“ＭＡＶ微型无人机”美陆军战斗班组的空中了望哨 无人机班组成立方案

　　随着技术的飞速发展和军事需求的急剧膨胀，曾经被视为战场奢侈品的无人机的数量在迅速增加，应用范围也在不断扩大。在不久的将来，美国陆军战斗班组也将拥有自己的建制无人机。这种微型无人机携带方便、使用灵活，在城市和复杂地形环境下可以自由穿梭于街区小巷、山涧河谷，高大的建筑物和起伏的地形再也不能阻挡士兵们的视线。小小的无人机将改变未来作战方式。美国陆军正在大力发展的MAV(Micro AirVehicle)垂直起降式无人机就是新一代微型无人机的代表。
　　
　　应运而生
　　
　　当前，美军正陷入旷日持久的非常规战争中。部队不仅要胜任高强度的作战行动，还要胜任大量的非战争军事行动。战场环境复杂多变，城市作战、复杂地形作战都是部队面临的新课题。美军推出的“三街区作战”理念就体现了新形势下城市作战的特点：在一个街区，可能要执行维和与人道主义援助任务：在另一个街区可能要进行反游击作战：而在第三个街区，可能要同训练有素的部队进行高强度的常规作战。
　　因此，在高度复杂的环境下，部队必须对战场态势了如指掌。为了避免发生误伤事件，美军要求部队在射击时视线始终不能离开目标。这在建筑物林立的城市和起伏不平的山区谈何容易。因此，美军急需要一种便于士兵携带、起降容易、可在空中“悬停并凝视”目标的无人机。虽然小型无人机已经在美军中大量装备，但基本都是固定翼无人机，起降时需要场地保障，而且装备级别较高，难以对战斗小分队提供及时的保障。
　　为此，美军要求为作战小分队装备一种用于战场侦察和监视的微型无人机，对这种无人机的要求主要是：可垂直起降：适用于城市和类似阿富汗山区的环境；最大飞行高度3200米；训练与使用简便；能自主完成起飞、飞行和降落；能识别人员大小的目标(白天250米，夜间125米)；目标定位精度为80米；可由人员背负。
　　在美国国防部预先研究计划局(DARPA)的主持下，2003年9月启动了微型无人机先期概念技术演示项目。项目的宗旨是确定一种可由人员背负的涵道风扇式无人机应用于地面作战小分队的价值。
　　涵道风扇式无人机由装在涵道内的风扇驱动。风扇将空气从涵道顶部吸入，从底部排出，从而形成推力，使无人机能像直升机一样垂直起降和悬停。美军之所以选择涵道风扇式无人机，主要是看重它具有“悬停并凝视”目标的能力，而且还可以抵近建筑物飞行，在城市作战中非常有用。
　　MAV采用螺旋式推进、分阶段发展的方法，分为1型和2型，以逐步完善系统的性能。
　　1型MAV采用市场上现有的发动机，2004年3月通过初步设计审查，2004年11月通过关键设计审查，2004年12月进行第一次系留飞行试验，2005年3月进行第一次正式的非系留飞行试验，2005年7月通过军方验收试验和安全审查，2005年8月在佐治亚州本宁堡进行作战使用试验，2005年10月在夏威夷斯科菲尔德军营进行作战使用试验。
　　由于美陆军要求2型MAV使用重油发动机。而现有重油发动机的小型化技术还无法满足这一要求，所以在开发1型MAV的同时，重油发动机的研制也在同步进行。
　　2006年，根据1型MAV野外评估所取得的成果，开始了2型系统的研制工作。鉴于重油发动机技术尚未成熟，2型系统样机暂时采用了汽油发动机，以使研制工作继续向前推进。
　　2006年5月，MAV被选为美陆军“未来战斗系统”的1级(排级)无人机，预计于2012～2014年装备旅战斗队。
　　2006年10月，2型系统通过验收试验，随即开始进行作战使用试验。
　　截止到2006年底，MAY已经成功进行了500次飞行试验。在飞行试验中，MAY展示了在恶劣天气条件下在距地面152米的高度上飞行和悬停的能力，以单一航路点进行8千米导航以及短间隔多航路点导航的能力。此外还演示了前视和俯视视频传感器的昼夜成像技术、传感器画面截取和存储技术以及抵近建筑物的飞行能力等。
　　
　　系统构成与性能
　　
　　MAV系统由美国霍尼韦尔公司和AAI公司联合研制。按照目前的配置方案，一套MAV系统包括2架飞行器、1套地面控制系统以及相关的保障设备。保障设备主要有电池、燃料、燃料泵、飞行器起动器(每架飞行器配1部)和背包等。整个系统重量不超过18千克。
　　飞行器飞行器由处于中央位置的涵道风扇本体和两侧的可拆卸仪器舱组成。航空电子仪器舱内装电池、航空电子线路板以及导航传感器。传感器舱内装有无线电台、CPS接收机、前视及俯视成像传感器。
　　飞行器由功率为4马力的汽油发动机驱动。飞行控制通过自主飞行稳定与控制系统进行，该系统利用惯性测量装置和GPS接收机的输入来向控制舵面下达指令。控制舵面由4个独立操纵的方形叶片组成。NAV的导航精度为水平定位10米，高程4米。由于装备了先进的导航系统，MAV可以提供高精度的目标坐标。
　　飞行器高33.02厘米，加油后的重量大约为8千克。其实际重量取决于多种因素，包括燃料负荷、传感器的重量，以及为保证在恶劣天气条件下和稀薄空气中实施可靠飞行控制所要达到的推力，重量比等。飞行器最大航速92.6千米，小时，爬升速度7.3米／秒，续航时间大于44分钟(在1676米高度上)。一般情况下飞行器的使用高度在30.5～152米之间，最大使用高度3200米。
　　飞行器能适应雨、雾、风沙等恶劣的天气条件，可在风速27.8千米／小时的条件下起降，在雨天(雨量12.7毫米／小时)和风速达37千米／小时的条件下飞行，使用温度范围-18℃～46℃，湿度为100％。
　　MAV配备2个可以互换使用的传感器舱，分别装有光电传感器和红外传感器。前者对于人员大小的目标识别距离为250米，后者为125米。两者均为双传感器配置，分别用于前视侦察和俯视侦察。侦察图像通过无线通信系统传送到地面，操作手可同步进行观察。最大图像传输距离达10千米。飞行器可记录长达10分钟的视频图像。
　　地面控制系统(GCS)地面控制系统由一部称作操作控制器(OCU)的小型笔记本电脑和一部地面数据终端(GDT)组成。在地面数据终端内装有GPS接收机、电池以及无线电台和天线。操作控制器与地面数据终端之间通过USB接口连接。操作控制器所配软件可用于拟制任务计划和进行高水平的系统控制。对操作手没有飞机驾驶技能方面的特别要求。在一项MAV自主飞行计划内，可以预先设定100个航路点。只要在地面站进行简单的屏幕界面点触就可以完成所有航路点的设置。地面站最多可预先存储10项飞行计划，并可在飞行器 的飞行过程中输入飞行器。飞行计划软件可为拟定飞行计划提供多种预置巡弋模式。地面控制系统还可以记录60分钟的传感器视频图像。
　　
　　操控简便
　　
　　MAY的起飞、降落和操控程序的设计都以保障士兵的安全和为士兵提供保障为出发点。在使用时，士兵只要首先打开飞行器的支撑腿，接好两侧的仪器舱，将飞行器置于地面，然后拽动拉绳，飞行器即开始起动。地面控制系统向飞行器上载飞行任务计划。自此，飞行器将完全自主作业，直至任务完成，发动机自动关闭。目前飞行器的加油通过一个注油泵用手工方式完成，加油作业在白天和夜间均可进行。
　　实际上操作手对MAV的飞行从不实施真正意义上的遥控。飞行器根据预置程序按照一系列航路点和(或)飞行模式飞行。飞行器起飞后，操作控制器几乎只被用来监视图像或飞行器的状态。不过，操作手也可进行干预，以控制传感器的视场或在飞行过程中改变任务。在飞行过程中的任何一刻，操作手都可中断飞行任务和发送指令要求传感器改变探测方向。操作手用手控方式指示传感器转向特定方向(上、下、左、右、前、后、顺时针、逆时针)，从而可以在操作控制器的电视屏幕上看到想要观察的前视或俯视图像。
　　MAV也可采用遥控起动和发射方式，此时操作控制器和飞行器放置在不同地点。一旦飞行器到达预定飞行高度，处在其它位置上、配有操作控制器的士兵可以通过发送上行指令对其进行接管，上载飞行任务计划并指挥MAV执行需要完成的任务。
　　目前，操作员在接受了不超过24小时的训练后就可以开始操控MA~系统的飞行。对该系统的操作也没有特别的军职专业要求。在试验中，第25步兵师的MAV操作人员有步兵也有侦察兵。评估得出的一条重要结论就是，MAV在飞行器的操控及数据和图像利用方面不需要增加对人员的训练，最初的训练和试飞在部队驻地就可进行。MAV是真正意义上的战斗小分队的建制装备。
　　
　　日臻完善
　　
　　2005年10月，美第25步兵师的一个步兵排在斯科菲尔德军营的城市作战基地对1型MAV进行了试验。试验分队检验了无人机的飞行高度、航程、风的影响、起飞和降落方法、加油方法、设备的包装以及前视和俯视传感器昼夜作业的性能等多项内容，对数据传输系统、操作控制器及图形用户界面以及远距离视频终端进行了极为严格的检验。
　　为了解MAV的军事用途，步兵排在装备MAV和不装备MAV的情况下执行了一系列任务，包括路线侦察、地域侦察、护航以及对目标攻击等。试验结果用仪器进行了记录，以便为评估提供量化数据。试验部队还和“敌对”部队进行了反复较量，在对抗中发现MAV的优点和不足。在对抗中“敌对”部队不断改变战术，迫使步兵排不断抛弃传统战法而采用新战法，而且不得不放弃任何“高地”或处于对方通视范围内的暴露阵地。
　　对1型系统的初步评估得到了肯定。同时，试验部队对MAV的起动方法、导航系统、用户界面、续航能力等提出了改进意见，在人员编制、作战使用方法等方面积累了经验。
　　在2型MAV开始研制时大量吸收了1型系统的经验教训。与1型系统相比，2型系统的最大改进之处是加大了携油量，使续航时间增加了一倍，此外还更换了全部成像传感器。这些改动导致中央涵道风扇本体和传感器舱结构的重新设计。
　　2006年10月，总共有25套2型MAV样机系统由第25步兵师第2旅(“斯崔克”旅)的侦察排在夏威夷斯科菲尔德军营进行了1个多月的严格试验。这次演习采用了乘车作战和徒步作战两种形式。试验内容包括城市地形侦察和清扫建筑物内的障碍(徒步作战)、路线侦察、地域侦察以及护航等。评估后，这些MAV系统被第25步兵师留用，作进一步的试验。
　　迄今为止，美军涵道风扇式微型无人机的研制仅花费了不足四年的时间，就已完成了系统的设计、试验以及产品从1型到2型的升级，足见作战部队对这种微型无人机需求的迫切性。
　　目前，美国防部先期研究计划局仍在继续研究对MAV进行改进，并准备进一步拓宽其在军事上的应用范围。预计MAV将有可能应用于海军的沿海、河网地区作战。改进后的MAV将装备地面动目标显示传感器以增强态势感知能力，还将采用通用地面控制系统。从而可与“大乌鸦”和“龙眼”等其它小型无人机实现互操作。