[无人驾驶飞机的故事]无人驾驶飞机培训

　　自从“9.11"事件以后，美国在打击塔利班基地组织的作战中，无人机率先使用并发射了导弹，从而引起人们的关注。故事应该从去年11月13日的晚上讲起，据英国《星期日泰晤士报》报道：11月14日（北京时间13日），一架美国的RQ-IA“捕食者”（Predator,也译为“食肉动物”或“掠夺者”）型无人侦察机，透过昏暗的夜空，找到了一支正在潜逃的塔利班部队。由机载红外摄像机拍摄到的地面人员与车辆的清晰图像，借助加密卫星通信系统，传送到位于美国佛罗里达州坦帕的中央司令部控制室，又通过安全通信网，将信息转送到五角大楼和中央情报局。15日（北京时间14日）调来了3架F-15型战斗机，向塔利班部队逗留的旅馆投下了3枚GBU-15型“灵巧炸弹”。同时，“捕食者”也向停车场上的车辆发射了两枚“地狱火”型反坦克导弹。空袭的成果是一举将包括本・拉登的副手穆罕默德・阿提夫等基地组织高层人士在内的近百人和整个车队全部消灭。
　　“捕食者”是由“蚋蚊”750（Gnat750）型无人机放大而成的中空长航时侦察机。它装有合成孔径雷达，最大起飞重量约1020公斤。该型机于1994年7月首次试飞，曾在阿尔马尼亚地区和科索沃战争中使用，并屡遭损失，但在阿富汗的反恐作战中显示了无人机在战争中的重要作用。
　　德国的军事专家预测：10年后，无人驾驶战斗机将执行大部分空袭作战任务。美国的前陆军情报官、防务分析专家威廉・阿金指出：无人驾驶飞机最终将取代有人驾驶侦察机和某些类型的卫星，并像轰炸机一样得到更多的使用。甚至有人认为，美国的“联合攻击战斗机”（JSF，已选定F-35型）将是最后一代有人驾驶战斗机，并因而提出了所谓“零伤亡”的战争理论。
　　为了更好地了解无人驾驶飞机，让我们看看它的来龙去脉。
　　
　　无人驾驶飞机的基础
　　
　　无人驾驶飞机的控制系统中，核心部件是陀螺仪。原始的陀螺仪是一个高速旋转的刚体转子。陀螺有两个特性：一个是定轴性，另一个是进动性。前者是说它具有力图保持自己的旋转轴稳定不变的特性，后者是说它的旋转轴受到外力矩作用时，总是向垂直于所加外力的方向偏转。
　　利用陀螺的定轴性，可以测定和保持飞机的飞行姿态。再配合其它导引和遥控系统就可以让无人驾驶飞机完成飞行任务。无人驾驶飞机的发明与发展，与陀螺仪的演变和微电子技术的进步有着密切的关联。
　　陀螺在我国是人们早已熟悉的一种玩具。在仰韶文化遗址出土的文物中发现，4000年前，我国就已经有石制陀螺。2000多年前，我国西汉时期的出土文物中，可以见到陶制的陀螺。根据国外资料的记载，早在公元931年，我国的陀螺传到了朝鲜和日本，1700年以后，陀螺才传到欧洲。
　　1852年，法国人亨利・吉法尔（Henrigiffard,1852-1882）驾驶飞艇，实现人类首次乘坐有动力的飞行器在空中航行。就在这一年里，吉法尔的同乡傅科（JeanBernardL‘eonFoucault,1819-1868）发明了陀螺仪的雏形――当时称为傅科摆。它的原理是让转子（陀螺）通过轴承安装在内、外框架和基座上，使之可以实现有三个角运动自由度的旋转。作为一名天文学家，傅科只是想用这台仪器证明地球的自转现象，并不知道他的发明对航空事业的重大意义。同样，在2000多年前，我国丁缓发明了陀螺框架（万向支架）原理，当时的想法只是用它来作为冬天暖被子的用具（被中香炉）。
　　
　　陀螺在飞机上的应用
　　
　　美国的埃尔默・安布罗斯・斯佩里（ElmerAmbroseSperry,1860-1930）博士是一个有名的发明家。他从1896年就开始研究实用的陀螺仪。1912年，斯佩里协助飞机设计家格伦・哈蒙德・寇蒂斯（GlennHammondCurtiss,1878-1930）研制飞机上使用的自动稳定器，并于第二年，在寇蒂斯设计的水上飞机上试飞验证。
　　1914年6月18日，老斯佩里的儿子劳伦斯・伯斯特・斯佩里（LawrenceBurstSperry）在法国巴黎的飞机安全竞赛上，驾驶装有陀螺稳定器的飞机表演。在表演中飞行员可以撒手飞行，而且机械师爬到机翼上走动，飞机在稳定器控制下，仍能保持平衡。精采的表演使巴黎观众目瞪口呆。因此，飞行员还得到了50000法朗的最高奖金。不幸的是，在1923年，小斯佩里在飞越英吉利海峡时失踪，再也没有回来。
　　此后，埃尔默・斯佩里又研究成功转弯仪、侧滑仪、陀螺地平仪和陀螺罗盘等一系列飞行仪表。这些仪表成为詹姆斯・哈罗德・杜立特（JamesHaroldDoolittle,1896-1993年），于1929年完成世界首次暗舱仪表飞行（当时叫“盲目飞行”）的基础条件。1931年5月9日，赫根伯杰（A.F.Hegenberger）上尉驾驶联合NY-2型教练机，在美国代顿首次完成无同伴暗舱仪表飞行。
　　20世纪30年代以后，出现了液浮陀螺、磁浮陀螺和挠性陀螺等新概念陀螺仪；50年代以后发展起来的静电陀螺、超导陀螺和动压气浮陀螺框架，采用无机械接触的支承方式；60年代开始研制的激光陀螺，既没有框架也没有转子，消除了一切机械摩擦，有极高的精度。
　　
　　无人驾驶飞机的开端
　　
　　1917年，斯佩里和寇蒂斯联合为美国海军制造了无人驾驶鱼雷攻击机，并在长岛空军基地进行过几次成功的飞行。这种由寇蒂斯双翼飞机改装而成的无人驾驶飞机，虽没能投入使用，却开辟了航空技术的一个重要领域。
　　据理查德・A・博施姆（RichardABotzum）所著的《无人驾驶靶机50年》一书记载：1933年1月，一驾由老式的费尔雷公司生产的“女王”（Queen）型双翼飞机改装成的无人驾驶飞机，首次被用于执行靶机任务。
　　第一次世界大战之后，英、美和苏联各国主要是利用无线电操纵的活塞式模型飞机作为靶机使用。
　　第二世界大战中，德国研制的V-1型飞航式导弹，可以携载1000公斤炸药，自动导航，完成空袭英国首都伦敦的任务。这是世界上第一种装有自控装置的无人作战飞行器。这种飞行器是采取程序控制方式的，在飞行中预先安排好的程序控制装置通过自动驾驶仪操纵完成预定任务，并由自动导航系统修正航向偏差。1944年8月4日，英国皇家空军飞行员迪安（Dean）驾驶格洛斯特“流星”Mk1型EE216号双发喷气式战斗机，在英吉利海峡上空拦截V-1型导弹。当时飞机上的机炮卡了壳，于是迪安驾机飞到V-1型导弹的侧方，并用“流星”型飞机的机翼把V-1导弹掀翻，使其坠落地面。这是航空史上，有人驾驶飞机与无人驾驶飞行器的首次“空战”。
　　美国在第二次世界大战期间，观曾用B-17等型轰炸机改装成为无人驾驶飞机，再由伴随飞行的有人驾驶飞机，通过无线电遥控执行轰炸任务。
　　
　　无人驾驶飞机的发展
　　
　　第二次世界大战后，由于导航技术的提高，各国研制的一大批装有喷气发动机的无人驾驶飞机不仅可以作为靶机使用，而且可以执行空中照相和电子侦察任务。它们的航程、速度和装载能力都有很大的提高。其中最著名的有美国瑞安公司研制的“火蜂”（Firebee）系列，包括Q-2A、BQM-34和瑞安147型等。至1987年4月，它的各种发展型共生产6498架，由美国三军、加拿大，日本和北约各国广泛使用。在这一系列中，BQM-147G无人驾驶侦察机在20世纪60年代曾97次侵犯我国领空，并被击落20架，其中我人民空军航空兵击落14架、导弹部队击落3架、海军航空兵击落3架。
　　生产“火蜂”系列的特莱汀・瑞安公司（TeledyneRyanAeronautical）研制的无人驾驶飞行器（UAV）品种繁多，代号多变，常使人迷惑不清，但如果能掌握它们代号中英文字母的含义，也就容易分辨了。这些英文字母所代表的含义是：A空中发射；B空中/地面发射；G地面攻击；M火箭助推；M（置于代号之首时）机动发射；Q靶机或按预定程序飞行的无人驾驶飞机；X实验机；Y原型机；Z计划中方案。
　　由以上字母组合成的代号，如BQM（包括MQM）代表用于武器训练和鉴定的无人驾驶靶机；BGM代表具有表面（地面或水面）攻击能力的无人驾驶飞机；AQM代表由“火蜂”基本型发展而成的空中发射的无人驾驶飞行器。另外，该公司的大多数无人驾驶飞行器多用147来编号。
　　从1964年至1975年，美国空军的战略侦察联队（SRW）在越南参战的瑞安147系列无人驾驶飞行器共发射3435架次，其中2873架次能够安全返回发射击基地，回收率约84%。1972年以后，使用改进后的型号，其回收率超过了90%，在整个越南战争中，美军拍摄的航空侦察照片，有80%是通过无人驾驶飞机获得的。值得注意的是，在同一战争中，美国损失有人驾驶飞机共2500架，有5000名飞行员丧生，在被俘人员中有90%是空勤人员。
　　1964年至1967年，美国洛克希德公司的“臭鼬工厂”（SkunkWorks），即U-2和SR-71等间谍飞机的生产地，还为美国空军制造了38架D-21型高空、高速无人驾驶侦察机（绝对升限30500米，最大平飞速度M4，最大航程2010公斤）。20世纪70年代初，它们也曾参与对我国的侦察活动，而且有的被我国俘获。
　　1972年11月28日，我国北京航空学院（现北京航空航天大学）研制的，与美国瑞安147H（AQM-34N）型相当的无侦五型高空无人驾驶侦察机，首次从图-4型母机上投放试飞成功。2001年末，中国人民解放军空军某试验训练基地二站总工程师，我国著名的无人驾驶飞机专家赵煦当选中国工程院院士。他曾参加“长空-1”无人靶机设计，这是一种高亚音速的无人驾驶飞行器；后来他又领导设计了“长空”型超音速无人靶机，只用了几年时间就将其送上了天，推翻了国外某些人士所说“中国搞超音速无人靶机至少要20年”的预言。
　　20世纪60年代以后，由于微电子技术的进步，促进了无人驾驶飞机的大发展。1958年，世界上第一块集成电路诞生。在比米粒还要小的集成电路芯片上，可以包含着数百万个晶体管。采用了先进微电子技术的无人驾驶飞机，不但重量轻、体积小，而且具有很高的效能。
　　
　　无人驾驶研究机
　　
　　1975年10月，美国洛克韦尔国际公司为国家航空航天局（NASA）研制了两架代号为海玛特（HiMAT--HighlyManeuverableAircraftTechnology）的遥控无人驾驶研究机（RPRV――RemotelyPilotedResearchVehicle）。对高机动战斗机准备采用的带有风险的许多技术（包括结构、材质和气动布局）进行验证飞行。在这种无人研究机上装有电视摄像机及数据和图像传输系统。它的地面控制人员坐在屏幕前，根据空中传来的信息可以实时地进行遥控操纵。这两架无人研究机在1983年初完成了26次、共11小时34分的试验飞行，取得了不少试验成果。
　　就在美国进行上述试验的同时，我国的一支科研队伍正在利用无线电遥控自由飞模型进行“抬式”飞机气动布局的研究。“抬式”布局研究中取得了大量有创造性的成果，对短距起降运输机和高机动战斗机的气动设计提出了有益的建议。在我国的自由飞模型试验中，所使用的无线电遥控和遥测设备没有美国的先进，但从试验方法来说应该属于同一概念，而且我国的试验模型可以完成包括滑跑起飞和着陆的全部飞行过程，不像美国那样由母机带到空中投放，然后用伞降或滑橇滑跑着陆。
　　上述遥控无人驾驶飞机（RPV）的飞行控制方式和20世纪60年代使用的无人驾驶靶机（targetdrone）或由其改装成的无人驾驶侦察机不同，它不是按照预先安排好的程序控制飞行的，而是相当于将飞行员从座舱里搬到地面，再由地面的“飞行员”――操纵员，根据通过机载的光电传感器获得的信息，对遥控飞机进行控制。当然也有的无人驾驶飞机是程序控制与遥控相结合的。全自主飞行控制的无人机也正在发展。
　　在阿富汗战场上使用的“捕食者”无人驾驶飞机上就装有先进的光电摄像机、红外成像仪、全球卫星定位系统、复合导航系统和合成孔径雷达，使地面操纵人员不仅可以知道它的精确位置，还可以透过夜空掌握它周围的环境；它甚至可以将距它4.5公里以外的直径为4厘米的物体的图像或图片清晰地传回基地。“捕食者”的作战半径是3704公里。在阿富汗战场上首次投入使用的“全球鹰”型高空、长航时监视无人机的转场航程长达23468公里，最大续航时间大于42小时。
　　为了验证无尾隐身战斗机气动布局的飞行机动性能，美国于1995年6月开始制造了两架代号为X-36的无人驾驶验证机，1997年5月17日首飞，试飞结果优于设想。1998年12月又恢复试飞，准备参加美国空、海军联合投资的“无尾战斗机可重新布局控制”研究计划。这种飞机有独特的M形主机翼，前方装有大前缘后掠角的鸭翼，无水平尾翼和垂直尾翼。它飞行时由车载地面控制站进行遥控，一旦地面指令失效时，立即转为机上自动驾驶仪控制飞行。此外，机头装有摄像机，可辅助遥控驾驶。
　　美国还有很多无人驾驶研究机，其中有太阳能实验机，也有高超音速飞机和航天飞机的验证机等。利用无人机研究新概念的飞行器的确是一个好办法。因为它不需要飞行员去冒险。正因为没有飞行员，研究机也就可以做得小一些，造价也就随之降低。
　　但必须知道，无人研究机（包括无人作战飞机）虽然不需要飞行员在空中操纵，但在地面控制站为其服务的人员多达20～30人，其地面控制系统的造价也是非常昂贵的。而且它的地面控制员――“地面飞行员”，通过一系列传感器和显示器提供的空中信息对其实施控制，这种操纵技术有时比到空中去操纵还要困难。例如：参加阿富汗作战的“捕食者”无人机的地面控制站就有28名机组人员，其中包括6名无人机操作员、12名传感器操作/分析员、4名视频分发系统操作员和6名维修人员。装有合成孔径雷达的“捕食者”，单机价格是320万美元――这相当一般无人靶机的10倍，但也只有1架普通有人战斗机的1/10。不过，它的整个控制系统的价格竟是单机价格的10倍，即3220万美元。
　　
　　无人机在现代战斗中的应用
　　
　　20世纪70年代中期开始，在世界范围内出现了研制无人驾驶飞机的热潮。这和中东战争中，以色列成功地在军事行动中运用无人机有密切关系。
　　1973年，以色列用美国生产的单价12万美元的“石鸡”BQM-74型无人靶机装扮成轰炸机，飞入埃及的领空，使埃及的防空部队在雷达上误判为轰炸机入侵，并白白地消耗了大量地空导弹。
　　1982年，在贝卡谷地之战中，以色列又以带有模拟全尺寸飞机雷达反射器的无人机诱骗叙利亚军队的雷达开机，从而掌握了叙军防空阵地的雷达工作频率和信号特征。而另一些无人机则乘机带着炸药冲进了雷达阵地。
　　1991年海湾战争开始后的72小时之内，美军共发射了137架以色列生产的TALD型无人机，作为雷达诱饵。据伊拉克报道，其中有100余架被击落。
　　同一战争期间，美国与以色列合作研制的“先锋（Pioneer）RQ-2型无人机有约40架参战，共出动545架次，总飞行时间1698小时。其中12架失踪，18架损坏，但损坏的有13架在现场修复。这种无人机可以执行侦察、监视、目标捕获和战斗损伤判定等任务。在这次作战中，美国海军陆战队出动无人机共185架次。
　　1995年，美军在空袭波黑塞族阵地前，共出动“捕食者”无人机80架次。根据无人机提供的准确情报，美军摧毁了70%塞军的防空设施和作战指挥系统，并炸毁了塞军40%的弹药库。
　　首次大规模地使用无人机作战是在1999年的科索沃战争中。当时南斯拉夫联盟的防空火力使美军和北约国家的空袭武器在低空行动受阻，甚至F-117A隐身攻击机也难逃被击落的命运。为此，美国军方只能出动更多的无人机来执行高风险的作战任务。
　　在这场战争中，美国和北约国家出动了7个机型，近300架无人机，总飞行时间超过1400小时。当时无人机在作战中被击落的也不少，如美国和以色列联合研制的“猎人”（Hunter）RQ-5A被击落3架；法国的“红隼”（Crecerelle）被击落1架；德国和加拿大联合研制的CL-289被击落4架。但避免了人员的伤亡。
　　
　　无人驾驶战斗机
　　
　　20世纪70年代以来，有能力研制无人机的国家都在竞相发展无人机技术。据国外专家的预测：从1994年至2003年的10年之中，在世界范围内，无人机将增加8000架，其价值约40亿美元（这只占其全系统的15%）。2000年，仅民用无人机的采购就达20亿美元。以色列、美国和北约国家已经研制成功众多的“一次性使用”或“重复使用”的无人攻击机。可重复使用的有以色列的“恶妇人”（Harpy，也音译为“哈比”），美国的瑞安234型（BGH-34A）、英国的“灰背隼”（Merlin）、德国的DAR和意大利的米拉奇（Mirach）等；一次性使用的有美国的“天眼”（SkyEye）。其中，美国的瑞安234型无人机，由DC-130母机从空中投放后，由母机通过无人机头部摄像机传来的信息，实时制导。它可以发射“百舌鸟”（Shrike）或“小牛”（Maverick）导弹压制敌防空系统。完成任务后，用伞降回收。 　　以上攻击无人机也被称为反辐射无人机。因为它们专门追踪敌防空系统中的警戒雷达、引导雷达、目标搜索与指示雷达、导弹制导与火炮控制雷达等所发射的电磁波，并摧毁其发射源。和反辐射导弹相比，它们更为机动灵活，更加智能化――可以在目标附近上空较长时间地搜索、等待，一旦敌方雷达开机，立即发起攻击。
　　用于执行空中格斗任务的无人机也早已进入研究阶段。1971年，美国用“火蜂”I型靶机改装成为无人空中格斗试验机，并与F-4型喷气式战斗机进行空中格斗模拟试验。无人试验机，在地面遥控站的操纵下，可以摆脱F-4飞机的导弹攻击；还可以做过载转弯，占据“敌机”后方的有利射击位置。1998年3月底，美国国防预研计划局提出的无人驾驶作战飞机（UCAV）技术验证计划开始投标。美国各主要飞机公司都作出了响应。在此之前，麦道公司（现与波音公司合并）在1996年11月，已经向NASA提交了X-36型无尾鸭式布局的无人研究机，用于无人驾驶高机动战斗机的技术验证，并于1997年5月17日首次试飞。目前试验还在进行。
　　波音公司按照UCAV的研制计划制造了两架代号为X-45A的无人驾驶验证机。它们将用于验证一种压制敌防空体系和执行其他打击任务的无人战斗机；同时还将进行双机编队飞行试验，用以验证多机协同作战的可能性。
　　当然，在复杂的空中战场上，无人机要能学会识别、决断和记忆，这不是容易作到的事。但随着人工智能技术和先进光电探测设备的发展，这一切都是可以实现的。美国空军科学顾问委员会（SAB）在《新世纪展望》报告中指出：“不久的将来，无人作战飞机将有可能成为21世纪空中作战的主导力量”。而且该委员会的科学家认为：新一代高性能无人机将执行与敌方直接交手的战斗任务，而不仅是担任侦察与传递信息的角色。
　　1999年，德国的戴姆勒-克莱斯勒公司声称，它们将在3年内推出首批机器人驾驶的飞机。同时，英国皇家空军也正在考虑用机器人驾驶轰炸机。这种机器人驾驶的飞机遇到敌机或导弹攻击时，可以自行采取规避或反击行动。
　　有一天，真的会出现“人在家中坐，静候无人飞机打胜仗”的美妙局面吗？不要忘记，无人机的“人”，只是从天上搬到地上而己。俗话说：“跑得了和尚，跑不了庙”。你的无人机来打我，我的无人机就不能去端掉它的控制站吗！正在发展的反辐射无人机可是执行这种任务的能手。况且，即使像“全球鹰”那样能飞越重洋的无人机，也不是由美军总部直接控制的。在对阿富汗进行打击之初，美国空军曾计划把“全球鹰”的控制站设在德国，最后还是选择了离前线较近的地方。也就是说，无人机的操纵人员还是不能完全远离战场。
　　
　　微型无人驾驶飞机
　　
　　与有人飞机相比，无人机有一个特殊的优点，就是机体体积可以造得很小。事实上，从20世纪90年代以后，世界各国研制的无人作战飞机正在朝着微型化发展。如美国于1999年3月22日，创造多项世界纪录的“黑寡妇”微型无人侦察机，全重仅60克，整套设备可以装入一个公文箱内。
　　在这次对阿反恐作战中，美国海军陆战队担负巷战任务的部队就装备了名为“微星”的微型侦察机。这种微型无人机由洛克希德-马丁公司研制。其翼展长15厘米，全重200克，能在100米的高度上以50公里/小时的速度飞行。机上装有微型摄像机。操纵“微星”的士兵，可以从便携式电脑的画面上，看到5公里以内的情况。
　　采用纳米技术，可以造出肉眼难于发现的飞机和发动机。1998年德国美因兹（Mainz）微技术研究所制造成功一架机身长24毫米（相当一只黄蜂的大小），重量只有400毫克（不到半克）的微型直升机。在我国，有的大学采用纳米技术搞出来的微型无人机，其尺寸和重量比这还要小。
　　纳米技术与仿生技术相结合，已有可能造出各种机器昆虫武器，它们既会飞行，又会爬行，也许还会学孙悟空钻进牛魔王的肚子里去兴风作浪。科学技术是第一生产力，科学技术的发展使人们的想象成为现实也是完全可能的，只是希望这些先进的科技成果能够造福人类，为和平目的服务，而不是战争的武器，破坏人类的杀手。
　　责任编辑：思空■