美軍無人機成功自主空中加油 將改變遠程打擊模式【2】

　　AARD項目利用了歐米伽空中加油服務公司的K-707加油機和NASA的一架F/A-18試驗機，均加裝了GPS接收機、慣性測量裝置和低寬帶數據鏈。為了能使受油機的加油探管准確地插入到加油機后拖曳的錐套中，NASA專門為F/A-18試驗機加裝了一套VisNav傳感器系統，主要由半導體位置探測器（PSD）、信號處理器和LED指示燈組成，有效地提高了AAR系統的性能。PSD將探測到的光信號轉換為電信號，並依據電流的強弱獲得光投影坐標，採用三角法測量原理，再通過信號處理來測量加油探管與錐套間的距離。

　　然而，AARD項目的試驗過程並非一帆風順。在為期15個月的概念驗証階段，加油探管在前6次試飛中僅有2次進入到錐套范圍內，直到在第7次試飛中才首次實現了自主空中加油。2006年8月30日，F/A-18試驗機在進入自動操縱狀態后，按照預先設計的程序與加油機組成編隊，並控制加油探管准確無誤地插入到錐套內，實現了自主空中對接。

　　此后，飛行試驗進展順利，在十幾次試飛中先后測試了轉彎過程中探管與錐套對接，並且還完成了在更遠距離、更大高度差和更大偏航角度情況下接近加油機的試驗。試飛結果表明，AAR系統已經驗証了在加油機后方3.7千米、下方約300米和偏離航向30°的情況下成功實現對接的能力。

　　更為重要的是，AARD項目充分表明了無人機完全可以首先借助GPS飛行到指定的航路點，然后切換到一個全自主的空中加油模式，從而在作戰條件下自主地完成空中加油。

　　伙伴加油計劃

　　基於AARD計劃所取得的成果，DARPA認為無人機在AAR技術方面已不存在問題，隻需進一步優化相關技術，通過型號試飛加以驗証。此時，DARPA針對UCAS-D計劃的預期目標，開始關注無人機的伙伴加油能力，作為AARD計劃的后續研究。當時，DARPA所面臨的一個棘手問題是如何補償無人機在會合期間衛星控制鏈路出現的3.5秒延遲。

　　2007年，美國空軍研究實驗室（AFRL）發起了一項“超長續航”（Ultra Long Endurance）研究計劃，旨在評估用可擔負得起的固定翼無人機替代監視飛艇的可行性，除了“全球觀察者”和“獵戶座”等無人機方案外，同時還探索能夠突破“全球鷹”的續航時間限制的相關技術。

　　針對美國海軍和空軍的共同需求，DARPA在2010年7月1日授予諾格公司一項價值3300萬美元的KQ-X計劃，用於驗証一架“全球鷹”無人機通過伙伴加油技術，自主完成空中加油。這項計劃旨在驗証兩架無人機之間實現空中加油的技術可行性，使其飛行時間延長到一周以上。

　　如果試驗獲得成功，“全球鷹”可以配備更重的傳感器載荷，在攜帶較少燃料的情況下起飛，隨后在空中進行空中加油，以便在空中持續飛行更長時間。此外，同一型號無人機具備伙伴加油能力也意味著，無人機完全可以自行編隊執行任務，這對探索未來無人戰機自主作戰，甚至組成轟炸編隊的可行性同樣具有開創性意義。

　　從技術驗証角度來看，KQ-X計劃專注於無人機系統、感知和氣動等方面的挑戰，其難度遠遠高於AARD計劃。根據合同，諾格公司對兩架“全球鷹”實施了相應改裝，其中，一架無人機充當加油機，在腹部加裝了軟管-錐套加油系統，輸油管長4.3米，另一架無人機充當受油機，在機頭前部加裝了一根探管式受油管。兩架“全球鷹”將利用GPS和光學跟蹤系統，實現探管與錐套的對接，並將燃油從加油機的機身油箱輸送到受油機的機身油箱中。

　　2011年1月21日，諾格公司利用一架“海神”試驗機在同溫層高度與一架“全球鷹”無人機進行了會合，前后相距隻有12.2米，評估了“全球鷹”尾部產生的湍流對受油機的潛在影響。2012年8月，兩架經過改裝的“全球鷹”完成了空中加油編隊飛行。遺憾的是，DARPA在9月30日決定不再繼續推進“全球鷹”伙伴加油的試飛工作，終止了KQ-X計劃。

　　自主空中加油

　　作為UCAS-D計劃的一個重要部分，美國海軍和諾格公司原計劃從2012年底開始准備AAR技術的相關測試工作，但是直到2014年6月，諾格公司才收到美國海軍授予的一項6300萬美元的附加合同，著手開展探管-錐套式空中加油的驗証工作。

　　4月22日，X-47B驗証機在試驗過程中，首先借助於自主飛行控制系統和組合GPS飛行到會合空域，在1600米外開始跟蹤K-707加油機，並逐漸接近到加油機一側相距6米的位置，保持編隊飛行方式。接下來，X-47B驗証機由“GPS引導”過渡到“光學引導”。

　　該機先利用傳感器觀察加油機的機翼一側標志點，再通過機動飛行調整到加油機后方，然后利用一種新型光學傳感器和攝像機組成的光學跟蹤系統“鎖定”加油機，再通過不斷調整逐步建立和維持精確的對接距離。最后，X-47B驗証機自主地控制右側機翼上受油管與加油錐套對接。接著，K-707加油機在近7分鐘時間內向其輸送了1810千克的燃料。在完成空中加油后，X-47B驗証機自動地控制探管脫離錐套，機動地離開加油機，然后返回基地。

　　作為成功對接的關鍵技術，X-47B驗証機使用的新型光學傳感器是經過升級的VisNav傳感器系統。從設計功能來看，這種光學跟蹤系統採用了紅外焦平面探測器，通過控制X-47B驗証機逐漸跟上錐套移動的節奏，讓探管與錐套保持同步移動，從而有效地避免了戰斗機在對接過程中存在著探管向上撞擊到錐套、從軟管上扯掉錐套或者探管損壞的缺點。

　　此次測試表明，美國海軍已經完全掌握了AAR技術，可以有效地增加無人機的作戰范圍，對未來發展長續航能力的無人機至關重要。對此，美國海軍負責UCAS-D計劃的杜拉特上校表示，此次AAR試驗的成功有助於“形成未來的無人機通過空中加油執行標准作戰任務的概念，並且可以與艦載機聯隊的有人駕駛作戰飛機無縫地實現協同作戰”。

　　作為一個承前啟后的關鍵角色，X-47B驗証機在AAR測試中的出色表現必將對“艦載無人空中監視與打擊系統”（UCLASS）計劃的任務需求和投標方案產生重要影響。（溫杰）