美国MQ-9B型察打一体无人机浅析

云脑智库 2021-06-12 00:00







前言

察打一体无人机是充分利用信息技术革命成果发展而来的高性能信息化武器装备,它对提高战场空间感知能力、高风险目标突防能力、通信导航支援能力、电子战能力、压制敌防空系统能力、固定和移动目标攻击能力、高过载机动能力、作战生存能力、联合作战能力和主宰战场空间能力等起到了重要作用,在未来战争中处于突出的地位。美国MQ-9B型察打一体无人机作为美国当前主力察打一体无人机究竟有何功能?此外,2020年11月,美国对台出售了4架MQ-9B无人机,这会对我国造成怎样的威胁?


“捕食者”(Predator)系列无人机是美国通用原子公司(General Atomics)研制的中空长航时无人驾驶飞机,主要用于战场持续侦察、监视和实时目标打击任务。美军的“捕食者”系列无人机主要包括三种型号:

  • “捕食者A”(Predator A)型,代号MQ-1;

  • “捕食者B”(Predator B)型,主要有两种型号,分别为MQ-9A“收割者/死神”(Reaper),以及MQ-9B“天空卫士/海洋卫士”(SkyGuardian/SeaGuardian);

  • “捕食者C”(Predator C)型,又称“复仇者”(Avenger)。


其中,“捕食者A”型为侦察型,“捕食者B”和“捕食者C”型为察打一体型无人机。“天空卫士”(SkyGuardian)用于陆地监视,海洋卫士”(SeaGuardian)用于海上巡逻。

MQ-9“收割者/死神”无人机是美国通用原子航空系统公司(GA-ASI)研制的中空长航时察打一体无人机系统,服役于2007年。目前MQ-9系列无人机在美国及其盟国服役,国际用户包括英国、法国、意大利、西班牙、荷兰、印度、澳大利亚等多国。

图表:MQ-9无人机基本参数


项目MQ-9AMQ-9B
长度11米11.7米
翼展20米24米
动力系统霍尼韦尔TPE331-10霍尼韦尔TPE331-10
最大起飞重量4763千克5670千克
载油量1769千克2721千克
最大内部载荷386千克363千克
最大外部载荷1361千克1814千克
最大飞行高度15240米12192米
最大飞行速度444千米/小时(240节)389千米/小时(210节)
续航时间27小时40小时
武器装备

4×AGM-114“地狱火”;

2×GBU-12“宝石路”炸弹;

230千克GBU-38联合直接攻击弹药JDAM

4×AGM-114“地狱火”;

2×GBU-12“宝石路”炸弹;

230千克GBU-38联合直接攻击弹药JDAM;

硫磺石导弹(欧洲)
载荷

MTS-B光电/红外系统;

Lynx多模雷达;

多模海事雷达;

自动识别系统;

SIGINT/ESM系统;

通信系统

MTS-B光电/红外;

Lynx多模雷达;

VHF/UHF无线电;

除冰/防冰系统;

感知和避撞系统;

多模海面搜索雷达(海洋卫士);

自动信息系统(海洋卫士)
资料来源:通用原子公司

MQ-9A“收割者/死神”无人机是MQ-9系列的最初版本,首飞于2003年,服役于2007年,目前仍有超过200架在美国空军服役,并销往其他国家。MQ-9A是一种中高空、长航时无人机系统,具有持久留空能力,主要用作针对关键时间敏感目标的打击,其次是用作情报收集平台。综合传感器组件包括具有移动目标指示能力的合成孔径雷达(SAR/MTI)及安装在一个转塔内的光电/中波红外传感器、激光测距仪和目标激光指示器。MQ-9A无人机在机翼下面设置有6个挂点,具有多种挂带形式,如空地、空空武器挂载方案,以完成对地时敏关键目标打击和空中自卫任务。

MQ-9A“收割者/死神”(Reaper)

MQ-9A的最新型号为MQ-9A Block 5型,首飞于2012年5月,增加了电力供应、安全通信、自动着陆功能、提高了总起飞重量和武器载荷,并简化了有效载荷集成。与MQ-9A Block 5协同飞行的有人机飞行员使用移动地面控制站起飞和降落飞机,而无人机的地面操作人员则负责无人机飞行和武器控制。

美国空军4架MQ-9A Block 5无人机操作站

随着美军对于无人机在军事行动中的使用不断加剧,美国空军随即提出MQ-9无人机续航能力提升需求。通用原子公司采取渐进式的改进策略,在保证现有合同产品交付进度的基础上,不断提升MQ-9无人机续航能力。第一阶段形成了能够外挂副油箱的增程型MQ-9无人机,将平台最长续航时间提升至30h以上;第二阶段自筹资金研发全新的增程机翼,将增程型平台最长续航时间提升至40h以上;第三阶段结合全新设计的机体和机载探测与防撞系统等载荷,研制满足无人机适航认证要求的适航认证型MQ-9B无人机系统。

MQ-9B无人机相对于MQ-9A Block 5无人机,硬件和软件系统均进行了优化。平台总体布局沿用大展弦比中单翼和上V型尾翼设计,动力系统后置,安装1台美国霍尼韦尔公司的TPE331-10型涡桨发动机。机身为半硬壳式结构,非承力结构和部分蒙皮采用复合材料。MQ-9B的翼展更长,有助于延长其留空时间,可达40小时,而MQ-9A Block 5型的留空时间只有27小时。此外,MQ-9B的使用寿命更长,可达4万飞行小时,为MQ-9A型的2倍。

MQ-9B“空中卫士”(SkyGuardian)

MQ-9B无人机平台主要改进包括加强机身和机翼结构强度,提高结构疲劳和损伤容限;增加除冰/防冰装置和防雷击保护,并能够对抗阵风带来的过载,显著提升无人机在雨雪雷电等恶劣气象条件下的飞行和防鸟撞能力;增加内部火灾探测和自动灭火设备,提高平台安全飞行系数;采用全新设计的24m翼展机翼,并通过翼梢小翼进一步降低诱导阻力,显著提升平台续航能力;增加自主起降系统,减轻操作人员工作量。全机共配有8个机翼外挂点和1个机身中间线外挂点,并换装能够承受更大起降质量的新型起落架。

装备有GBU-12“宝石路”Ⅱ激光制导弹药和AGM-114“地狱火”导弹的MQ-9无人机

MTS-B光电/红外载荷

多光谱目标瞄准系统(MTS)是美国雷神公司研发的光电/红外侦察瞄准系统。MQ-9B无人机配备的MTS-B型专门用于MQ-9系列无人机,军用编号AN/AAS-52。该系统采用直径50cm的6轴稳定转塔平台,集成可见光成像、红外热成像、激光测距、激光照射等多型传感器,具备目标自动跟踪与指示、目标照射与武器引导、多波段图像融合显示等功能。

MTS-B光电/红外载荷

MTS-B采用2048像素×2048像素焦平面阵列成像器件,具备良好的远程目标发现和识别能力,可提供高分辨率目标图像和全动态视频,同时能够为GBU-12激光制导炸弹和AGM-114空地导弹提供目标指示和照射。MTS-B采用数字化设计,内置检测单元可自动检测系统工况,减少人工维护次数,保证系统高可靠性。

Lynx多模式雷达

Lynx多模式雷达可提供穿透云雨、烟雾、沙尘等恶劣气象条件的全天候监视能力,具有质量轻、体积小、分辨率高、应用模式多等特点。猞猁多模式雷达具备的功能包括:

合成孔径雷达(SAR)功能,提供聚束和条带两种成像模式:条带模式用于对较大范围进行快速成像,聚束模式用于提供照片级别的高分辨率雷达成像。

地面动目标指示功能(GMTI/DMTI),相较于传统GMTI功能,提供了针对缓慢移动物体(速度小于1.61km/h)的检测和指示能力(DMTI),并可在发现目标后,自动切换至光电载荷进行目视跟踪查证。

海洋广域搜索功能(MWAS),可结合船舶自动识别系统(AIS),对船舶目标进行探测、跟踪与识别。具备逆合成孔径(ISAR)和海上移动目标识别(MMTI)功能。

Lynx多模式雷达

机载探测与防撞系统

机载探测与防撞系统(DAA)主要用于实现无人机对空中合作和非合作目标的自主探测与规避,赋予无人机飞行员与有人机飞行员类似的空中态势感知能力。该系统主要由3部分组成:霍尼韦尔公司的交通碰撞规避系统(TCAS)、BAE系统公司的广播式自动相关监视系统(ADS-B)以及通用原子公司的适当性判断雷达(DRR)。其中,TCAS和ADS-B主要负责空中合作目标(配备应答机或敌我识别器)的识别与应答。DRR主要负责对空中非合作目标(未配备应答机,如滑翔机、气球和超轻型飞机等)的探测与感知。MQ-9B无人机的机身进行了适当加长,以便在机头容纳机载探测与防撞系统。

MQ-9B“海洋卫士”(SeaGuardian)

适当性判断雷达是一种采用双天线的X波段机载小型有源电扫相控阵雷达(AESA),其作用距离超过18km。利用有源电扫相控阵天线的独特优势,该雷达可在跟踪已发现目标的同时持续进行目标搜索,获得目标信息后,无人机可结合空管信息自动或由地面操作员手动操作避让空中目标。2013年以来,通用原子公司与美国国家航空航天局(NASA)、美国国土安全部、FAA展开合作,推动机载探测与防撞系统在MQ-9无人机平台上的试飞验证。实用化的机载探测与防撞系统将成为MQ-9B无人机进入民用和国际空域的重要保障条件之一。

SeaVue XMC海洋监视雷达

MQ-9B“海洋卫士”配备雷神公司研发的SeaVue XMC海洋监视雷达。该型雷达是新一代轻型机载海面搜索雷达,可广泛部署于各类小型海上巡逻平台。

位于无人机下部的SeaVue XMC海洋监视雷达

SeaVue XMC雷达主要用于探测各类海上目标,其中包括自航式半潜船等低可探测性目标。该雷达可广泛应用于海面目标搜索、船舶目标成像、搜索与救援、专属经济区巡逻、海洋环境和浮冰监测等多种任务。该雷达具备目标自动检测与跟踪功能,可对上千个海上目标进行自动分类,并结合AIS将探测数据与自动识别系统关联,识别潜在威胁目标,减少人员工作量。同时可使用机载数据处理资源进行情报处理,结合先进的数据压缩技术将处理过的情报数据下传至地面控制站,减少对下行数据链路资源的需求。该雷达将显著增强MQ-9B无人机的海洋态势感知能力。

SeaVue XMC海洋监视雷达组成

地面控制站与情报处理系统

MQ-9B无人机还配备了改进型地面控制站和相应的情报数据处理系统,主要包括:先进座舱地面控制站和爪-3情报处理分析软件等。

相较于MQ-9无人机系统采用的飞行员、载荷操作员双人制地面控制站,MQ-9B无人机系统将配套满足适航认证要求和减少操作人员需求的先进座舱地面控制站(ACGCS)。该站仅需1名飞行员,通过270°宽视角显示屏和高分辨率图像显示,为飞行员提供充分的空中态势感知能力。先进座舱地面控制站采用手不离杆操作设计(HOTAS),通过操纵杆和触摸屏操控无人机和载荷,满足人机工程要求和相关标准。通过改善人机界面设计,进一步强化数据融合功能,并与机载探测与防撞系统结合,为飞行员提供空中目标探测与提示。通过优化系统整体操作流程,增加自动告警系统,强化危险源识别能力,提高系统安全性,减轻飞行员工作量。

爪-3情报处理分析软件是通用原子公司研发的光电/红外载荷、雷达载荷、激光测距与照射载荷等不同类型情报数据集成处理平台。该平台可实现飞行任务规划、光电/雷达图像综合显示、三维地图与多任务情报图像叠加分析、全动态视频与无人机探测范围协同显示、动目标协同分析与定位、情报产品制备、情报数据库管理等功能,实现多传感器情报数据的融合分析与情报生成。

后续升级

2018年7月,意大利莱昂纳多公司将SAGE电子战监控系统整合到MQ-9B无人机上。SAGE将集成到MQ-9B机身中,无需外部吊舱,作为MQ-9B的可用基线配置。

2019年9月,通用原子公司公布了一种新的多任务控制系统,可将机组训练时间减少近一半。

2020年6月,美国空军重新启动曾经一度废弃的“MQ-X”计划,以更换老化的MQ-9无人机机队。该计划将2030年为目标日期,并寻求一个具有固有打击能力的中等高度无人机。随后,通用原子公司宣布参与美国空军“MQ-X”或“MQ-NEXT”计划的竞争,以设计“捕食者”系列无人机系列的后继型号。

2020年9月,通用原子公司测试了其“Sparrowhawk”空中发射/空中回收无人机ISR/EW任务吊舱。

2020年9月,意大利莱昂纳多公司的Sage 750电子支援传感器吊舱被集成到MQ-9B“海洋卫士”无人机上,使其备了完善的电子支援能力。

2021年1月,通用原子公司展示了MQ-9B“海洋卫士”探测水下目标的能力,扩大了该无人机在海上的反潜作战(ASW)能力。这项测试包括跟踪大约10个声纳浮标目标3个小时。

2021年1月,意大利莱昂纳多公司将Seaspray 7500E V2海事雷达集成到MQ-9B“海洋卫士”上,该雷达采用有源相控阵天线,可搜索、跟踪和分类数百个海上信号目标。

结语:

进入21世纪以来,随着国际局势的变化和高新技术在军事装备上的广泛应用,新军事变革出现加速发展的趋势,战争形态、作战模式等都发生着重大的变革。在近几次局部战争中,作战方式逐渐表现出非对称、非接触、信息战、网络化等特点,现代战争已成为高技术战争。无人机在战争中所发挥的作用越来越重要,已经成为现代战争不可替代的空中力量。无人机机动灵活、续航时间长和“零伤亡”等特点,牵引着无人机向察打一体化的方向迅猛发展。

参考文献
1. General Atomics MQ-9 Reaper Predator B_ militaryfactory.com
2. MQ-9B SkyGuardian General Atomics Brings the Future of Unmanned Systems to JUSTAS_Joetey Attariwala
3. GA-ASI’s MQ-9B SkyGuardian Developed to become the most advanced RPAS in the world
4. THE MQ-9 YOU DON’T KNOW_Breaking Defense
5. Unmanned Aircraft System MQ-9 Predator B_U.S. Customs and Border Protection
6. GA-ASI’s Small Business Program Overview_Tony Vigo
7. Leonardo Seaspray AESA Maritime Radar to be Integrated on GA-ASI MQ-9B SeaGuardian_Leonardo
8. MQ-9B SkyGuardian trans-Atlantic Flight_Jonny King
9. THE AURORA REPLACEMENT:THE VIABILITY OF DRONES AS MARITIME PATROL AIRCRAFT_R.D. Freeman
10. 美国MQ-9无人机的新发展与技术性能_徐晨华


—  The End  —


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