洋並按計劃自毀。

這一次飛行並沒有達到6倍音速的設計飛行速度，但美國軍方依然表示滿意，美國空軍X－51A項目主管查利·布林克在一份聲明中說：「任務圓滿成功。我相信，從X－51A項目中獲得的經驗和教訓將有助於將來的高超音速研究以及最終的高超音速飛行的實踐應用。」參與制造的波音公司則發表聲明說，這是「一項歷史性成就」。

潛射無人機

美軍認為，海軍潛艇將在聯合遠征作戰中發揮更重要的作用，潛艇若要在戰爭中取得優勢，就必須將各種感測器置於潛艇以外，潛艇發射使用無人駕駛飛行器將成為下一代潛艇發展的焦點之一。無人機從潛艇上發射升空，可以進行實時的偵察、監視、預警等，為潛艇提供近空支援，搶佔信息優勢，將提高潛艇平台的戰鬥能力，並有效地將潛艇融入海陸空天「網路中心戰」信息大系統之中，提升聯合打擊能力。潛射無人機的使用可有效隱蔽己方潛艇的位置，同時還能擴大對海、對空搜索範圍，延長預警時間，並能確定目標攻擊參數，為水面艦艇和三叉戟核動力彈道導彈潛艇提供近距空中支援、中繼制導和攻擊戰果評估，對於潛艇準確地選擇、追蹤、瞄準目標進而實施打擊具有重要意義，被認為是「網路中心戰」的重要組成部分，將顯著提高三叉戟潛艇平台的作戰能力，使「空優潛劣」的格局出現新的變化。配有深彈、反潛魚雷等攻擊武器的無人機對在水面及潛望深度航行的潛艇能夠直接實施攻擊，對敵方潛艇行動構成巨大威脅。

美軍從20世紀90年代至今已經先後研究和試驗了多款潛載無人機，如通過潛艇魚雷發射管發射的能執行偵察、監視和目標搜索的海上搜索者潛載無人機；通過三叉戟潛艇的彈道導彈發射筒發射的配有低成本自主攻擊系統和輕型炸彈無人機和可重複使用的鸕鶿無人機。