長(zhǎng)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(zhǎng)航時(shí)無人機(jī)，這是無人機(jī)的一種主要類型。所謂長(zhǎng)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(dòng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)航時(shí)無人機(jī)面臨的最大挑戰(zhàn)是控制，通過自動(dòng)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(jiǎn)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(zhǎng)航時(shí)無人偵察機(jī)看似簡(jiǎn)單，卻涉及了航天和航空兩個(gè)領(lǐng)域，是自動(dòng)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(zhǎng)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(jiǎn)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(jiǎn)單的模擬方式，也沒有數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)遙測(cè)的問題。而長(zhǎng)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(tái)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(guó)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(guó)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(zhǎng)航時(shí)無人機(jī)為什么采用長(zhǎng)平直翼

　　從總體布局上來看，幾乎所有的長(zhǎng)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(dòng)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(gè)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(zhǎng)，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(huì)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(zhǎng)、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(hào)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(gè)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(dòng)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(jiǎn)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(dòng)機(jī)

　　保證長(zhǎng)航時(shí)飛行的另一個(gè)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(gè)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(dòng)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(guó)未來很可能會(huì)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(duì)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(zhǎng)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(dòng)機(jī)。AE3007是一種商用發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)的其他民用機(jī)還包括塞斯納“獎(jiǎng)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(tái)，是相當(dāng)可靠的發(fā)動(dòng)機(jī)，其燃料經(jīng)濟(jì)性也很不錯(cuò)。軍用型的AE3007H不僅可用推力較高，并對(duì)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(dòng)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(dòng)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(zhǎng)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(dòng)，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(guó)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(guó)產(chǎn)長(zhǎng)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(zhǎng)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(chǎng)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(guó)開始向主要德國(guó)等主要盟國(guó)出口“全球鷹”，特別是計(jì)劃通過日本和韓國(guó)等近鄰在中國(guó)周邊部署，則引起了國(guó)內(nèi)的警覺和緊張，更有人建議應(yīng)該研制中國(guó)自己的長(zhǎng)航時(shí)無人機(jī)。在國(guó)慶60周年閱兵式上展出了短程和中程兩種國(guó)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(jí)別無人機(jī)平臺(tái)的研制，對(duì)于國(guó)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(guó)的全球戰(zhàn)略對(duì)長(zhǎng)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(huì)引發(fā)外交爭(zhēng)端。“全球鷹”使用最多的區(qū)域是伊拉克和阿富汗，而這兩個(gè)地區(qū)長(zhǎng)期實(shí)際長(zhǎng)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(huì)非常謹(jǐn)慎，要冒增加海灣地區(qū)緊張局勢(shì)的風(fēng)險(xiǎn)。盡管巴基斯坦是美國(guó)全球反恐戰(zhàn)爭(zhēng)的盟國(guó)，但“全球鷹”對(duì)巴阿邊界部落地區(qū)進(jìn)行偵察，同樣也爭(zhēng)得了巴方的同意（雖然不大可能反對(duì)）。



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

　　如果中國(guó)研制出24小時(shí)級(jí)別的長(zhǎng)航時(shí)無人機(jī)，用在什么地方顯然是個(gè)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(jí)別無人機(jī)也是可以接受的，主要是12小時(shí)級(jí)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(guó)土廣闊，特別是西北地區(qū)尤甚，但對(duì)于國(guó)境以內(nèi)是否非常迫切地需要24小時(shí)級(jí)別無人機(jī)也是問題。過去20年來，中國(guó)多次參加國(guó)際維和行動(dòng)，過去三年又參與了索馬里反海盜聯(lián)合護(hù)航，對(duì)于這片海區(qū)的監(jiān)視可能是24小時(shí)級(jí)別無人機(jī)的一個(gè)較好應(yīng)用舞臺(tái)，但類似這樣的區(qū)域似乎太少了點(diǎn)。從外需來看，中國(guó)的一些友好國(guó)家的確有使用長(zhǎng)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。