長航時(shí)無人機(jī)是多種技術(shù)的高度綜合

　　“全球鷹”屬于典型的長航時(shí)無人機(jī)，這是無人機(jī)的一種主要類型,。所謂長航時(shí)飛機(jī)就是在性能上突出滯空時(shí)間,。盡管有人駕駛飛機(jī)也能做到很大的航程和航時(shí)，并可以用自動駕駛儀來減輕駕駛員的壓力,，還可以配置正負(fù)駕駛來進(jìn)行輪流駕駛，但飛行員疲勞的問題仍然是客觀存在的,。因此無人機(jī)一直以來都被看做是長航時(shí)飛機(jī)的一種合適選擇,，可以輕松執(zhí)行12小時(shí)以上的超長任務(wù),。一旦取消了飛行員,，相關(guān)設(shè)備都可以取消,，從而大大減輕飛機(jī)的重量,，例如氧氣就不用帶,，也無需設(shè)置增壓座艙,，環(huán)境控制系統(tǒng)只需要考慮設(shè)備要求。而且有人駕駛偵察機(jī)要承擔(dān)損失飛行員的風(fēng)險(xiǎn),，一旦飛行員被擊斃或俘獲在政治上也非常敏感,，例如當(dāng)年U-2在蘇聯(lián)和古巴上空被擊落,。長航時(shí)無人機(jī)面臨的最大挑戰(zhàn)是控制,，通過自動駕駛儀和飛行路線預(yù)設(shè),，無人偵察機(jī)很容易執(zhí)行簡單的偵察任務(wù),，但缺少飛行員使隨機(jī)應(yīng)變的能力明顯變差,。如果要在飛行過程中實(shí)現(xiàn)遙控,，就必須要建立與無人機(jī)的遠(yuǎn)程通信能力。長航時(shí)無人偵察機(jī)看似簡單,，卻涉及了航天和航空兩個領(lǐng)域,，是自動控制技術(shù),、傳感器技術(shù),、衛(wèi)星通信技術(shù)等的高度綜合,。



圖：U-2飛行員必須穿著近乎宇航服的高空代償服,，長航時(shí)飛行的工作條件十分艱苦

無人機(jī)與遙控模型絕不可簡單類比

　　無人飛機(jī)和遙控模型飛機(jī)完全不能等量齊觀,，因?yàn)檫b控模型飛機(jī)一般是在視距范圍內(nèi)遙控的,，操作員實(shí)現(xiàn)的手眼協(xié)調(diào)，即眼看飛機(jī)的同時(shí)手控遙控器，遙控時(shí)滯非常小,，而且人機(jī)間通信通常采用的是簡單的模擬方式,，也沒有數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)遙測的問題,。而長航時(shí)無人機(jī)執(zhí)行遠(yuǎn)程甚至洲際偵察任務(wù),，與地面站之間的通信距離巨大，一般需要通過衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈路進(jìn)行中繼,，傳輸內(nèi)容不僅包括控制指令,，也包括各種飛行參數(shù)和設(shè)備參數(shù)，控制人員并不能直接感受到飛機(jī)的實(shí)際飛行狀態(tài)，只能依靠控制臺上顯示的各種參數(shù)來進(jìn)行類似儀表飛行的控制,。無人機(jī)的遠(yuǎn)程遙控雖然目前已經(jīng)比較成熟,，但應(yīng)急處置能力畢竟與有人駕駛有巨大差距,，主要是機(jī)上自主飛行控制系統(tǒng)處置復(fù)雜突發(fā)情況的能力還很有限,，地面控制又具有時(shí)滯,，美國擁有全球最龐大的無人機(jī)機(jī)隊(duì)，控制人員數(shù)量最多,，實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)也最豐富,，但是同樣因?yàn)椴僮魇д`損失了大量無人機(jī),。所以現(xiàn)在美國正在開發(fā)更加智能的無人機(jī)自主能力,，例如在機(jī)翼突然破損甚至折斷的情況下,，迅速感知到飛行姿態(tài)和飛機(jī)狀態(tài)的變化,，并迅速切換到相適應(yīng)的控制規(guī)律上來,。



圖：RQ-4機(jī)頭整流罩內(nèi)安裝了碩大的碟裝天線,，主要用于由衛(wèi)星中繼的遠(yuǎn)程通信

長航時(shí)無人機(jī)為什么采用長平直翼

　　從總體布局上來看,，幾乎所有的長航時(shí)飛機(jī)都采用展弦比巨大的平直機(jī)翼,，這種機(jī)翼顯然不適合高速飛行，但在低速狀態(tài)下卻擁有很高的升阻比,，并且十分適合高空飛行,。大展弦比平直翼常見于滑翔機(jī)，出自洛克希德臭鼬工廠凱利·約翰遜之手的U-2,，當(dāng)年就被稱為是裝噴氣發(fā)動機(jī)的滑翔機(jī),。在這一點(diǎn)上“全球鷹”和U-2沒有本質(zhì)的區(qū)別，但U-2和“全球鷹”畢竟是兩個時(shí)代的飛機(jī)了,，在機(jī)翼結(jié)構(gòu)上有巨大差別,。在U-2誕生的50年代初復(fù)合材料的用量還很小，而到了“全球鷹”復(fù)合材料用量大幅增加,，在機(jī)翼上廣泛使用了碳纖維/環(huán)氧樹脂材料,，不僅減輕了機(jī)翼的重量還提高了剛度，而到了RQ-4B Block 40全機(jī)復(fù)合材料用量進(jìn)一步提高。盡管如此,，由于“全球鷹”的機(jī)翼實(shí)在太長,，其結(jié)構(gòu)重量還是超過了1.5噸,，RQ-4B放大10%后的機(jī)翼更是達(dá)到了1.8噸,，在全機(jī)結(jié)構(gòu)重量中還是占到了很高的比例,。值得一提的是，“全球鷹”的這幅機(jī)翼也是系出名廠,，由沃特飛機(jī)工業(yè)公司的達(dá)拉斯工廠生產(chǎn)，諾斯羅普在90年代初的時(shí)候曾經(jīng)會同凱雷財(cái)團(tuán)收購過該公司,，雖然2000年又將其賣還給了凱雷,，但是業(yè)務(wù)聯(lián)系一直沒有中斷,。



圖：RQ-4和RQ-4B的差異，后者的機(jī)翼進(jìn)一步加長,、加大

　　RQ-4A的翼展為35.41米,，RQ-4B進(jìn)一步提高到39.8米,，比U-2系列的各型號都要大,。U-2為了在地面停放和滑跑時(shí)支撐機(jī)翼，在左右機(jī)翼下各設(shè)置了一個可以拋棄的支撐輪,。而“全球鷹”則無需這樣的設(shè)計(jì),，剛度較好的機(jī)翼地面停放時(shí)下垂也不明顯。不過,，“全球鷹”并不像U-2那樣刻意追求高空性能,，雖然重量要小了近一半，但阿里遜·羅爾斯－羅伊斯AE3007H渦扇發(fā)動機(jī)僅能提供31.4千牛的推力,，較U-2的J57或者F118要小很多,，在很大程度上限制了實(shí)用升限和最大升限。“全球鷹”的正常偵察高度都在2萬米以下,，相比U-2還要差了幾千米,。這主要是因?yàn)樵诘乜諏?dǎo)彈已經(jīng)普及的情況下，簡單地提高飛行高度已經(jīng)無法保證偵察機(jī)的安全了,。RQ-4B雖然將機(jī)翼加大了10%,，但主要用來將載荷從2000磅（908千克）提高到3000磅（1362千克），其使用升限仍然是受到人為控制的,。但其60000英尺（18288米）的偵察高度,，比民用飛機(jī)的正常巡航高度依舊高出一倍。

更高的載油系數(shù)和更省油的發(fā)動機(jī)

　　保證長航時(shí)飛行的另一個要點(diǎn)是提高載油系數(shù),。事實(shí)上,，瘋子設(shè)計(jì)師伯特·魯坦20世紀(jì)80年代在設(shè)計(jì)“航海家”（Voyager）飛機(jī)時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)史詩般的不加油環(huán)球飛行,，就采用了極端高的載油系數(shù),，這架飛機(jī)最大起飛重量中超過72%是燃料。“全球鷹”也采用了類似的設(shè)計(jì),，而且由于沒有飛行員的限制,，因此可以載更多的燃料。其載油量在6.5噸左右,，載油系數(shù)大約是63%,，雖然比“航海家”要小了差不多10個百分點(diǎn)，但是考慮到作為偵察機(jī)要攜帶大量設(shè)備,，因此這一載油系數(shù)也是非常高的了,。目前空中自動加油技術(shù)還在完善過程中，因此“全球鷹”沒有配備相應(yīng)的設(shè)備,，但為了進(jìn)一步提高航時(shí)和航程,，美國未來很可能會給“全球鷹”這樣的無人機(jī)增加空中加油能力。一旦具有了這樣的能力,，“全球鷹”有望在空中逗留3天以上,，對戰(zhàn)區(qū)的監(jiān)視進(jìn)一步向全天候發(fā)展,。



圖：1986年的“航海家”和2004年的“全球飛行者”，它們都是伯特·魯坦設(shè)計(jì)的長航時(shí)飛機(jī)

　　為了能夠更有效地利用燃料,，“全球鷹”采用了高性能的小型渦扇發(fā)動機(jī),。AE3007是一種商用發(fā)動機(jī)，不僅用在“全球鷹”上,，還用在巴西航空工業(yè)公司非常熱銷的ERJ145上,，裝載這款發(fā)動機(jī)的其他民用機(jī)還包括塞斯納“獎狀”X公務(wù)機(jī)，從90年代中期投入使用以來已經(jīng)裝機(jī)超過2000臺,，是相當(dāng)可靠的發(fā)動機(jī),，其燃料經(jīng)濟(jì)性也很不錯。軍用型的AE3007H不僅可用推力較高,，并對高空工作進(jìn)行了某些優(yōu)化,，而且為了適應(yīng)“全球鷹”的單發(fā)動力配置和超過24小時(shí)的航時(shí)，可靠性得到了進(jìn)一步的強(qiáng)化,。在氣動布局和高載油量的保證下,，RQ-4A的最大航程可達(dá)25945千米,，自主飛行時(shí)間長達(dá)41小時(shí),，可以完成跨洲際飛行?？稍诰喟l(fā)射區(qū)5556千米的范圍內(nèi)活動,，可在目標(biāo)區(qū)上空60000英尺處停留24小時(shí)。2001年4月22日,，“全球鷹”完成了從美國到澳大利亞的越洋飛行創(chuàng)舉,，表現(xiàn)了非常強(qiáng)勁的洲際偵察能力和自部署能力。

國產(chǎn)長航時(shí)無人機(jī)需求并不明確

　　近年來,，“全球鷹”和“捕食者”/“收割者”無人機(jī)可謂風(fēng)光無限,，成為了長航時(shí)無人機(jī)的典范，前者主要用于偵察和監(jiān)視,，后者已經(jīng)用于戰(zhàn)場打擊,，兩者相互配合，在阿富汗和伊拉克都有很好的表現(xiàn),。美國開始向主要德國等主要盟國出口“全球鷹”,，特別是計(jì)劃通過日本和韓國等近鄰在中國周邊部署，則引起了國內(nèi)的警覺和緊張,，更有人建議應(yīng)該研制中國自己的長航時(shí)無人機(jī),。在國慶60周年閱兵式上展出了短程和中程兩種國產(chǎn)無人機(jī)，但距離“全球鷹”顯然差距十分懸殊,。撇開偵察系統(tǒng)不談,，僅僅“全球鷹”級別無人機(jī)平臺的研制，對于國內(nèi)來說就有很大的難度，但最關(guān)鍵的還是需求不足,。

　　美國的全球戰(zhàn)略對長航時(shí)無人機(jī)的需求十分迫切,，但應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是“全球鷹”的主要任務(wù)其實(shí)是監(jiān)視而非偵察，類似U-2早期秘密間諜任務(wù)的越境偵察已經(jīng)被偵察衛(wèi)星所取代,，“全球鷹”如果在越境偵察中被擊落也會引發(fā)外交爭端,。“全球鷹”使用最多的區(qū)域是伊拉克和阿富汗，而這兩個地區(qū)長期實(shí)際長期都是交戰(zhàn)區(qū),，“全球鷹”執(zhí)行監(jiān)視任務(wù)自然沒有問題,，也是伊拉克和阿富汗政府所認(rèn)可的。但如果“全球鷹”直接越境偵察伊朗就存在問題,，使用上必然會非常謹(jǐn)慎,，要冒增加海灣地區(qū)緊張局勢的風(fēng)險(xiǎn)。盡管巴基斯坦是美國全球反恐戰(zhàn)爭的盟國,，但“全球鷹”對巴阿邊界部落地區(qū)進(jìn)行偵察,，同樣也爭得了巴方的同意（雖然不大可能反對）。



圖：RQ-4C BAMS可以用于海上監(jiān)視,，但類似機(jī)型未必是中國的最佳選擇

　　如果中國研制出24小時(shí)級別的長航時(shí)無人機(jī),，用在什么地方顯然是個大問題。黃海,、東海和南海地區(qū)確實(shí)有航空監(jiān)視的需求,，但這一地區(qū)并不需要太大的航時(shí)來進(jìn)行全天候監(jiān)視，使用12小時(shí)級別無人機(jī)也是可以接受的,，主要是12小時(shí)級別飛機(jī)的載荷偏小,。綜合來看，海監(jiān)船＋直升機(jī)＋陸上和水上固定翼飛機(jī)的配置似乎更為便宜,，而且形成監(jiān)視能力也比較快,。在大陸上，三北方向國土廣闊,，特別是西北地區(qū)尤甚,，但對于國境以內(nèi)是否非常迫切地需要24小時(shí)級別無人機(jī)也是問題。過去20年來,，中國多次參加國際維和行動,，過去三年又參與了索馬里反海盜聯(lián)合護(hù)航，對于這片海區(qū)的監(jiān)視可能是24小時(shí)級別無人機(jī)的一個較好應(yīng)用舞臺,，但類似這樣的區(qū)域似乎太少了點(diǎn),。從外需來看，中國的一些友好國家的確有使用長航時(shí)無人機(jī)的某些實(shí)際需求,，但這種需求并不能過分高估,。