美陸軍著眼於以科技突破支持未來陸軍航空作戰能力

原標題：美陸軍著眼於以科技突破支持未來陸軍航空作戰能力

來源： 空天防務觀察、軍鷹智庫

2018年1月30日，美陸軍官網發表了陸軍主管研究與技術的副助理部長辦公室投資組合主管托德·特勒（Todd Turner）和副主管馬修·西莫（Matthew Simone）的署名文章《科學與技術支持未來陸軍航空》（Science and technology supporting future Army aviation），概述了美陸軍在航空科技領域的五大投資重點。本號特將此文編譯如下，供讀者參考。

未來，美陸軍航空系統將需要在「反介入／區域拒止」（A2/AD）空域內對付擁有先進能力的對手，這些能力可以限制機動自由。為了在A2/AD環境中有效作戰，未來航空系統將需要更大的航程、更強的態勢感知和更高的速度，以便能夠進入優勢陣地、存活下來並與敵方進行交戰，還需要增加使用無人系統突防對抗空域。

在航空系統科學與技術（S＆T）方面進行組合投資，致力於產品的發明、創新和過渡，從而使美國在當前和「未來垂直起降飛行器」（FVL）系統方面保持技術優勢並贏得戰爭，投資包括五大研究領域：

——平台設計和結構，著重於擴大垂直起降系統的航程和速度；

——動力裝置，以確保系統能夠實現更高的速度並提高效率，以實現更大的航程；

——任務系統技術，確保平台一進入作戰環境中就可以提供所期望的殺傷力和生存能力；

——無人機的自主性和協同能力，拓展到達能力和致命性，同時提供穿透A2/AD環境的能力；

——對可維修性和可持續性進行投資，以確保平台能夠在降低後勤要求的同時實現高作戰率。

一、平台設計和結構

平台無論是在攻擊、起降、偵察還是醫療撤離方面都可以在戰場上為航空系統提供預期的效果。平台根據任務和環境可能是有人，也可能是可選有人或無人。科學技術在平台設計中的重點是支持FVL。該領域的科學技術包括通過系統研發與演示進行概念研發和設計分析。這包括當前項目（如聯合多任務技術演示（JMR-TD））和未來項目（如下一代戰術無人機系統（NGTUAS））。JMR-TD正在演示支持FVL的平台和任務系統技術。NGTUAS的重點是研發和演示可提高飛行性能、生存性和可靠性的無人機的技術可行性和經濟可承受性。長期側重於研發同時實現高速和高效懸停的垂直起降技術。

2017年12月18日，美國德事隆集團貝爾直升機公司在「聯合多任務技術演示」（JMR-TD）項目中研製的V-280原型機完成首飛（美國貝爾直升機公司圖片）

二、動力

動力系統是支配未來作戰環境所需要的最重要的技術領域之一。該領域包括提高渦輪發動機和傳動系統能力的先進技術。目前用於垂直起降航空器的渦輪發動機和傳動系被設計成以固定的速度和升力運轉；前進運動是通過調整直升機轉子葉片的傾斜度。渦輪發動機和傳動系統針對這種固定速度進行了優化，但受限於效率和功率。

美國在直升機渦軸發動機技術方面具有明顯領先優勢。圖為通用電氣航空集團在美陸軍「未來經濟可承受渦輪發動機」（FATE）項目中發展的首台完整的發動機，2017年10月9日該集團宣布完成了對圖中這台發動機的試驗，按計劃將在2018年年初開始第2台發動機的試驗。美陸軍對FATE項目提出的指標是與當前使用的渦軸發動機項目，油耗降低35%，功重比提高80%，壽命延長20%，生產和維護費用降低45%。關於美軍渦軸發動機發展詳情，可參加本號2017年4月28日發表的常小榕先生專欄文章：「美國陸軍以『三大計劃』推動軍用渦軸發動機技術大幅提升和快速應用」（點擊題名可直接訪問）（美國通用電氣航空集團圖片）

為了實現航程和速度效率最高，正在研發變速渦輪發動機和多速變速器相關技術。為了製造未來動力系統，新型渦輪發動機設計、材料和部件研發需要藉助創新製造能力，如增材製造。此外，未來作戰環境要求出動速度快、飛機維護時間間隔比現有飛機更長，為了滿足未來作戰環境要求，發動機設計要求具有很高的可靠。混合動力系統等跨越式技術也正處於研發之中。與目前的混合動力電動車不同，這些技術結合了電動機和發動機效率。為了使FVL飛機能夠滿足未來所有作戰要求，將需要綜合各種新技術和能力。

三、任務系統

任務系統領域的目標是使人機任務設備的軟硬體技術成熟，並對其進行驗證，以便在未來作戰環境中具備超強的生存能力。如果飛機、發動機、變速箱和轉子是FVL的主體，那麼任務系統可以被看作是眼睛、耳朵和大腦。為了對任務系統的開發和使用提供一個全面的方法，需要採用開放式系統架構，允許士兵通過「即插即用」使系統實現偵察、生存能力和殺傷力的升級。目前感測器和有效載荷是相關聯的，這意味著它們不能進行太多的互操作。為了安裝升級後的有效載荷設備，有可能需要對飛機進行升級，這將增加成本和飛機停飛時間。陸軍的空中系統科技研究組合正在進行多功能感測器的研究，以免超過飛機的尺寸、重量和功率。態勢感知和目標定位能力綜合就是該類型感測器。

美陸軍在升級改造UH-60「黑鷹」戰術通用直升機等機型時，採用了羅克韋爾·柯林斯公司的「通用航電架構體系」（CAAS）解決方案，該方案採用了開放式系統結構（美國羅克韋爾·柯林斯公司圖片）

任務系統設計也需要像FVL飛機那樣滿足隨時隨地、全天候環境下作戰的要求。這需要系統增加態勢感知能力和生存能力，同時也要減少因先進感測器數據過大給飛行員所帶來的認知負擔。正在研發用於人工智慧的新型演算法，以創建被稱為「有監督的自主」新型飛行模式，由飛行員監管而不是執行低級飛行功能。在美陸軍協會2017年9月7日舉行的航空論壇上，美陸軍阿拉巴馬州立大學陸軍航空中心指揮官比爾·蓋勒（Bill Gayler）少將表示，「有監督的自主」將幫助人類在循環中增加飛行員，而不是取代飛行員。所有這些新型先進功能都將改變FVL的作戰方式，並將在快節奏、變化多端的未來作戰環境中實現生存能力。

四、自主和協同

未來，無人機系統（UAS）可用於拓展有人系統的到達能力，同時將士兵從危險情況中解放出來。潛在的應用包括偵察、攻擊、補給和傷員撤離。該領域的研究重點是下一代無人機系統技術，以支持聯合陸軍作戰中的有人／無人協同。這包括從控制界面到先進自主等方面的研究。

一名美陸軍士兵準備投擲RQ-11「大烏鴉」小型無人機（美陸軍圖片）

為了實現無人系統的潛力，這些領域的研究需要同時進行。人機介面的研究側重於介面設計，以提高空降作戰中的任務效能。調查領域包括提示、控制和顯示的先進駕駛艙設計。在自主協同方面的重點是開發自主演算法和認知決策，前者允許一個飛行員控制UAS，後者可以幫助士兵減少直接控制UAS的時間。長遠目標是將UAS能力從遠程控制或遠程操作擴展到真正的自主能力，通過系統適應不斷變化的戰場環境，允許在對抗環境中聯合有人－無人平台。

五、可維修性和可持續性

可維修性和可持續性的重點是研發可以提高設計可靠性、預測部件故障，以及減少維護和後勤負擔的相關技術和方法，這是陸軍航空最大的成本來源之一。具體研究領域包括綜合健康管理，為優化可靠性的高效部件設計，材料失效模式以及熱機械和電磁載入影響。迭代目標是從基於時間的維修轉向基於狀態的維修，並最終轉向預測性的維修。

六、結束語

航空系統科方面的科技投資定位是提供下一波能力，確保我們的垂直起降航空器和無人機能夠提供近距空中支援，並保持美國在戰場上的統治地位。

（中國航空工業發展研究中心 張斌）

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