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南海西太都将被它监视:海军版全球鹰将进驻关岛


来源:凤凰号

【据unmanned systems technology 网站,2017年2月16日报道】美国海军宣布,选择佛罗里达的梅港海军基地(NS)作为MQ-4C Triton无人机在东海岸的前沿作战基地(F

【据unmanned systems technology 网站,2017年2月16日报道】美国海军宣布,选择佛罗里达的梅港海军基地(NS)作为MQ-4C Triton无人机在东海岸的前沿作战基地(FOB),用于发送和回收及维护无人机。美国海军将于今年开始启动基地设施建设,作为400多名Triton无人机相关人员的永久服役基地,梅港海军基地将提供美国大陆之外的轮流部署任务,首批Triton无人机计划在2020年抵达该基地。”

作为RQ-4“全球鹰”高空长航时无人机的海上衍生型,MQ-4C无人机是诺格公司为美国海军精心设计的一种先进自主飞行器任务系统,主要角色是作为P-8A“海神”反潜巡逻机的助手,在大洋上空执行情报、监视与侦察(ISR)任务,成为美国海军的一种全新“力量倍增器”。按照计划,美国海军将在2017年10月开始接收MQ-4C无人机,预计在2018年部署到关岛。

注:Triton 的意思为“海神”,目前新闻媒体采用了直译“人鱼海神”(人身鱼尾的海神),有些不易理解;根据希腊神话故事中的角色关系和美国海军P-8A与MQ-4之间的协同关系,笔者认为,译为“海神信使”较为恰当。

2013年5月22日,MQ-4C无人机实现首飞

满足作战需求

早在20世纪90年代末,美国海军针对在役反潜和监视平台更新换代的迫切需要,开始考虑未来执行多种海上作战任务的新型平台及其发展途径,并初步制定了一项称之为“广域海上监视”(BAMS)远景规划,旨在打造一个全球海上监视和攻击网络,继续保持自身在海上的绝对力量。

依据这一发展蓝图,美国海军率先制定了一项多用途海上飞机(MMA)计划,最终发展出P-8A反潜巡逻机。与此同时,美国海军决定研制一种陆基长航时无人机,协助海上巡逻机队监控海面上的一举一动。按照设想,BAMS无人机将向美国海军提供一种持久的全球ISR系统,具有探测、跟踪、分类和识别海上目标的能力,为其海上巡逻机队提供预警。此举标志着美国海军正在加快步伐,开始寻求一种低空飞行战术系统或高空长航时无人驾驶平台,将BAMS无人机的设想向前推进了一步。

为了积累使用经验,美国海军从空军购买了两架早期型“全球鹰”,通过改进机载传感器,成为“广域海上监视”项目的验证机(BAMS-D),以提供更好的海上性能,并在2008年将其中一架部署到美国中央司令部。其中一架BAMS-D试验机在试验期间坠毁,而另一架BAMS-D试验机的飞行时间已超过21000小时。

从BAMS无人机项目浮出水面到RQ-4N方案脱颖而出,再到MQ-4C无人机出厂和试飞,诺格公司在十年时间里通过关键技术验证和各项设计优化,将“全球鹰”高空长航时无人机发展成为一种全球海上作战平台,提供了持久的海上ISR数据搜集与分发能力。

根据美国海军的作战理念,BAMS无人机将作为P-8A反潜巡逻机的一个补充,极大地延伸海上侦察的视野。这种无人机的任务范围BAMS无人机的任务范围包括海上监视、敌方作战信息搜集、战场损伤评估、港口监视、通信中继,还有作战支援、海上封锁、战场空间管理、海上定位及攻击瞄准。它可以在更广大范围内持续不断地监视海洋或陆地,大大增强战场态势感知能力,并通过一条通用数据链实现情报信息的无缝连接,将探测到的潜在目标及时地传送给P-8A反潜巡逻机,协助其跟踪和攻击目标,显著缩短“从传感器到射手”的时间。

2010年8月,美国海军宣布将BAMS无人机正式命名为MQ-4C型,从而打破了“全球鹰”系列无人机一直使用RQ命名的惯例。美国海军的这一举动引起了外界的密切关注,纷纷猜测MQ-4C无人机有可能在正式服役后也会配备武器,具备一定攻击能力。然而,美国海军一再澄清,采用MQ命名“海神信使”无人机的目的并非让其具备攻击能力,而是反映出它采用了多功能有源传感器。

诺格公司正在组装MQ-4C原型机

优化总体构型

2012年6月14日,首架MQ-4C广域海上监视无人机系统的原型机在位于加利福尼亚州帕姆代尔的美国空军第42制造厂正式出厂。作为“全球鹰”家族的新成员,MQ-4C无人机承袭了总体构型,但是根据海上任务的特点,相应地改进了局部构型。

与RQ-4B无人机明显不同之处是,MQ-4C无人机在机身腹部安装了一个圆拱形雷达天线罩,并在机头下颌处安装了一个多频谱传感器的转塔。同时,该机在进气道的进口采用钛合金整流罩,亮白的金属色令人一目了然。

与“全球鹰”始终在高空飞行不同,美国海军要求MQ-4C无人机在执行任务期间具有更好的机动性,在发现可疑目标后,可以降低飞行高度,对目标进行重点侦察。由于所承担的任务角色有所不同,MQ-4C无人机在高空探测和鉴别目标时,效果并不理想,尤其在多云天气下难以获得清晰的图像,需要适时下降到5000米高度飞行,以便在低空更好地监视可疑舰船及其活动。

然而,MQ-4C无人机频繁地改变飞行高度,不得不面临两个现实问题。首先是气动稳定性。该机在低空巡逻飞行过程中容易遭遇到阵风载荷,对于机翼强度提出了更高的要求。为此,诺格公司在研制MQ-4C无人机时,专门增强了机翼内部结构,并借鉴了“全球鹰”Block 40型的设计,在后机身专门加装了双腹鳍,以减缓低空湍流对横向稳定性的影响。

其次,海面上潮湿的空气会在进气口和机翼前缘产生结冰现象,严重情况下会危及发动机安全和气动性能降低。为了适应美国海军的作战使用环境,诺格公司专门在进气道的进口处采用了一种民用防冰/除冰系统,并在机翼前缘和垂尾前缘也安装一种由经美国联邦航空局认证的除冰系统,力求及时化解潜在危险。此外,该机还采取了抗冰雹和抗鸟撞等措施。

2013年5月22日, MQ-4C无人机在加州帕姆达尔完成首次试飞,标志着一系列验证测试工作正式启动。2014年3月13日,美国海军宣布,MQ-4C无人机已经完成飞行包线扩展的初步飞行试验,旨在测试这种海上无人侦察机在不同速度和高度下的基本性能。作为一种执行高空、长航时ISR任务的平台,“海神信使”无人机具有3704千米的航程,续航时间超过24小时,在一次任务中就能够覆盖接近700万平方千米的海域。

2016年,“海神信使”原型机开始实施了一系列重载飞行试验,通过机内满载燃油,有助于显著扩大无人机在高空持续飞行的预期时间。在2016年6月的一次单独试验中,MQ-4C原型机在满载燃油的情况下,首先爬升到610米,然后又爬升到914米高度。这项计划将继续实施重载试验,直到“海神信使”原型机的最大飞行高度达到1830米。

MQ-4C无人机的主要特征与美国空军装备的“全球鹰”有所不同

诺格公司在帕特森特河航空站测试MQ-4C无人机

空中防撞系统

MQ-4C无人机在研制过程中最具挑战性的要求之一是无人机必须具备在可控空域外安全飞行的能力。按照最初签订的合同,ITT Exelis公司将为MQ-4C无人机提供一种空对空雷达子系统――机载感知与规避(ABSAA)雷达,也被形象地称为“预先关注”(Due Regard)雷达。这种雷达能够使无人机完全满足国际民用航空组织的要求,即军用和他国飞机在国际水域上空飞行时,都应该“预先关注”民用飞机的安全。

ABSAA雷达安装在无人机的鼻锥后面、卫星通信天线的前方,采用一种三面薄瓦式的有源电子扫描阵列,工作于Ku波段,探测距离大约为14~18千米,水平视场达到220度,俯仰视场达到60度。MQ-4C无人机飞行期间,该雷达将向地面站提供信息,由操作员及时发出指令,让无人机远离可能发生碰撞的空域;未来,具备自主飞行能力的无人机将基于ABSAA雷达的数据,自行改变飞行路径。

遗憾的是,由于技术问题和成本超支,美国海军在2013年6月终止了ABSAA项目,并专门成立了一个专家组,以评估如何替代这一子系统。时隔三年多后,美国海军在2016年11月宣布,将在MQ-4C无人机上安装下一代空中防撞系统。

目前,诺格公司已经到一份价值不费的合同,将机载防撞系统X(ACAS X)的自动响应模块(ARM)安装进MQ-4C无人机的航空电子系统中,主要用于测试和保障相关软件,确保无人机的特有功能。这种技术有助于保持MQ-4C无人机安全地与民用和军用飞机保持一定距离,减少飞行中发生碰撞的风险。

ACAS X由美国麻省理工学院林肯实验室研制,可以探测和跟踪其他飞机,评估潜在的碰撞风险,及时发出提醒,以阻止空中相撞。该系统以每秒一次的频率提取和处理监视数据,针对每一架目标飞机来确定最佳的行动。

ACAS X可以跟踪不同飞行模式的平台,从而允许相对于其他飞机更近距离地飞行,同时保持各种安全协议。据林肯实验室介绍,先进的跟踪算法不仅采用概率模型来代表飞行员无回应、监管过失等各种不确定性,并且通过计算机优化算法,全面考虑到由系统专家和操作用户定义的安全和使用的目标。

ACAS X通过四种具有互操作的型别,为具备不同操作能力和飞行性能的飞机提供了防撞保护。其中,ACAS Xu专门优化用于无人机系统,小写的u代表了“无人驾驶”(unmanned)的意思。

2015年初,MQ-4C无人机在安装了综合多功能能力(IFC)2.2软件后,正式开始传感器系统的飞行试验。该软件将把诺格公司多功能有源相控阵雷达和雷神公司的多频谱目标截获系统、电子支援措施、自动识别系统集成为一体,从而具有足够的功能性,以满足美国国防部规定的“里程碑C”要求,为正式投入生产做好准备。

ITT Exelis公司研制的ABSAA雷达无法满足性能要求

林肯实验室研制的ACAS X主要用于有人驾驶飞机

采用全向雷达

凭借着出色的长续航能力,MQ-4C无人机在广域监视领域具有无与伦比的优势,而出色完成ISR任务的关键是腹部安装的多功能有源传感器(MFAS),正式编号为AN/ZPY-3型。MFAS雷达是第一种能够从极远的距离对海洋及沿岸提供360度持续覆盖的雷达系统,采用了2D有源电子扫描阵列(AESA),具备海上模式和空地模式,可以远距探测、识别和跟踪海上和沿岸的多个目标。

针对机载任务载荷的最重要组成部分,美国海军在战术性能上最初只要求BAMS无人机的雷达具备270度覆盖范围。然而,诺格公司在投标中提出了扩大MFAS雷达覆盖范围的设计方案,使得RQ-4N方案相比于其他竞争方案,具备了明显优势。诺格公司在研制MFAS雷达过程中,充分利用了早期为NP-3C“美洲牦牛”(Hairy Buffalo)飞机研制的APY-6合成孔径地面活动目标指示雷达,同时借鉴了美国海军在实时精确瞄准雷达项目积累研制经验,并移植了APG-77、APG-81等机载相控阵雷达的部分关键技术。

MFAS雷达采用了一个旋转式电子扫描传感器,工作在X波段,通过一个万向支架固定在机身腹部。从工作机理来看,它将电子扫描与机械旋转合为一体,使MQ-4C无人机获得了一个360度视场,而不仅仅只是扫描一侧或另一侧,意味着可以在数百英里上空俯视到下方任何方向的任何目标。

凭借这种灵活的覆盖能力,MFAS雷达可以对感兴趣的区域进行聚束照射,以更长时间地凝视特定位置,增强在海浪等杂波背景下探测小型目标的性能,使操作员可以更好地跟踪海上目标。该雷达一旦探测到目标,将会以跟踪、单帧快照以及高分辨率快照的不同形式,将数据发送到地面站,同时仍继续保持360度覆盖。

对海搜索时,MFAS雷达具备跟踪海上目标的海面搜索(MSS)模式和识别舰船的逆合成孔径雷达(ISAR)模式,并能够在各种模式之间敏捷地转换。在MSS模式扫描过程中,边扫描边成像能力可与ISAR功能进行瞬间交替,以得到ISAR的快速成像和较高的距离分辨率。

对地搜索时,MFAS雷达具有两种合成孔径雷达(SAR)模式。其中,聚束式合成孔径的波束始终指向地面上的固定区域,用于对地面和静止目标成像;条带式合成孔径的波束指向始终保持不变,沿着固定方向实现成像,扫描过的区域呈现条带状,能够在相同时间里对更大范围的区域进行成像。

在研制阶段,MFAS原型机安装在“湾流”II试验机上,曾经完成了一次2小时的飞行试验,搜集了6000幅ISAR图像。2011年6月,诺格公司正式生产出首部MFAS雷达,在12月16日完成了第一次测试飞行,按照计划将完成30次试飞,主要是成熟这种雷达的海面监视模式的性能。其后,MFAS雷达的测试过程分为雷达集成、模式集成与优化、数据采集等三个阶段,确保美国海军在未来作战使用中获得一个持久、通用的海面目标图像。

MQ-4C无人机在机身腹部装有MFAS雷达

诺格公司利用“湾流”II试验机测试MFAS雷达

加装多种系统

根据海上任务需要,MQ-4C无人机在机头下采用了雷神公司研制的多频谱目标截获系统(MTS-B)。目前,该系统已经用于MQ-9“死神”无人机上,在万向节中设计有一个惯性测量部件,由固态光纤陀螺和加速度计组成,可以精确测定平台的姿态,生成控制信号,保证转塔内的传感器能够稳定、精确地指示目标。

MTS-B具备了红外、光电、激光指示等能力,并采用了先进的数字体系结构,可以实现远程空中监视、高空目标截获、跟踪、测距,主要用于侦察和瞄准。它在技术上最突出特点是把图像融合能力作为标准配置,提高了对图像的处理能力和清晰度。例如,全动态视频可以实时捕获海面船只的高分辨率图像或视频,并通过数倍电子变焦获得进一步放大的画面,以便通过视觉识别舰船。

与主要侦察陆地目标的“全球鹰”不同,MQ-4C无人机还根据海上巡逻任务需要安装了一种自动识别系统(AIS),类似于飞机上安装的敌我识别器,可以接收到海面上行驶的船只通过VHF频段广播数据传输系统自动、定时播发的信息,有效地采集到相关的船籍、船型、位置就航向等多种数据,从而可以全面地掌控目标海域的战场态势,完善海上ISR手段。

MQ-4C无人机可以借助两种常规的无线电频率,也可以通过数据链,直接与美国海军即将装备的P-8A反潜巡逻机之间保持通信。它还可以将数据信息传输到地面站,经过评估和筛选后,再传输给正在执行任务的P-8A反潜巡逻机。

根据高分辨率视频和其他数据的传输需要,MQ-4C无人机将“全球鹰”使用的10.7兆字节/秒的数据链,更新为一种非专用的数据链,将容量增加了一倍。该机还将集成一种VHF/UHF中继载荷,以便作为低空飞行的海上巡逻飞机和直升机与水面船只的通信中继平台。

2016年6月2日,美国海军在帕特森特河海军航空站开展了一次飞行测试,MQ-4C无人机利用通用数据链系统,与P-8A反潜机成功地交换了全动态视频信息。此次测试验证了MQ-4C无人机利用光电/红外传感器跟踪水面目标,并为数千米外P-8A反潜机的机组成员构建态势感知的能力,未来还将进一步发展两种飞机的互用性,使二者可以协同执行任务,全面监视辽阔的海上区域。

此外,该机还集成了AN/ZLQ-1电子支援测量系统,具有跟踪船舶能力。AN/ZLQ-1电子支援措施采用全数字化的特定发射器识别(SEI)技术,通过监测无线电频率,探测和跟踪感兴趣的发射机。

从外部细节对比还可以看出,MQ-4C无人机保留了“全球鹰”的Ku波段天线、敌我识别(IFF)天线、UHF视线通信天线、空中防撞系统(TCAS)天线和GPS天线,但是围绕作战需要,在发动机舱上部增加了Link-16数据链天线和通用数据链(CDL)天线,在后机身下部安装了一副CDL天线,在机翼外段加装了电子情报(ELINT)天线。

MQ-4C无人机在机头下部装有MTS-B系统

MQ-4C无人机可以利用MTS-B系统精确识别海上目标

作战使用方式

与原定计划相比,MQ-4C无人机的研制进度几度推迟。2016年10月,美国海军在佛罗里达州杰克逊维尔海军航空站组建了第一支配备“海神信使”的无人巡逻中队(VUP-19),预计在2017年底形成初始作战能力。根据计划,该中队将在2018年实现首次部署,驻扎到关岛。该机从关岛起飞后,可以直接飞往南海或日本海,在上空实施不间断侦察。

美国海军凭借着MQ-4C无人机的性能优势,将极大地增强对亚太地区的战略侦察能力。按照最初的“广域海上监视”项目,美国海军计划采购68架MQ-4C无人机,与117架P-8A反潜机组成编队,逐步替代现役的P-3C巡逻机。但是,美国海军航空系统司令部(NAVAIR)负责MQ-4C项目的吉姆·霍克上校透露,美国海军可能考虑减少MQ-4C无人机的采购数量,因为它的可靠性高出预期。

到时,MQ-4C无人机将与P-8A反潜巡逻机在西太平洋协同执行侦察与监视任务。每个中队可以根据任务要求,在每年80%时间里,执行每周7天、每天24小时的持续监视任务。美国海军认为,高空巡航的MQ-4C无人机与低空飞行的P-8A反潜巡逻机之间相互配合将有效提高侦察能力。由于可执行广域监视任务,MQ-4C无人机只需在必要时才召唤P-8反潜机。

美国海军表示,将把MQ-4C无人机陆续部署到5个基地,以实现覆盖全球的目的。据非官方消息,这5个基地分别是美国本土的佛罗里达州的杰克逊维尔海军陆战队基地和加利福尼亚州的穆古角海军航空站、意大利的锡戈奈拉海军航空基地、太平洋的关岛安德森空军基地和印度洋的迪戈加西亚基地。但是,从近年来的一些军事动向来看,澳大利亚的科科斯群岛有可能替代迪戈加西亚基地。

作为P-8项目的合作伙伴,澳大利亚将采购8架P-8A反潜巡逻机,同时也决定引进7架MQ-4C无人机,将在2023年正式服役。德国正在评估MQ-4C无人机的关键技术数据,正在考虑将其作为“欧洲鹰”监视与信号情报计划终止后的替代方案。在亚洲,印度对MQ-4C无人机表示出了浓厚兴趣,日本航空自卫队被认为是一个潜在用户。

MQ-4C无人机与P-8A飞机协同海上巡逻的示意图

[责任编辑:安晨 PN104]

责任编辑:安晨 PN104

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