美军无人机成功自主空中加油 将改变远程打击模式【2】

　　AARD项目利用了欧米伽空中加油服务公司的K-707加油机和NASA的一架F/A-18试验机，均加装了GPS接收机、惯性测量装置和低宽带数据链。为了能使受油机的加油探管准确地插入到加油机后拖曳的锥套中，NASA专门为F/A-18试验机加装了一套VisNav传感器系统，主要由半导体位置探测器（PSD）、信号处理器和LED指示灯组成，有效地提高了AAR系统的性能。PSD将探测到的光信号转换为电信号，并依据电流的强弱获得光投影坐标，采用三角法测量原理，再通过信号处理来测量加油探管与锥套间的距离。

　　然而，AARD项目的试验过程并非一帆风顺。在为期15个月的概念验证阶段，加油探管在前6次试飞中仅有2次进入到锥套范围内，直到在第7次试飞中才首次实现了自主空中加油。2006年8月30日，F/A-18试验机在进入自动操纵状态后，按照预先设计的程序与加油机组成编队，并控制加油探管准确无误地插入到锥套内，实现了自主空中对接。

　　此后，飞行试验进展顺利，在十几次试飞中先后测试了转弯过程中探管与锥套对接，并且还完成了在更远距离、更大高度差和更大偏航角度情况下接近加油机的试验。试飞结果表明，AAR系统已经验证了在加油机后方3.7千米、下方约300米和偏离航向30°的情况下成功实现对接的能力。

　　更为重要的是，AARD项目充分表明了无人机完全可以首先借助GPS飞行到指定的航路点，然后切换到一个全自主的空中加油模式，从而在作战条件下自主地完成空中加油。

　　伙伴加油计划

　　基于AARD计划所取得的成果，DARPA认为无人机在AAR技术方面已不存在问题，只需进一步优化相关技术，通过型号试飞加以验证。此时，DARPA针对UCAS-D计划的预期目标，开始关注无人机的伙伴加油能力，作为AARD计划的后续研究。当时，DARPA所面临的一个棘手问题是如何补偿无人机在会合期间卫星控制链路出现的3.5秒延迟。

　　2007年，美国空军研究实验室（AFRL）发起了一项“超长续航”（Ultra Long Endurance）研究计划，旨在评估用可担负得起的固定翼无人机替代监视飞艇的可行性，除了“全球观察者”和“猎户座”等无人机方案外，同时还探索能够突破“全球鹰”的续航时间限制的相关技术。

　　针对美国海军和空军的共同需求，DARPA在2010年7月1日授予诺格公司一项价值3300万美元的KQ-X计划，用于验证一架“全球鹰”无人机通过伙伴加油技术，自主完成空中加油。这项计划旨在验证两架无人机之间实现空中加油的技术可行性，使其飞行时间延长到一周以上。

　　如果试验获得成功，“全球鹰”可以配备更重的传感器载荷，在携带较少燃料的情况下起飞，随后在空中进行空中加油，以便在空中持续飞行更长时间。此外，同一型号无人机具备伙伴加油能力也意味着，无人机完全可以自行编队执行任务，这对探索未来无人战机自主作战，甚至组成轰炸编队的可行性同样具有开创性意义。

　　从技术验证角度来看，KQ-X计划专注于无人机系统、感知和气动等方面的挑战，其难度远远高于AARD计划。根据合同，诺格公司对两架“全球鹰”实施了相应改装，其中，一架无人机充当加油机，在腹部加装了软管-锥套加油系统，输油管长4.3米，另一架无人机充当受油机，在机头前部加装了一根探管式受油管。两架“全球鹰”将利用GPS和光学跟踪系统，实现探管与锥套的对接，并将燃油从加油机的机身油箱输送到受油机的机身油箱中。

　　2011年1月21日，诺格公司利用一架“海神”试验机在同温层高度与一架“全球鹰”无人机进行了会合，前后相距只有12.2米，评估了“全球鹰”尾部产生的湍流对受油机的潜在影响。2012年8月，两架经过改装的“全球鹰”完成了空中加油编队飞行。遗憾的是，DARPA在9月30日决定不再继续推进“全球鹰”伙伴加油的试飞工作，终止了KQ-X计划。

　　自主空中加油

　　作为UCAS-D计划的一个重要部分，美国海军和诺格公司原计划从2012年底开始准备AAR技术的相关测试工作，但是直到2014年6月，诺格公司才收到美国海军授予的一项6300万美元的附加合同，着手开展探管-锥套式空中加油的验证工作。

　　4月22日，X-47B验证机在试验过程中，首先借助于自主飞行控制系统和组合GPS飞行到会合空域，在1600米外开始跟踪K-707加油机，并逐渐接近到加油机一侧相距6米的位置，保持编队飞行方式。接下来，X-47B验证机由“GPS引导”过渡到“光学引导”。

　　该机先利用传感器观察加油机的机翼一侧标志点，再通过机动飞行调整到加油机后方，然后利用一种新型光学传感器和摄像机组成的光学跟踪系统“锁定”加油机，再通过不断调整逐步建立和维持精确的对接距离。最后，X-47B验证机自主地控制右侧机翼上受油管与加油锥套对接。接着，K-707加油机在近7分钟时间内向其输送了1810千克的燃料。在完成空中加油后，X-47B验证机自动地控制探管脱离锥套，机动地离开加油机，然后返回基地。

　　作为成功对接的关键技术，X-47B验证机使用的新型光学传感器是经过升级的VisNav传感器系统。从设计功能来看，这种光学跟踪系统采用了红外焦平面探测器，通过控制X-47B验证机逐渐跟上锥套移动的节奏，让探管与锥套保持同步移动，从而有效地避免了战斗机在对接过程中存在着探管向上撞击到锥套、从软管上扯掉锥套或者探管损坏的缺点。

　　此次测试表明，美国海军已经完全掌握了AAR技术，可以有效地增加无人机的作战范围，对未来发展长续航能力的无人机至关重要。对此，美国海军负责UCAS-D计划的杜拉特上校表示，此次AAR试验的成功有助于“形成未来的无人机通过空中加油执行标准作战任务的概念，并且可以与舰载机联队的有人驾驶作战飞机无缝地实现协同作战”。

　　作为一个承前启后的关键角色，X-47B验证机在AAR测试中的出色表现必将对“舰载无人空中监视与打击系统”（UCLASS）计划的任务需求和投标方案产生重要影响。（温杰）