【未来战场上的微型无人驾驶侦察机】 微型战场

　　众所周知，研制、装备和使用无人驾驶侦察机是未来航空工业发展的一个重要方向。世界各国军事专家在对近十年来发生的几次大规模局部战争和武装冲突进行分析后，做出如下结论：无人驾驶侦察机已经成为以美国为首的北约国家取得战争胜利的法宝之一。如果不使用无人驾驶侦察机，战争中人员伤亡将会增多。同时，军事专家还认为，无人驾驶侦察机的广泛使用完全符合其对未来战争的构想，即对作战部队实施自动化指挥和最大限度地减少人员伤亡。战时，作战部队指挥员可以根据无人驾驶侦察机提供的情报对自己所在战区的态势发展进行分析和研究，以便为其随行作战任务定下决心。由于装备和使用无人驾驶侦察机，作战部队的指挥员既没有必要向上级提前申请使用有人驾驶侦察机，也没有必要花费更多的时间等待有人驾驶侦察机提供的侦察情报。
　　
　　由来与发展
　　
　　由于现有无人驾驶侦察机外形尺寸较大，机载设备较为复杂，须由经过专门培训的专业技术人员进行操纵，所以作战队部人员很难将其带往前沿阵地，随身携带更谈不上了。为此，研制一种机动性能强、使用和携带简便以及生产成本较低的微型无人侦察机，便成为无人机设计师们迫切解决的问题。
　　目前，美国等国的一些科研机构和设计局，通过减少无人驾驶侦察机外形尺寸；减化引导和控制系统以及提高自动化控制程度解决了这一问题。在研制过程中，美国无人机设计师专门将这种飞行器单独列为一个级别，并将其命名为微型无人驾驶侦察机。这种微型无人驾驶侦察机是一种半自动引导和控制的飞行器，其外形尺寸不超过１５厘米，重量约为１００克。每架微型无人驾驶侦察机的价格为１０００多美元。微型无人驾驶侦察机机载设备包括一部可以实时传输图像的摄像机、一部全球定位系统和一部通讯设备。其留空时间为２０分钟至２小时，作战半径超过１０公里，飞行速度超过４５公里／小时。美国无人机专家之所以对研制这种微型无人驾驶侦察机产生浓厚兴趣基于以下两个原因：一是，这种微型无人驾驶侦察机将改变现代战争中的陆军作战战术，尤其是改变陆军在城市的战术；二是，生产这种微型无人驾驶侦察机的工艺已经成熟。
　　战时，作战部队士兵可以像携带手榴弹一样将微型无人驾驶侦察机挂在军用腰带上，或者将微型无人驾驶侦察机放在行军背袋里和军服口袋里。只要使用一种较为简便的发射装置，便可将微型无人驾驶侦察机发射到空中遂行空中侦察任务。这时，操纵员便通过手中的控制显示器实时收到侦察的结果。微型无人驾驶侦察机的作战使用方法见图一。通常，传统的侦察设备无法保证作战部队士兵班对敌火力兵器的位置有详细和准确的了解；而现今如果作战部队士兵班要想弄清敌火力兵器的具体位置，那么他们可以发射一架微型无人驾驶侦察；随后，微型无人驾驶侦察机操纵员利用手中的控制台，将微型无人驾驶侦察机引导到所侦察的地域；结果，他们发现在一座孤独的建筑后面，隐蔽着敌一辆坦克。除在开阔地区上空实施侦察飞行外，微型无人驾驶侦察机还可以完成对建筑物内部实施侦察的任务。
　　微型无人驾驶侦察机在工艺上的可行性应该归功于在微型工艺领域取得的成果，其中包括微型机电系统的迅速发展。微型机电系统可以将微型电子元件与尺寸相同的各种复杂的机械元件连接在一起，从而使传感器、信息处理器和机载传感器连为一体，并使其具有独一无二的功能。目前，这些部件已投入生产。今后的发展方向是如何降低生产微型机电产品的成本。
　　研制微型摄像机、微型传感器以及用于探测有害物质（生物和化学）的传感器是微型电子系统发展的另外一个重要方向。由于这些设备无法达到微型电路的规格和要求，因此，在选择微型无人驾驶机的外形尺寸方面存在很大的局限性。
　　总之，在研制微型无人驾驶侦察机方面还有许多技术性问题没有解决。因此，世界各国无人机专家正试图寻找一些独特的设计方案，即包括微型无人驾驶侦察机的气动布局、控制系统、全球定位系统和通信系统等。此外，微型无人驾驶侦察机动力装置的研制和燃料使用等问题也还需要完善。目前，在研制微型无人侦察机方面需要解决的主要问题是：
　　首先从稳定性来讲，是纵向稳定性差和升降舵俯仰力矩系统小；其次，从空气动力学来讲，由于机体外形小于１５厘米，致使机翼展弦比无法达到高升阻比；第三，由于小尺寸和飞行速度使雷诺数变小，从而使飞行阻力变大；最后，是由于动力装置外形尺寸小，使其工作效率大大降低。
　　
　　主要机型及性能
　　
　　目前的微型无人驾驶侦察机主要有以下三种气动布局：
　　第一种是采用固定机翼，主要机型有：美国的洛克希德－马丁公司研制的“微星”微型无人侦察机、美国“Ａｅｒｏ Ｖｉｒｏｍｅｎｔ”公司研制的“黑寡妇”微型无人侦察机和美国海军研究实验室研制的微型战术型无人驾驶侦察机。这三种机型的优点是升力系数大；缺点是机动性能差和难以在空中悬停。
　　第二种是采用直升机布局，主要机型有美国“Ｌｕｔｒｏｎｉｘ ”公司研制的“Ｋｏｌｉｂｒｉ”微型无人驾驶侦察机。其优点是机动性能高，可在空中悬停；缺点是燃料消耗大。
　　第三种是采用扑动机翼，主要机型为“微型蝙蝠”。其优点是具有很高的机动性能并可在空中悬停。
　　这些微型无人驾驶侦察机已经通过飞行试验。下一步的任务是对这些微型无人驾驶侦察机在使用和装备方面进行可行性论证；解决生产中的工艺问题和有效载荷布局问题；从空气动力学方面对其进行研究以及为其研制新的动力装置。
　　“微星”无人驾驶侦察机是由美国洛克希德－马丁公司研制的。美国国防部为此计划拔款４２００万美元。“微星”无人侦察机主要用于搜集情报、寻找目标和移动无线电通讯。为此，洛克希德－马丁公司为该机研制了各种微型传感器和夜间实时传递图像等系统。“微星”无人驾驶侦察机重８５克，翼展１５厘米，航程５公里，续航时间２０分钟，飞行速度５０公里／小时。该机的机载设备为一部重量不到１克的数字式摄像机，其摄像距离为５公里。“微星”无人侦察机主要采用自主飞行控制和遥控两种制导与控制方式。
　　“黑寡妇”微型无人驾驶侦察机是由美国“Ａｅｒｏ Ｖｉｒｏｍｅｎｔ”公司与加利福尼亚工艺研究所于１９９９年共同研制的。尽管“黑寡妇”无人侦察机在设计方面存在某些缺陷，但它仍然被世界各国无人机专家称为研制最成功的一种微型无人驾驶侦察机。“黑寡妇”无人侦察机外形就像一只ＣＤ光盘，直径约１５厘米，重量约５０克；安装一台使用锂电池工作的电动机，螺旋桨直径１０厘米，螺旋桨工作效率为８２％；飞行时间为１６～２２分钟，飞行速度４５～７０公里／小时。该微型无人机的机载设备有：一部彩色摄像机，重量２克，可以实时向距离１公里的地面传送图像；一部无线电遥控器，重量约３克，占机身面积约２．５平方厘米；制导和控制系统包括一部微型陀螺仪、若干部飞行速度传感器；一部迎角传感器以及全球定位系统；采用气动弹射装置发射。
　　“黑寡妇”微型无人驾驶侦察机集成电路内部结构图如图三所示；天线位于微型无人驾驶侦察机的尾部。其辅助系统包括：３台用于驱动升降副翼的电动机，每台电动机重量约为０．３克，直径３毫米；一部彩色摄像机、一台三轴磁强计、一部电振动陀螺仪、一部全球定位系统接收机、一台计算机以及太阳能电池、锂电池和镍镉电池。
　　美国海军研究实验室正在研制微型战术型（ＭＩＴＥ）无人驾驶侦察机（图四）。ＭＩＴＥ无人侦察机翼展１５厘米，重量６５克；电池和燃料箱以及无电刷直流电动机位于机翼两侧；螺旋桨直径１２厘米；飞行速度１０米／秒；由传动装置控制的升降副翼位于垂直和水平尾翼。
　　“Ｋｏｌｉｂｒｉ”微型无人驾驶侦察机由美国“Ｌｕｔｒｏｎｉｘ ”公司按照直升机气动布局设计而成。该机的机载设备包括一部全球定位系统、一部自动驾驶仪。当加注２０克燃料时，该机可在空中悬停３０分钟。
　　目前，美国海军研究实验室打算研制新一代微型无人驾驶侦察机。该微型无人驾驶侦察机将采用扑动机翼。这种微型无人机将装用由传统的微型电机与微型冲压式喷气发动机组成的复合动力系统，作为扑动机翼的驱动装置。扑动机翼微型无人驾驶侦察机的主要优点：一是可以将剩余正面阻力减少到零；二是桨叶旋转面积大于机翼的几何尺寸；三是具有直升机垂直起降和飞机平飞的能力。目前，属于扑动机翼微型无人驾驶侦察机的机型包栝“微型蝙蝠”和“昆虫”等。
　　“微型蝙蝠”扑动机翼微型无人侦察机重量不超过１５克。机载设备有一部摄像机、一部引导和控制系统。“微型蝙蝠” 微型无人机的机翼，按微型机电系统设计要求进行安装，采用钛合金材料。其电动机通过传动装置驱动机翼，用电池作为动力，采用常规方式着陆。当机翼挥动频率为２０赫兹时，其续航时间为３分钟。由此可见，续航时间的长短主要取决于机载电池能力的大小。
　　世界各国无人机设计师下一步研制微型无人驾驶侦察机的计划是：继续减小微型无人驾驶侦察机的外形尺寸；为其研制新的动力装置，采用新型燃料和辅助装置。总之，随着微型无人驾驶侦察机研制技术的日臻完善，这种飞行器将出现在未来战场上，并将使未来战争中的陆军作战战术发生深刻的变化。
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